CN210405323U - 一种光功率自适应恒定的光纤传输系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光功率自适应恒定的光纤传输系统，包括发射端、接收端、系统光缆和回路光缆，发射端包括激光器、发射端自适应模块和加法电路，接收端包括接收端自适应模块和光耦合器，发射端通过激光器发射光信号，光耦合器耦合极小一部分光信号至接收端自适应模块，经过ADC转换和误差采样，在原光纤系统基础上增加一个光纤回路，光纤回路将系统接收端光功率误差传送回系统发射端，发射端根据反馈回的误差实时调整系统激光器发射功率，针对现有技术不足，本实用新型在光纤传输系统中使用一种自适应接收功率的办法，解决接收端光功率的不稳定性和不确定性。

Description

一种光功率自适应恒定的光纤传输系统

技术领域

本实用新型涉及光纤传输领域，特别是涉及一种光功率自适应恒定的光纤传输系统。

背景技术

在现代通信技术中，光纤传输系统占着举足轻重的作用，在光纤调制通信系统、光纤供电传输系统，尤其是在光纤应用的实验测试系统中，大部分情况下接收端需要可调且确定的接收光功率，以保证光信号的解调或其它后级处理。接收端光功率变化受多方面影响，主要因素为发射端光功率的稳定性。

在传统处理方式中，为了保证接收端光功率的确定性，方法之一是在系统布置完成后，即发射激光器和光纤物理链接确定后的条件下，通过接收端的光衰减器来保证接收光功率。此方法缺点在于，在每次系统开机之前，都需要在接收端用光探测器进行功率校准，工序繁琐。另外由于需要调节光衰减器，使得光衰减器的精度误差带入整个系统中，导致系统精度不够。

另一种方法是光纤物理链接确定后的条件下，在激光发射端人为调节发射激光器的光功率。此方法效率低，且随着环境改变，接收端光功率会有所变化带来不确定性。

实用新型内容

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种自适应接收功率的系统，能够解决接收端光功率的不稳定性和不确定性。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种光功率自适应恒定的光纤传输系统，包括发射端、接收端和系统光缆，所述发射端包括激光器，所述激光器的输入端输入驱动信号，激光器的输出端产生的光信号通过系统光缆发送至接收端；所述系统还包括回路光缆，所述发射端还包括发射端自适应模块和加法电路；所述接收端包括接收端自适应模块和光耦合器，所述光耦合器通过系统光缆接收来自发射端的光信号，并通过第二输出端耦合出耦合光信号至接收端自适应模块，同时通过第一输出端输出系统光信号；所述接收端自适应模块的输出端输出的反馈光信号通过回路光缆发送至发射端自适应模块；发射端自适应模块的输出端连接加法电路的第二输入端，加法电路的第一输入端输入基准信号，加法电路的输出端输出所述驱动信号。

其中，所述接收端自适应模块包括顺次连接的第一光探测器、第一MCU模块、第一调制解调芯片U2和回路激光器,其中，所述第一光探测器的输入端与所述光耦合器的第二输出端连接，第一光探测器的输出端连接取样接地电阻R1，取样接地电阻R1和第一光探测器的公共连接点连接所述第一MCU模块U1的ADC输入端。第一调制解调芯片U2的型号为CC1125，通过SPI总线与所述第一MCU模块U1的SPI接口连接，第一调制解调芯片U2的PA接口与回路激光器的输入端连接。第一MCU的型号为C8051F330。

所述第一调制解调芯片U2的PA接口与回路激光器的输入端之间还包括一个第一低通滤波电路，所述第一低通滤波电路包括第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第二电容C2和第三电容C3，所述第一电感L1、第二电感L2和第三电感L3顺次连接，所述第一电感L1和第二电感L2的公共连接点连接第二电容C2，所述第二电感L2、第三电感L3的公共连接点连接第二电容C3，所述第二电容C2和第三电容C3均接地。

该系统中发射端自适应模块包括顺次连接的第二光探测器、第二调制解调芯片U12、第二MCU模块U11，所述第二光探测器的输入端与回路光缆连接，第二光探测器输出端连接取样接地电阻R11，取样接地电阻R11和第二光探测器的公共连接点与所述第二调制解调芯片U12的LNA接口连接，所述第二调制解调芯片U12型号为CC1125，通过SPI总线与所述第二MCU模块U11的SPI接口连接，所述第二MCU模块U11的DAC输出端与所述加法电路连接。其中，第二MCU的型号为C8051F330。

