CN106506092B - 一种可宽温工作的低噪声射频光传输模块 - Google Patents

一种可宽温工作的低噪声射频光传输模块 Download PDF

Info

Publication number
CN106506092B
CN106506092B CN201611202473.5A CN201611202473A CN106506092B CN 106506092 B CN106506092 B CN 106506092B CN 201611202473 A CN201611202473 A CN 201611202473A CN 106506092 B CN106506092 B CN 106506092B
Authority
CN
China
Prior art keywords
fiber coupler
optical power
postposition
preposition
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201611202473.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106506092A (zh
Inventor
周鹏威
凃冲
卢田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chengdu Weibo Xingchen Technology Co ltd
Original Assignee
China Jiliang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Jiliang University filed Critical China Jiliang University
Priority to CN201611202473.5A priority Critical patent/CN106506092B/zh
Publication of CN106506092A publication Critical patent/CN106506092A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106506092B publication Critical patent/CN106506092B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters
    • H04B10/516—Details of coding or modulation
    • H04B10/54—Intensity modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters
    • H04B10/501—Structural aspects
    • H04B10/503—Laser transmitters
    • H04B10/505—Laser transmitters using external modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters
    • H04B10/564—Power control

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

本发明涉及一种可宽温工作的低噪声射频光传输模块，由激光器、前置光纤耦合器、后置光纤耦合器、马赫曾德调制器、温度控制模块、无导频功率偏压控制模块组成，其中温度控制模块由TEC和模拟PID电路组成。无导频功率偏压控制模块通过光电探测器获取马赫曾德调制器输入和输出光功率的比值，并将其作为控制误差信号，可排除激光器自身光功率扰动的影响，并通过积分控制回路进行稳态误差消除，利用加法电路在光功率比值电压上附加一个调控电压，改变调控电压，可实现电光调制器大范围任意工作点的稳定。本发明通过引入了温度控制模块，实现对光纤耦合器进行温度补偿，减小由温度引起的耦合臂光功率的变化，提高了射频光调制的性能。

