CN102075250B

CN102075250B - 基于vcsel内调制的rof链路收发装置

Info

Publication number: CN102075250B
Application number: CN2010105729698A
Authority: CN
Inventors: 王震宇; 章献民; 郑史烈; 池灏; 金晓峰
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2010-11-30
Filing date: 2010-11-30
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2030-11-30
Also published as: CN102075250A

Abstract

本发明公开了一种基于VCSEL内调制的ROF链路收发装置。它包括用光纤连接的发送装置和接收装置，发送装置包括顺次连接的微波调制模块，垂直腔面发射激光器，光电流跨阻放大模块，滤波网络，反馈控制模块，直流驱动模块，发送装置由发送装置电源模块供电；接收装置包括顺次连接的高速光电二极管，第一级微波放大模块，微波衰减网络和第二级微波放大模块，高速光电二极管和直流分路模块连接，接收装置由接收装置电源模块供电。本发明采用VCSEL作为光源，用控制激光器注入电流作为调制方式，实现了短距离微波传输通信，同时满足高调制带宽、频率可调谐范围大、集成度高、价格较低的解调方案，在工程应用中具有非常重要的意义。

Description

基于VCSEL内调制的ROF链路收发装置

技术领域

本发明涉及短距离光通信领域，具体涉及一种基于VCSEL内调制的ROF链路收发装置。

背景技术

光纤通信系统中，激光器(Laser)是主要部件。传统型的是边发射激光器，发射光斑近似于椭圆形，发散角大，与光纤的耦合效率很低，纵模间距较小，故常以多纵模方式激射，或产生跳模，这些都阻碍了它在实际通信领域的应用。垂直腔面发射激光器(VCSEL)相对于传统的边发射激光器相比，具有以下优点：其输出光束质量高，呈圆对称分布，容易和光纤耦合(从单模光纤SMF到1mm左右的塑料光纤都可)；光学谐振腔体积很小，为微米量级，易于产生微腔效应，极低阈值(亚毫安)电流激射；极短的谐振腔导致纵模间隔增大，并且可以控制模式间距，有利于实现动态单纵模工作；出光窗口在外延片的表面，出光方向与外延片垂直，因而可以直接进行测试，便于实现低成本、大规模的工业化生产；VCSEL有高的调制速率，主要在1-2.5Gb/s，目前可以做到输出光功率-3dBm时，调制速率达到12.5Gb/s；VCSEL可以制成二维激光器阵列，进行二维光互连信息传输，还可以方便地和其他光学、电学器件集成；VCSEL具有非常优越的性能和极其低廉的价格，性价比高。随着现代高速短波长光纤网络的发展，VCSEL已经成为光通信领域最有前途的光源。

传统的外调制器的插入损耗大，达6-8dB，并且价格昂贵，不适合大批量生产和应用。而内调制原理是控制注入激光器的驱动电流，使之随调制信号变化，除了光源本身之外，不需要其他的光器件。较之外调制系统，内调制是一种更简单，价格更低廉的光调制方式。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于VCSEL内调制的ROF链路收发装置。

基于VCSEL内调制的ROF链路收发装置包括用光纤连接的发送装置和接收装置，发送装置包括顺次连接的微波调制模块，垂直腔面发射激光器，光电流跨阻放大模块，滤波网络，反馈控制模块，直流驱动模块，发送装置由发送装置电源模块供电；接收装置包括顺次连接的高速光电二极管，第一级微波放大模块，微波衰减网络和第二级微波放大模块，高速光电二极管和光电流直流分路模块连接，接收装置由接收装置电源模块供电；

发送装置中，调制输入的微波信号从微波调制模块输入，周期性改变控制注入垂直腔面发射激光器的驱动电流，实现激光器的内调制，垂直腔面发射激光器自带镜像光电二极管，可以检测到部分激光器的输出光，产生一个微弱的光电流信号，该光电流通过光电流跨阻放大模块，实现电流信号到电压信号的转换，由于垂直腔面发射激光器带有调制信息，因此光电流也带有交流成分，该信号通过滤波网络，进行低通滤波后，得到一个直流的电压信号，该信号通过反馈控制模块后，得到一个标准的电压信号，该信号进入直流驱动模块，确定垂直腔面发射激光器的静态工作点，让激光器可以正常工作。

接收装置中，由光纤传输的已调光通过高速光电二极管后，得到一个光电流信号，该信号分为直流和交流(微波)两部分，交流部分通过第一级微波放大器模块对微波信号进行放大，为抑制高增益带来的高频自激震荡，该信号再通过微波衰减网络，输出信号再通过第二级微波放大模块，其输出即为接收装置的输出。

