CN113922884B - 一种用于电光调制器的载波抑制装置和方法 - Google Patents

一种用于电光调制器的载波抑制装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于电光调制器的载波抑制装置和方法，其中，该系统包括：电光调制器输出光分光探测与电压反馈装置；根据反馈光强的偏置电压稳定控制算法。本发明通过在偏置工作点两端取样反馈，判断偏置工作点是否发生漂移，判断发生漂移时方向和程度，并通过反馈调节偏置电压，实现对载波的有效抑制，提高边带调制信号的信噪比。

Description

一种用于电光调制器的载波抑制装置和方法
技术领域
本发明属于光电自动反馈控制技术领域，尤其涉及一种用于电光调制器的载波抑制装置和方法。
背景技术
电光强度调制器被广泛的用于光通信和光纤传感领域。以铌酸锂马赫曾德电光强度调制器为例，其内部由两个波导臂和两个Y型分支组成。输入光在第一个Y波导处被分为两束相等的光，经两个波导臂，在第二个Y分支处干涉。通过调节加载在波导臂上的高频微波信号，可以改变两束光的光程差，从而使输出光中包含有不同频率的光分量。
其中，微波信号的频率决定了输出光分量之间的频移间距，而微波信号的直流偏置决定了输出光中不同频率分量的强度分布。
由于电光强度调制器内部晶体受温度和载波频率的影响，会发生折射率变化，从而导致输出光在不同频率分量上的强度发生漂移，因此需要对偏置电压进行实时调节来确保输出光的稳定性。
传统的载波抑制方法主要是先通过对偏置电压进行扫描，获取输出光强度最小时对应的偏置电压作为工作点；当电光强度调制器的温度或载波频率发生变化时，最小光强对应的偏置电压也会发生改变，需要实时调节偏置电压，使输出光强回到最小值点。这种方法的前提是电光强度调制器的光插入损耗不变，然而事实上，电光强度调制器的插入损耗随着温度或载波频率的改变而发生改变，即电光强度调制器的输出光的最大或最小强度发生改变，导致调节后的偏置电压处于非最佳工作点，影响载波抑制或边带抑制效果。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种用于电光调制器的载波抑制装置和方法，通过在偏置工作点两端取样反馈，判断偏置工作点是否发生漂移，判断发生漂移时方向和程度，并通过反馈调节偏置电压，实现对载波的有效抑制，提高边带调制信号的信噪比。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种用于电光调制器的载波抑制装置，包括：窄线宽激光器、电光调制器、光分束器、光电探测器、微控制器、运算放大电路和微波信号源；其中，窄线宽激光器的输出端与电光调制器的输入端连接；电光调制器的输出端与光分束器的输入端连接；光分束器的其中一个输出端与光电探测器连接；光电探测器的输出端与微控制器的模数转换输入端连接；微控制器数模转换输出端与运算放大电路的输入端连接；运算放大电路的输出端与电光调制器的偏置输入输连接；微控制器的串口与微波信号源的控制输入端连接；微波信号源的射频输出端与电光强度调制器的射频输入端连接。
上述用于电光调制器的载波抑制装置中，窄线宽激光器输出的连续光入射到电光调制器中；电光调制器受到微波信号源的射频信号调制，实现对入射光的边带调制，其边带谐波分量的强度受到与微控制器产生的电压控制；微控制器产生的电压经运算放大电路处理，加载到电光调制器的偏置电压输入端；微控制器同时负责对微波信号源的射频信号中心频率控制；电光调制器输出的调制光信号经光分束器分光后，一部分光信号被微控制接收，作为反馈信号调节微控制器用于偏置控制的电压强度；光分束器的另一部分光作为信号光用于后续使用。
上述用于电光调制器的载波抑制装置中，所述窄线宽激光器的中心波长和线宽分别为1550nm和200kHz。
上述用于电光调制器的载波抑制装置中，所述电光强度调制器为Mach-Zehnder干涉型调制器。
上述用于电光调制器的载波抑制装置中，所述微波信号源的扫频范围为10GHz至11.7GHz。
上述用于电光调制器的载波抑制装置中，所述光分束器的分光比为1:99，其工作波段为C波段。
上述用于电光调制器的载波抑制装置中，所述光电探测器为InGaAs型光电二极管，所述光电探测器的后端设置有跨导放大电路，跨导电阻阻值为10kΩ。
上述用于电光调制器的载波抑制装置中，微控制器为MSP430单片机，MSP430单片机内置有10bit分辨率的模数转换电路和10bit分辨率的数模转换电路；
上述用于电光调制器的载波抑制装置中，运算放大电路为运算放大器OPA187。一种用于电光调制器的载波抑制方法，所述方法包括如下步骤：
