CN207010686U - 一种模数混合控制的光纤相位补偿器 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种模数混合控制的光纤相位补偿器，本补偿器的3×3光纤耦合器的迈克尔逊干涉仪输出相位差为2π/3的2束激光信号，接入第一、二光电探测器，输出信号接入微处理器；第一光电探测器的另一路模拟电信号与微处理器对A调制器的控制信号相加共同控制A调制器。微处理器输出信号控制B调制器。相位漂移量在±π/2以内，第一光电探测器的模拟信号直接对A调制器进行相位补偿；相位漂移量超过±π/2，微处理器按两个光电探测器的输出得到数字控制信号，与模拟信号相加对A调制器进行相位补偿。A调制器近满量程时微处理器调节B调制器，使A恢复50％量程。本实用新型模拟和数字信号相结合兼顾大量程和高精度相位补偿要求。

Description

一种模数混合控制的光纤相位补偿器

技术领域

本实用新型涉及一种光纤传输射频相参信号或稳频信号的光纤稳相传输设备，具体涉及一种模数混合控制的光纤相位补偿器，以模拟信号和数字信号混合对光纤延迟的相位抖动精确补偿。

背景技术

光纤相位补偿器是一种应用于光纤传输射频相参信号或稳频信号的光纤稳相传输设备，光纤相位补偿器包括单纵模激光器、光纤干涉仪、光电探测器、微处理器、数模和模数转换电路、波分复用器以及基于发射型压电陶瓷的光纤相位调制器，接收端安装解波分复用器和光纤反射镜构成的解波分光纤盒，光纤相位调制器和解波分光纤盒分别连接于传输光纤两端，共同完成传输光纤的光纤相位抖动补偿，以及业务信号在传输光纤上的的透明传输。

现有的光纤相位补偿器是采用模拟控制方法，通过检测光纤干涉仪输出光功率变化，判断相位补偿方向。此方法要求光纤相位漂移补偿精度控制在±π/2以内，即控制在一个光波信号周期的上升沿部分或下降沿部分；由于反馈控制参考点仅是一个功率参考点，当相位漂移量超过上述范围，反馈控制参考点则以另一个光波周期的的中间点为参考点，因而,当相位漂移超过一个或n个光波周期时，就无法发现和补偿2nπ的相位漂移，导致反馈控制失效。同时，由于光纤相位补偿器使用连续激光器作为探测信号，激光波长仅有1.55μm，对于基于单个PZT的光纤相位调制器，一般有效调节的动态范围不大于12bit，因此现有的光纤相位补偿器的补偿量程限于10.6ps以内，其有效补偿的光纤距离仅有几百米，不能满足更长距离光纤的稳相传输要求。因此，对于振动剧烈和温度变化大的使用环境，会产生功率参考点跟踪失败导致的反馈控制失效和补偿量程有限导致的光纤相位补偿器频繁复位的现象，严重影响使用。

要避免反馈控制失效和增加光纤相位补偿器的有效补偿量程，有些方案是采用条纹计数法放宽相位漂移检测和补偿精度，采用两个或多个PZT缠绕光纤形成的光纤相位调制器进行相位补偿，或者同时使用可调光纤延迟线(VOD)进行相位补偿，但难以同时兼顾模拟控制方法的高精度特性。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服光纤相位补偿器的相位补偿量程小、工作环境要求高的缺点，提供一种模数混合控制的光纤相位补偿器，激光器接入基于3×3光纤耦合器的迈克尔逊干涉仪，迈克尔逊干涉仪输出相位差为2π/3的两束激光信号，分别接入第一光电探测器和第二光电探测器，两个光电探测器输出的模拟电信号分别经模数转换接入微处理器，第一光电探测器的另一路输出的模拟电信号接入加法器,同时微处理器输出的一路对A调制器(即小量程光纤相位调制器)的控制信号经数模转换模块后也接入同一加法器，进入所述加法器的两个信号共同控制A调制器，微处理器输出的另一路对B调制器(即大量程光纤相位调制器)的控制信号经数模转换模块后直接控制B调制器，扩展本光纤相位补偿器的相位补偿量程。模拟信号和数字信号相结合兼顾大量程和高精度相位补偿要求。