所述的微波调制模块，垂直腔面发射激光器，光电流跨阻放大模块和直流驱动模块的电路为：调制输入的微波信号从RFIN端输入，RFIN端和电容C3的一端连接，电容C3的另一端和微波放大器U3的1脚连接，信号放大后由微波放大器U3的3脚输出，微波放大器U3的2脚和4脚接地，微波放大器U3的供电端为3脚，连接到线绕电感L1的一端，电感L1的另一端连接到电容C5的一端、电容C6的一端、电容C7的一端和电阻R6的一端，电容C5的另一端、电容C6的另一端和电容C7的另一端接地，电阻R6的另一端连接到供电VCC2，微波放大器U3的3脚连接到电容C13的一端，电容C13的另一端连接到高频三极管B 1的2脚，高频三极管B1的2脚连接到电阻R48的一端，电阻R48的另一端连接到电容C8的一端，电容C8的另一端接地，高频三极管B1的1脚连接到电阻R2的一端和电容C2的一端，电阻R2的另一端和电容C2的另一端接地，高频三极管B1的1脚接到垂直腔面发射激光器的正极，垂直腔面发射激光器的负极连接到电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接到供电VEE1，供电VEE1和电阻R5相连的一端连接到电容C4的一端，电容C4的另一端接地。垂直腔面发射激光器的负极和自带的镜像光电二极管的正极是固有连接端口，镜像光电二极管的负极连接到跨阻放大器U0的4脚，跨阻放大器U0的4脚连接到电阻R53的一端和电容C22的一端，电阻R53的另一端和电容C22的另一端连接到跨阻放大器U0的1脚，跨阻放大器U0的5脚接到供电VCC2和电容C19的一端，电容C19的另一端接地，跨阻放大器U0的2脚接到供电VEE1和电容C20的一端，电容C20的另一端接地，跨阻放大器U0的3脚连接到电阻R52的一端和电容C21的一端，电阻R52的另一端和电容C21的另一端接地，光电流跨阻放大模块的输出为跨阻放大器U0的1脚。

所述的滤波网络和反馈控制模块的电路为：电阻R3的一端接光电流跨阻放大模块的输出端，电阻R3的另一端连接到电容C1的一端和运算放大器U1的3脚，电容C1的另一端接地，运算放大器U1的1脚和运算放大器U1的2脚相连后连接到电阻R8的一端，电阻R8的另一端连接到电容C76的一端和运算放大器U1的5脚，电容C76另一端接地，运算放大器U1的4脚连接到电容C23的一端和供电VEE1，电容C23另一端接地，运算放大器U1的8脚连接到供电VCC1和电容C24的一端，电容C24另一端接地，运算放大器U1的6脚连接到电阻R10的一端和电阻R9的一端，电阻R10的另一端接地，电阻R9的另一端接运算放大器U1的7脚，运算放大器U1的7脚连接到电阻R11的一端，电阻R11另一端与电阻R12的一端和运算放大器U2的2脚连接，电阻R12的另一端和运算放大器U2的1脚连接，运算放大器U2的3脚和电阻R14的一端连接，电阻R14的另一端接地，运算放大器U2的4脚与电容C25的一端和供电VEE1连接，电容C25另一端接地，运算放大器U2的8脚与电容C11的一端和供电VCC1连接，电容C11另一端接地，运算放大器U2的1脚和电阻R46的一端连接，电阻R46的另一端与电阻R56的一端、电阻R47的一端和运算放大器U2的5脚连接，电阻R56另一端接地，电阻R47另一端接电源模块产生的电压供电信号V1，运算放大器U2的6脚与电阻R51的一端、电阻R49的一端和电容C75的一端连接，电阻R51的另一端接地，电阻R49的另一端和电容C75另一端连接后和运算放大器U2的7脚连接，运算放大器U2的7脚为反馈控制模块的输出，连接到图2(a)电路中电阻R48和电容C8的连接端。