Description

一种可宽温工作的低噪声射频光传输模块
技术领域
本发明涉及一种可宽温工作的低噪声射频光传输模块，适用于宽温工作环境下射频激光传输，属于光纤通信领域。
背景技术
外调制射频光传输技术具有低损耗，质量轻，低功耗，抗电磁干扰等优点，在雷达、卫星通信、测量和探测***等领域中都有着广泛的应用。
射频光传输模块一般包括激光器、马赫曾德调制器、光纤耦合器，偏压控制模块。射频光传输模块控制方案通常为在马赫曾德调制器直流电压偏置端附加低频微扰信号，利用调制函数线性区二次谐波分量最小和极值处基波分量最小的特点，自动控制马赫曾德调制器偏置点。虽然是微扰信号，但实际上为稳定工作点，线性区处所需的抖动信号幅值通常是极值点所需信号幅值的10倍左右，因此引入了较大噪声，对射频光传输(ROF)***的传输信号造成一定影响。也有采用功率检测的偏压控制方案，由于不需要加载扰动信号，在提高信号质量上具有较大优势，但由于激光器自身功率波动的影响，导致只监测调制器输出光功率的方案稳定性不高，而且环境温度会影响到光路损耗，同时工作点位置与光路损耗有关，从而导致定位精度不高。
本发明通过综合研究马赫曾德调制器传输曲线特性，深入分析影响工作点的因素，提出了一种定位精度高、噪声性能好的偏压控制方案，本方案基于功率监测的偏压控制方案，采用调制器输入和输出光功率的比值而不是采用单一输出光功率作为判断依据，从原理上抑制了由于激光器功率不稳定引起的工作点控制误差，本射频光传输模块包括激光器、前置光纤耦合器、后置光纤耦合器、马赫曾德调制器、温度控制模块、无导频功率偏压控制模块。前置和后置光纤耦合器分别将马赫曾德调制器前后的一定比例的激光传输到无导频功率偏压控制模块，无导频功率偏压控制模块通过调节马赫曾德调制器的偏置电压来稳定前后光功率的比值，温度控制模块用来控制前置光纤耦合器和后置光纤耦合器的温度。本方案克服了光源功率自身扰动的影响，也抑制了耦合器温度变化引起的调制器工作点漂移，提高了射频光传输模块的环境适用性，提高了射频光传输链路的环境适应性和噪声特性。
发明内容
本发明的目的是：突破高低温环境下射频光传输模块工作点的低噪声精确控制技术，实现宽温工作环境下的射频激光调制。
本发明的技术解决方案是：一种可宽温工作的低噪声射频光传输模块，包括激光器、前置光纤耦合器、后置光纤耦合器、马赫曾德调制器、温度控制模块、无导频功率偏压控制模块，其中激光器作为整个***的光源，前置光纤耦合器和后置光纤耦合器分别将马赫曾德调制器前后的一定比例的光分出到无导频功率偏压控制模块，无导频功率偏压控制模块通过调节马赫曾德调制器的偏置电压来稳定前后光功率的比值，采用基于加法电路的任意工作点控制方案，在积分控制回路之前，利用加法电路在光功率比值电压上附加一个调控电压，通过改变调控电压，实现电光调制器大范围任意工作点的稳定，温度控制模块采用模拟PID温度控制电路，采用长条形的TEC作为加热和制冷元件，采用热敏电阻作为温度反馈元件，对前置光纤耦合器和后置光纤耦合器进行温度控制，降低因温度变化而导致的耦合臂上光功率的变化，同时采用泡沫塑料外壳对光纤耦合器、TEC和热敏电阻进行密封，减少热量的流通。
所述的无导频功率偏压控制模块包括前置光电探测器、后置光电探测器、除法电路和积分控制回路，无导频功率偏压控制模块以马赫曾德调制器输入和输出光功率的比值为误差信号，并通过积分控制回路进行稳态误差的消除，同时，采用基于加法电路的任意工作点控制方案，可实现电光调制器大范围任意工作点的稳定。
所述的马赫曾德调制器输入和输出光功率的比值是通过前置光电探测器和后置光电探测器分别采集前置光纤耦合器耦合臂和后置光纤耦合器耦合臂上的光功率，再利用除法电路获取两路光功率的比值，除法电路是利用模拟除法器设计的，设前置光电探测器和后置光电探测器获取的光功率值分别为P1和P2，并设置除法器的运算函数为其中k为比例系数，当P1＜P2时，误差值小于0，当P1＞P2时，误差值大于0，当P1＝P2时，误差值为0，将误差值送到积分控制回路进行误差消除。
