CN101795116B - 光延时器调控装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种光延时器调控装置，该调控装置包括二极管激光器(1)、光纤(2)、电光开关(3)、光电转换器(4)以及调控电路组成；其中，光功率控制电路(10)和自动温度控制电路(20)的输出端分别接二极管激光器(1)的输入端；+400伏供电电路(40)的输出端分别接电光开关(3)和高压脉冲驱动电路(30)的输入端，高压脉冲驱动电路(30)的另一输入端输入TTL信号，高压脉冲驱动电路(30)的输出端通过电光开关的控制电路(50)接电光开关(3)的另一个输入端；二极管激光器(1)的输出端通过光纤(2)接电光开关(3)的输入端，电光开关(3)的输出端通过光纤(2)接光电转换器(4)的输入端。

Description

光延时器调控装置

技术领域

本发明是一种用于光延时器，属于光纤通信设备制造的技术领域。

背景技术

随着光纤通信技术的发展和成熟，光延时技术也在逐步开发。光延时装置在光纤通信和微波技术方面都具有广泛的应用前景。其装置核心部件有电调半导体激光器、电光开关和光电转换器。这些器件能否正常工作直接影响到其装置的性能，所以，具有高可靠、强适应、低功耗、小体积的光延时装置已成为现实的需要。

目前，光延时器调控电路一般采用分立元件和简单的算数放大器作为主要的调控电路结构，尽管其电路都有光功率和温度调控功能，但有调控灵敏度和补偿范围有限、供电系统需要复杂的多组电源输入等缺点，不能满足高性能和小体积的要求。就本发明由于大量采用集成电路和新的信号放大技术，尤其在光功率控制方面，由于采用了集成对数放大器技术，大大提高调控的灵敏度和动态范围，其整个光延时器调控电路的性能指标和几何尺寸都有了明显的改善。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于提供一种光延时器调控装置，其中的调控电路可以对相关模块的工作参数进行实时监测与控制，以保证各个模块处于正常的工作状态。

技术方案：本发明的光延时器调控装置，其特征在于该调控装置包括二极管激光器、光纤、电光开关、光电转换器以及调控电路组成；其中，二极管激光器的调控电路包括光功率控制电路和自动温度控制电路二个部分，光功率控制电路和自动温度控制电路的输出端分别接二极管激光器的输入端；电光开关的调控电路包括高压脉冲驱动电路、+400伏供电电路和电光开关的控制电路三个部分，+400伏供电电路的输出端分别接电光开关和高压脉冲驱动电路的输入端，高压脉冲驱动电路(30)的另一输入端输入TTL信号，高压脉冲驱动电路的输出端通过电光开关的控制电路接电光开关的另一个输入端；二极管激光器的输出端通过光纤接电光开关的输入端，电光开关的输出端通过光纤接光电转换器的输入端；二极管激光器的输入端输入RF信号，光电转换器的输出端输出RF信号。

所述的光功率控制电路中，对数放大器的输入端连接到激光器的PD，将检测到的光信号进行前置放大处理。对数放大器的输出端与比较放大器的负输入端连接，

电位器(PWC)的动端，连接比较放大器的正输入端，用于比较来自对数放大器的输出电平与预设的光功率阈值电平，

比较放大器的正输出端经电阻连接到一个功率三极管的基极，功率三极管集电极输出以驱动激光器，用于根据比较结果产生的电平进行电流放大处理，以达到驱动激光器的发光二极管的期望的功率。

所述的+400伏供电电路，有一个升压开关变压器，其原边串接一个功率开关管，功率开关管的源极接直流-直流转换控制电路的输出端，

升压开关变压器，其原边与副边的匝数比为1∶5，

开关变压器，其副边接由三个二极管和三个电容组组成三倍压整流，产生+400伏的直流高电压，

电阻的一端与二极管和电容连接，另一端接电阻和直流-直流转换控制电路的反馈电压输入端，用于控制其输出控制电压的占空比。

激光器控制电路具体包括激光器的光功率控制和自动温度控制。

通常，半导体激光器内除了有激光发射二极管外还含有光电二极管(PD)、温敏电阻和半导体致冷器。光电二极管用来监测激光器输出的光功率，其输出是提供一个与激光器所发射的光功率相对应的电流。温敏电阻用来检测激光器的温度，半导体致冷器用来实时稳定激光器温度的执行器件。

激光器的输出光功率与提供到激光器的电流有关，当该电流大于或等于一个阈值电流值时，激光器的电光转换效率才能达到较高的效率。因此，为了保证激光器的正常工作，必须提供一个基本的稳定的工作电流，同时，激光器的输出光功率与工作时间有关，也就是说，随着时间的推移，激光器的输出功率会随之衰减，必须提供一定的补偿电流来稳定激光器的输出稳定的光功率。

