CN110749875B - 一种导频自适应的马赫曾德调制器激光脉冲调节模块 - Google Patents

一种导频自适应的马赫曾德调制器激光脉冲调节模块 Download PDF

Info

Publication number
CN110749875B
CN110749875B CN201911028226.1A CN201911028226A CN110749875B CN 110749875 B CN110749875 B CN 110749875B CN 201911028226 A CN201911028226 A CN 201911028226A CN 110749875 B CN110749875 B CN 110749875B
Authority
CN
China
Prior art keywords
mach
zehnder modulator
dsp
module
pilot frequency
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201911028226.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110749875A (zh
Inventor
周鹏威
卢田
吕晋阳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Jiliang University
Original Assignee
China Jiliang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Jiliang University filed Critical China Jiliang University
Priority to CN201911028226.1A priority Critical patent/CN110749875B/zh
Publication of CN110749875A publication Critical patent/CN110749875A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110749875B publication Critical patent/CN110749875B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/484—Transmitters
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters
    • H04B10/516—Details of coding or modulation
    • H04B10/524—Pulse modulation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

本发明涉及一种导频自适应的马赫曾德调制器激光脉冲调节模块，由激光器、马赫曾德调制器、光纤耦合器、DSP偏压控制模块、脉冲输出模块组成。DSP偏压控制模块产生导频信号给马赫曾德调制器后输出的光信号反馈给DSP偏压控制模块进行FFT，得到对应的一次谐波与二次谐波的幅值分量与相位关系，将谐波幅值比作为误差信号通过数字PID使马赫曾德调制器的工作点稳定在NULL点。加载脉冲信号进行脉冲调节，由于不同频率的脉冲对导频产生的干扰不同，造成NULL点无法稳定，DSP偏压控制模块自适应调节导频的频率，直到NULL点再次实现稳定。本发明通过引入导频自适应调节技术，实现了任意频率的激光脉冲高消光比输出。