本发明的有益效果是：本发明采用了马赫曾德调制器输入和输出光功率的比值作为误差信号，克服了光源功率自身扰动的影响；采用无导频的功率偏压控制模块，避免了导频信号带来的干扰；采用了温度控制模块对光纤耦合器进行温度控制，提高了微波光子链路的环境适应性和噪声特性；采用了泡沫塑料外壳对光纤耦合器、TEC和热敏电阻进行密封，减少热量的流通，减缓了光纤耦合器实际的温度变化，降低了温度控制模块的工作负载；整机可在零下55℃至零上100℃的环境中稳定运行。
附图说明
图1是总体方案设计框图
图2是无导频功率偏压控制模块设计框图
图3是泡沫塑料外壳对光纤耦合器、TEC和热敏电阻进行密封的方案
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
如图1所示，本发明的可宽温工作的低噪声射频光传输模块包括激光器1、前置光纤耦合器2、后置光纤耦合器3、马赫曾德调制器4、温度控制模块5、无导频功率偏压控制模块6，马赫曾德调制器4的输入端分别通过前置光纤耦合器2的直通臂和射频SMA线连接至光源和射频信号，前置光纤耦合器2的耦合臂连接至无导频功率偏压控制模块6供前置光电探测器7采集光信号，马赫曾德调制器4的输出端和后置光纤耦合器3的输入端相连接，后置光纤耦合器3直通臂用于输出光信号作为该传输***的输出端，后置光纤耦合器3的耦合臂与无导频功率偏压控制模块6相连接，让后置光电探测器8采集其光信号。
如图2所示，首先，设激光器1功率为Pin1，激光经1：α1分光比的前置光纤耦合器2的接入损耗为β1，其中比例为1的输出端经过接入损耗为β3的FC接口后被无导频功率偏压控制模块6的前置光电探测器7(PD2)采集，作为激光器1功率的参考值；比例为α1的输出端经过FC接口进入马赫曾德调制器4，设接入损耗和马赫曾德调制器4内部衰减损耗为β2，并设马赫曾德调制器4全开时(Peak点)输出光功率为Pin2；设马赫曾德调制器4工作点稳定后输出光功率为Pout1，占马赫曾德调制器4全开时输出光功率的比例为η；输出光功率经1：α2分光比的后置光纤耦合器3的接入损耗为β4，比例为1的输出端经过接入损耗为β6的FC接口后被后置光电探测器8(PD1)采集。将PD1与PD2采集到的电流比值作为控制误差信号，可排除激光器1本身功率的变化对误差信号的影响。当PD1与PD2电流相等时，误差信号为0，此时控制回路达到稳定状态，有：
可得控制回路稳定后输出光功率占调制器全开时功率的比例η为：
由公式(2)可见，光功率比值方案的工作点和前后耦合器分束比、电光调制器损耗与FC接口损耗等因素有关，而与激光器本身的功率无关，因此可以抑制光源功率变化引入的误差。
具体实现如图1所示，采用除法电路9完成前后光功率比值的测量，两个光电探测器分别将马赫曾德调制器4前后的激光功率转化为电流信号，然后通过除法电路9将电流差值转换为电压值输出，以此作为误差信号，然后采用积分控制回路10进行误差消除，其积分运算公式为基于加法电路的任意工作点控制方案11通过在积分环节之前，，利用加法电路在光功率比值电压上附加一个调控电压，通过改变调控电压，即可实现电光调制器大范围任意工作点的稳定。
采用模拟PID温度控制电路，反馈端接入热敏电阻，输出端接入长条形的TEC，在TEC上通过散热片对前置光纤耦合器2和后置光纤耦合器3进行温控，将热敏电阻放在两根光纤耦合器之间用来实时测量两根光纤耦合器的温度。同时如图3所示采用泡沫塑料外壳12对光纤耦合器、TEC和热敏电阻进行密封，减少热量的流通。
本发明可宽温工作的低噪声射频光传输模块采用马赫曾德调制器4前后的光功率比值作为误差信号对马赫曾德调制器4进行控制，采用无导频功率偏压控制模块6，并对光纤耦合器进行温控，通过验证和整机联试，本发明提高了马赫曾德调制器4最佳偏置点的定位精度，克服了光源功率自身扰动的影响，避免了导频信号带来的干扰，提高了射频光传输链路的环境适应性和噪声特性，整机可在零下55℃至零上100℃的环境中稳定运行。