所述的接收装置中的高速光电二极管，第一级微波放大模块，微波衰减网络，第二级微波放大模块和直流分路模块电路为：高速光电二极管PD的负极与供电VCC3和电容Cp的一端连接，电容Cp的另一端接地，高速光电二极管的正极与电感L4的一端、电阻Rg的一端和电容C71的一端连接，电阻Rg的另一端接地，电感L4的另一端和电阻Rf的一端连接，电阻Rf另一端接地，电容C71的另一端和微波放大器U5的1脚连接，微波放大器U5的2脚和4脚接地，微波放大器U5的3脚为输出管脚，与电容C30的一端和线绕电感L2的一端连接，电感L2另一端接电容C70的一端、电容C00的一端和电阻Rd的一端，电容C70的另一端和电容C00的另一端接地，电阻Rd的另一端与供电VCC3和电容C0的一端连接，电容C0另一端接地，电容C30的另一端与电阻R61的一端、电阻R62的一端连接，电阻R62另一端接地，电阻R61的另一端与电阻R63的一端和电容CB1的一端连接，电阻R63另一端接地，电容CB1的另一端和微波放大器U10的1脚连接，微波放大器U10的2脚和4脚接地，微波放大器U10的3脚与电容CB2的一端和线绕电感L3的一端连接，电感L3的另一端与电容Cd的一端、电容Ce的一端、电容Cf的一端和电阻R60的一端连接，电容Cd的另一端、电容Ce的另一端和电容Cf的另一端接地，电阻R60另一端接供电VCC4，电容CB2的另一端RFOUT就是接收装置的输出。

所述的发送装置电源模块和接收装置电源模块电路为：供电VEE与电容C160的一端和稳压芯片U9的2脚连接，电容C160的另一端接地，稳压芯片U9的1脚与电阻R180的一端、电阻R70的一端连接，电阻R70另一端接地，电阻R180另一端与电容C180的一端和稳压芯片U9的3脚连接，稳压芯片U9的3脚为供电输出端VEE1，电阻R7的一端、电容Cm的一端和电容C16的一端与供电VEE1连接，电容C16另一端接地，电阻R7另一端与电容Cm的另一端、电阻R18的一端和稳压芯片U4的1脚连接，稳压芯片U4的1脚接地，稳压芯片U4的2脚与电容C17的一端和电容C18的一端连接，电容C17的另一端和电容C18的另一端接地，稳压芯片U4的2脚为供电输出端V1，电容C65的一端与稳压芯片U6的3脚和供电VCC连接，电容C65的另一端与电阻R40的一端接地，电阻R40的另一端与电阻R42的一端和稳压芯片U6的1脚连接，电阻R42的另一端与电容C66的一端和稳压芯片U6的2脚连接，稳压芯片U6的2脚即为供电输出端VCC1，稳压芯片U7的1脚接供电VCC和电容C61的一端，电容C61的另一端接地，稳压芯片U7的2脚和3脚连接，稳压芯片U7的4脚与电阻R43的一端和电阻R45的一端连接，电阻R43的另一端接地，电阻R45的另一端与电容C62的一端和电容C68的一端和稳压芯片U7的6脚、7脚连接，电容C68的另一端和电容C62另一端接地，稳压芯片U7的6脚、7脚即为供电输出端VCC2，稳压芯片U8的1脚接VDD和电容C63的一端，电容C63的另一端接地，稳压芯片U8的2脚和3脚连接，稳压芯片U8的4脚与电阻R50一端和电阻R55的一端连接，电阻R50的另一端接地，电阻R55的另一端与电容C64一端和电容C69的一端和U8的6脚、7脚连接，电容C64的另一端和电容C69另一端接地，稳压芯片U8的6脚、7脚即为供电输出端VCC3，稳压芯片U11的1脚接VDD和电容C67的一端，电容C67的另一端接地，稳压芯片U11的2脚和3脚连接，稳压芯片U11的4脚与电阻R57的一端和电阻R59的一端连接，电阻R57的另一端接地，电阻R59的另一端与电容C72的一端和电容C73的一端和稳压芯片U11的6脚、7脚连接，电容C72的另一端和电容C73另一端接地，稳压芯片U11的6脚、7脚即为供电输出端VCC4。

本发明激光器和相应的调制模块带宽比较大，调制微波信号可调范围也比较大，一套装置可以实现较宽频带通信；内调制是调制信号直接控制激光器注入电流，使激光器的发光功率随调制信号变化，其出射的已调光功率较大，并且输出端口解调得到的微波信号功率也大，而外调制器光有较大的固有差损，解调所得的微波功率也不如内调制系统，一般需要外接光放大器，相对来说内调制结构比较简单，且调制效率更高；内调制可以用电路实现，而外调制通过介质电光、声光、磁光效应实现，价格昂贵，内调制收发装置成本远远低于外调制系统。

