CN101150369A - 一种抑制受激布里渊散射效应的光发射机电路 - Google Patents

Abstract

一种抑制受激布里渊散射效应的光发射机电路，包括激光器驱动电路，用以提供驱动电流给激光器，该激光器产生的光信号经调制器调制后进入光发射，该光发射机电路的特点是还包括激光器功率输出监测模块、低频扰动信号产生与幅度调整模块和耦合电容C。低频扰动信号产生与幅度调整模块包括微处理器、数模转换电路、方波产生电路和低通滤波电路。通过本发明，使激光器的输出谱线展宽，从而减少了光传输***中受激布里渊散射效应的影响，特别是在长距离无中继光传输***中减少了光传输***SBS效应的影响。

Description

一种抑制受激布里渊散射效应的光发射机电路

技术领域

本发明涉及光发射机，尤其涉及一种抑制受激布里渊散射(Stimulated Brillouin Scattering，以下简称SBS)效应的光发射机电路。

背景技术

在长距离无中继光传输***中，需要尽可能的提高入纤功率来补偿光纤损耗，从而保证接收端的光信噪比。但是，在较高的入纤功率下，光纤中的受激布里渊散射效应会将前向传输光信号的光功率转移给后向散射光和声子场，从而造成信号光的一种损耗机制，导致接收端的光信噪比的减小，影响光传输***的性能。SBS效应与其他几种光纤中的非线性效应(如自相位调制、交叉相位调制)相比，具有最低的阈值功率，一般仅几个毫瓦。为了避免SBS效应产生，***入纤功率只能限制在SBS阈值以下，这样就大大限制了信号入纤功率的提高。

在现有技术中，可以采用自身信道的自相位调制效应(Self-PhaseModulation，简称为SPM)、监控信道的交叉相位调制效应(Cross-PhaseModulation，简称为XPM)来加宽谱宽等方法来抑制SBS效应。但这些方法的抑制能力有限，而且有可能引起信号的波形畸变。还有一种方法是通过附加相位调制器来减少SBS效应，效果不错，但成本很高。另外通过载波抑制的调制格式来加宽谱宽，但需要很大程度上更改原有发射模块配置，实现复杂困难，成本也很高。

发明内容

本发明的目的是提供一种抑制受激布里渊散射效应的光发射机电路，用于在长距离无中继光传输***中，以减少光传输***SBS效应的影响。

为了实现发明目的，本发明的技术方案是：

一种抑制受激布里渊散射效应的光发射机电路，包括激光器驱动电路，用以提供驱动电流给激光器，该激光器产生的光信号经调制器调制后进入光发射，该光发射机电路的特点是还包括激光器功率输出监测模块、低频扰动信号产生与幅度调整模块和耦合电容C。

所述的激光器功率输出监测模块用以监测激光器的驱动电流，其输入端与所述的激光器驱动电路的输出端相连，用以接收所述的驱动电流，所述的激光器功率输出监测模块的输出端与所述的低频扰动信号产生与幅度调整模块的输入端相连，用于提供监测信号LsBIASMON；

所述的低频扰动信号产生与幅度调整模块用于产生低频扰动信号并调整其幅度，其输出端通过所述的耦合电容C与所述的激光器驱动电路的输入端相连，用于加载该低频扰动信号，从而使所述的激光器的输出谱线展宽。

所述的低频扰动信号产生与幅度调整模块包括微处理器、数模转换电路、方波产生电路和低通滤波电路。

所述的微处理器用于决定低频扰动信号的幅度并产生脉宽调整信号，该微处理器的输入端用于接收所述的激光器功率输出监测模块输出的监测信号LsBIASMON，该微处理器的一输出端通过自带的同步并行接口经所述的数模转换电路输出低频扰动信号的幅度至所述的方波产生电路的一输入端，该微处理器的另一输出端经自带的脉宽调整电路输出脉宽调整信号至所述的方波产生电路的另一输入端。

所述的方波产生电路包括运算放大器、模拟开关、电阻R₁、电阻R₂和电阻R₃，所述的电阻R₁跨接于所述的运算放大器的反相输入端和所述的数模转换电路的输出端之间，所述的电阻R₂跨接于所述的运算放大器的同相输入端和所述的数模转换电路的输出端之间，所述的R₃跨接于所述的运算放大器的反相输入端和输出端之间，所述的模拟开关的输入端接所述的微处理器的脉宽调整电路的输出端，由该脉宽调整电路控制所述的模拟开关的开关选择，当该脉宽调整电路输出高电平时，所述的运算放大器同相输入端及R₂接地，当该脉宽调整电路输出低电平时，所述的运算放大器同相输入端与R₂直接相连接，所述的运算放大器的输出端与所述的低通滤波电路的输入端相连，用于输出方波。

