CN111682904B - 稳定相干光模块调制驱动器射频信号幅度的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种稳定相干光模块调制驱动器射频幅度的装置及方法,涉及高速光模块技术领域,该装置包括激光器、IQ调制器和信号处理单元,激光器用于向IQ调制器输入线偏振光;IQ调制器用于输出相干调制后的光,且所述IQ调制器上连接2个用于向IQ调制器输入射频信号的调制驱动器;信号处理单元用于进行谐波幅度计算以及输出设定电压,所述IQ调制器的输出端依次连接分光计和光电转换单元,且光电转换单元的输出端连接信号处理单元,所述信号处理单元的输出端连接2个加法器,且每个加法器均连接一调制驱动器,所述加法器用于向调制驱动器输入信号处理单元输出的扰动信号和增益控制电压。本发明能够稳定相干光模块输出的射频信号幅度。
Description
技术领域
本发明涉及高速光模块技术领域,具体涉及一种稳定相干光模块调制驱动器射频幅度的装置及方法。
背景技术
相干光模块发送端的控制原理是相干光模块将一束线偏振光通过IQ调制器,然后将DSP(Digital Signal Processing,数字信号处理)输出的四路射频信号加载到调制光上进行传输,参见图1所示,图中,本振光为线偏振光,来自窄带线偏振光激光器,XI、XQ、YI、YQ分别为DSP的四路射频输出信号,经过调制驱动器后,幅度达到IQ调制器要求,图1中的IQ调制器为MZ(马赫-曾德尔)调制器。
相干光模块发送端控制是指控制发送端各个器件的运行状态,使相干光模块的输出信号稳定。相干光模块发送端控制主要使用射频放大技术、IQ调制技术、射频幅度调制技术、微小谐波信号幅度检测技术和低噪放大技术,其中,射频放大技术用于放大DSP芯片的射频输出信号,使DSP芯片的射频输出信号的幅度满足IQ调制器需求;IQ调制技术用于把一束线偏振光调制成正交的两束线偏振光;射频幅度调制技术用于把微小的扰动信号加载到射频输出的包络中;微小谐波信号幅度检测技术用于检测信号中指定频率谐波的幅度;低噪放大技术用于放大微小光生电流,并且将其转换成电压信号。但是,由于相干光模块为射频放大器,其输出的射频信号幅度易受环境温度的影响,从而很难输出幅度较为稳定的射频信号。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷,本发明的目的在于提供一种稳定相干光模块调制驱动器射频幅度的装置及方法,能够稳定相干光模块输出的射频信号幅度。
为达到以上目的,本发明提供一种稳定相干光模块调制驱动器射频信号幅度的装置,包括:
激光器,其用于向IQ调制器输入线偏振光;
IQ调制器,其用于输出相干调制后的光,且所述IQ调制器上连接2个用于向IQ调制器输入射频信号的调制驱动器;
信号处理单元,其用于进行谐波幅度计算以及输出设定电压,所述IQ调制器的输出端依次连接分光计和光电转换单元,且光电转换单元的输出端连接信号处理单元,所述信号处理单元的输出端连接2个加法器,且每个加法器均连接一调制驱动器,所述加法器用于向调制驱动器输入信号处理单元输出的扰动信号和增益控制电压。
在上述技术方案的基础上,
所述分光计包括分光单元和光电探测器;
所述光电转换单元包括跨阻放大器和窄带滤波器。
在上述技术方案的基础上,
所述调制驱动器包括射频输入接口、射频输出接口、增益控制电压输出接口和扰动信号输入接口;
所述调制驱动器的射频输出接口连接IQ调制器;
2个调制驱动器中,其中一调制驱动器的射频输入接口用于输入I路射频信号,另一调制驱动器的射频输入接口用于输入Q路射频信号。
在上述技术方案的基础上,
所述信号处理单元输出的扰动信号包括I路扰动信号和Q路扰动信号;
