CN106646932B - 一种马赫曾德尔强度调制器的直流偏置工作点控制回路 - Google Patents

一种马赫曾德尔强度调制器的直流偏置工作点控制回路 Download PDF

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Abstract

本发明为一种马赫曾德尔强度调制器(MZM)的直流偏置工作点控制回路，光发射端激光器的光信号送入MZM，调制电信号送入MZM调制端口，MZM的光输出经长光纤接光接收端的光电探测器，恢复调制电信号输出。MZM偏置端口连接直流偏置电压电路和参考电信号F1和F2；光接收端的光探测器还连接反馈控制电路，该电路包括极窄带滤波器，模数变换器和对数放大器各2个及比较器。恢复的电信号小部分经2个极窄带滤波器得F1和三阶交调信号2F1‑F2，经模数变换和放大后，接入比较器，得到三阶交调抑制值IM3送回发射端经光电变换接入MZM的直流偏置电压电路。本发明IM3反映系统的全部非线性，自动修正MZM的直流偏置电压，锁定其最佳工作点。

Description

一种马赫曾德尔强度调制器的直流偏置工作点控制回路
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，具体为一种马赫曾德尔强度调制器(MZM)的直流偏置工作点控制回路。
背景技术
铌酸锂马赫曾德尔强度调制器(MZM)是光通信链路中常用的光外调制器，主要用于满足长距离高速光传输的需求。MZM的传输函数近似余弦曲线，因此是非线性的，这种非线性是限制模拟电信号无杂散动态指标的主要因素之一。通常把MZM的直流偏置工作点设置在对应于该曲线的某个最佳工作电压，当调制电输入信号以该偏置电压点为中心变化时，被调制输出的光信号将基本按照与调制电信号对应的规律变化，从而实现信息的调制。由于温度和外界电场等环境因素影响，MZM的传输函数曲线容易发生漂移。当传输函数曲线产生漂移时，如果直流偏置电压值还是保持不变，由于调制信号将不再是围绕最佳工作点变化，最终影响调制信号的质量。因此MZM需要专门的直流偏置控制回路以解决漂移问题，保证MZM的最佳工作点锁定。
目前常用的直流偏置工作点稳定方案是采用反馈控制，已有的多种反馈控制方式基本上都只应用于高速数字信号(如QPSK)光外调制链路，用光探测器恢复出电信号后，通过监测二次谐波或基波信号幅度的变化，把直流偏置工作点锁定于MZM的传输函数曲线的4个特殊点上(如正交点、最低点或最高点)，以获得较低的数字信号误码率，但这种方法并不合适于长距离宽带模拟光传输系统。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明的主要目的在于解决现有技术的缺陷，提供一种马赫曾德尔强度调制器(MZM)的直流偏置工作点控制回路，监测MZM最佳工作电压的偏移导致的三阶交调抑制值变化，然后采用反馈电路控制MZM的直流偏置电压的改变，从而锁定马赫曾德尔强度调制器于最佳工作点。该电路抑制马赫曾德尔强度调制器的非线性导致的三阶交调失真，适用于长距离宽带模拟光传输系统中，以获取最佳的模拟电信号无杂散动态范围。
本发明提供的一种马赫曾德尔强度调制器(MZM)的直流偏置工作点控制回路，包括100km～500km的长光纤连接的光发射端和光接收端，在光发射端，激光器的输出连接到马赫曾德尔强度调制器的光输入端口，频率为FIN＝300MHz～30GHz的调制电信号被输入到马赫曾德尔强度调制器的调制端口，在马赫曾德尔强度调制器的偏置端口连接直流偏置电压电路，马赫曾德尔强度调制器的光输出端口经所述长光纤连接光接收端的光电探测器，光电转换后恢复出电信号经过高通滤波器，得到调制电信号被输出。
由于马赫曾德尔强度调制器的传输函数的非线性，在电光调制过程中将产生三阶交调信号，其频率分别为2F1-F2和2F2-F1。本回路的光发射端马赫曾德尔强度调制器的偏置端口还连接频率分别为F1和F2的第一参考电信号和第二参考电信号，F1或F2均低于调制电信号频率FIN,且与电信号频率FIN差的绝对值均大于或等于100MHz。两个参考电信号的频率F1和F2不相等，F1和F2差的绝对值大于或等于1MHz。在光接收端，光探测器还连接反馈控制电路，反馈控制电路包括第一极窄带滤波器和第二极窄带滤波器，与之对应的2个模数变换器和2个对数放大器，以及比较器。光电转换后恢复出电信号有小部分经第一极窄带滤波器和第二极窄带滤波器分别得到频率为F1的第一参考电信号和频率为2F1-F2的三阶交调信号，各经第一、第二模数变换器和第一、第二对数放大器后，接入比较器进行幅度比较，得到三阶交调抑制值IM3。比较器的输出端连接电光转换器，所得三阶交调抑制值光信号经另一根长光纤连接光发射端的光电转换器，恢复三阶交调抑制值电信号，接入直流偏置电压电路，自动按当前反馈的三阶交调抑制值微调马赫曾德尔强度调制器的直流偏置电压，锁定马赫曾德尔强度调制器于最佳工作点。