在光功率控制电路中，光电二极管的电流与作用其上的光功率成指数关系，因此，为达到扩大控制动态范围和稳定地功率控制，本发明采用高动态范围的集成对数放大器作为功率检测控制的输入放大前级。由于该集成对数放大器具有对数放大的特性，对来自光电二极管的指数特性的信号进行放大处理，其结果是光输出功率与前级放大器的输出电压成线性关系。与前级放大器相接的后级放大器的直流电压放大倍数为1000(约60dB)，即光功率的大小与设定功率输出值的差值经前后二级放大后产生一个放大了1000倍的输出误差电压值，将此误差电压作用于激光器的功率控制端，从而通过激光功率控制电路将输出光功率稳定。由整个放大器的总增益为1000可知，可将光功率的变化稳定在1/1000内，即0.1％，使光功率控制电路能精确稳定的控制激光器的输出功率。

激光器工作性能受温度由于影响很大，同时在激光器工作中它本身也要产生热量，即在工作过程中，激光器内部的是温度会有很大变化，从而影响激光器正常工作，因此在系统中需要有专门的激光器温度控制系统对激光器内部温度进行实时地控制。

激光器已内置了一个热敏电阻来检测其温度的变化，同时，激光器还内置了一个半导体制冷器，通过改变通过制冷器的电流方向来改变其温度调节状态(制冷和加热)。在自动温度控制电路中，通过调整一个电位器来确定所需稳定的温度，并将这个与温度设置有关的电压与来自激光器内的热敏电阻产生的电压经过集成放大器电路的差分比较放大，产生一个误差电压，经功率驱动电路加到激光器内的制冷器，实现温度控制的闭循环控制，以达到稳定温度的目的。该电路温度控制精度1％，温度漂移小于0.5℃/h。

光延时装置中电光开关的控制电路，电光开关的作用是控制电光开关阵列来切换不同的光路，以实现不同的延时时间。即光延时的时间长短是可以选择的。电光开关有4个二输入与二输出和1个二输入与一输出的电光开关组成阵列，采用5位数字输入信号来控制6个电光开关，需要有一逻辑转换，以达到控制信号对应唯一的光通路的目的。

高压脉冲驱动电路是将标准的数字逻辑电平的电光开关控制信号转换成能驱动电光开关的高压驱动信号，本发明采用的电路可以实现高压脉冲信号的电压幅度为+400伏，且脉冲波形失真≤0.1％，上升和下降沿时间≤300纳秒的性能指标。

高压发生器是电光开关的工作电压，本发明采用BUCK拓扑技术以及专用的集成电路组成的开关电源，其效率达90％以上。采用由二极管和高压电容组成的倍压整流技术，可以将130伏的电压升压到400伏。

有益效果：如上所述，本发明的光延时器调控装置，在用于由半导体激光器、光纤、光开关以及光电转换器所组成的光延时器系统，具有几个优点：1、采用集成对数放大器作为光功率控制电路的前置放大器，使其具有较大的动态控制范围，从而提高了光功率控制的性能。2、本装置大量采用集成电路，提高了性能和效率，减少体积。3、本装置的各功能电路都是模块化设计，具有良好的可扩展和灵活性，对于具有同样结构的光延时系统都可以适用。

附图说明

图1为本发明的结构框图，

图2为本发明的光功率控制电路，

图3为本发明的自动温度控制电路，

图4为本发明的电光开关的控制电路，

图5为本发明的高压脉冲驱动电路，

图6为本发明的+400伏供电电路。

具体实施方式

如图2所示，本实施例所述的光功率控制电路由对数放大电路、差分放大器电路、功率驱动电路组成，图中LD表示接至光纤激光器发射二极管的输入端，PD表示光纤激光器的光电接收二极管的输出端。其中：

由U1和RA、RB、Rd、C101、R102、C102、C105组成对数放大器，PD接至U1，U1可以对PD的微弱电流进行大动态范围的放大。其独特之处是其输出的电压能够线性反应光纤激光发射二极管的功率，其控制的稳定度和可靠性提供保证。将U1的第11脚接至差分放大器U2A和RF2、R103、R104、R105和电位器PWC及U2B、RF1、R106、R107、R108、R109、R110、R111、C1103、C104组成的比较放大器.同时，用由电位器PWC来对电源电压进行分压后得到的一个电压来调节输出功率调节，U2B的第7脚接至功率驱动电路，由三极管Q101及R112、R113、C106组成的放大电路可以输出足够大的电流去驱动光纤激光发射二极管LD，这样的一个功率控制环路，可以使光纤激光器的光功率输出稳定。