所述信号处理单元的增益控制电压包括I路增益控制电压和Q路增益控制电压;
所述信号处理单元输出的I路扰动信号和I路增益控制电压经过一加法器后加载在一调制驱动器上,且该调制驱动器的射频输入接口输入的为I路射频信号,所述信号处理单元输出的Q路扰动信号和Q路增益控制电压经过另一加法器后加载在另一调制驱动器上,且该调制驱动器的射频输入接口输入的为Q路射频信号。
本发明提供一种稳定相干光模块调制驱动器射频信号幅度的方法,包括以下步骤:
信号处理单元经调制驱动器首次向IQ调制器同时发送I路扰动信号和Q路扰动信号,并持续设定时间,同时获取光电转换单元中I路扰动信号的谐波幅度,以及Q路扰动信号的谐波幅度;
信号处理单元再次经调制驱动器向IQ调制器同时发送I路扰动信号和Q路扰动信号,并持续设定时间,同时再次获取光电转换单元中I路扰动信号的谐波幅度,以及Q路扰动信号的谐波幅度;
计算两次获取的I路扰动信号谐波幅度的差值,以及Q路扰动信号谐波幅度的差值;
基于计算得到差值,确定信号处理单元需输出的增益控制电压,然后信号处理单元经调制驱动器向IQ调制器输出所确定的增益控制电压。
在上述技术方案的基础上,所述信号处理单元经调制驱动器向IQ调制器同时发送I路扰动信号和Q路扰动信号之前,还包括:设置激光器、调制驱动器和IQ调制器的初始参数,所述激光器的初始参数包括光功率和激光波长,所述调制驱动器的初始参数包括增益控制电压和静态电流控制电压,所述IQ调制器的初始参数包括I路偏置电压和Q路偏置电压。
在上述技术方案的基础上,所述获取光电转换单元中I路扰动信号的一次谐波幅度,以及Q路扰动信号的一次谐波幅度,具体为:使用快速傅里叶变换或正交锁相算法,计算光电转换单元中的I路扰动信号,得到I路扰动信号的一次谐波幅度,使用快速傅里叶变换或正交锁相算法,计算光电转换单元中的Q路扰动信号,得到Q路扰动信号的一次谐波幅度。
在上述技术方案的基础上,所述基于计算得到差值,确定信号处理单元需输出的增益控制电压,然后信号处理单元经调制驱动器向IQ调制器输出所确定的增益控制电压,具体步骤包括:
S401:计算最近一次获取的I路扰动信号谐波幅度,与首次向IQ调制器发送I路扰动信号时获取的I路扰动信号谐波幅度的差值,计算最近一次获取的Q路扰动信号谐波幅度,与首次向IQ调制器发送Q路扰动信号时获取的Q路扰动信号谐波幅度的差值,转到S402:
S402:基于计算得到的差值,以及上一次确定的信号处理单元需输出的增益控制电压,确定当前次信号处理单元需输出的增益控制电压,转到S403;
S403:将确定的当前次信号处理单元需输出的增益控制电压经调制驱动器向IQ调制器输出,转到S404;
S404:信号处理单元再次经调制驱动器向IQ调制器同时发送I路扰动信号和Q路扰动信号,并持续设定时间,同时再次获取光电转换单元中I路扰动信号的谐波幅度,以及Q路扰动信号的谐波幅度,转到S401。
在上述技术方案的基础上,所述基于计算得到的差值,以及上一次确定的信号处理单元需输出的增益控制电压,确定当前次信号处理单元需输出的增益控制电压,其中,确定当前次信号处理单元需输出的增益控制电压,具体的计算公式为:
VIGn=VIGn-1+k*DetaI
VQGn=VQGn-1+k*DetaQ
其中,VIGn为当前次信号处理单元需输出的I路增益控制电压,VIGn-1为上一次信号处理单元需输出的I路增益控制电压,n为大于或等于2的整数,且VIG1和VGQ1均为常量,k为参数,DetaI为首次向IQ调制器发送I路扰动信号时获取的I路扰动信号谐波幅度,与最近一次获取的I路扰动信号谐波幅度的差值,VQGn为当前次信号处理单元需输出的Q路增益控制电压,VQGn-1为上一次信号处理单元需输出的Q路增益控制电压,DetaQ为首次向IQ调制器发送Q路扰动信号时获取的Q路扰动信号谐波幅度,与最近一次获取的Q路扰动信号谐波幅度的差值。