所述取样接地电阻R11和第二光探测器的公共连接点与所述第二调制解调芯片U12的LNA接口之间还包括一个第二低通滤波电路，所述第二低通滤波电路包括第四电感L11、第五电感L12、第六电感L13、第四电容C12和第五电容C13，所述第四电感L11、第五电感L12和第六电感L13顺次连接，所述第四电感L11和第五电感L12的公共连接点连接第四电容C12，所述第五电感L12和第六电感L13的公共连接点连接第五电容C13，所述第四电容C12和第五电容C13均接地。

该光功率自适应恒定的光纤传输系统中，所述加法电路包括发射端自适应模块输出电路、基准信号输入电路、运算放大器和外围电路，所述发射端自适应模块输出电路输出端和基准信号输入电路输出端与所述运算放大器的正相输入端连接，所述加法电路输出端与激光器连接。其中，发射端自适应模块输出电路包括第一电阻R12、第六电容C14和第二电阻R13,所述第一电阻R12输入端与第二MCU模块的DAC输出端连接，第一电阻R12输出端与第六电容C14连接，所述第六电容C14接地，第一电阻R12和第六电容C14的公共连接点与第二电阻R13连接；基准信号输入电路包括第三电阻R14,第三电阻R14与所述第二电阻R13输出端连接，其公共连接点与所述运算放大器连接。

系统加法电路中运算放大器的型号为TS912，其引脚3与所述发射端自适应模块输出电路和基准信号输入电路的公共连接点连接；引脚2为反相输入引脚与外围电路连接；引脚4接地；引脚8接供电电压；引脚1输出端与激光器连接。

光纤传输系统中外围电路包括第四电阻R15、第五电阻R16和第六电阻R17，所述第五电阻R16输入端接地，输出端与所述运算放大器引脚2连接，第五电阻R16和运算放大器引脚2的公共连接点与所述第六电阻R17连接，第六电阻R17的输出端与引脚1输出端连接，其公共连接点与所述第四电阻R15连接，第四电阻R15的输出端与激光器连接。

本实用新型的有益效果是：(1)在现有技术的基础上，增加了一个回路光缆，回路光缆连接接收端与发射端，不需要使用光衰减器等器件，避免了光衰减器等器件等使用时的误差；(2)接收端通过回路光缆将光功率误差反馈至发射端，发射端根据反馈回的误差经过MCU模块处理之后与激光器驱动基准信号并联输出至加法电路，能够实现实时调整系统激光器发射功率。

附图说明

图1是本实用新型系统结构图；

图2是本系统接收端光探测器与MCU模块连接图；

图3是本系统接收端MCU模块与调制解调芯片连接图；

图4是本系统接收端调制解调芯片与回路激光器连接图；

图5是本系统发射端光探测器与调制解调芯片连接图；

图6是本系统发射端调制解调芯片与MCU模块连接图；

图7是本系统发射端加法电路连接图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面将结合附图对本发明做进一步详细描述。

针对现有技术，如图1所示，提供一种光功率自适应恒定的光纤传输系统，包括发射端、接收端和系统光缆，所述发射端包括激光器，所述激光器的输入端输入驱动信号，激光器的输出端产生的光信号通过系统光缆发送至接收端；所述系统还包括回路光缆，所述发射端还包括发射端自适应模块和加法电路；所述接收端包括接收端自适应模块和光耦合器，所述光耦合器通过系统光缆接收来自发射端的光信号，并通过第二输出端耦合出耦合光信号至接收端自适应模块，同时通过第一输出端输出系统光信号；所述接收端自适应模块的输出端输出的反馈光信号通过回路光缆发送至发射端自适应模块；发射端自适应模块的输出端连接加法电路的第二输入端，加法电路的第一输入端输入基准信号，加法电路的输出端输出所述驱动信号。

