CN114002864B - 抑制导频杂散的电光调制器驱动装置 - Google Patents

抑制导频杂散的电光调制器驱动装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种抑制导频杂散的电光调制器驱动装置，涉及电光调制器技术领域。本发明中偏压控制模块的输出端与电光调制器的偏置电压输入端相连接；激光器驱动模块包括相互连接的第一数模转换器和驱动单元，所述第一数模转换器用于合成导频电流信号，并传递给所述驱动单元与驱动电流进行合路处理；所述驱动单元的输出端与激光器的驱动电流输入端相连接。即在常规导频法的基础上，结合所述激光器驱动装置，实现了自动抑制导频信号引入的杂散，有效地提高射频信号传输系统的性能。

Description

抑制导频杂散的电光调制器驱动装置
技术领域
本发明涉及电光调制器技术领域，具体涉及一种抑制导频杂散的电光调制器驱动装置。
背景技术
电光调制器是光纤通信系统中重要组成部分，但电光调制器的传输函数曲线会随着环境温度、外电场、应力等影响而发生缓慢漂移，导致最佳偏置电压工作点发生变化。
目前，存在多种电光调制器的偏压控制方法，其中导频法由于具有极高的长期稳定性且不受外界输入光和调制信号影响，是目前调制器偏压控制技术的主流。导频法是将一低频且小幅度的信号通过直流端直接加载到电光调制器中，对调制后的导频信号提取基波及二次谐波分量，进行相比得到采样值R，并和设置的理想值RO进行比较。根据比较值输出补偿电压直到R＝RO，从而实现对偏置点的稳定控制。
但是，引入导频信号的同时，主频边带也引入导频信号杂散，对系统的射频性能指标产生影响。鉴于此，如何降低杂散对主频信号的干扰，是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种抑制导频杂散的电光调制器驱动装置，解决了传统导频法会产生导频信号杂散干扰主频信号的技术问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种抑制导频杂散的电光调制器驱动装置，包括激光器、电光调制器、光耦合器、光电探测器、偏压控制模块和激光器驱动模块；
所述激光器的出光口与所述电光调制器的入光口相连接；
所述电光调制器的出光口与所述光耦合器的入光口相连接，所述电光调制器的射频输入端口用于输入射频信号；
所述光耦合器的小功率输出端与所述光电探测器的输入端相连接；
所述光电探测器的输出端与所述偏压控制模块的输入端相连接；
所述偏压控制模块的输出端与所述电光调制器的偏置电压输入端相连接；
所述激光器驱动模块包括相互连接的第一数模转换器和驱动单元，所述第一数模转换器用于合成导频电流信号，并传递给所述驱动单元与驱动电流进行合路处理；所述驱动单元的输出端与所述激光器的驱动电流输入端相连接。
优选的，所述偏压控制模块包括跨阻放大器、滤波器、模数转换器、数字处理单元、第二数模转换器和放大与滤波单元；
所述光电探测器的输出端与所述跨阻放大器的输入端相连接；
所述跨阻放大器的输入端与所述滤波器的输入端相连接；
所述滤波器的输出端与所述模数转换器的输入端相连接；
所述模数转换器的输出端与所述数字处理单元输入端相连接；
所述数字处理单元输出端与所述第二数模转换器的输入端相连接，所述数字处理单元和所述第二数模转换器通过直接数字频率合成导频电压信号；
所述第一数模转换器的输出端与所述放大与滤波单元输入端相连接；
所述放大与滤波单元输出端与所述电光调制器偏置电压的输入端相连接，所述放大与滤波单元输出偏置电压和导频电压信号，通过所述电光调制器调制成光信号输出。
优选的，所述数字处理单元的输出端还与所述第一数模转换器的输入端相连接，所述第一数模转换器包括负载装置，所述数字处理单元和所述第一数模转换器通过直接数字频率合成导频电流信号；
所述驱动单元对输入的所述导频电流信号加载直流信号驱动所述激光器产生光信号输出。
优选的，所述数字处理单元包括信号处理电路和直接频率合成电路；
所述信号处理电路用于接收所述模数转换器传递的数字信号，获取相应的补偿电压；
所述直接频率合成电路用于生成导频数字信号并分两路输出；其中，一路结合所述补偿电压输入所述第二数模转化器；另一路输入所述第一数模转换器。
优选的，所述光耦合器的分光比为1:99。