步骤一：初始上电时，微控制器在偏置电压允许范围内对电光调制器的偏置电压工作点进行粗扫描，得到反馈光强度曲线P，记录两个波谷P0和P1对应的电压V0和V1；
步骤二：比较V0绝对值和V1绝对值大小，选取绝对值较小的Min[|V0|,|V1|]对应电压作为偏置预选电压，再在偏置预选电压点±1V范围内进行精细扫描，得到波谷处曲线细节，选取电压最小值Vmin作为初始工作点；
步骤三：设定探针步长ΔV，分别记录Vmin-ΔV和Vmin+ΔV对应的反馈光强度P-和P+；
步骤四：计算ΔP＝P--P+，设定阈值Pth，当ΔP>Pth时，调节工作点Vmin＝Vmin+aVres；当ΔP<-Pth时，调节工作点Vmin＝Vmin-aVres，其中a为正整数，Vres为微控制器数模转换的最小分辨率；
步骤五：重复步骤三和步骤四，直到满足-Pth<ΔP<Pth条件；
步骤六：设定采样间隔时间Δt，每隔Δt重新对偏置工作点两侧的等间隔电压对应的反馈光强P-和P+进行采样，重复步骤三至步骤五。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
本发明通过在偏置工作点两端取样反馈，判断偏置工作点是否发生漂移，判断发生漂移时方向和程度，并通过反馈调节偏置电压，实现对载波的有效抑制，提高边带调制信号的信噪比。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明实施例提供的用于电光调制器载波抑制装置的系统结构框图；
图2是本发明实施例提供的对偏置电压进行扫描获取的对应反馈光强曲线的示意图；
图3是本发明实施例提供的偏置反馈调节过程中工作点两端的采样点示意图；
图4是本发明实施例提供的偏置电压稳定控制工作时的反馈光强随采样点的变化曲线的示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1是本发明实施例提供的用于电光调制器载波抑制装置的系统结构框图。如图1所示，该用于电光调制器载波抑制装置，其特征在于包括：窄线宽激光器1、电光调制器2、光分束器3、光电探测器4、微控制器5、运算放大电路6和微波信号源7；其中，
窄线宽激光器1的输出端与电光调制器2的输入端连接；电光调制器2的输出端与光分束器3的输入端连接；光分束器3的其中一个输出端与光电探测器4连接；光电探测器4的输出端与微控制器5的模数转换输入端连接；微控制器5数模转换输出端与运算放大电路6的输入端连接；运算放大电路6的输出端与电光调制器2的偏置输入输连接；微控制器5的串口与微波信号源7的控制输入端连接；微波信号源7的射频输出端与电光强度调制器2的射频输入端连接。
工作原理：窄线宽激光器1输出的连续光入射到电光调制器2中；电光调制器2受到微波信号源7的射频信号调制，实现对入射光的边带调制，其边带谐波分量的强度受到与微控制器5产生的电压控制；微控制产生的电压经运算放大电路6处理，加载到电光调制器2的偏置电压输入端；微控制器6同时负责对微波信号源7的射频信号中心频率控制；电光调制器2输出的调制光信号经光分束器3分光后，一部分光信号被微控制5接收，作为反馈信号调节微控制器5用于偏置控制的电压强度；光分束器3的另一部分光作为信号光用于后续使用。
窄线宽激光器1的中心波长和线宽分别为1550nm和200kHz；电光强度调制器2为Mach-Zehnder干涉型调制器；微波信号源的扫频范围为10GHz至11.7GHz；光分束器3的分光比为1:99，其工作波段为C波段；光电探测器4为InGaAs型光电二极管，后端设置有跨导放大电路，跨导电阻阻值选取为10kΩ；微控制器5选取为MSP430单片机，芯片内置有10bit分辨率的模数转换电路和10bit分辨率的数模转换电路；微控制输出的模拟信号通过运算放大器OPA187进行放大，其输出电压范围为-12V至+12V，电压分辨率约为23mV。
本实施例还提供了一种用于电光调制器的载波抑制方法，该方法包括如下步骤：
步骤一：初始上电时，微控制器5在偏置电压允许范围内对电光调制器2偏置电压工作点进行快速且粗略的扫描，得到反馈光强度曲线P，记录两个波谷P0和P1对应的电压V0和V1；
步骤二：比较V0绝对值和V1绝对值大小，选取绝对值较小的Min[|V0|,|V1|]对应电压作为偏置预选电压，再在偏置预选电压±1V范围内进行精细化扫描，得到波谷处曲线细节，选取电压最小值Vmin作为初始工作点；
步骤三：设定探针步长ΔV，分别记录Vmin-ΔV和Vmin+ΔV对应的反馈光强度P-和P+；
步骤四：计算ΔP＝P--P+，设定阈值Pth，当ΔP>Pth时，调节工作点Vmin＝Vmin+aVres；当ΔP<-Pth时，调节工作点Vmin＝Vmin-aVres，其中a为正整数，Vres为微控制(5)数模转换的最小分辨率；