附图说明

图1为基于VCSEL内调制的ROF链路收发装置的系统框图；

图2(a)为本发明发送装置垂直腔面发射激光器、微波调制模块、直流驱动模块和跨阻放大模块电路图；

图2(b)为本发明发送装置滤波网络和反馈控制模块电路图；

图3为本发明接受装置两级微波放大模块和衰减网络电路图；

图4为本发明电源模块电路图；

图5(a)为本发明发送装置已调光信号归一化频谱；

图5(b)为本发明接受装置解调输出信号归一化频谱。

具体实施方式

如图1所示，基于VCSEL内调制的ROF链路收发装置包括用光纤连接的发送装置和接收装置，发送装置包括顺次连接的微波调制模块，垂直腔面发射激光器，光电流跨阻放大模块，滤波网络，反馈控制模块，直流驱动模块，发送装置由发送装置电源模块供电；接收装置包括顺次连接的高速光电二极管，第一级微波放大模块，微波衰减网络和第二级微波放大模块，高速光电二极管和光电流直流分路模块连接，接收装置由接收装置电源模块供电；

发送装置中，调制输入的微波信号从微波调制模块输入，周期性改变控制注入垂直腔面发射激光器的驱动电流，实现激光器的内调制，垂直腔面发射激光器自带镜像光电二极管，可以检测到部分激光器的输出光，产生一个微弱的光电流信号，该光电流通过光电流跨阻放大模块，实现电流信号到电压信号的转换，由于垂直腔面发射激光器带有调制信息，因此光电流也带有交流成分，该信号通过滤波网络，并进行低通滤波后，得到一个直流的电压信号，该信号通过反馈控制模块后，得到一个标准的电压信号，该信号进入直流驱动模块，确定垂直腔面发射激光器的静态工作点，让激光器可以正常工作。

所述的垂直腔面发射激光器(VCSEL)的输出光波长为850nm，并且该VCSEL自带镜像光电二极管，该激光器是电流驱动器件，TO-46封装，当驱动电流小于阈值电流时，输出荧光，大于阈值电流之后，才输出激光，在大于阈值电流的一段范围内，驱动电流和输出光功率成线性关系。高速光电二极管(PD)，TO-46封装，输入光功率最大为0dBm。垂直腔面发射激光器发射的光有一部分被自带的镜像光电二极管所检测，产生一个微弱的光电流，其值和激光器的输出光功率成正比关系，光电流通过光电流跨阻放大模块和滤波网络，得到一个直流电压信号，该信号和电源模块产生的标准信号输入反馈控制模块进行比较后得到一个直流电压信号，作为VCSEL激光二极管的直流偏置，该反馈控制模块能使激光器输出光功率保持稳定。内调制模块由大信号微波放大器和高频三极管构成的恒流源电路组成，系统输入端的微波信号经过放大后，进入高频三极管，控制激光器注入电流，使激光器的发光功率随调制信号变化，实现微波内调制到VCSEL激光器上。发射装置电源模块和接收装置电源模块由多种稳压芯片构成，产生多个稳定的正负电压信号。光电流跨阻放大模块和滤波网络由多级运算放大器构成，实现信号的电流到电压转换、电压正向放大、反向放大和有源低通滤波功能。接收装置中第一级和第二级微波放大模块由高增益小信号微波低噪声放大器组成，实现光电二极管拍频后得到的微波小信号的多级放大。两级放大模块之间加入的微波衰减网络，目的是为了降低过大的微波增益使输出功率符合要求，并且抑制因增益过高而带来的高频自激震荡。基于VCSEL内调制的ROF链路收发装置，由于调制信号到了射频频段，会通过空间辐射和电路板耦合，并且在900MHz和1.8GHz处有GSM的信号，为了防止类似信号对装置的干扰，发射装置和接收装置都要用屏蔽盒来屏蔽调制信号和干扰信号的空间传输。