本实用新型一种模数混合控制的光纤相位补偿器包括单纵模激光器、光纤干涉仪、微处理器、光电探测器、数模转换电路、模数转换电路、波分复用器以及基于发射型压电陶瓷的光纤相位调制器，本实用新型的光纤干涉仪为基于3×3光纤耦合器的迈克尔逊干涉仪，单纵模激光器接入迈克尔逊干涉仪的3×3光纤耦合器的第2端口，其第4端口作为迈克尔逊干涉仪的测量臂，连接波分复用器，与同时输入波分复用器的业务光信号合波，波分复用器公共端经A调制器和B调制器连接传输光纤；光纤串联的A调制器和B调制器的输出为本光纤相位补偿器的输出端。3×3光纤耦合器第6端口作为参考臂连接迈克尔逊干涉仪的光纤反射镜，从传输光纤和第6端口的光纤反射镜反射回来的两路光信号分别经第4和第6端口返回3×3光纤耦合器，并经第1和第3端口分别接入第一和第二光电探测器，第1和第3端口输出的光信号相位相差2π/3。本实用新型3×3光纤耦合器的第5端口空置。

所述第一光电探测器光电转换后输出的一路模拟电信号直接接入加法器，用于进行反馈控制相位补偿；第一光电探测器输出的另一路模拟电信号和第二光电探测器光电转换所得电信号经模数转换模块后接入微处理器，微处理器输出的第一路控制信号经数模转换后接入上述加法器，加法器连接A调制器，微处理器的数字控制信号转换后与第一光电探测器输出的模拟电信号相加共同控制A调制器。微处理器输出的第二路控制信号经数模转换模块后接入B调制器。

所述A调制器即小量程光纤相位调制器，B调制器即大量程光纤相位调制器。A调制器是光纤缠绕在管状发射型压电陶瓷的光纤相位调制器，压电陶瓷电致伸缩实现光纤相位调节。所述B调制器是光纤缠绕在管状发射型压电陶瓷的光纤相位调制器或者是连续可调光纤延迟线。B调制器的最大调节量程为A调制器最大调节量程的10～100倍。

所述A调制器为无级调节，即连续调节的调制器，B调制器的调节步长为10～100λ，λ为单纵模激光器输出的激光信号波长。推荐为10λ。

所述3×3光纤耦合器的分光比为1:1:1，即分到4、5、6端口输出的光信号功率相等。

所述第一光电探测器光电转换所得的模拟电信号经信号放大电路后，一路接入加法器，另一路经模数转换模块接入微处理器；所述第二光电探测器光电转换所得的模拟电信号经信号放大电路后再经模数转换模块接入微处理器。两个信号放大电路相同。

所述加法器经一个高压放大电路接入A调制器，所述微处理器输出的第二路控制信号经数模转换模块后再经一个高压放大电路接入B调制器。两个高压放大电路相同。

本模数混合控制的光纤相位补偿器使用时，A调制器和B调制器上电后，默认相位调节量程处于50％处；当光纤相位漂移量在±π/2范围内，第一光电探测器的模拟反馈信号无需微处理器干预，自动进行反馈控制。

当光纤相位漂移量超过±π/2范围，微处理器根据两个光电探测器的信号获得对A调制器的数字控制信号，经数模转换，与第一光电探测器输出的模拟电信号在加法器内相加后接入A调制器。A调制器既工作于模拟反馈控制状态下，又同时接受微处理器数字控制信号的干预。

当A调制器达到其调节量程的5％或95％时，即接近0％或100％时，为了避免A调制器超过调节量程，微处理器发出的数字控制信号经数模转换同向缓慢调节B调制器，直至A调制器的相位调节数值恢复到45％至55％量程。

与现有技术相比，本实用新型一种模数混合控制的光纤相位补偿器的有益效果是：1、克服了在相位漂移量超过±π/2范围时光纤相位补偿器的高精度模拟反馈控制反馈参考点漂移的问题，采用微处理器输出能够补偿反馈参考点相位漂移的数字控制信号作用于小量程的光纤相位调制器，使小量程的光纤相位调制器的需要调节的相位漂移量恢复到±π/2范围以内；2、模拟控制和数字控制相结合兼顾了大量程和高精度相位补偿要求，相位补偿精度达0.39fs～3.9fs，甚至更高精度，有效补偿的光纤距离达10km，实现了长距离光纤的超高精度稳相传输。

附图说明

图1为本模数混合控制的光纤相位补偿器实施例结构示意图。

具体实施方式

本模数混合控制的光纤相位补偿器实施例如图1所示，包括单纵模激光器、光纤干涉仪、微处理器、光电探测器、数模转换电路、模数转换电路、信号放大电路、高压放大电路、波分复用器以及两个基于发射型压电陶瓷的光纤相位调制器，本例的光纤干涉仪为基于3×3光纤耦合器的迈克尔逊干涉仪，单纵模激光器接入迈克尔逊干涉仪的3×3光纤耦合器的第2端口，其第4端口作为迈克尔逊干涉仪的测量臂，连接波分复用器，与同时输入波分复用器的业务光信号合波，波分复用器公共端经A调制器和B调制器连接传输光纤，光纤串联的A调制器和B调制器的输出为本光纤相位补偿器的输出端。3×3光纤耦合器第6端口作为参考臂连接迈克尔逊干涉仪的光纤反射镜，从传输光纤和第6端口的光纤反射镜反射回来的两路光信号分别经第4和第6端口返回3×3光纤耦合器，并经第1和第3端口分别接入第一和第二光电探测器，第1和第3端口输出的光信号相位相差2π/3。第5端口空置。