所述反馈控制电路也可设置于光发射端，马赫曾德尔强度调制器的光输出端口连接光耦合器，光耦合器分光后大部分的光接入长光纤传输到光接收端的光探测器，小部分光接入光电转换器，恢复的电信号接入反馈控制电路，反馈控制电路输出的三阶交调抑制值直接接入直流偏置电压电路。
所述光耦合器的分光比为(90～99)/(10～1)。
所述第一参考电信号的频率F1或第二参考电信号的频率F2与电信号频率FIN差的绝对值大于或等于100MHz。
第一参考电信号的频率F1和三阶交调信号频率2F1-F2的差大于或等于1MHz，选用的极窄带滤波器为3dB频宽小于或等于1kHz的极窄带滤波器，以有效地得到第一参考电信号F1和三阶交调信号2F1-F2。
选择适当的参考电信号频率F1＝10～12MHz和F2＝11～13MHz，以降低极窄带滤波器的设计难度和成本。
所述2个对数放大器和比较器选择并行运算速度优于或等于10G次乘法累加的可编程器件，以便将IM3值的变化实时地反馈回光发射端。
所述直流偏置电压电路为数字可调式参考电压源。
与现有技术相比，本发明一种马赫曾德尔强度调制器的直流偏置工作点控制回路的优点为：1、当马赫曾德尔强度调制器的传输函数曲线受环境等因素影响产生漂移时，将影响到三阶交调抑制值。本发明反馈控制电路计算的三阶交调抑制值反映了光传输系统中全部元器件的非线性，除影响最大的马赫曾德尔强度调制器的非线性之外，还有光纤线路及光探测等部份的非线性，本发明方案所得到的三阶交调抑制值自动修正马赫曾德尔强度调制器的直流偏置电压，锁定其最佳工作点，有效补偿整个远距离光传输系统的传输函数的漂移，有利于长距离宽带模拟信号光传输；采用本发明的100km距离的光传输系统接收宽带模拟信号无杂散动态范围可达90dB～100dB；2、本回路设计使用常规元器件，制作简单成本低，适合于推广应用。
附图说明
图1为本马赫曾德尔强度调制器的直流偏置工作点控制回路实施例1结构框图；
图2为本马赫曾德尔强度调制器的直流偏置工作点控制回路实施例2结构框图。
图标代码为：
LD、激光器，MZM、马赫曾德尔强度调制器，VREF、直流偏置电压电路，PD、光电探测器，HPF、高通滤波器，BPF、第一极窄带滤波器，bpf、第二极窄带滤波器，ADC、第一模数变换器，adc、第二模数变换器，LOG AMP、第一对数放大器，log amp、第二对数放大器，E/O、电光转换器，O/E、光电转换器。
具体实施方式
实施例1
本马赫曾德尔强度调制器的直流偏置工作点控制回路实施例1如图1所示，在光发射端，激光器LD的尾纤连接到马赫曾德尔强度调制器MZM的光输入端口，用电缆将频率为FIN＝500MHz的调制电信号输入到马赫曾德尔强度调制器MZM的调制端口，在马赫曾德尔强度调制器MZM的偏置端口连接直流偏置电压电路VREF，还连接频率分别为F1＝10MHz和F2＝11MHz的第一参考电信号和第二参考电信号。马赫曾德尔强度调制器MZM的光输出端口经100km的长光纤连接光接收端的光电探测器PD。
光接收端的光电探测器PD光电转换后恢复出电信号分为两路，直通通路接入高通滤波器HPF，得到频率FIN的调制电信号被输出。光探测器PD的反馈通路连接反馈控制电路，反馈控制电路包括3dB频宽均为1kHz的第一极窄带滤波器BPF和第二极窄带滤波器bpf，与之对应的第一、第二模数变换器ADC、adc和第一、第二对数放大器LOGAMP、logamp，以及比较器。光电转换后恢复出电信号经第一极窄带滤波器BPF和第二极窄带滤波器bpf分别得到频率为F1的第一参考电信号和频率为2F1-F2的三阶交调信号，各经第一模数变换器、第二模数变换器和第一、第二对数放大器后，接入比较器进行幅度比较，得到三阶交调抑制值IM3。比较器的输出端连接电光转换器E/O，所得三阶交调抑制值光信号经另一根长光纤连接光发射端的光电转换器O/E，恢复三阶交调抑制值电信号，接入直流偏置电压电路VREF，自动按当前反馈的三阶交调抑制值微调马赫曾德尔强度调制器MZM的直流偏置电压，锁定马赫曾德尔强度调制器MZM于最佳工作点。
实验表明，本例的光发射端发送的调制电信号经长距离光纤传输后，光接收端所得的宽带模拟信号无杂散动态范围可达90dB～100dB。
实施例2
本马赫曾德尔强度调制器的直流偏置工作点控制回路实施例2如图2所示，100km的光纤连接光发射端和光接收端，在光发射端，激光器的输出光信号被送到马赫曾德尔强度调制器MZM的光输入端口，调制电信号FIN被输入到马赫曾德尔强度调制器MZM的调制端口，在马赫曾德尔强度调制器MZM的偏置端口连接直流偏置电压电路VREF，还连接频率分别为F1和F2的第一参考电信号和第二参考电信号。马赫曾德尔强度调制器MZM的光输出端口连接光耦合器，本例光耦合器的分光比为9/1。光耦合器分光后90％的光接入长光纤传输到光接收端的光探测器，10％的光接入光电转换器O/E，恢复的电信号接入反馈控制电路，反馈控制电路与实施例1相同。反馈控制电路输出的三阶交调抑制值直接接入直流偏置电压电路。