步骤五：重复步骤三和步骤四，直到满足-Pth<ΔP<Pth条件；
步骤六：设定采样间隔时间Δt，每隔Δt重新对偏置工作点两侧的等间隔电压对应的反馈光强P-和P+进行采样，重复步骤三、步骤四和步骤五。
本实施例通过对偏置电压工作点的两端进行采样，实时判断偏置电压是否发生漂移和漂移的程度及方向，反馈调节偏置工作点，实现对电光强度器由温度变化和载波频率变化而引入的偏置工作点漂移的补偿，进而提升载波抑制的稳定性。
本实施例通过在偏置工作点两端取样反馈，判断偏置工作点是否发生漂移，判断发生漂移时方向和程度，并通过反馈调节偏置电压，实现对载波的有效抑制，提高边带调制信号的信噪比。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于电光调制器的载波抑制装置，其特征在于包括：窄线宽激光器(1)、电光调制器(2)、光分束器(3)、光电探测器(4)、微控制器(5)、运算放大电路(6)和微波信号源(7)；其中，
窄线宽激光器(1)的输出端与电光调制器(2)的输入端连接；电光调制器(2)的输出端与光分束器(3)的输入端连接；光分束器(3)的其中一个输出端与光电探测器(4)连接；光电探测器(4)的输出端与微控制器(5)的模数转换输入端连接；微控制器(5)数模转换输出端与运算放大电路(6)的输入端连接；运算放大电路(6)的输出端与电光调制器(2)的偏置输入输连接；微控制器(5)的串口与微波信号源(7)的控制输入端连接；微波信号源(7)的射频输出端与电光调制器(2)的射频输入端连接；
窄线宽激光器(1)输出的连续光入射到电光调制器(2)中；电光调制器(2)受到微波信号源(7)的射频信号调制，实现对入射光的边带调制，其边带谐波分量的强度受到与微控制器(5)产生的电压控制；微控制器(5)产生的电压经运算放大电路(6)处理，加载到电光调制器(2)的偏置电压输入端；微控制器(5)同时负责对微波信号源(7)的射频信号中心频率控制；电光调制器(2)输出的调制光信号经光分束器(3)分光后，一部分光信号被微控制器(5)接收，作为反馈信号调节微控制器(5)用于偏置控制的电压强度；光分束器(3)的另一部分光作为信号光用于后续使用。
2.根据权利要求1所述的用于电光调制器的载波抑制装置，其特征在于：所述窄线宽激光器(1)的中心波长和线宽分别为1550nm和200kHz。
3.根据权利要求1所述的用于电光调制器的载波抑制装置，其特征在于：所述电光调制器(2)为Mach-Zehnder干涉型调制器。
4.根据权利要求1所述的用于电光调制器的载波抑制装置，其特征在于：所述微波信号源(7)的扫频范围为10GHz至11.7GHz。
5.根据权利要求1所述的用于电光调制器的载波抑制装置，其特征在于：所述光分束器(3)的分光比为1:99，其工作波段为C波段。
6.根据权利要求1所述的用于电光调制器的载波抑制装置，其特征在于：所述光电探测器(4)为InGaAs型光电二极管，所述光电探测器(4)的后端设置有跨导放大电路，跨导电阻阻值为10kΩ。
7.根据权利要求1所述的用于电光调制器的载波抑制装置，其特征在于：微控制器(5)为MSP430单片机，MSP430单片机内置有10bit分辨率的模数转换电路和10bit分辨率的数模转换电路。
8.根据权利要求1所述的用于电光调制器的载波抑制装置，其特征在于：运算放大电路(6)为运算放大器OPA187。
9.一种用于电光调制器的载波抑制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤一：初始上电时，微控制器(5)在偏置电压允许范围内对电光调制器(2)的偏置电压工作点进行粗扫描，得到反馈光强度曲线P，记录两个波谷P0和P1对应的电压V0和V1；
步骤二：比较V0绝对值和V1绝对值大小，选取绝对值较小的Min[|V0|,|V1|]对应电压作为偏置预选电压，再在偏置预选电压点±1V范围内进行精细扫描，得到波谷处曲线细节，选取电压最小值Vmin作为初始工作点；
步骤三：设定探针步长ΔV，分别记录Vmin-ΔV和Vmin+ΔV对应的反馈光强度P-和P+；
步骤四：计算ΔP＝P--P+，设定阈值Pth，当ΔP>Pth时，调节工作点Vmin＝Vmin+aVres；当ΔP<-Pth时，调节工作点Vmin＝Vmin-aVres，其中a为正整数，Vres为微控制器(5)数模转换的最小分辨率；
步骤五：重复步骤三和步骤四，直到满足-Pth<ΔP<Pth条件；
步骤六：设定采样间隔时间Δt，每隔Δt重新对偏置工作点两侧的等间隔电压对应的反馈光强P-和P+进行采样，重复步骤三至步骤五。
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