在上述技术方案的基础上,所述将确定的当前次信号处理单元需输出的增益控制电压经调制驱动器向IQ调制器输出,具体步骤为,将确定的当前次信号处理单元需输出的I路增益控制电压经一调制驱动器向IQ调制器输出,且该调制驱动器的射频输入接口输入的为I路射频信号,将确定的当前次信号处理单元需输出的Q路增益控制电压经另一调制驱动器向IQ调制器输出,且该调制驱动器的射频输入接口输入的为Q路射频信号。
与现有技术相比,本发明的优点在于:通过使用扰动信号作为探测信号,从而确定经调制驱动器向IQ调制器输入的增压控制电压的大小,达到稳定相干光模块输出的射频信号幅度的目的。
附图说明
图1为本发明背景技术中相干光模块发送端处的结构示意图;
图2为本发明实施例中一种稳定相干光模块调制驱动器射频幅度的装置的结构示意图;
图3为本发明实施例中一种稳定相干光模块调制驱动器射频幅度的方法的流程图。
具体实施方式
本发明实施例提供一种稳定相干光模块调制驱动器射频幅度的方法,通过使用扰动信号作为探测信号,从而确定经调制驱动器向IQ调制器输入的增压控制电压的大小,达到稳定相干光模块输出的射频信号幅度的目的。本发明实施例还相应地提供了一种稳定相干光模块调制驱动器射频幅度的装置。
对于相干光模块中的IQ调制器,IQ调制器的平均输出光功率可用如下公式表示:
其中,Pavg表示IQ调制器的平均输出光功率,VBI表示I路的偏置电压,VBQ表示Q路的偏置电压,VI表示I路的射频信号,VQ表示Q路的射频信号,Vπ为IQ调制器射频信号半波电压,为I、Q两路光信号相位角差值。
对于QPSK(Quadrature Phase Shift Keying,正交相移键控)调制,射频信号的峰值为Vpp,那么VI=VQ=±Vpp/2;
以I路为例,平均输出光功率中与VBI和Vpp有关的部分为I路光功率,可以表示为:
其中,PI为I路光功率,且该公式中,所涉及的光功率是相对于IQ调制器的输入光功率的相对值,所涉及的电压是相对于调制器半波电压的相对值;
在射频信号的幅度上加载扰动信号dsin(ωIt),其中ωIt为扰动信号实时的相位角,d为扰动信号系数,则I路光功率表达式变为:
其中,
根据泰勒展开,一阶扰动信号sin(ωIt)的系数是sin(Vpp/2)*cos(VBI),当IQ调制器锁定到正常运行状态时,cos(VBI)为最大值1,所以扰动信号的一阶谐波幅度sin(Vpp/2)正相关,从而可以确定调制驱动器输出Vpp的变化情况。
参见图2所示,本发明实施例提供的一种稳定相干光模块调制驱动器射频幅度的装置,包括激光器、IQ调制器和信号处理单元。激光器用于向IQ调制器输入线偏振光,激光器具体的为本振窄线宽激光器。IQ调制器用于输出相干调制后的光,且IQ调制器上连接2个用于向IQ调制器输入射频信号的调制驱动器。信号处理单元用于进行谐波幅度计算以及输出设定电压,IQ调制器的输出端依次连接分光计和光电转换单元,且光电转换单元的输出端连接信号处理单元,所述信号处理单元的输出端连接2个加法器,且每个加法器均连接一调制驱动器,所述加法器用于向调制驱动器输入信号处理单元输出的扰动信号和增益控制电压。
分光计包括分光单元和光电探测器。光电转换单元包括跨阻放大器和窄带滤波器。调制驱动器包括射频输入接口、射频输出接口、增益控制电压输出接口和扰动信号输入接口;调制驱动器的射频输出接口连接IQ调制器;2个调制驱动器中,其中一调制驱动器的射频输入接口用于输入I路射频信号,另一调制驱动器的射频输入接口用于输入Q路射频信号。