光接收端的光电探测器PD光电转换后恢复出电信号接入高通滤波器HPF，得到频率FIN的调制电信号被输出。
实验表明，本例的光发射端发送的调制电信号经长距离光纤传输后，光接收端所得的宽带模拟信号无杂散动态范围达90dB～100dB。
上述实施例，仅为对本发明的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本发明并非限定于此。凡在本发明的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种马赫曾德尔强度调制器的直流偏置工作点控制回路，包括100～500km的长光纤连接的光发射端和光接收端，在光发射端，激光器的输出连接到马赫曾德尔强度调制器(MZM)的光输入端口，频率为FIN＝300MHz～30GHz的调制电信号被输入到马赫曾德尔强度调制器(MZM)的调制端口，在马赫曾德尔强度调制器(MZM)的偏置端口连接直流偏置电压电路(VREF)，马赫曾德尔强度调制器(MZM)的光输出端口经长光纤连接光接收端的光电探测器(PD)，光电转换后恢复出电信号经过高通滤波器(HPF)，得到调制电信号被输出；其特征在于：
所述光发射端的马赫曾德尔强度调制器(MZM)的偏置端口还连接频率分别为F1和F2的第一参考电信号和第二参考电信号，两个参考电信号的频率F1、F2均低于调制电信号频率FIN；在光接收端，光探测器(PD)还连接反馈控制电路，所述反馈控制电路包括第一极窄带滤波器(BPF)和第二极窄带滤波器(bpf)，与之对应的第一、第二模数变换器(ADC、adc)和第一、第二对数放大器(LOG AMP、log amp)，以及比较器；光电转换后恢复出电信号小部分经第一极窄带滤波器(BPF)和第二极窄带滤波器(bpf)分别得到频率为F1的第一参考电信号和频率为2F1-F2的三阶交调信号，各经第一、第二模数变换器(ADC、adc)和第一、第二对数放大器(LOG AMP、log amp)后，接入比较器进行幅度比较，得到三阶交调抑制值；比较器的输出端连接电光转换器(E/O)，所得三阶交调抑制值光信号经另一根长光纤连接光发射端的光电转换器(O/E)，恢复三阶交调抑制值电信号，接入直流偏置电压电路(VREF)，自动按当前反馈的三阶交调抑制值微调马赫曾德尔强度调制器(MZM)的直流偏置电压，锁定马赫曾德尔强度调制器(MZM)于最佳工作点；
所述第一参考电信号的频率F1或第二参考电信号的频率F2低于调制电信号频率FIN,且与电信号频率FIN差的绝对值大于或等于100MHz；所述两个参考电信号的频率F1和F2不相等，F1和F2差的绝对值大于或等于1MHz；
所述第一参考电信号F1和三阶交调信号2F1-F2的频率值的差大于或等于1MHz。
2.根据权利要求1所述的马赫曾德尔强度调制器的直流偏置工作点控制回路，其特征在于：
所述反馈控制电路设置于光发射端，马赫曾德尔强度调制器(MZM)的光输出端口连接光耦合器，光耦合器分光后大部分的光接入长光纤传输到光接收端的光探测器，小部分光接入光电转换器(O/E)，恢复的电信号接入反馈控制电路，反馈控制电路输出的三阶交调抑制值直接接入直流偏置电压电路(VREF)。
3.根据权利要求2所述的马赫曾德尔强度调制器的直流偏置工作点控制回路，其特征在于：
所述光耦合器的分光比为(90～99)/(10～1)。
4.根据权利要求1所述的马赫曾德尔强度调制器的直流偏置工作点控制回路，其特征在于：
所述第一参考电信号频率F1＝10～12MHz，第二参考电信号频率F2＝11～13MHz。
5.根据权利要求1所述的马赫曾德尔强度调制器的直流偏置工作点控制回路，其特征在于：
所述极窄带滤波器为3dB频宽小于或等于1kHz的极窄带滤波器。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的马赫曾德尔强度调制器的直流偏置工作点控制回路，其特征在于：
所述2个对数放大器和比较器为并行运算速度优于或等于10G次乘法累加的可编程器件。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的马赫曾德尔强度调制器的直流偏置工作点控制回路，其特征在于：
所述直流偏置电压电路为数字可调式参考电压源。
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