如图2(a)所示，微波调制模块，垂直腔面发射激光器，光电流跨阻放大模块和直流驱动模块的电路为：调制输入的微波信号从RFIN端输入，RFIN端和电容C3的一端连接，电容C3的另一端和微波放大器U3的1脚连接，信号放大后由微波放大器U3的3脚输出，微波放大器U3的2脚和4脚接地，微波放大器U3的供电端为3脚，连接到线绕电感L1的一端，电感L1的另一端连接到电容C5的一端、电容C6的一端、电容C7的一端和电阻R6的一端，电容C5的另一端、电容C6的另一端和电容C7的另一端接地，电阻R6的另一端连接到供电VCC2，微波放大器U3的3脚连接到电容C13的一端，电容C13的另一端连接到高频三极管B1的2脚，高频三极管B1的2脚连接到电阻R48的一端，电阻R48的另一端连接到电容C8的一端，电容C8的另一端接地，高频三极管B1的1脚连接到电阻R2的一端和电容C2的一端，电阻R2的另一端和电容C2的另一端接地，高频三极管B1的1脚接到垂直腔面发射激光器的正极，垂直腔面发射激光器的负极连接到电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接到供电VEE1，供电VEE1和电阻R5相连的一端连接到电容C4的一端，电容C4的另一端接地。垂直腔面发射激光器的负极和自带的镜像光电二极管的正极是固有连接端口，镜像光电二极管的负极连接到跨阻放大器U0的4脚，跨阻放大器U0的4脚连接到电阻R53的一端和电容C22的一端，电阻R53的另一端和电容C22的另一端连接到跨阻放大器U0的1脚，跨阻放大器U0的5脚接到供电VCC2和电容C19的一端，电容C19的另一端接地，跨阻放大器U0的2脚接到供电VEE1和电容C20的一端，电容C20的另一端接地，跨阻放大器U0的3脚连接到电阻R52的一端和电容C21的一端，电阻R52的另一端和电容C21的另一端接地，光电流跨阻放大模块的输出为跨阻放大器U0的1脚。

如图2(b)所示，滤波网络和反馈控制模块的电路为：电阻R3的一端接光电流跨阻放大模块的输出端，电阻R3的另一端连接到电容C1的一端和运算放大器U1的3脚，电容C1的另一端接地，运算放大器U1的1脚和运算放大器U1的2脚相连后连接到电阻R8的一端，电阻R8的另一端连接到电容C76的一端和运算放大器U1的5脚，电容C76另一端接地，运算放大器U1的4脚连接到电容C23的一端和供电VEE1，电容C23另一端接地，运算放大器U1的8脚连接到供电VCC1和电容C24的一端，电容C24另一端接地，运算放大器U1的6脚连接到电阻R10的一端和电阻R9的一端，电阻R10的另一端接地，电阻R9的另一端接运算放大器U1的7脚，运算放大器U1的7脚连接到电阻R11的一端，电阻R11另一端与电阻R12的一端和运算放大器U2的2脚连接，电阻R12的另一端和运算放大器U2的1脚连接，运算放大器U2的3脚和电阻R14的一端连接，电阻R14的另一端接地，运算放大器U2的4脚与电容C25的一端和供电VEE1连接，电容C25另一端接地，运算放大器U2的8脚与电容C11的一端和供电VCC1连接，电容C11另一端接地，运算放大器U2的1脚和电阻R46的一端连接，电阻R46的另一端与电阻R56的一端、电阻R47的一端和运算放大器U2的5脚连接，电阻R56另一端接地，电阻R47另一端接电源模块产生的电压供电信号V1，运算放大器U2的6脚与电阻R51的一端、电阻R49的一端和电容C75的一端连接，电阻R51的另一端接地，电阻R49的另一端和电容C75另一端连接后和运算放大器U2的7脚连接，运算放大器U2的7脚为反馈控制模块的输出，连接到图2(a)电路中电阻R48和电容C8的连接端。

如图3所示，接收装置中的高速光电二极管，第一级微波放大模块，微波衰减网络，第二级微波放大模块和直流分路模块电路为：高速光电二极管PD的负极与供电VCC3和电容Cp的一端连接，电容Cp的另一端接地，高速光电二极管的正极与电感L4的一端、电阻Rg的一端和电容C71的一端连接，电阻Rg的另一端接地，电感L4的另一端和电阻Rf的一端连接，电阻Rf另一端接地，电容C71的另一端和微波放大器U5的1脚连接，微波放大器U5的2脚和4脚接地，微波放大器U5的3脚为输出管脚，与电容C30的一端和线绕电感L2的一端连接，电感L2另一端接电容C70的一端、电容C00的一端和电阻Rd的一端，电容C70的另一端和电容C00的另一端接地，电阻Rd的另一端与供电VCC3和电容C0的一端连接，电容C0另一端接地，电容C30的另一端与电阻R61的一端、电阻R62的一端连接，电阻R62另一端接地，电阻R61的另一端与电阻R63的一端和电容CB1的一端连接，电阻R63另一端接地，电容CB1的另一端和微波放大器U10的1脚连接，微波放大器U10的2脚和4脚接地，微波放大器U10的3脚与电容CB2的一端和线绕电感L3的一端连接，电感L3的另一端与电容Cd的一端、电容Ce的一端、电容Cf的一端和电阻R60的一端连接，电容Cd的另一端、电容Ce的另一端和电容Cf的另一端接地，电阻R60另一端接供电VCC4，电容CB2的另一端RFOUT就是接收装置的输出。