如图3所示，本实施例所述的自动温度控制电路是将来自光纤激光器内部的温敏电阻接入放大器U3D，由电位器TEC与电阻R301将电源电压分压后得到的电压输入放大器U3C，其输出端接入U3D的另一个输入端，经U3D的差分放大后得到的误差电压经放大器U3A接入三极管Q201和Q203的输入端，三极管Q203、Q204的输入端接入固定的1/2电源电压，光纤激光器的内部制冷器接入由三极管Q201、Q203、Q203、Q204组成的桥式开关电路中，该电路可以通过对光纤激光器的内部半导体致冷器的双向供电，实现内部半导体致冷器工作在致冷和致热二个不同的工作状态。这样的温度控制环路可以实现光纤激光器的工作温度稳定在设定的温度范围内，以保证光纤激光器的正常工作。其中的电位器TEC用来设置温度。

如图4所示，本实施例所述的电光开关的控制电路是一个5位输入6位输出的逻辑组合，采用74HC04和74HC126数字逻辑器件，按图4所示的连接方法实现电光开关的组合逻辑控制。

如图5所示，本实施例所述的高压脉冲驱动电路，该电路的作用是将数字逻辑电压控制信号转换为能够驱动电光开关的高压驱动信号。数字逻辑信号接入Q401、Q404的输入端，Q404的输出端接Q402的输入端，Q401的输出端接Q403的输入端。Q402、Q403的输出端接电光开关的控制端，以实现驱动信号的电压转换。

如图6所示，本实施例所述的+400伏供电电路，其核心控制集成电路型号为LTC1624。输入电压为12伏，经过电阻R500接到U100的第8脚，作为DC/DC集成控制芯片U100的供电输入，同时，接到U100的第1脚和R503，R503的一端接到变压器T100的初级绕组的一端作为其供电端。U100的第6脚接三极管Q100的栅极端，Q100的漏极接变压器T100的初级端，Q100工作在开关状态。变压器T100的初级绕组与次级绕组的匝数比为1∶5。变压器T100的次级绕组一端与U100的第4脚、三极管Q100的漏极相连，为电压输入和输出的公共端。接到D100正极端的变压器次级一端为变压器次级电压的输出端，该端的电压经过由D100、D101、D102、C108、C109、C110、C111组成的三倍压电路将变压器T100输出的电压升高到400伏。该输出端经R104、R105到公共端，其R104与R105的连接端接到U100的第3脚作为取样电压。本发明的电路可以得到400伏的高效、低成本、体积小的DC/DC转换器。

Claims (3)

1.一种光延时器调控装置，其特征在于该调控装置由二极管激光器(1)、光纤(2)、电光开关(3)、光电转换器(4)以及调控电路组成；其中，二极管激光器(1)的调控电路包括光功率控制电路(10)和自动温度控制电路(20)二个部分，光功率控制电路(10)和自动温度控制电路(20)的输出端分别接二极管激光器(1)的输入端；电光开关(3)的调控电路包括高压脉冲驱动电路(30)、+400伏供电电路(40)和电光开关的控制电路(50)三个部分，+400伏供电电路(40)的输出端分别接电光开关(3)和高压脉冲驱动电路(30)的输入端，高压脉冲驱动电路(30)的另一输入端输入TTL信号，高压脉冲驱动电路(30)的输出端通过电光开关的控制电路(50)接电光开关(3)的另一个输入端；二极管激光器(1)的输出端通过光纤(2)接电光开关(3)的输入端，电光开关(3)的输出端通过光纤(2)接光电转换器(4)的输入端；二极管激光器(1)的输入端输入RF信号，光电转换器(4)的输出端输出RF信号。

2.如权利要求1所述的光延时调控装置，其特征在于所述的光功率控制电路(10)中，对数放大器(U1)的输入端连接到激光器的PD，将检测到的光信号进行前置放大处理，对数放大器(U1)的输出端与比较放大器的负输入端连接，

电位器(PWC)的动端，连接比较放大器的正输入端，用于比较来自对数放大器(U1)的输出电平与预设的光功率阈值电平，

比较放大器的正输出端经电阻(R111)连接到一个功率三极管(Q101)的基极，功率三极管(Q101)集电极输出以驱动激光器，用于根据比较结果产生的电平进行电流放大处理，以达到驱动激光器的发光二极管的期望的功率。

3.如权利要求1所述的光延时调控装置，其特征在于所述的+400伏供电电路(40)，有一个升压开关变压器(T100)，其原边串接一个功率开关管(Q100)，功率开关管(Q100)的栅极接直流-直流转换控制电路(U100)的输出端，

升压开关变压器(T100)，其原边与副边的匝数比为1∶5，

开关变压器(T100)，其副边接第一二极管(D100)、第二二极管(D101)和第三二极管(D102)与第一电容(C108)、第二电容(C109)和第三电容(C110)组成三倍压整流，产生+400伏的直流高电压，

第一电阻(R104)的一端与所述第三二极管(D102)和第三电容(C110)连接，另一端接第二电阻(R105)和直流-直流转换控制电路(U100)的反馈电压输入端，用于控制其输出控制电压的占空比。

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