优选的，所述电光调制器为铌酸锂强度调制器。
优选的，所述激光器选用波段为1550nm的激光器。
(三)有益效果
本发明提供了一种抑制导频杂散的电光调制器驱动装置。与现有技术相比，具备以下有益效果：
本发明中偏压控制模块的输出端与电光调制器的偏置电压输入端相连接；激光器驱动模块包括相互连接的第一数模转换器和驱动单元，所述第一数模转换器用于合成导频电流信号，并传递给所述驱动单元与驱动电流进行合路处理；所述驱动单元的输出端与激光器的驱动电流输入端相连接。即在常规导频法的基础上，结合所述激光器驱动装置，实现了自动抑制导频信号引入的杂散，有效地提高射频信号传输系统的性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种抑制导频杂散的电光调制器驱动装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种偏压控制模块内部组成示意图；
图3为本发明实施例提供的一种激光器驱动模块内部组成示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请实施例通过提供一种抑制导频杂散的电光调制器驱动装置，解决了传统导频法会产生导频信号杂散干扰主频信号的技术问题。
本申请实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
本发明实施例中偏压控制模块的输出端与电光调制器的偏置电压输入端相连接；激光器驱动模块包括相互连接的第一数模转换器和驱动单元，所述第一数模转换器用于合成导频电流信号，并传递给所述驱动单元与驱动电流进行合路处理；所述驱动单元的输出端与激光器的驱动电流输入端相连接。即在常规导频法的基础上，结合所述激光器驱动装置，实现了自动抑制导频信号引入的杂散，有效地提高射频信号传输系统的性能。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
实施例：
如图1所示，本发明实施例提供了一种抑制导频杂散的电光调制器驱动装置，包括激光器、电光调制器、光耦合器、光电探测器、偏压控制模块和激光器驱动模块。
所述激光器的出光口与所述电光调制器的入光口相连接。
所述电光调制器的出光口与所述光耦合器的入光口相连接，所述电光调制器的射频输入端口用于输入射频信号。
所述光耦合器的小功率输出端与所述光电探测器的输入端相连接。
所述光电探测器的输出端与所述偏压控制模块的输入端相连接；
所述偏压控制模块的输出端与所述电光调制器的偏置电压输入端相连接。
具体来说，本发明实施例提供的偏压控制模块包括跨阻放大器、滤波器、模数转换器、数字处理单元、第二数模转换器和放大与滤波单元；
对应的，所述光电探测器的输出端与所述跨阻放大器的输入端相连接；
所述跨阻放大器的输入端与所述滤波器的输入端相连接；
所述滤波器的输出端与所述模数转换器的输入端相连接；
所述模数转换器的输出端与所述数字处理单元输入端相连接；
所述数字处理单元输出端与所述第二数模转换器的输入端相连接，所述数字处理单元和所述第二数模转换器通过直接数字频率合成导频电压信号；
所述第一数模转换器的输出端与所述放大与滤波单元输入端相连接；
对应的，所述放大与滤波单元输出端与所述电光调制器偏置电压的输入端相连接，所述放大与滤波单元输出偏置电压和导频电压信号，通过所述电光调制器调制成光信号输出。
所述激光器驱动模块包括相互连接的第一数模转换器和驱动单元，所述第一数模转换器用于合成导频电流信号，并传递给所述驱动单元与驱动电流进行合路处理；所述驱动单元的输出端与所述激光器的驱动电流输入端相连接。
特别的，为了实现所述第一数模转换器用于合成导频电流信号，并传递给所述驱动单元与驱动电流进行合路处理，同时为了实现减小装置生产成本，以及减小装置的体积大小。
本发明实施例中，所述数字处理单元的输出端还与所述第一数模转换器的输入端相连接，所述第一数模转换器包括负载装置，所述数字处理单元和所述第一数模转换器通过直接数字频率合成导频电流信号。
所述驱动单元对输入的所述导频电流信号加载直流信号驱动所述激光器产生光信号输出，经电光调制器调制后有效地抑制了导频信号引入的杂散。