Description

一种导频自适应的马赫曾德调制器激光脉冲调节模块
技术领域
本发明涉及一种导频自适应的马赫曾德调制器激光脉冲调节模块，适用于脉冲激光雷达领域。
背景技术
激光雷达(LiDAR)是一种采用激光器作为发射光源的雷达探测系统。脉冲激光雷达除了被应用在战场侦测、水下探测、激光制导、卫星遥感等军事和国防领域外，也广泛地应用到植被探测、激光通信、大气监测、城市规划和交通安全等民用领域，为国防安全、社会经济和科学研究做出了巨大的贡献。
脉冲激光雷达系统中的激光脉冲大多是通过调制器生成的。调节马赫曾德调制器的偏置工作点，使其工作在NULL点，然后在射频口加载脉冲信号，可以实现激光的脉冲调节，得到高消光比的激光脉冲。马赫曾德调制器的工作点会随着外部环境变化以及工作时间推移而变化，需要实时控制偏置电压的输出，实现对工作点的锁定。加载脉冲信号给马赫曾德调制器进行激光脉冲调节，由于不同频率的脉冲对导频产生的干扰不同，造成NULL点无法稳定，从而影响激光脉冲的输出。
传统的基于模拟电路的马赫曾德调制器激光脉冲调节模块无法实现任意频率激光脉冲调节。本发明通过综合马赫曾德调制器传输曲线特性，深入分析脉冲信号对导频的干扰情况，提出了一种任意频率激光脉冲调节的偏压控制方案，本方案基于导频的马赫曾德调制器偏压控制技术，结合导频自适应调节方案，从原理上抑制了脉冲信号对导频的影响。
发明内容
本发明的目的是：提供一种导频自适应的马赫曾德调制器激光脉冲调节模块，以解决脉冲信号对导频干扰导致的马赫曾德调制器工作点无法稳定的问题。
本发明的技术解决方案是：一种导频自适应的马赫曾德调制器激光脉冲调节模块，其特征在于：包括激光器、马赫曾德调制器、光纤耦合器、DSP偏压控制模块、脉冲输出模块，其中激光器作为整个系统的光源传输到马赫曾德调制器，由马赫曾德调制器输出的光信号通过光纤耦合器分出部分光给DSP偏压控制模块，DSP偏压控制模块通过调节偏置电压完成对马赫曾德调制器工作曲线的扫描，得到马赫曾德调制器的半波电压Vπ等参数，进而实现马赫曾德调制器工作点的稳定。脉冲输出模块提供待载的脉冲信号给马赫曾德调制器实现激光脉冲调节。由DSP偏压控制模块对传输给马赫曾德调制器的偏置电压进行监测，计算偏置电压扰动的标准差R，即NULL点的抖动范围。当抖动超过系统设定值时，则认为马赫曾德调制器的工作点无法稳定。设置导频的频率改变量，自适应地更改导频的频率，快速实现马赫曾德调制器工作点的稳定。
所述的DSP偏压控制模块包括光电探测器、输入滤波网络、DSP模块、输出滤波网络、按键模块。输入的光信号通过光电探测器转换为电信号，经过输入滤波网络传给DSP模块进行处理，DSP模块将处理好的信号经过输出滤波网络传输到马赫曾德调制器。通过改变马赫曾德调制器的偏置电压，调节马赫曾德调制器的工作点。
所述的导频由DSP模块内部生成，同时给定导频的初始频率，导频幅值通过按键模块更改。导频输出给马赫曾德调制器后反馈给DSP模块，由DSP模块进行FFT得到反馈信号的一次谐波、二次谐波的幅值分量与相位关系，将幅值分量的比值作为误差信号，相位关系作为判断马赫曾德调制器工作点的位置的依据。通过DSP模块对误差信号进行数字PID处理，调节偏置电压的输出值，实现马赫曾德调制器工作点的稳定。
所述的马赫曾德调制器激光脉冲调节，需要DSP偏压控制模块对传输给马赫曾德调制器的偏置电压进行监测，计算偏置电压输出扰动的标准差R，即NULL点的抖动范围。不同的马赫曾德调制器半波电压Vπ不同，致使相同的偏置电压差造成马赫曾德调制器工作点变化量不同，需要测量马赫曾德调制器半波电压Vπ等参数，计算出相对误差
Figure BDA0002249291500000021
当相对误差Δ超过系统设定的临界值K时，即Δ>K，则认为马赫曾德调制器的工作点无法稳定，此时，DSP偏压控制模块自适应地逐步更改导频的频率。
所述的导频自适应更改，需要DSP偏压控制模块产生的导频能够快速且在最小变动的情况下避开脉冲信号的干扰。由DSP模块计算出数字滤波的带宽。由于脉冲信号在不同频率下的幅值分量不同，通过设置滤波带宽为频率改变量，更改导频频率大小，实现马赫曾德调制器工作点的稳定。
本发明的原理是：在偏置电压上引入导频信号给马赫曾德调制器，导频信号在马赫曾德调制器的转换特性曲线上各个工作点对应的一次谐波与二次谐波的幅值分量与相位情况不同。通过对偏置电压的调节可以实现马赫曾德调制器工作点的稳定。射频接口引入脉冲信号，对部分频率的导频有干扰，自适应地更改导频频率，避开脉冲信号的干扰，能够保持工作点的稳定。