本系统的工作原理是在原光纤系统基础上增加一个回路光缆，形成一个连接于系统接收端和发射端的光纤回路，光纤回路将系统接收端处理得到的光功率误差值通过回路光缆传送回系统发射端，发射端对反馈回的光功率误差值进行处理，处理后输出的误差值以电压的形式与系统基准信号通过加法电路相加，加法电路处理后输出驱动信号给系统激光器，一方面，该方案不在系统接收端增加光衰减器来保证接收光功率，从而解决了系统的校准问题以及调节光衰减器带来的误差问题，另一方面，系统能够实时调整系统激光器发射功率，效率高。

在一示例性实施例中，如图2所示，系统接收端通过一个光耦合器从系统接收到的光信号中耦合很小的一部分光信号，通常为接收端接收到光功率总量的1％～10％，接收端自适应模块包括顺次连接的第一光探测器、第一MCU模块U1、第一调制解调芯片U2和回路激光器,其中，所述第一光探测器的输入端与所述光耦合器的第二输出端连接，第一光探测器的输出端连接取样接地电阻R1，取样接地电阻R1和第一光探测器的公共连接点连接所述第一MCU模块U1的ADC输入端。第一调制解调芯片U2的型号为CC1125，通过SPI总线与所述第一MCU模块U1的SPI接口连接，第一调制解调芯片U2的PA接口与回路激光器的输入端连接。

进一步地，如图2所示，第一光探测器的输入端连接一个第一电容C1,由光耦合器出来的光信号进入第一光探测器后转换成电流信号，第一光探测器输出端连接取样电阻R1，通过取样电阻R1将电流信号转换成电压信号，电流信号通过取样电阻转换成电压信号，该电压信号输入第一MCU模块U1的ADC转换成数字信号量，最终在MCU里换算成当前接收实时光功率值。第一MCU模块U1将该光功率值与系统的理想接收功率值进行比较，得到光功率误差值△，然后通过SPI协议送入第一调制解调芯片U2，第一调制解调芯片U2将误差值△数据调制到自身设定的载波信号上，载波信号是高频电信号，因此通过回路激光器将高频电信号调制到光信号上，该光信号送入回路光缆，传向系统发射端。

其中，对于第一MCU模块U1中光功率和误差值的具体计算方式属于现有技术，在此不进行赘述。例如，本申请中的第一MCU模块U1中的算法可以采用申请号为CN200610080859的发明专利中的I/V转换器、DSP处理器中的算法实现，或者采用申请号为CN201310502544的发明专利中的ADC和单片机，作用均是把电流信号转换成电压信号并对电压信号进行模数转换以及其他处理。

第一调制解调芯片U2通过SPI总线与所述第一MCU模块U1连接，具体连接如图3所示，进一步地，如图4所示，第一调制解调芯片U2的PA接口与回路激光器的输入端之间还包括一个第一低通滤波电路，所述第一低通滤波电路包括第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第二电容C2和第三电容C3，第一电感L1、第二电感L2和第三电感L3顺次连接，所述第一电感L1和第二电感L2的公共连接点连接第二电容C2，第二电感L2、第三电感L3的公共连接点连接第二电容C3，第二电容C2和第三电容C3均接地。

得到的光功率误差值△数据调制到自身设定的载波信号上，载波信号是高频电信号，第一低通滤波电路的作用是滤除调制载波信号的高次谐波，回路激光器的输出端与回路光缆连接，通过回路激光器将高频电信号调制到光信号上，该光信号送入回路光缆，传向系统发射端。

如图1中所示，该系统中发射端自适应模块包括顺次连接的第二光探测器、第二调制解调芯片U12、第二MCU模块U11，所述第二光探测器的输入端与回路光缆连接，第二光探测器输出端连接取样接地电阻R11，取样接地电阻R11和第二光探测器的公共连接点与所述第二调制解调芯片U12的LNA接口连接，所述第二调制解调芯片型号U12为CC1125，通过SPI总线与所述第二MCU模块的SPI接口连接，所述第二MCU模块U11的DAC输出端与所述加法电路连接。

系统发射端通过光探测器将系统接收端回送的光信号转换成高频电信号，该信号进入第二调制解调芯片U12，解调出来的数值通过SPI协议传到第二MCU模块U11，第二MCU模块U11从该数值恢复出接收端的光功率误差值△，得到一个误差电压数值，该数值通过DAC转换成误差模拟电压，误差模拟电压与系统激光器本身的参考基准信号相加，改变系统激光器驱动的实时基准值，最终使得系统激光器光功率得到实时调整，自适应地逼近系统接收端的理想设定光功率值。