光电探测器将输出光信号转换为电信号，通过跨阻放大器和滤波器，例如低通滤波器后由模数转换器采样，输入至数字处理单元，数字处理单元对导频信号进行快速傅里叶变换后产生导频信号基波和二次谐波分量，数字处理单元根据所产生的导频信号基波和二次谐波分量的比值以稳定电光调制器工作点，形成闭环控制。
具体来说，所述数字处理单元包括信号处理电路和直接频率合成电路(DDS)。
所述信号处理电路用于接收所述模数转换器传递的数字信号，获取相应的补偿电压。
所述直接频率合成电路用于生成导频数字信号并分两路输出。
其中，一路结合所述补偿电压输入所述第二数模转化器转换成模拟信号进入放大/滤波单元，输入电光调制器偏压输入端，进行闭环控制。
另一路输入所述第一数模转换器，即输入激光器驱动模块，与第二数模转换器直接频率合成导频电流信号，进入驱动单元，驱动单元将导频电流信号，与驱动电流一起加载到激光器，调制激光器出光信号，完成对导频杂散抑制。
此外，本发明实施例中所述光耦合器的分光比优选为1:99，分出99％的光信号用于后续射频光纤链路，分出1％的光信号进入所述光电探测器；所述电光调制器优选为铌酸锂强度调制器；所述激光器优选波段为1550nm的激光器。
本发明实施例提供的抑制导频杂散的电光调制器驱动装置的具体使用方法如下：
步骤一：偏压控制模块上电，不加射频信号，数字处理单元与第二数模转换器直接频率合成振幅为Vpilot，角频率为wpilot的余弦导频电压信号，经过放大/滤波后进入电光调制器。
步骤二：激光器驱动模块上电，数模转换器结合数字处理单元直接频率合成振幅为Ipilot，角频率为wpilot的余弦导频电流信号，驱动单元对该信号进行同相处理，并加载直流Idc一起驱动激光器出光，出光功率Pin(t)表示为：
Pin(t)＝η*(Idc-Ipilot*cos(wpilot)) (1)
其中，η为激光器电光转换系数。
步骤三：电光调制器加载射频信号，其中，射频信号是幅度为Vrf、角频率为wrf的余弦电压信号，且直流偏置大小为Vdc，补偿电压为Vo。结合步骤一中确定的偏压控制模块输出的导频信号的振幅为Vpilot，频率为wpilot的余弦导频电压信号，则经过电光调制器调制的输出光功率Pout表示为：
Figure BDA0003324732380000091
其中，Vπ是电光调制器的半波电压，
Figure BDA0003324732380000092
是初始相位，
Figure BDA0003324732380000093
是偏移相位。
对上式进行展开整理得：
Figure BDA0003324732380000094
其中，
Figure BDA0003324732380000095
令
Figure BDA0003324732380000096
对上式进一步整理并泰勒展开至五项，得一阶杂散的表达式如下(驱动单元在加导频电流情况下)：
Figure BDA0003324732380000097
其中，
为了证明导频电流信号的引入可以抑制主频信号带来杂散干扰，本发明例还提供驱动单元在不加导频电流情况下，求解电光调制器出光信号的一阶杂散的幅度功率的公式：
首先，需要补充的是导频法是将一低频且小幅度的信号通过直流端直接加载到电光调制器中，对调制后的导频信号提取基波(wpilot)及二次谐波(2wpilot)分量，并进行相比得到：
Figure BDA0003324732380000101
式中，
Figure BDA0003324732380000102
Vπ为半波电压，
Vpilot为导频电压信号幅度，
Vrf为输入射频信号幅度，
θ表示偏移相位。
则若驱动单元在不加导频电流情况下，在主频率偏离导频频率处一阶杂散(wrf±wpilot)幅度表示为：
Figure BDA0003324732380000103
其中，Pin＝ηIdc。
从式(4)和式(6)可以看出，导频电流信号的引入可以抑制主频信号带来杂散干扰。
下面通过具体实验数据对本发明实施例的有益效果做进一步说明：
本发明实施例中，所用的电光调制器是铌酸锂强度调制器，波段为1550nm，半波电压为5V。在电光调制器的偏置电压上，加载的导频信号电压为200mV，频率为1KHz的余弦信号，在电光调制器加载的射频信号，幅度分别为10dBm、16dBm、19.5dBm，频率为20GHz的余弦信号。