如图4所示，发送装置电源模块和接收装置电源模块电路为：供电VEE与电容C160的一端和稳压芯片U9的2脚连接，电容C160的另一端接地，稳压芯片U9的1脚与电阻R180的一端、电阻R70的一端连接，电阻R70另一端接地，电阻R180另一端与电容C180的一端和稳压芯片U9的3脚连接，稳压芯片U9的3脚为供电输出端VEE1，电阻R7的一端、电容Cm的一端和电容C16的一端与供电VEE1连接，电容C16另一端接地，电阻R7另一端与电容Cm的另一端、电阻R18的一端和稳压芯片U4的1脚连接，稳压芯片U4的1脚接地，稳压芯片U4的2脚与电容C17的一端和电容C18的一端连接，电容C17的另一端和电容C18的另一端接地，稳压芯片U4的2脚为供电输出端V1，电容C65的一端与稳压芯片U6的3脚和供电VCC连接，电容C65的另一端与电阻R40的一端接地，电阻R40的另一端与电阻R42的一端和稳压芯片U6的1脚连接，电阻R42的另一端与电容C66的一端和稳压芯片U6的2脚连接，稳压芯片U6的2脚即为供电输出端VCC1，稳压芯片U7的1脚接供电VCC和电容C61的一端，电容C61的另一端接地，稳压芯片U7的2脚和3脚连接，稳压芯片U7的4脚与电阻R43的一端和电阻R45的一端连接，电阻R43的另一端接地，电阻R45的另一端与电容C62的一端和电容C68的一端和稳压芯片U7的6脚、7脚连接，电容C68的另一端和电容C62另一端接地，稳压芯片U7的6脚、7脚即为供电输出端VCC2，稳压芯片U8的1脚接VDD和电容C63的一端，电容C63的另一端接地，稳压芯片U8的2脚和3脚连接，稳压芯片U8的4脚与电阻R50一端和电阻R55的一端连接，电阻R50的另一端接地，电阻R55的另一端与电容C64一端和电容C69的一端和U8的6脚、7脚连接，电容C64的另一端和电容C69另一端接地，稳压芯片U8的6脚、7脚即为供电输出端VCC3，稳压芯片U11的1脚接VDD和电容C67的一端，电容C67的另一端接地，稳压芯片U11的2脚和3脚连接，稳压芯片U11的4脚与电阻R57的一端和电阻R59的一端连接，电阻R57的另一端接地，电阻R59的另一端与电容C72的一端和电容C73的一端和稳压芯片U11的6脚、7脚连接，电容C72的另一端和电容C73另一端接地，稳压芯片U11的6脚、7脚即为供电输出端VCC4。

本发明装置的工作原理如下：

记I₀为VCSEL工作在直流偏置点下的驱动电流，ω_RF为调制信号频率，I₁为调制信号幅度，则输入微波调制信号为I₁*cos(ω_RFt)，驱动电流可以完整表示为I₀+I₁*cos(ω_RFt)，由于静态工作点和调制范围选取在激光器的线性输出部分，因此已调光表示为P₀+P₁*cos(ω_RFt)，P₀为激光器工作在直流偏置点下的出光功率，P₁为已调光的交流幅度，已调光频谱如图5(a)所示，通过多模光纤传输到接收端，记高速光电二极管PD的响应度为R，则到接收端PD光电二极管的光功率为R(P₀+P₁*cos(ω_RFt))，经过平方率检测后，光电流频谱如图5(b)所示，直流部分通过光直流分路模块，由于PD截止频率(3GHz左右)有限，二次谐波频率在通带外，功率很小，因此实际只解调恢复出一倍调制频率的微波信号。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于VCSEL内调制的ROF链路收发装置，其特征在于：包括用光纤连接的发送装置和接收装置，发送装置包括顺次连接的微波调制模块，垂直腔面发射激光器，光电流跨阻放大模块，滤波网络，反馈控制模块，直流驱动模块，发送装置由发送装置电源模块供电；接收装置包括顺次连接的高速光电二极管，第一级微波放大模块，微波衰减网络和第二级微波放大模块，高速光电二极管和光电流直流分路模块连接，接收装置由接收装置电源模块供电；发送装置中，调制输入的微波信号从微波调制模块输入，周期性改变控制注入垂直腔面发射激光器的驱动电流，实现激光器的内调制，垂直腔面发射激光器自带镜像光电二极管，可以检测到部分激光器的输出光，产生一个微弱的光电流信号，该光电流通过光电流跨阻放大模块，实现电流信号到电压信号的转换，由于垂直腔面发射激光器带有调制信息，因此光电流也带有交流成分，该信号通过滤波网络，进行低通滤波后，得到一个直流的电压信号，该信号通过反馈控制模块后，得到一个标准的电压信号，该信号进入直流驱动模块，确定垂直腔面发射激光器的静态工作点，让激光器可以正常工作；