所述的低通滤波电路包括电阻R₄、电阻R₅和电容C₁，用于过滤该低通滤波电路的输入端接收的方波，所述的电阻R₄跨接于所述的运算放大器的输出端和所述的低通滤波电路的输出端节点之间，所述的电阻R₅和电容C₁并联，一端接所述的低通滤波电路的输出端节点，另一端接地。

激光器功率输出监测模块实时地监测激光器的驱动电流，并将监测结果LsBIASMON提供给低频扰动信号产生与幅度调整模块。低频扰动信号产生与幅度调整模块产生低频扰动信号，同时根据激光器功率输出监测模块监测到的激光器驱动电流的大小相应的调整扰动信号的幅度，使两者的比率保持恒定。扰动信号通过耦合电容C加载至激光器驱动电路，从而使激光器的输出谱线展宽。

根据光纤传输***中受激布里渊散射效应的理论分析，如果光载波布线展宽，在高比特率的情况下，则SBS阈值将提高近一倍。因此我们可以将低频扰动信号施加到光载波激光器的直流偏置点上，引起光载波激光线宽加宽，然后再进行数据调制。该低频扰动信号是一个小信号，同时其周期小于光信号在光纤中的传输时间，其频率上限满足小于放大器的低频截止频率。在小信号调制情况下，激光器光谱峰值处线宽最终决定于施加的低频扰动信号的峰值(相当于调制深度M_d)。在光传输***中，激光器的输出光功率需要根据不同的需求进行调节，也就是其驱动电流不是一个恒定的数值，因此为了保证获得更好的SBS阈值提高，需要保证低频扰动信号的幅度随激光器驱动电流变化而变化。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

通过本发明，使激光器的输出谱线展宽，从而减少了光传输***中受激布里渊散射效应的影响，特别是在长距离无中继光传输***中减少了光传输***SBS效应的影响。

附图说明

图1是本发明抑制SBS效应的光发射机电路的方框图

图2是本发明抑制SBS效应的光发射机电路的原理图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

请参阅图1，图1是本发明抑制SBS效应的光发射机电路的方框图。该光发射机包括激光器4、激光器驱动电路1、激光器功率输出监测模块2、低频扰动信号产生与幅度调整模块3、耦合电容C和调制器5。激光器驱动电路1给激光器4提供直流偏置电流，即驱动电流，从而使激光器产生光信号。该光信号经过调制器5的调制加载数据后进入光发射传输。

低频扰动信号产生与幅度调整模块3包括一个低频扰动信号的产生电路。通过监测激光器的输出光功率，该低频扰动信号的幅度能随激光器驱动电流变化而变化，然后通过耦合电容C加载到激光器的驱动电路1上，对光载波进行调制，从而引起谱线的增宽。

请参阅图2，图2是本发明抑制SBS效应的光发射机电路的原理图。图2中LsBIASMON对应图1中的激光器输出功率监测模块2，其余部分对应于低频扰动信号产生与幅度调整模块3。

低频扰动信号产生与幅度调整模块3中的低频扰动信号产生电路的内部元件包括：

i.微处理器D1，对激光器4输出功率监测信号LsBIASMON进行采用，决定扰动信号的幅度，并产生幅度调整信号DitherTone。

ii.由运算放大器D3、电阻R₁、电阻R₂、电阻R₃和模拟开关SW1组成的方波产生电路，根据微处理器D1产生幅度调整信号Dither Tone和所决定的扰动信号的幅度Dither level产生方波。

iii.由电阻R₄、电阻R₅和电容C₁组成的低通滤波电路，将方波的高频部分过滤掉，输出调整后的低频扰动信号V_dither。

图2中关键的型号如表1所示。

表1关键器件列表

位号	器件型号	功能
			D1	LPC2138	微处理器
D2	AD5328	数模转换电路
			D3	AD8605	运算放大器
SW1	MAX4624	模拟开关

LsBIASMON为激光器4输出光功率监测信号，是一个与激光器驱动电流成正比的电压信号。微处理器D1通过自带的模数转换电路监测该信号，并由此决定低频扰动信号的幅度。由于微处理器输出的是数字信号，因此通过数模转换电路D2进行数模转换形成低频扰动信号的幅度Dither Level信号，该信号最终控制输出扰动信号的幅度。微处理器D1与数模转换电路D2之间通过SPI(同步并行接口Synchronizationparallel interface)接口进行通讯。运算放大器D3与模拟开关SW1组成一个增益为+1的放大器，微处理器D1通过自带的脉宽调整电路(PWM)控制模拟开关SW1的打开与闭合，从而使运算放大器D3输出一个方波。该方波的幅度由低频扰动信号的幅度Dither Level信号决定。

低频扰动信号幅度的计算如下：

V_level＝K_D(V_in-V_off)