本发明的有益效果是：本发明采用了导频幅值、频率任意可调技术，适应了对导频有特定要求的功能模块；采用了导频自适应调节技术，避免了脉冲信号对导频的干扰，实现了任意脉冲信号下马赫曾德调制器工作点的稳定。
附图说明
图1是总体方案设计框图。
图2是导频自适应技术流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
如图1所示，本发明的导频自适应的马赫曾德调制器激光脉冲调节模块包括激光器(1)、马赫曾德调制器(2)、光纤耦合器(3)、DSP偏压控制模块(4)、脉冲输出模块(10)。激光器(1)作为整个系统的光源连接马赫曾德调制器(2)实现对信息的加载。DSP偏压控制模块(4)实现马赫曾德调制器(2)工作点的稳定。由DSP模块(7)产生一定幅值、频率的导频经过输出滤波网络(8)后加载在偏置电压上传输给马赫曾德调制器(2)，输出的光信号通过光纤耦合器(3)分出部分光给DSP偏压控制模块(4)，由光电探测器(5)转换为电信号，经过输入滤波网络(6)后传输给DSP模块(7)实现对反馈信号的处理。将反馈信号进行FFT，得到对应的一次谐波、二次谐波的幅值分量与相位分量，将幅值分量的比值作为误差信号，相位关系作为判断马赫曾德调制器(2)工作点的位置的依据。
马赫曾德调制器(2)的工作曲线可以由下式表示：
Figure BDA0002249291500000022
其中Po为输出光功率，Pi为输入光功率，η为衰减系数，
Figure BDA0002249291500000031
为初始相位，ω为角频率，V(t)为偏置电压大小。
对应的一次谐波与相位关系：
Figure BDA0002249291500000032
Figure BDA0002249291500000033
其中Po1为一次谐波幅值大小，φ1为马赫曾德调制器(2)的工作曲线对应的一次谐波相位，A的取值为±1，当相位φ1为0时，A为1；当相位φ1为π时，A为-1，k为正整数。
对应的二次谐波与相位关系：
Figure BDA0002249291500000034
Figure BDA0002249291500000035
其中Po2为二次谐波幅值大小，φ2为马赫曾德调制器(2)的工作曲线对应的二次谐波相位，A的取值为±1，当相位φ2为0时，A为1；当相位φ2为π时，A为-1，k为正整数。
当马赫曾德调制器(2)工作在NULL点时，一次谐波分量最小，二次谐波分量最大。将谐波幅值分量比作为误差信号，通过DSP模块(7)对误差信号进行数字PID处理，可以实现马赫曾德调制器(2)工作点的稳定。当马赫曾德调制器(2)稳定在NULL点时，由脉冲输出模块(10)输出需求的脉冲信号，通过射频接口加载到马赫曾德调制器(2)上，实现激光脉冲调制。
如图2所示，本发明的导频自适应技术流程为：DSP偏压控制模块(4)产生一定幅值、频率的导频加载在偏置电压上传输给马赫曾德调制器(2)，由光纤耦合器(3)分出部分光信号反馈给DSP偏压控制模块(4)，计算出导频对应的一次谐波、二次谐波的幅值分量与相位关系，使马赫曾德调制器(2)的工作点稳定在NULL点。由脉冲输出模块(10)输出需求的脉冲信号给马赫曾德调制器(2)，产生对应的激光脉冲。由于脉冲信号的引入，会对导频对应的一次谐波、二次谐波的幅值分量与相位关系造成影响，造成NULL点无法稳定。由DSP偏压控制模块(4)对传输给马赫曾德调制器(2)的偏置电压进行监测，计算偏置电压输出扰动的标准差R，即NULL点的抖动范围。不同的马赫曾德调制器(2)半波电压Vπ不同，致使相同的偏置电压差造成马赫曾德调制器(2)工作点变化量不同，需要测量马赫曾德调制器(2)半波电压Vπ等参数，计算出相对误差
Figure BDA0002249291500000041
当相对误差Δ超过系统设定的临界值K时，即Δ>K，则认为马赫曾德调制器(2)的工作点无法稳定，DSP偏压控制模块(4)自适应地逐步更改导频的频率。由DSP模块(7)计算出数字滤波的带宽，由于脉冲信号在不同频率下的幅值分量不同，通过设置滤波带宽为频率改变量，更改导频频率大小，实现马赫曾德调制器(2)工作点的稳定。/>