本例第一光电探测器光电转换后输出的模拟电信号经信号放大电路后，一路直接接入加法器，另一路经模数转换模块后接入微处理器；第二光电探测器光电转换所得电信号经另一相同的信号放大电路后再经模数转换模块接入微处理器。

微处理器输出的第一路控制信号经数模转换后接入上述加法器，加法器经一个高压放大电路连接A调制器，微处理器的数字控制信号转换后与第一光电探测器输出的模拟电信号相加共同控制A调制器。微处理器输出的第二路控制信号经数模转换模块后再经另一个相同的高压放大电路接入B调制器。

本例A调制器即小量程光纤相位调制器，B调制器即大量程光纤相位调制器。本例A、B调制器均是光纤缠绕在管状发射型压电陶瓷的光纤相位调制器。本例B调制器的最大调节量程为A调制器最大调节量程的100倍。

本例A调制器为连续调节的调制器，B调制器的调节步长为10λ。

本例3×3光纤耦合器的分光比为1:1:1，即分到4、5、6端口输出的光信号功率相等。

上述实施例，仅为对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本实用新型并非限定于此。凡在本实用新型的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种模数混合控制的光纤相位补偿器，包括单纵模激光器、光纤干涉仪、微处理器、光电探测器、数模转换电路、模数转换电路、波分复用器以及基于发射型压电陶瓷的光纤相位调制器，其特征在于：

所述光纤干涉仪为基于3×3光纤耦合器的迈克尔逊干涉仪，单纵模激光器接入迈克尔逊干涉仪的3×3光纤耦合器的第2端口，其第4端口作为迈克尔逊干涉仪的测量臂，连接波分复用器，与同时输入波分复用器的业务光信号合波，波分复用器公共端经A调制器和B调制器连接传输光纤，光纤串联的A调制器和B调制器的输出为本光纤相位补偿器的输出端；3×3光纤耦合器第6端口作为参考臂连接迈克尔逊干涉仪的光纤反射镜，从传输光纤和第6端口的光纤反射镜反射回来的两路光信号分别经第4和第6端口返回3×3光纤耦合器，并经第1和第3端口分别接入第一和第二光电探测器，第1和第3端口输出的光信号相位相差2π/3，所述3×3光纤耦合器的第5端口空置；

所述第一光电探测器输出的一路模拟电信号直接接入加法器；第一光电探测器输出的另一路模拟电信号和第二光电探测器光电转换所得电信号经模数转换模块后接入微处理器，微处理器输出的第一路控制信号经数模转换后接入上述加法器，加法器连接A调制器，微处理器的数字控制信号转换后与第一光电探测器输出的模拟电信号相加共同控制A调制器；微处理器输出的第二路控制信号经数模转换模块后接入B调制器；

所述B调制器即大量程光纤相位调制器，A调制器即小量程光纤相位调制器。

2.根据权利要求1所述的模数混合控制的光纤相位补偿器，其特征在于：

所述A调制器是光纤缠绕在管状发射型压电陶瓷的光纤相位调制器；所述B调制器是光纤缠绕在管状发射型压电陶瓷的光纤相位调制器或者是连续可调光纤延迟线。

3.根据权利要求1所述的模数混合控制的光纤相位补偿器，其特征在于：

所述A调制器连续调节的调制器；所述B调制器的调节步长10～100λ，λ为单纵模激光器输出的激光信号波长。

4.根据权利要求1所述的模数混合控制的光纤相位补偿器，其特征在于：

所述A调制器连续调节的调制器；所述B调制器的调节步长10λ，λ为单纵模激光器输出的激光信号波长。

5.根据权利要求1所述的模数混合控制的光纤相位补偿器，其特征在于：

所述B调制器的最大调节量程为A调制器最大调节量程的10～100倍。

6.根据权利要求1所述的模数混合控制的光纤相位补偿器，其特征在于：

所述3×3光纤耦合器的分光比为1:1:1，即分到4、5、6端口输出的光信号功率相等。

7.根据权利要求1所述的模数混合控制的光纤相位补偿器，其特征在于：

所述两个光电探测器输出的模拟信号经过相同的信号放大电路后再接入模数转换模块；和/或，所述加法器经一个高压放大电路接入A调制器，所述微处理器输出的第二路控制信号经数模转换模块后再经过一个高压放大电路后再接入B调制器，两个高压放大电路相同。