所用的激光器选用波段为1550nm，斜效率为0.1。在激光器的驱动电流上加载的导频信号电流为1mA，频率为1KHz的余弦信号，激光器的驱动电流为100mA。
如表1所示，电光调制器工作在正交点偏置电压漂移3°时，为了说明导频信号对杂散的影响，试验仿真了激光器驱动模块，分别在无导频和有导频的情况下测量了电光调制器出光信号的一阶和二阶杂散的幅度功率。仿真结果表明，在射频信号幅度分别为10dBm、16dBm、19.5dBm的情况下，激光器驱动模块在有导频信号时测得的一阶杂散比无导频信号时抑制约15dB的杂散。
表1
Figure BDA0003324732380000111
综上所述，与现有技术相比，具备以下有益效果：
本发明实施例中偏压控制模块的输出端与电光调制器的偏置电压输入端相连接；激光器驱动模块包括相互连接的第一数模转换器和驱动单元，所述第一数模转换器用于合成导频电流信号，并传递给所述驱动单元与驱动电流进行合路处理；所述驱动单元的输出端与激光器的驱动电流输入端相连接。即在常规导频法的基础上，结合所述激光器驱动装置，实现了自动抑制导频信号引入的杂散，有效地提高射频信号传输系统的性能。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种抑制导频杂散的电光调制器驱动装置，其特征在于，所述电光调制器驱动装置用于自动抑制导频信号引入的杂散，具体包括激光器、电光调制器、光耦合器、光电探测器、偏压控制模块和激光器驱动模块；
所述激光器的出光口与所述电光调制器的入光口相连接；
所述电光调制器的出光口与所述光耦合器的入光口相连接，所述电光调制器的射频输入端口用于输入射频信号；
所述光耦合器的小功率输出端与所述光电探测器的输入端相连接；
所述光电探测器的输出端与所述偏压控制模块的输入端相连接；
所述偏压控制模块的输出端与所述电光调制器的偏置电压输入端相连接；
所述激光器驱动模块包括相互连接的第一数模转换器和驱动单元，所述第一数模转换器用于合成导频电流信号，并传递给所述驱动单元与驱动电流进行合路处理；所述驱动单元的输出端与所述激光器的驱动电流输入端相连接。
2.如权利要求1所述的抑制导频杂散的电光调制器驱动装置，其特征在于，所述偏压控制模块包括跨阻放大器、滤波器、模数转换器、数字处理单元、第二数模转换器和放大与滤波单元；
所述光电探测器的输出端与所述跨阻放大器的输入端相连接；
所述跨阻放大器的输入端与所述滤波器的输入端相连接；
所述滤波器的输出端与所述模数转换器的输入端相连接；
所述模数转换器的输出端与所述数字处理单元输入端相连接；
所述数字处理单元输出端与所述第二数模转换器的输入端相连接，所述数字处理单元和所述第二数模转换器通过直接数字频率合成导频电压信号；
所述第一数模转换器的输出端与所述放大与滤波单元输入端相连接；
所述放大与滤波单元输出端与所述电光调制器偏置电压的输入端相连接，所述放大与滤波单元输出偏置电压和导频电压信号，通过所述电光调制器调制成光信号输出。
3.如权利要求2所述的抑制导频杂散的电光调制器驱动装置，其特征在于，
所述数字处理单元的输出端还与所述第一数模转换器的输入端相连接，所述第一数模转换器包括负载装置，所述数字处理单元和所述第一数模转换器通过直接数字频率合成导频电流信号；
所述驱动单元对输入的所述导频电流信号加载直流信号驱动所述激光器产生光信号输出。
4.如权利要求3所述的抑制导频杂散的电光调制器驱动装置，其特征在于，所述数字处理单元包括信号处理电路和直接频率合成电路；
所述信号处理电路用于接收所述模数转换器传递的数字信号，获取相应的补偿电压；
所述直接频率合成电路用于生成导频数字信号并分两路输出；其中，一路结合所述补偿电压输入所述第二数模转换器 ；另一路输入所述第一数模转换器。
5.如权利要求1～4任一项所述的抑制导频杂散的电光调制器驱动装置，其特征在于，所述光耦合器的分光比为1:99。
6.如权利要求5所述的抑制导频杂散的电光调制器驱动装置，其特征在于，所述电光调制器为铌酸锂强度调制器。
7.如权利要求5所述的抑制导频杂散的电光调制器驱动装置，其特征在于，所述激光器选用波段为1550nm的激光器。
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