[發明專利]具有超高消光比的電光調制器偏置點自動鎖定裝置及方法

有效

• 申請號: 201310026652.8
• 申請日: 2013-01-24
• 公開（公告）號: CN103048810A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 張益昕;張旭蘋;武學林;應宙鋒
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G02F1/03
• 分類號: G02F1/03
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 朱小兵

技術領域

本發明涉及一種針對低占空比脈沖光調制的電光調制器開發的偏置電壓驅動器，涉及對超高消光比光脈沖有需求的光通信和光傳感等領域。

背景技術

電光調制器是利用某些晶體的電光效應對光信號進行調制的器件，在高速光通信、光纖傳感等領域應用非常廣泛。電光調制根據所施加的電場方向的不同,可分為縱向電光調制和橫向電光調制；根據調制類型的不同，可分為電光相位調制和電光強度調制。典型的電光調制器輸出特性曲線見示意圖3，由圖3可見傳輸曲線是一個余弦函數形狀的曲線。對于低占空比脈沖光調制的電光調制器，其最適合工作點在傳輸曲線的谷底位置，此時電光調制器的直流偏置電壓為電光調制器的半波電壓。電光調制器工作在此工作點下，其調制輸出的光脈沖的消光比是最高的。對于一些光傳感領域，如測量光纖應變和溫度的BOTDR及COTDR等系統，探測脈沖光具有高消光比是很重要的。

電光調制器的工作點受偏置電壓的影響，可以通過對電光調制器偏置電壓的控制，使電光調制器工作在合適的工作點。對于低占空比脈沖光調制的電光調制器，輸出的光脈沖能量越高越好，而經過電光調制器調制的光脈沖的占空比很低，若脈沖光的消光比不夠高，即電光調制器沒有工作在最佳工作點，此時脈沖光基底分走的能量較大不可忽略，這樣相應地提高了光脈沖基底的能量而降低了光脈沖的能量。然而，環境溫度、機械扭曲、機械振動以及輸入光的偏振態變化都會引起電光調制器工作點的緩慢漂移（示意見圖3），從而導致電光調制器的消光比下降、性能變壞，給電光調制器的應用帶來了麻煩。因此，對電光調制器工作點進行自動跟蹤和控制是十分必要的。

一個優秀的電光調制器工作點控制方案，要使得電光調制器工作在最適工作點且能調制出具有高消光比的脈沖光。現有的電光調制器工作點控制方案主要有三種：

1）基于鎖相放大器的控制方案；

2）基于PID算法的軟件控制方案；

3）基于步進跟隨算法的反饋控制方案。

這三種方案在系統結構上都是基于光耦合器分光的電光調制器偏置電壓控制結構（示意見圖2），這種結構有一定的局限性，雖然可以實現電光調制器穩定的工作，但是高消光比脈沖光的輸出實現起來較為困難，此結構有以下幾方面的局限性：

1）光耦合器插入帶來損耗，即光耦合器只將一小部分的脈沖光基底分出進入反饋系統，使得進入反饋系統的原始信噪比低下。

2）消光比是全“0”時平均光功率和全“1”時平均光功率之比，所以這種結構脈沖光基底引入的擾動幅度不能太大，否則會限制輸出光脈沖的消光比，造成原始信噪比的低下。

3）光耦合器將光脈沖與光脈沖的基底信號一起分出進入反饋系統，這樣會對反饋系統的判別造成影響，同時也使得輸出光脈沖的能量減少。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是消除傳統電光調制器工作點控制方案結構上的局限性，提供一種具有超高消光比的電光調制器偏置點自動鎖定裝置，利用光開關代替上述結構的光耦合器，很好的消除了上述結構的局限性，使得電光調制器可以穩定地工作，同時使得輸出的脈沖光具有較高的消光比和輸出能量。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

一種具有超高消光比的電光調制器偏置點自動鎖定裝置，包括激光器、電光調制器、光開關、電光調制器偏置電壓控制系統、時鐘同步模塊；其中所述電光調制器偏置電壓控制系統包括光電轉換信號放大模塊、模數轉換模塊、控制器、輸出驅動電路；其中：

所述激光器輸出連續光至電光調制器，所述電光調制器將連續光調制成脈沖光輸出至光開關的輸入端，所述光開關有兩路輸出端口：當光開關打開時，所述光開關從第一輸出端口輸出探測光脈沖；當光開關關閉時，所述光開關從第二輸出端口輸出光脈沖基底信號至光電轉換信號放大模塊，所述光電轉換信號放大模塊將光脈沖基底信號轉換成電壓信號輸出至模數轉換模塊，所述模數轉換模塊將電壓信號轉換成數字信號輸出至控制器，所述控制器運算處理此數字信號后得出電光調制器工作點漂移情況，根據該漂移情況控制器控制輸出驅動電路輸出偏置電壓信號至電光調制器的直流偏置輸入端口，使得電光調制器工作點向最適合工作點靠近；

所述時鐘同步模塊用于同步光開關的打開、電光調制器射頻端調制電脈沖輸入、電光調制器的直流偏置端擾動引入的時刻，該同步模塊包括時鐘分配器、調制脈沖輸出模塊；其中，所述時鐘分配器根據外部時鐘源產生一個時鐘信號分別輸入至光開關、控制器及調制脈沖輸出模塊，所述調制脈沖輸出模塊將該時鐘信號轉換成調制電脈沖輸出至電光調制器的射頻輸入端口。