Claims (3)

1.一种可宽温工作的低噪声射频光传输模块，其特征在于：包括激光器(1)、前置光纤耦合器(2)、后置光纤耦合器(3)、马赫曾德调制器(4)、温度控制模块(5)、无导频功率偏压控制模块(6)，其中激光器(1)作为整个***的光源，前置光纤耦合器(2)和后置光纤耦合器(3)分别将马赫曾德调制器(4)前后的一定比例的光分出到无导频功率偏压控制模块(6)，无导频功率偏压控制模块(6)通过调节马赫曾德调制器(4)的偏置电压来稳定前后光功率的比值，采用基于加法电路的任意工作点控制方案(11)，在积分控制回路(10)之前，利用加法电路在光功率比值电压上附加一个调控电压，通过改变调控电压，实现电光调制器大范围任意工作点的稳定，温度控制模块(5)采用模拟PID温度控制电路，采用长条形的TEC作为加热和制冷元件，采用热敏电阻作为温度反馈元件，对前置光纤耦合器(2)和后置光纤耦合器(3)进行温度控制，降低因温度变化而导致的耦合臂上光功率的变化，同时采用泡沫塑料外壳(12)对光纤耦合器、TEC和热敏电阻进行密封，减少热量的流通。
2.根据权利要求1所述的可宽温工作的低噪声射频光传输模块，其特征在于：所述的无导频功率偏压控制模块(6)包括前置光电探测器(7)、后置光电探测器(8)、除法电路(9)和积分控制回路(10)，无导频功率偏压控制模块(6)以马赫曾德调制器输入和输出光功率的比值为误差信号，并通过积分控制回路(10)进行稳态误差的消除，同时，采用基于加法电路的任意工作点控制方案(11)，可实现电光调制器大范围任意工作点的稳定。
3.根据权利要求2所述的可宽温工作的低噪声射频光传输模块，其特征在于：所述的马赫曾德调制器输入和输出光功率的比值是通过前置光电探测器(7)和后置光电探测器(8)分别采集前置光纤耦合器(2)耦合臂和后置光纤耦合器(3)耦合臂上的光功率，再利用除法电路(9)获取两路光功率的比值，除法电路(9)是利用模拟除法器设计的，设前置光电探测器(7)和后置光电探测器(8)获取的光功率值分别为P1和P2，并设置除法器的运算函数为其中k为比例系数，当P1＜P2时，误差值小于0，当P1＞P2时，误差值大于0，当P1＝P2时，误差值为0，将误差值送到积分控制回路(10)进行误差消除。
CN201611202473.5A 2016-12-22 2016-12-22 一种可宽温工作的低噪声射频光传输模块 Active CN106506092B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611202473.5A CN106506092B (zh) 2016-12-22 2016-12-22 一种可宽温工作的低噪声射频光传输模块

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611202473.5A CN106506092B (zh) 2016-12-22 2016-12-22 一种可宽温工作的低噪声射频光传输模块

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106506092A CN106506092A (zh) 2017-03-15
CN106506092B true CN106506092B (zh) 2019-01-18

Family

ID=58333683

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611202473.5A Active CN106506092B (zh) 2016-12-22 2016-12-22 一种可宽温工作的低噪声射频光传输模块