对于信号处理单元,信号处理单元输出的扰动信号包括I路扰动信号和Q路扰动信号;信号处理单元的增益控制电压包括I路增益控制电压和Q路增益控制电压;信号处理单元输出的I路扰动信号和I路增益控制电压经过一加法器后加载在一调制驱动器上,且该调制驱动器的射频输入接口输入的为I路射频信号,所述信号处理单元输出的Q路扰动信号和Q路增益控制电压经过另一加法器后加载在另一调制驱动器上,且该调制驱动器的射频输入接口输入的为Q路射频信号。
参见图3所示,本发明实施例提供的一种稳定相干光模块调制驱动器射频信号幅度的方法,基于上述所述装置,该方法包括:
S1:信号处理单元经调制驱动器首次向IQ调制器同时发送I路扰动信号和Q路扰动信号,并持续设定时间,同时获取光电转换单元中I路扰动信号的谐波幅度,以及Q路扰动信号的谐波幅度;本发明实施例中的扰动信号为微小的正弦扰动信号。
S2:信号处理单元再次经调制驱动器向IQ调制器同时发送I路扰动信号和Q路扰动信号,并持续设定时间,同时再次获取光电转换单元中I路扰动信号的谐波幅度,以及Q路扰动信号的谐波幅度;
S3:计算两次获取的I路扰动信号谐波幅度的差值,以及Q路扰动信号谐波幅度的差值;
S4:基于计算得到差值,确定信号处理单元需输出的增益控制电压,然后信号处理单元经调制驱动器向IQ调制器输出所确定的增益控制电压。
信号处理单元经调制驱动器向IQ调制器同时发送I路扰动信号和Q路扰动信号之前,还包括:设置激光器、调制驱动器和IQ调制器的初始参数,所述激光器的初始参数包括光功率和激光波长,所述调制驱动器的初始参数包括增益控制电压和静态电流控制电压,所述IQ调制器的初始参数包括I路偏置电压和Q路偏置电压。
获取光电转换单元中I路扰动信号的一次谐波幅度,以及Q路扰动信号的一次谐波幅度,具体为:使用快速傅里叶变换或正交锁相算法,计算光电转换单元中的I路扰动信号,得到I路扰动信号的一次谐波幅度,使用快速傅里叶变换或正交锁相算法,计算光电转换单元中的Q路扰动信号,得到Q路扰动信号的一次谐波幅度。
可选地,在上述图3对应实施例的基础上,本发明实施例提供的一种稳定相干光模块调制驱动器射频信号幅度的方法的第一个可选实施例中,基于计算得到差值,确定信号处理单元需输出的增益控制电压,然后信号处理单元经调制驱动器向IQ调制器输出所确定的增益控制电压,具体步骤包括:
S401:计算最近一次获取的I路扰动信号谐波幅度,与首次向IQ调制器发送I路扰动信号时获取的I路扰动信号谐波幅度的差值,计算最近一次获取的Q路扰动信号谐波幅度,与首次向IQ调制器发送Q路扰动信号时获取的Q路扰动信号谐波幅度的差值,转到S402:
S402:基于计算得到的差值,以及上一次确定的信号处理单元需输出的增益控制电压,确定当前次信号处理单元需输出的增益控制电压,转到S403;
S403:将确定的当前次信号处理单元需输出的增益控制电压经调制驱动器向IQ调制器输出,转到S404;
S404:信号处理单元再次经调制驱动器向IQ调制器同时发送I路扰动信号和Q路扰动信号,并持续设定时间,同时再次获取光电转换单元中I路扰动信号的谐波幅度,以及Q路扰动信号的谐波幅度,转到S401。
通过使用扰动信号作为探测信号,将低频的扰动信号加载到射频信号幅度上,对射频信号进行调制,从而IQ调制器输出的光信号携带有抖动信号对应的谐波,经过光电转换后,检测电信号中的一次谐波分量,分析其幅度变化量,从而确定经调制驱动器向IQ调制器输入的增压控制电压的大小,达到稳定相干光模块输出的射频信号幅度的目的。
基于计算得到的差值,以及上一次确定的信号处理单元需输出的增益控制电压,确定当前次信号处理单元需输出的增益控制电压,其中,确定当前次信号处理单元需输出的增益控制电压,具体的计算公式为:
VIGn=VIGn-1+k*DetaI
VQGn=VQGn-1+k*DetaQ