其中，对于第二MCU模块U11中将光功率误差值△转换为电压的计算方式属于现有技术，在此不进行赘述。例如，本申请中的第二MCU模块U11中的DAC转换可以采用申请号为CN200610080859的发明专利中DSP处理器中的算法实现，或者采用申请号为CN201310502544的发明专利中的单片机实现，作用均是把数字误差信号转换成模拟电压信号。

如图5所示，取样接地电阻R11和第二光探测器的公共连接点与所述第二调制解调芯片U12的LNA接口之间还包括一个第二低通滤波电路，所述第二低通滤波电路包括第四电感L11、第五电感L12、第六电感L13、第四电容C12和第五电容C13，所述第四电感L11、第五电感L12和第六电感L13顺次连接，所述第四电感L11和第五电感L12的公共连接点连接第四电容C12，所述第五电感L12和第六电感L13的公共连接点连接第五电容C13，所述第四电容C12和第五电容C13均接地，其中，在第二光探测器的前端连接一个电容C11。

将系统接收端回送的光信号转换成高频电信号。所示第二低通滤波电路的作用是再次滤除调制载波信号的高次谐波。

进一步地，如图7所示，该光功率自适应恒定的光纤传输系统中，加法电路包括发射端自适应模块输出电路、基准信号输入电路、运算放大器和外围电路，所述发射端自适应模块输出电路输出端和基准信号输入电路输出端与所述运算放大器的正相输入端连接，所述加法电路输出端与激光器连接。其中，发射端自适应模块输出电路包括第一电阻R12、第六电容C14和第二电阻R13,所述第一电阻R12输入端与第二MCU模块的DAC输出端连接，第一电阻R12输出端与第六电容C14连接，所述第六电容C14接地，第一电阻R12和第六电容C14的公共连接点与第二电阻R13连接；基准信号输入电路包括第三电阻R14,第三电阻R14与所述第二电阻R13输出端连接，其公共连接点与所述运算放大器连接。其中，两路电压通过R13和R14合并在一起。

系统加法电路中运算放大器的型号为TS912，其引脚3与所述发射端自适应模块输出电路和基准信号输入电路的公共连接点连接，引脚3为运算放大器的正相输入引脚，接收发射端自适应模块输出电路输出的信号与基准信号；引脚2为反相输入引脚与外围电路连接；引脚4接地；引脚8接供电电压；引脚1输出端与激光器连接。

光纤传输系统中外围电路包括第四电阻R15、第五电阻R16和第六电阻R17，所述第五电阻R16输入端接地，输出端与所述运算放大器引脚2连接，第五电阻R16和运算放大器引脚2的公共连接点与所述第六电阻R17连接，第六电阻R17的输出端与引脚1输出端连接，其公共连接点与所述第四电阻R15连接，第四电阻R15的输出端与激光器连接。其中，第五电阻R16和第六电阻R17提供放大倍数，可适当调节合并后的电压值，提供更宽的驱动电压范围，R15为限流电阻，起保护和隔离作用。

最终，系统通过运算放大器将接收端反馈的光功率误差值△与基准信号进行处理，改变系统激光器驱动的实时基准值，使得系统激光器光功率得到实时调整，自适应地逼近系统接收端的理想设定光功率值。

需要说明的是，以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种光功率自适应恒定的光纤传输系统，包括发射端、接收端和系统光缆，所述发射端包括激光器，所述激光器的输入端输入驱动信号，激光器的输出端产生的光信号通过系统光缆发送至接收端；其特征在于：

所述系统还包括回路光缆，所述发射端还包括发射端自适应模块和加法电路；所述接收端包括接收端自适应模块和光耦合器，所述光耦合器通过系统光缆接收来自发射端的光信号，并通过第二输出端耦合出耦合光信号至接收端自适应模块，同时通过第一输出端输出系统光信号；所述接收端自适应模块的输出端输出的反馈光信号通过回路光缆发送至发射端自适应模块；发射端自适应模块的输出端连接加法电路的第二输入端，加法电路的第一输入端输入基准信号，加法电路的输出端输出所述驱动信号。