式中，V_level表示低频扰动信号幅度，V_in表示激光器功率输出监测模块2输出到低频扰动信号产生与幅度调整模块3的监测信号LsBIASMON，V_off等效于由激光器阈值电流所引起的激光器输出光功率监测信号(是一个需要根据不同厂家激光器特性从LsBIASMON中扣除的量)，V_level、V_in、V_off均是电压值。K_D是一个可以根据实际不同应用***而设置的比率系数，该系数需要根据具体的激光器驱动电路来决定。

按照通信协议MSA 300Pin，激光器输出光功率监测信号LsBIASMON与激光器输出光功率监测信号驱动电流之间的关系如下：

$V_{\mathrm{in}}=20\frac{\mathrm{mV}}{\mathrm{mA}}{I}_{\mathrm{laser}}$

式中，I_laser为激光器驱动电流，为阈值电流I_Thres与偏置电流I_Bias之和：

I_laser＝I_Bias+I_Thres

因此

$V_{\mathrm{in}}=20\frac{\mathrm{mV}}{\mathrm{mA}}(I_{\mathrm{Bias}}+I_{\mathrm{Thres}})$

如果

$V_{\mathrm{off}}=20\frac{\mathrm{mV}}{\mathrm{mA}}{I}_{\mathrm{thres}}$

则

$V_{\mathrm{level}}=20K_D\frac{\mathrm{mV}}{\mathrm{mA}}{I}_{\mathrm{Bias}}.$

上述低频扰动信号幅度的计算过程通过软件编码实现，该程序烧入微处理器D1。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范畴。

Claims (4)

1.一种抑制受激布里渊散射效应的光发射机电路，包括激光器驱动电路(1)，用以提供驱动电流给激光器(4)，该激光器(4)产生的光信号经调制器(5)调制后进入光发射，其特征在于该光发射机电路还包括激光器功率输出监测模块(2)、低频扰动信号产生与幅度调整模块(3)和耦合电容C；

所述的激光器功率输出监测模块(2)用以监测所述的激光器(4)的驱动电流，其输入端与所述的激光器驱动电路(1)的输出端相连，用以接收所述的激光器(4)的驱动电流，所述的激光器功率输出监测模块(2)的输出端与所述的低频扰动信号产生与幅度调整模块(3)的输入端相连，用于提供监测信号；

所述的低频扰动信号产生与幅度调整模块(3)用于产生低频扰动信号并调整其幅度，其输出端通过所述的耦合电容C与所述的激光器驱动电路(1)的输入端相连，用于加载该低频扰动信号。

2.根据权利要求1所述的抑制受激布里渊散射效应的光发射机电路，其特征在于所述的低频扰动信号产生与幅度调整模块(3)包括微处理器(D1)、数模转换电路(D2)、方波产生电路和低通滤波电路；

所述的微处理器(D1)用于决定低频扰动信号的幅度并产生脉宽调整信号，该微处理器(D1)的输入端用于接收所述的激光器功率输出监测模块(2)输出的监测信号，该微处理器(D1)的一输出端通过自带的同步并行接口经所述的数模转换电路(D2)输出低频扰动信号的幅度至所述的方波产生电路的一输入端，该微处理器(D1)的另一输出端经自带的脉宽调整电路输出脉宽调整信号至所述的方波产生电路的另一输入端；

所述的方波产生电路的输出端与所述的低通滤波电路的输入端相连，所述的低通滤波电路的输出端用于输出所述的低频扰动信号。

3.根据权利要求2所述的抑制受激布里渊散射效应的光发射机电路，其特征在于所述的方波产生电路包括运算放大器(D3)、模拟开关(SW1)、电阻R₃和电阻R₃，所述的电阻R₁跨接于所述的运算放大器(D3)的反相输入端和所述的数模转换电路(D2)的输出端之间，所述的电阻R₂跨接于所述的运算放大器(D3)的同相输入端和所述的数模转换电路(D2)的输出端之间，所述的R₃跨接于所述的运算放大器(D3)的反相输入端和输出端之间，所述的模拟开关(SW1)的输入端接所述的微处理器(D1)的脉宽调整电路的输出端，由该脉宽调整电路控制所述的模拟开关(SW1)的开关选择，当该脉宽调整电路输出高电平时，所述的运算放大器(D3)同相输入端及R₂接地，当该脉宽调整电路输出低电平时，所述的运算放大器(D3)同相输入端与R₂直接相连接，所述的运算放大器(D3)的输出端与所述的低通滤波电路的输入端相连，用于输出方波。

4.根据权利要求2所述的抑制受激布里渊散射效应的光发射机电路，其特征在于所述的低通滤波电路包括电阻R₄、电阻R₅和电容C₁，用于过滤该低通滤波电路的输入端接收的方波，所述的电阻R₄跨接于所述的运算放大器(D3)的输出端和所述的低通滤波电路的输出端节点之间，所述的电阻R₅和电容C₁并联，一端接所述的低通滤波电路的输出端节点，另一端接地。

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