其中,VIGn为当前次信号处理单元需输出的I路增益控制电压,VIGn-1为上一次信号处理单元需输出的I路增益控制电压,n为大于或等于2的整数,且VIG1和VGQ1均为常量,为相干光模块生产调试时得到的初始值,k为参数,DetaI为首次向IQ调制器发送I路扰动信号时获取的I路扰动信号谐波幅度,与最近一次获取的I路扰动信号谐波幅度的差值,VQGn为当前次信号处理单元需输出的Q路增益控制电压,VQGn-1为上一次信号处理单元需输出的Q路增益控制电压,DetaQ为首次向IQ调制器发送Q路扰动信号时获取的Q路扰动信号谐波幅度,与最近一次获取的Q路扰动信号谐波幅度的差值。
将确定的当前次信号处理单元需输出的增益控制电压经调制驱动器向IQ调制器输出,具体步骤为,将确定的当前次信号处理单元需输出的I路增益控制电压经一调制驱动器向IQ调制器输出,且该调制驱动器的射频输入接口输入的为I路射频信号,将确定的当前次信号处理单元需输出的Q路增益控制电压经另一调制驱动器向IQ调制器输出,且该调制驱动器的射频输入接口输入的为Q路射频信号。
本发明实施例的稳定相干光模块调制驱动器射频信号幅度的方法,通过使用扰动信号作为探测信号,从而确定经调制驱动器向IQ调制器输入的增压控制电压的大小,达到稳定相干光模块输出的射频信号幅度的目的。
本发明不局限于上述实施方式,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (9)
1.一种稳定相干光模块调制驱动器射频信号幅度的装置,其特征在于,包括:
激光器,其用于向IQ调制器输入线偏振光;
IQ调制器,其用于输出相干调制后的光,且所述IQ调制器上连接2个用于向IQ调制器输入射频信号的调制驱动器;
信号处理单元,其用于进行谐波幅度计算以及输出设定电压,所述IQ调制器的输出端依次连接分光计和光电转换单元,且光电转换单元的输出端连接信号处理单元,所述信号处理单元的输出端连接2个加法器,且每个加法器均连接一调制驱动器,所述加法器用于向调制驱动器输入信号处理单元输出的扰动信号和增益控制电压;
其中,所述调制驱动器包括射频输入接口、射频输出接口、增益控制电压输出接口和扰动信号输入接口;
所述调制驱动器的射频输出接口连接IQ调制器;
2个调制驱动器中,其中一调制驱动器的射频输入接口用于输入I路射频信号,另一调制驱动器的射频输入接口用于输入Q路射频信号。
2.如权利要求1所述的一种稳定相干光模块调制驱动器射频信号幅度的装置,其特征在于:
所述分光计包括分光单元和光电探测器;
所述光电转换单元包括跨阻放大器和窄带滤波器。
3.如权利要求1所述的一种稳定相干光模块调制驱动器射频信号幅度的装置,其特征在于:
所述信号处理单元输出的扰动信号包括I路扰动信号和Q路扰动信号;
所述信号处理单元的增益控制电压包括I路增益控制电压和Q路增益控制电压;
所述信号处理单元输出的I路扰动信号和I路增益控制电压经过一加法器后加载在一调制驱动器上,且该调制驱动器的射频输入接口输入的为I路射频信号,所述信号处理单元输出的Q路扰动信号和Q路增益控制电压经过另一加法器后加载在另一调制驱动器上,且该调制驱动器的射频输入接口输入的为Q路射频信号。
4.一种基于权利要求1所述装置的稳定相干光模块调制驱动器射频信号幅度的方法,其特征在于,包括以下步骤:
信号处理单元经调制驱动器首次向IQ调制器同时发送I路扰动信号和Q路扰动信号,并持续设定时间,同时获取光电转换单元中I路扰动信号的谐波幅度,以及Q路扰动信号的谐波幅度;
信号处理单元再次经调制驱动器向IQ调制器同时发送I路扰动信号和Q路扰动信号,并持续设定时间,同时再次获取光电转换单元中I路扰动信号的谐波幅度,以及Q路扰动信号的谐波幅度;
计算两次获取的I路扰动信号谐波幅度的差值,以及Q路扰动信号谐波幅度的差值;