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106506092B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108768536B (zh) * 2018-05-02 2021-10-26 南京大学（苏州）高新技术研究院 一种高保密空间混沌激光通信***
CN111638675A (zh) * 2020-06-28 2020-09-08 西安方元明科技股份有限公司 一种用于电光调制器的自动偏置控制电路
CN115882955B (zh) * 2022-12-09 2024-05-10 中国电子科技集团公司第三十八研究所 一种低杂散的光调制器偏置控制装置及方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003295138A (ja) * 2002-04-05 2003-10-15 Toshiba Corp 光変調器制御装置およびそれを用いた光送信装置ならびに光変調器の制御方法および制御プログラム記録媒体
JP2009163164A (ja) * 2008-01-10 2009-07-23 Sony Corp マッハツェンダ干渉式光信号変調器およびその制御方法、ならびに受信・送信装置
CN101807085A (zh) * 2010-03-12 2010-08-18 上海华魏光纤传感技术有限公司 偏置控制及驱动装置以及控制和驱动光强度调制器的方法
CN105099569A (zh) * 2015-06-25 2015-11-25 北京邮电大学 一种马赫增德尔调制器的偏置控制***及方法
CN106712854A (zh) * 2016-12-20 2017-05-24 武汉光迅科技股份有限公司 一种mzi外调制器任意工作点的锁定方法及装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103281130B (zh) * 2013-05-31 2016-05-25 上海交通大学 基于单驱动马赫曾德调制器的多倍频毫米波产生装置
CN103957058B (zh) * 2014-05-08 2016-08-17 中国科学院半导体研究所 基于双驱动马赫曾德调制器产生三角形微波信号的装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003295138A (ja) * 2002-04-05 2003-10-15 Toshiba Corp 光変調器制御装置およびそれを用いた光送信装置ならびに光変調器の制御方法および制御プログラム記録媒体
JP2009163164A (ja) * 2008-01-10 2009-07-23 Sony Corp マッハツェンダ干渉式光信号変調器およびその制御方法、ならびに受信・送信装置
CN101807085A (zh) * 2010-03-12 2010-08-18 上海华魏光纤传感技术有限公司 偏置控制及驱动装置以及控制和驱动光强度调制器的方法
CN105099569A (zh) * 2015-06-25 2015-11-25 北京邮电大学 一种马赫增德尔调制器的偏置控制***及方法
CN106712854A (zh) * 2016-12-20 2017-05-24 武汉光迅科技股份有限公司 一种mzi外调制器任意工作点的锁定方法及装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN106506092A (zh) 2017-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106506092B (zh) 一种可宽温工作的低噪声射频光传输模块
CN103281132B (zh) 应用于宽温度范围中的光模块及其工作温度调节方法
CN104242051B (zh) 一种外腔可调谐激光器以及其腔模锁定方法
CN101615755B (zh) 基于碘稳频参考光的双纵模激光器热稳频方法和装置
CN112925122B (zh) 基于导频法的硅基马赫曾德尔调制器偏压控制装置及***
CN101969340B (zh) 一种抑制马赫曾德调制器偏置点漂移的自适应补偿方法
CN205159790U (zh) 一种煤矿井下光纤测温中半导体激光器的温控***
CN103401607A (zh) 获取光模块监测温度的方法及装置
CN102882115B (zh) Eml激光器的电吸收反向偏置电压调优方法
CN109149358A (zh) 可调谐窄线宽外腔半导体激光器
CN104466635A (zh) 一种高频率稳定性单频光纤激光器
CN105186282A (zh) 高稳频可调谐窄线宽激光器及使用方法
CN101807085A (zh) 偏置控制及驱动装置以及控制和驱动光强度调制器的方法
CN101957479B (zh) 温度调制光学微腔耦合***的输出方法及其耦合结构
CN206498088U (zh) 一种半导体激光器的无调制稳频装置
CN104659646A (zh) 一种实现掺铒光纤光源平均波长全温稳定的方法
CN101706615A (zh) 基于电光晶体的快速偏振控制方法
CN203630534U (zh) 一种基于fpga的cpt原子钟激光器的温度校准装置
CN104423400A (zh) 一种激光器自动控制温度的方法
CN204615150U (zh) 基于双tec的低漂移激光器温控装置
CN203661071U (zh) 光模块
CN107645120B (zh) 一种眼图自动补偿光模块及其眼图自动补偿方法
CN207382318U (zh) 一种毫米波光纤步进延时组件
CN204243443U (zh) 全温功率高稳型ase宽带光源
CN103986056A (zh) 一种基于tec温度控制的可调微波信号产生装置及方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20210531

Address after: 401120 c12-1, 107 dataguzhong Road, Xiantao street, Yubei District, Chongqing

Patentee after: Chongqing Qinxin Technology Co.,Ltd.

Address before: 310018, No. 258, source street, Xiasha Higher Education Park, Hangzhou, Zhejiang

Patentee before: China Jiliang University

TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20230116

Address after: Room 1203, Floor 12, Building 3, No.1 Shujin Road, Qingyang District, Chengdu, Sichuan 610000

Patentee after: Chengdu Weibo Xingchen Technology Co.,Ltd.

Address before: 401120 c12-1, 107 dataguzhong Road, Xiantao street, Yubei District, Chongqing

Patentee before: Chongqing Qinxin Technology Co.,Ltd.