接收装置中，由光纤传输的已调光通过高速光电二极管后，得到一个光电流信号，该信号分为直流和交流两部分，交流部分通过第一级微波放大器模块对微波信号进行放大，为抑制高增益带来的高频自激震荡，该信号再通过微波衰减网络，输出信号再通过第二级微波放大模块，其输出即为接收装置的输出。

2.根据权利要求1所述的一种基于VCSEL内调制的ROF链路收发装置，其特征在于所述的微波调制模块，垂直腔面发射激光器，光电流跨阻放大模块和直流驱动模块的电路为：调制输入的微波信号从RFIN端输入，RFIN端和电容C3的一端连接，电容C3的另一端和微波放大器U3的1脚连接，信号放大后由微波放大器U3的3脚输出，微波放大器U3的2脚和4脚接地，微波放大器U3的供电端为3脚，连接到线绕电感L1的一端，电感L1的另一端连接到电容C5的一端、电容C6的一端、电容C7的一端和电阻R6的一端，电容C5的另一端、电容C6的另一端和电容C7的另一端接地，电阻R6的另一端连接到供电VCC2，微波放大器U3的3脚连接到电容C13的一端，电容C13的另一端连接到高频三极管B1的2脚，高频三极管B1的2脚连接到电阻R48的一端，电阻R48的另一端连接到电容C8的一端，电容C8的另一端接地，高频三极管B1的3脚连接到电阻R2的一端和电容C2的一端，电阻R2的另一端和电容C2的另一端接地，高频三极管B1的1脚接到垂直腔面发射激光器的正极，垂直腔面发射激光器的负极连接到电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接到供电VEE1，供电VEE1和电阻R5相连的一端连接到电容C4的一端，电容C4的另一端接地；垂直腔面发射激光器的负极和自带的镜像光电二极管的正极是固有连接端口，镜像光电二极管的负极连接到跨阻放大器U0的4脚，跨阻放大器U0的4脚连接到电阻R53的一端和电容C22的一端，电阻R53的另一端和电容C22的另一端连接到跨阻放大器U0的1脚，跨阻放大器U0的5脚接到供电VCC2和电容C19的一端，电容C19的另一端接地，跨阻放大器U0的2脚接到供电VEE1和电容C20的一端，电容C20的另一端接地，跨阻放大器U0的3脚连接到电阻R52的一端和电容C21的一端，电阻R52的另一端和电容C21的另一端接地，光电流跨阻放大模块的输出为跨阻放大器U0的1脚。

3.根据权利要求1所述的一种基于VCSEL内调制的ROF链路收发装置，其特征在于所述的滤波网络和反馈控制模块的电路为：电阻R3的一端接光电流跨阻放大模块的输出端，电阻R3的另一端连接到电容C1的一端和运算放大器U1的3脚，电容C1的另一端接地，运算放大器U1的1脚和运算放大器U1的2脚相连后连接到电阻R8的一端，电阻R8的另一端连接到电容C76的一端和运算放大器U1的5脚，电容C76另一端接地，运算放大器U1的4脚连接到电容C23的一端和供电VEE1，电容C23另一端接地，运算放大器U1的8脚连接到供电VCC1和电容C24的一端，电容C24另一端接地，运算放大器U1的6脚连接到电阻R10的一端和电阻R9的一端，电阻R10的另一端接地，电阻R9的另一端接运算放大器U1的7脚，运算放大器U1的7脚连接到电阻R11的一端，电阻R11另一端与电阻R12的一端和运算放大器U2的2脚连接，电阻R12的另一端和运算放大器U2的1脚连接，运算放大器U2的3脚和电阻R14的一端连接，电阻R14的另一端接地，运算放大器U2的4脚与电容C25的一端和供电VEE1连接，电容C25另一端接地，运算放大器U2的8脚与电容C11的一端和供电VCC1连接，电容C11另一端接地，运算放大器U2的1脚和电阻R46的一端连接，电阻R46的另一端与电阻R56的一端、电阻R47的一端和运算放大器U2的5脚连接，电阻R56另一端接地，电阻R47另一端接电源模块产生的电压供电信号V1，运算放大器U2的6脚与电阻R51的一端、电阻R49的一端和电容C75的一端连接，电阻R51的另一端接地，电阻R49的另一端和电容C75另一端连接后和运算放大器U2的7脚连接，运算放大器U2的7脚为反馈控制模块的输出，连接到电阻R48和电容C8的连接端。