基于计算得到差值,确定信号处理单元需输出的增益控制电压,然后信号处理单元经调制驱动器向IQ调制器输出所确定的增益控制电压。
5.如权利要求4所述的一种稳定相干光模块调制驱动器射频信号幅度的方法,其特征在于,所述信号处理单元经调制驱动器向IQ调制器同时发送I路扰动信号和Q路扰动信号之前,还包括:设置激光器、调制驱动器和IQ调制器的初始参数,所述激光器的初始参数包括光功率和激光波长,所述调制驱动器的初始参数包括增益控制电压和静态电流控制电压,所述IQ调制器的初始参数包括I路偏置电压和Q路偏置电压。
6.如权利要求4所述的一种稳定相干光模块调制驱动器射频信号幅度的方法,其特征在于,所述获取光电转换单元中I路扰动信号的一次谐波幅度,以及Q路扰动信号的一次谐波幅度,具体为:使用快速傅里叶变换或正交锁相算法,计算光电转换单元中的I路扰动信号,得到I路扰动信号的一次谐波幅度,使用快速傅里叶变换或正交锁相算法,计算光电转换单元中的Q路扰动信号,得到Q路扰动信号的一次谐波幅度。
7.如权利要求4所述的一种稳定相干光模块调制驱动器射频信号幅度的方法,其特征在于,所述基于计算得到差值,确定信号处理单元需输出的增益控制电压,然后信号处理单元经调制驱动器向IQ调制器输出所确定的增益控制电压,具体步骤包括:
S401:计算最近一次获取的I路扰动信号谐波幅度,与首次向IQ调制器发送I路扰动信号时获取的I路扰动信号谐波幅度的差值,计算最近一次获取的Q路扰动信号谐波幅度,与首次向IQ调制器发送Q路扰动信号时获取的Q路扰动信号谐波幅度的差值,转到S402:
S402:基于计算得到的差值,以及上一次确定的信号处理单元需输出的增益控制电压,确定当前次信号处理单元需输出的增益控制电压,转到S403;
S403:将确定的当前次信号处理单元需输出的增益控制电压经调制驱动器向IQ调制器输出,转到S404;
S404:信号处理单元再次经调制驱动器向IQ调制器同时发送I路扰动信号和Q路扰动信号,并持续设定时间,同时再次获取光电转换单元中I路扰动信号的谐波幅度,以及Q路扰动信号的谐波幅度,转到S401。
8.如权利要求7所述的一种稳定相干光模块调制驱动器射频信号幅度的方法,其特征在于,所述基于计算得到的差值,以及上一次确定的信号处理单元需输出的增益控制电压,确定当前次信号处理单元需输出的增益控制电压,其中,确定当前次信号处理单元需输出的增益控制电压,具体的计算公式为:
VIGn=VIGn-1+k*DetaI
VQGn=VQGn-1+k*DetaQ
其中,VIGn为当前次信号处理单元需输出的I路增益控制电压,VIGn-1为上一次信号处理单元需输出的I路增益控制电压,n为大于或等于2的整数,且VIG1和VGQ1均为常量,k为参数,DetaI为首次向IQ调制器发送I路扰动信号时获取的I路扰动信号谐波幅度,与最近一次获取的I路扰动信号谐波幅度的差值,VQGn为当前次信号处理单元需输出的Q路增益控制电压,VQGn-1为上一次信号处理单元需输出的Q路增益控制电压,DetaQ为首次向IQ调制器发送Q路扰动信号时获取的Q路扰动信号谐波幅度,与最近一次获取的Q路扰动信号谐波幅度的差值。
9.如权利要求8所述的一种稳定相干光模块调制驱动器射频信号幅度的方法,其特征在于,所述将确定的当前次信号处理单元需输出的增益控制电压经调制驱动器向IQ调制器输出,具体步骤为,将确定的当前次信号处理单元需输出的I路增益控制电压经一调制驱动器向IQ调制器输出,且该调制驱动器的射频输入接口输入的为I路射频信号,将确定的当前次信号处理单元需输出的Q路增益控制电压经另一调制驱动器向IQ调制器输出,且该调制驱动器的射频输入接口输入的为Q路射频信号。
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