Claims (5)

1.一种导频自适应的马赫曾德调制器激光脉冲调节模块，其特征在于：包括激光器(1)、马赫曾德调制器(2)、光纤耦合器(3)、DSP偏压控制模块(4)、脉冲输出模块(10)，其中激光器(1)作为整个系统的光源传输到马赫曾德调制器(2)，由马赫曾德调制器(2)输出的光信号通过光纤耦合器(3)分出部分光给DSP偏压控制模块(4)，DSP偏压控制模块(4)通过调节偏置电压完成对马赫曾德调制器(2)工作曲线的扫描，得到马赫曾德调制器(2)的半波电压Vπ，进而实现马赫曾德调制器(2)工作点的稳定；脉冲输出模块(10)提供待载的脉冲信号给马赫曾德调制器(2)实现激光脉冲调节；由DSP偏压控制模块(4)对传输给马赫曾德调制器(2)的偏置电压进行监测，计算偏置电压扰动的标准差R，即NULL点的抖动范围；当抖动超过系统设定值时，则认为马赫曾德调制器(2)的工作点无法稳定；设置导频的频率改变量，自适应地更改导频的频率，快速实现马赫曾德调制器(2)工作点的稳定。
2.根据权利要求1所述的导频自适应的马赫曾德调制器激光脉冲调节模块，其特征在于：所述的DSP偏压控制模块(4)包括光电探测器(5)、输入滤波网络(6)、DSP模块(7)、输出滤波网络(8)、按键模块(9)；输入的光信号通过光电探测器(5)转换为电信号，经过输入滤波网络(6)传给DSP模块(7)进行处理，DSP模块(7)将处理好的信号经过输出滤波网络(8)传输到马赫曾德调制器(2)；通过改变马赫曾德调制器(2)的偏置电压，调节马赫曾德调制器(2)的工作点。
3.根据权利要求2所述的导频自适应的马赫曾德调制器激光脉冲调节模块，其特征在于：所述的导频由DSP模块(7)内部生成，同时给定导频的初始频率，导频幅值通过按键模块(9)更改；导频输出给马赫曾德调制器(2)后反馈给DSP模块(7)，由DSP模块(7)进行FFT得到反馈信号的一次谐波、二次谐波的幅值分量与相位关系，将幅值分量的比值作为误差信号，相位关系作为判断马赫曾德调制器(2)工作点的位置的依据；通过DSP模块(7)对误差信号进行数字PID处理，调节偏置电压的输出值，实现马赫曾德调制器(2)工作点的稳定。
4.根据权利要求1所述的导频自适应的马赫曾德调制器激光脉冲调节模块，其特征在于：所述的马赫曾德调制器(2)激光脉冲调节，需要DSP偏压控制模块(4)对传输给马赫曾德调制器(2)的偏置电压进行监测，计算偏置电压输出扰动的标准差R，即NULL点的抖动范围；不同的马赫曾德调制器(2)半波电压Vπ不同，致使相同的偏置电压差造成马赫曾德调制器(2)工作点变化量不同，需要测量马赫曾德调制器(2)半波电压Vπ，计算出相对误差
Figure FDA0003966859470000011
当相对误差△超过系统设定的临界值K时，即△>K，则认为马赫曾德调制器(2)的工作点无法稳定，此时，DSP偏压控制模块(4)自适应地逐步更改导频的频率。
5.根据权利要求1所述的导频自适应的马赫曾德调制器激光脉冲调节模块，其特征在于：所述的导频自适应更改，需要DSP偏压控制模块(4)产生的导频能够快速且在最小变动的情况下避开脉冲信号的干扰；由DSP模块(7)计算出数字滤波的带宽；由于脉冲信号在不同频率下的幅值分量不同，通过设置滤波带宽为频率改变量，更改导频频率大小，实现马赫曾德调制器(2)工作点的稳定。
CN201911028226.1A 2019-10-28 2019-10-28 一种导频自适应的马赫曾德调制器激光脉冲调节模块 Active CN110749875B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911028226.1A CN110749875B (zh) 2019-10-28 2019-10-28 一种导频自适应的马赫曾德调制器激光脉冲调节模块

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911028226.1A CN110749875B (zh) 2019-10-28 2019-10-28 一种导频自适应的马赫曾德调制器激光脉冲调节模块

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110749875A CN110749875A (zh) 2020-02-04
CN110749875B true CN110749875B (zh) 2023-03-31

Family

ID=69280264

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911028226.1A Active CN110749875B (zh) 2019-10-28 2019-10-28 一种导频自适应的马赫曾德调制器激光脉冲调节模块