4.根据权利要求1所述的一种基于VCSEL内调制的ROF链路收发装置，其特征在于所述的接收装置中的高速光电二极管，第一级微波放大模块，微波衰减网络，第二级微波放大模块和直流分路模块电路为：高速光电二极管PD的负极与供电VCC3和电容Cp的一端连接，电容Cp的另一端接地，高速光电二极管的正极与电感L4的一端、电阻Rg的一端和电容C71的一端连接，电阻Rg的另一端接地，电感L4的另一端和电阻Rf的一端连接，电阻Rf另一端接地，电容C71的另一端和微波放大器U5的1脚连接，微波放大器U5的2脚和4脚接地，微波放大器U5的3脚为输出管脚，与电容C30的一端和线绕电感L2的一端连接，电感L2另一端接电容C70的一端、电容C00的一端和电阻Rd的一端，电容C70的另一端和电容C00的另一端接地，电阻Rd的另一端与供电VCC3和电容C0的一端连接，电容C0另一端接地，电容C30的另一端与电阻R61的一端、电阻R62的一端连接，电阻R62另一端接地，电阻R61的另一端与电阻R63的一端和电容CB1的一端连接，电阻R63另一端接地，电容CB1的另一端和微波放大器U10的1脚连接，微波放大器U10的2脚和4脚接地，微波放大器U10的3脚与电容CB2的一端和线绕电感L3的一端连接，电感L3的另一端与电容Cd的一端、电容Ce的一端、电容Cf的一端和电阻R60的一端连接，电容Cd的另一端、电容Ce的另一端和电容Cf的另一端接地，电阻R60另一端接供电VCC4，电容CB2的另一端RFOUT就是接收装置的输出。

5.根据权利要求1所述的一种基于VCSEL内调制的ROF链路收发装置，其特征在于所述的发送装置电源模块和接收装置电源模块电路为：供电VEE与电容C160的一端和稳压芯片U9的2脚连接，电容C160的另一端接地，稳压芯片U9的1脚与电阻R180的一端、电阻R70的一端连接，电阻R70另一端接地，电阻R180另一端与电容C180的一端和稳压芯片U9的3脚连接，稳压芯片U9的3脚为供电输出端VEE1，电阻R7的一端、电容Cm的一端和电容C16的一端与供电VEE1连接，电容C16另一端接地，电阻R7另一端与电容Cm的另一端、电阻R18的一端和稳压芯片U4的1脚连接，稳压芯片U4的1脚接地，稳压芯片U4的2脚与电容C17的一端和电容C18的一端连接，电容C17的另一端和电容C18的另一端接地，稳压芯片U4的2脚为供电输出端V1，电容C65的一端与稳压芯片U6的3脚和供电VCC连接，电容C65的另一端与电阻R40的一端接地，电阻R40的另一端与电阻R42的一端和稳压芯片U6的1脚连接，电阻R42的另一端与电容C66的一端和稳压芯片U6的2脚连接，稳压芯片U6的2脚即为供电输出端VCC1，稳压芯片U7的1脚接供电VCC和电容C61的一端，电容C61的另一端接地，稳压芯片U7的2脚和3脚连接，稳压芯片U7的4脚与电阻R43的一端和电阻R45的一端连接，电阻R43的另一端接地，电阻R45的另一端与电容C62的一端和电容C68的一端和稳压芯片U7的6脚、7脚连接，电容C68的另一端和电容C62另一端接地，稳压芯片U7的6脚、7脚即为供电输出端VCC2，稳压芯片U8的1脚接VDD和电容C63的一端，电容C63的另一端接地，稳压芯片U8的2脚和3脚连接，稳压芯片U8的4脚与电阻R50一端和电阻R55的一端连接，电阻R50的另一端接地，电阻R55的另一端与电容C64一端和电容C69的一端和U8的6脚、7脚连接，电容C64的另一端和电容C69另一端接地，稳压芯片U8的6脚、7脚即为供电输出端VCC3，稳压芯片U11的1脚接VDD和电容C67的一端，电容C67的另一端接地，稳压芯片U11的2脚和3脚连接，稳压芯片U11的4脚与电阻R57的一端和电阻R59的一端连接，电阻R57的另一端接地，电阻R59的另一端与电容C72的一端和电容C73的一端和稳压芯片U11的6脚、7脚连接，电容C72的另一端和电容C73另一端接地，稳压芯片U11的6脚、7脚即为供电输出端VCC4。