2.根据权利要求1所述的一种光功率自适应恒定的光纤传输系统，其特征在于：所述接收端自适应模块包括顺次连接的第一光探测器、第一MCU模块、第一调制解调芯片和回路激光器,其中，所述第一光探测器的输入端与所述光耦合器的第二输出端连接，第一光探测器的输出端连接取样接地电阻R1，取样接地电阻R1和第一光探测器的公共连接点连接所述第一MCU模块的ADC输入端。

3.根据权利要求2所述的一种光功率自适应恒定的光纤传输系统，其特征在于：所述第一调制解调芯片的型号为CC1125，通过SPI总线与所述第一MCU模块的SPI接口连接，第一调制解调芯片的PA接口与回路激光器的输入端连接。

4.根据权利要求3所述的一种光功率自适应恒定的光纤传输系统，其特征在于：所述第一调制解调芯片的PA接口与回路激光器的输入端之间还包括一个第一低通滤波电路，所述第一低通滤波电路包括第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第二电容C2和第三电容C3，所述第一电感L1、第二电感L2和第三电感L3顺次连接，所述第一电感L1和第二电感L2的公共连接点连接第二电容C2，所述第二电感L2、第三电感L3的公共连接点连接第二电容C3，所述第二电容C2和第三电容C3均接地。

5.根据权利要求1所述的一种光功率自适应恒定的光纤传输系统，其特征在于：所述发射端自适应模块包括顺次连接的第二光探测器、第二调制解调芯片、第二MCU模块，所述第二光探测器的输入端与回路光缆连接，第二光探测器输出端连接取样接地电阻R11，取样接地电阻R11和第二光探测器的公共连接点与所述第二调制解调芯片的LNA接口连接，所述第二调制解调芯片型号为CC1125，通过SPI总线与所述第二MCU模块的SPI接口连接，所述第二MCU模块的DAC输出端与所述加法电路连接。

6.根据权利要求5所述的一种光功率自适应恒定的光纤传输系统，其特征在于：所述取样接地电阻R11和第二光探测器的公共连接点与所述第二调制解调芯片的LNA接口之间还包括一个第二低通滤波电路，所述第二低通滤波电路包括第四电感L11、第五电感L12、第六电感L13、第四电容C12和第五电容C13，所述第四电感L11、第五电感L12和第六电感L13顺次连接，所述第四电感L11和第五电感L12的公共连接点连接第四电容C12，所述第五电感L12和第六电感L13的公共连接点连接第五电容C13，所述第四电容C12和第五电容C13均接地。

7.根据权利要求1所述的一种光功率自适应恒定的光纤传输系统，其特征在于：所述加法电路包括发射端自适应模块输出电路、基准信号输入电路、运算放大器和外围电路，所述发射端自适应模块输出电路输出端和基准信号输入电路输出端与所述运算放大器的正相输入端连接，所述加法电路输出端与激光器连接。

8.根据权利要求7所述的一种光功率自适应恒定的光纤传输系统，其特征在于：所述发射端自适应模块输出电路包括第一电阻R12、第六电容C14和第二电阻R13,所述第一电阻R12输入端与第二MCU模块的DAC输出端连接，第一电阻R12输出端与第六电容C14连接，所述第六电容C14接地，第一电阻R12和第六电容C14的公共连接点与第二电阻R13连接；

所述基准信号输入电路包括第三电阻R14,第三电阻R14与所述第二电阻R13输出端连接，其公共连接点与所述运算放大器连接。

9.根据权利要求7所述的一种光功率自适应恒定的光纤传输系统，其特征在于：所述运算放大器的型号为TS912，其引脚3与所述发射端自适应模块输出电路和基准信号输入电路的公共连接点连接；引脚2为反相输入引脚与外围电路连接；引脚4接地；引脚8接供电电压；引脚1输出端与激光器连接。

10.根据权利要求7所述的一种光功率自适应恒定的光纤传输系统，其特征在于：所述外围电路包括第四电阻R15、第五电阻R16和第六电阻R17，所述第五电阻R16输入端接地，输出端与所述运算放大器引脚2连接，第五电阻R16和运算放大器引脚2的公共连接点与所述第六电阻R17连接，第六电阻R17的输出端与引脚1输出端连接，其公共连接点与所述第四电阻R15连接，第四电阻R15的输出端与激光器连接。

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