[發明專利]一種面向馬赫-曾德爾干涉儀的脈沖寬度調制系統及方法

有效

• 申請號: 202210253901.6
• 申請日: 2022-03-15
• 公開（公告）號: CN114584223B
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發明（設計）人: 閔圣凱;張彥峰;桂許春
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H04B10/524
• 分類號: H04B10/524;H04B10/50
• 代理公司: 深圳市創富知識產權代理有限公司 44367
• 代理人: 高冰

本發明公開了一種面向馬赫?曾德爾干涉儀的脈沖寬度調制系統及方法，包括上位機、現場可編程門陣列(FPGA)、功率驅動電路、可調直流源、光電探測器(PD)、模數轉換器(ADC)、可調諧激光器；上位機通過串口發送數據到FPGA，控制模塊產生PWM信號經過功率驅動電路實現電壓放大，并接到2×2MZI電極進行加熱，MZI上接入可調諧激光器產生1550nm紅外光，產生的光輸出通過光電探測器(PD)和模數轉換器(ADC)轉換為數字信號由FPGA調頻模塊處理后最終實現PWM信號頻率的調整。本發明完成對MZI的PWM熱光調制并實現光信號輸出的更小紋波，提高光響應的穩定性，增加電路對光響應紋波的實時處理能力。

技術領域

本發明涉及光電子技術領域，尤其涉及一種面向馬赫-曾德爾干涉儀的脈沖寬度調制系統及方法。

背景技術

作為集成光子器件最基本的單元結構之一，馬赫-曾德爾干涉儀(MZI)憑借結構簡單、工作帶寬大、溫度穩定性高以及抗熱串擾等優點，廣泛應用于光調制器、FIR微波光子濾波器以及高速大端口光開關陣列芯片。

目前MZI的調制方式包括電光調制和熱光調制，熱光調制的調制效率相較于電光調制較低，但器件的工藝過程較簡單，成品率也相對較高。熱光移相器作為MZI熱光調制的重要結構，是基于熱光效應實現的，通過給MZI的電極加熱，便可實現輸入信號的相位調節，從而得到不同的輸出光信號。根據熱調方式的不同，驅動電路可分為直流電(DC)信號驅動電路和脈沖寬度調制(PWM)驅動電路。基于脈沖寬度調制(PWM)的驅動電路由于具備低成本、線性響應好以及電路占用面積小等優勢在未來大規模硅光子電路中有很大應用潛力。

但是，現有基于脈沖寬度調制(PWM)驅動電路存在光響應紋波大、無法根據紋波大小實時調整頻率的問題。

發明內容

有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種面向馬赫-曾德爾干涉儀的脈沖寬度調制系統及方法，解決了現有基于脈沖寬度調制(PWM)驅動電路造成的光響應紋波大、無法根據紋波大小實時調整頻率的問題。該電路控制系統可以實現光電結合的反饋調節，成本低、易于實現、擴展性強，對基于MZI光子器件的PWM熱光調制的光響應穩定性研究具有一定的參考價值。

為實現上述目的，本發明提供了一種面向馬赫-曾德爾干涉儀的脈沖寬度調制系統，包括上位機、FPGA、功率驅動電路、2×2MZI模塊、光電探測器、ADC模塊、功率計、可調直流源、可調諧激光器；所述上位機與FPGA相連接，所述FPGA、功率驅動電路、2×2MZI模塊依次電連接，所述2×2MZI模塊輸出端連接光電探測器、功率計，所述光電探測器輸出端連接ADC模塊，所述ADC模塊輸出端連接FPGA，所述2×2MZI模塊輸入端還連接可調諧激光器，所述功率驅動電路輸入端連接可調直流源。

進一步的，所述FPGA控制電路包括串口收發環回模塊、PWM控制模塊、FIFO模塊、調頻模塊；所述串口收發環回模塊通過串口連接上位機，所述串口收發環回模塊輸出端分別連接PWM控制模塊、調頻模塊；

進一步的，所述FIFO模塊輸入端連接ADC模塊，所述FIFO模塊輸出端連接調頻模塊，所述調頻模塊輸出端連接PWM控制模塊。

進一步的，所述調頻模塊包括排序模塊和比較器，所述排序模塊輸入端連接FIFO模塊，所述排序模塊輸出端連接比較器，所述比較器輸出端連接PWM控制模塊。

本發明還提供一種面向馬赫-曾德爾干涉儀的脈沖寬度調制方法，包括：上位機發送數據通過串口進入FPGA，FPGA產生的具有一定占空比的PWM信號通過功率驅動電路驅動2×2MZI模塊，將可調諧激光器產生的紅外可見光接入到2×2MZI模塊，2×2MZI模塊輸出光信號經過光電探測器、ADC模塊進入FPGA的調頻模塊，FPGA的調頻模塊處理后將數據發送給FPGA的PWM控制模塊，完成PWM頻率的調整并實現了光輸出紋波的減小，通過功率計觀察光輸出的變化。