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110749875B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111258092A (zh) * 2020-02-12 2020-06-09 重庆大学 一种mz电光调制器偏置点控制方法及系统
CN111245410A (zh) * 2020-02-14 2020-06-05 贵州大学 一种直接调制全占空的抛物线脉冲发生装置
CN112925122B (zh) * 2021-01-28 2022-01-07 华中科技大学 基于导频法的硅基马赫曾德尔调制器偏压控制装置及系统
CN113395111B (zh) * 2021-07-16 2023-06-06 中国计量大学 一种双平行马赫曾德调制器偏置电压快速精确定标装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004312117A (ja) * 2003-04-03 2004-11-04 Matsushita Electric Ind Co Ltd 光受信回路、光受信モジュール及び光受信装置
CN101354515A (zh) * 2008-09-05 2009-01-28 中兴通讯股份有限公司 激光调制器偏置控制方法和装置
CN104904151A (zh) * 2013-12-31 2015-09-09 华为技术有限公司 信号处理设备、通信系统及信号处理方法
CN105450295A (zh) * 2014-07-09 2016-03-30 富士通株式会社 监测光信噪比的装置、发射机和通信系统

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6019598B2 (ja) * 2012-02-06 2016-11-02 富士通株式会社 光送信器および光変調器のバイアス制御方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004312117A (ja) * 2003-04-03 2004-11-04 Matsushita Electric Ind Co Ltd 光受信回路、光受信モジュール及び光受信装置
CN101354515A (zh) * 2008-09-05 2009-01-28 中兴通讯股份有限公司 激光调制器偏置控制方法和装置
CN104904151A (zh) * 2013-12-31 2015-09-09 华为技术有限公司 信号处理设备、通信系统及信号处理方法
CN105450295A (zh) * 2014-07-09 2016-03-30 富士通株式会社 监测光信噪比的装置、发射机和通信系统

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
High-performance optical modulators bias control system without dither;Yanfei Hao et al.;《Optik》;20140430;全文 *
电光调制器自动偏置控制系统及装置研究;刘江涛;《中国优秀硕士学位论文全文数据库信息科技辑》;20090315;全文 *
马赫－曾德尔调制器任意偏置点稳定控制技术;郝崇正等;《光子学报》;20171031;第46卷(第10期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110749875A (zh) 2020-02-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110749875B (zh) 一种导频自适应的马赫曾德调制器激光脉冲调节模块
Wang et al. A versatile bias control technique for any-point locking in lithium niobate Mach–Zehnder modulators
CN108566249B (zh) M-z调制器任意偏置点控制系统
CN108110612B (zh) 一种基于马赫-增德尔干涉仪的无调制稳频方法和装置
CN108551363B (zh) 阵列射频光纤链路相位监测方法、系统及相位调节方法
CN106953600B (zh) 一种基于dds的后置混频式数字alc控制系统装置
CN104236537A (zh) 基于强度调制器的光源强度噪声抑制数字双闭环方法
CN101630975A (zh) 光调制器的偏置电压控制方法及装置
CN109547041B (zh) 微波功率发生电路及多路输出可调的微波功率发生装置
CN101846814B (zh) 调制器的偏置点确定方法和装置
CN109802672A (zh) 一种基于双环锁相的毫米波光电振荡系统及其稳频方法
EP2495607A2 (en) Optical modulation method and system
CN109286442B (zh) 一种低噪声微波光纤链路装置及实现方法
CN105790781B (zh) 一种通信接收机的反馈控制方法
CN111711487B (zh) 一种基于温漂补偿的偏置工作点自动控制系统
CN104639246B (zh) 一种微波光子链路无杂散动态范围提高方法
CN113851920B (zh) 一种激光器频率差控制方法及系统
CN207884068U (zh) 一种基于马赫-增德尔干涉仪的无调制稳频装置
CN116505363B (zh) 用于光生超稳微波源的飞秒光梳状态自动检测优化方法
CN109936906B (zh) 光阴极电子枪射频同步慢飘抑制装置
RU2297102C1 (ru) Приемопередающее устройство защищенной волоконно-оптической системы передачи информации ограниченного доступа
CN211579978U (zh) Siqkd系统发送方电光强度调制器偏置点的自动调节装置
CN103713558B (zh) 一种用于数字控制电路的环路增益扫描方法
WO2016115996A1 (zh) 非线性补偿方法和装置
CN115441951B (zh) 微波光子链路传输周期性衰落抑制装置及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant