專利名稱：光通信系統(tǒng)中的光信號調(diào)制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于光通信領(lǐng)域，具體涉及在高速光通信系統(tǒng)或模擬光通信系統(tǒng)中通過控制電路調(diào)節(jié)外調(diào)制器的直流偏置點使調(diào)制光信號具有最大消光比的光調(diào)制裝置。
背景技術(shù)：
隨著大容量長距離的密集波分復(fù)用(DWDM)系統(tǒng)的發(fā)展，原有的采用電吸收(EA)調(diào)制方式的激光發(fā)射模塊，因受消光比及無啁啾等限制已不能滿足高速長距離的要求。由于高速MZ(馬赫-曾德)鈮酸鋰調(diào)制器的商用，基于連續(xù)波(CW)激光器和MZ外調(diào)制器的光發(fā)射技術(shù)已逐漸被應(yīng)用于光通信系統(tǒng)中，這種光發(fā)射技術(shù)中，外調(diào)制器必須設(shè)置在正確的直流偏置點上，才能保征高消光比的光調(diào)制信號輸出，但外調(diào)制器的直流偏置點會隨著外界環(huán)鏡的變化而不斷變化，因此需要提供一種能適時自動控制偏置點的技術(shù)。目前光調(diào)制技術(shù)很多，如專利CN2040261就是一種，該專利主要是對光通量進行控制。但通過控制電路使調(diào)制器的直流偏置點穩(wěn)定在一點，使輸出光具有最大的消光比的技術(shù)，本申請人還沒有發(fā)現(xiàn)有公開的資料。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型就是為了使光調(diào)制器的直流偏置點避免受外界環(huán)鏡的影響，使其穩(wěn)定在一個直流偏置點上，實現(xiàn)光調(diào)制器的自動控制，以滿足高速光通信或模擬光通信對光發(fā)射模塊的要求。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供的應(yīng)用于光通信系統(tǒng)的光信號調(diào)制裝置包括光調(diào)制器、控制電路、調(diào)制驅(qū)動器、光功分器，所述控制電路產(chǎn)生一微擾信號以調(diào)幅的形式調(diào)制到電信號RF上，然后通過調(diào)制驅(qū)動器加入到光調(diào)制器，對輸入光進行調(diào)制；同時控制電路接收光功分器分出的部分輸出光，從中檢測出調(diào)制器偏置點微差信號后反饋給調(diào)制器，使其能在穩(wěn)定的偏置點上正常工作，其特征在于所述控制電路包括微差檢測單元、同步解調(diào)單元、偏置形成單元和時鐘源；所述光功分器分出的輸出光經(jīng)微差檢測單元轉(zhuǎn)化成電信號并放大后，在同步解調(diào)單元與時鐘源輸出的時鐘同步解調(diào)出微差信號，然后由偏置形成單元積分形成偏置電壓對調(diào)制器進行直流偏置，所述時鐘源的時鐘信號同時還作為控制電路的微擾信號調(diào)制到電信號RF上。
上述光信號調(diào)制裝置中的微差檢測單元進一步包括檢測電路、預(yù)放大電路和濾波放大電路，所述檢測電路將光信號轉(zhuǎn)化成電信號后，先由預(yù)放大電路進行預(yù)放大，然后經(jīng)濾波放大電路進行濾波和進一步的放大。
上述光信號調(diào)制裝置中的偏置形成單元進一步包括濾波電路和積分電路，所述濾波電路對同步解調(diào)出的微差信號進行低通濾波，然后由積分電路積分形成偏置電壓。
在本實用新型中，由于控制電路能檢測出輸出光的微差信號，并對微差信號進行積分形成偏置電壓，對調(diào)制器的直流偏置點進行自動調(diào)節(jié)，使偏置點穩(wěn)定在1/4周期點(半功率點)上，因此能使輸出光的消光比穩(wěn)定在最大。因為本實用新型提供的光調(diào)制裝置的主要功能在于能自動調(diào)節(jié)調(diào)制器的直流偏置點，所以該直流偏置點并非一定是指半功率點，還可以是零功率點，或其他任何偏置點。


圖1 光信號調(diào)制裝置的原理框圖；圖2 光信號調(diào)制裝置的傳輸特性曲線；圖3 微差信號產(chǎn)生原理圖；圖4 本實用新型的光信號調(diào)制裝置系統(tǒng)框圖；圖5 本實用新型的微差檢測單元電路圖；圖6 本實用新型的偏置形成單元電路圖。
具體實施方式
圖1就是一種應(yīng)用于光發(fā)射模塊的外調(diào)制裝置原理圖，如圖所示，該外調(diào)制裝置包括光調(diào)制器、控制電路、調(diào)制驅(qū)動器和光功分器?？刂齐娐吠ㄟ^產(chǎn)生一個微擾信號并加在調(diào)制驅(qū)動器的增益控制端上，使輸出光信號產(chǎn)生一低頻擾動，光功分器將輸出光分出3-5％的光功率送至控制電路，由控制電路產(chǎn)生一控制偏置點的直流信號，從而實現(xiàn)調(diào)制裝置的自動控制。
本實用新型以偏置點控制在1/4周期點(半功率點)為例。如圖2所示，即把直流偏置點穩(wěn)定在曲線斜率最陡的A點上，從而在輸入RF電信號變化幅度給定的情況下，獲得最大峰值的輸出光信號。其基本工作原理是用一個低頻微擾信號控制驅(qū)動器的輸出幅度，這樣對調(diào)制器的輸入信號加上了一個低頻微弱的幅度調(diào)制(AM)，參見圖3，圖3中包絡(luò)為低頻微擾信號，A1、A2、B1、B2對應(yīng)圖2中調(diào)制器的傳輸特性曲線上的點A1、A2、B1、B2，由圖2可知，在A2點對應(yīng)的偏置電壓下，輸出光功率最大，因此在圖3中，其包絡(luò)信號也對應(yīng)一個峰值。在正確偏置的情況下，檢測出的低頻信號的平均值應(yīng)該是隨時間保持恒定的，如圖3a所示，光輸出平均值為一條直線。而偏置點偏離A點時，均值則是一個與包絡(luò)頻率一致的誤差信號，如圖3b所示，圖中的光輸出平均值為一條與包絡(luò)頻率一致的矩形波。當偏置點偏離A點越遠，誤差信號擺幅越大，也就是說產(chǎn)生的誤差信號的幅度變化反映了調(diào)制器偏置點相對欲控制點A點的變化。誤差信號攜帶的偏置點偏離A點的信息我們稱為微差信號，這樣，誤差信號可以看作微差信號調(diào)幅波，其載頻與加入微擾信號相同。然后用控制電路從誤差信號中提出微差信號，并對微差信號進行積分產(chǎn)生適當?shù)钠梅答伒秸{(diào)制器偏置電極上，從而使補償工作點移動，直到微差信號為零，達到偏置點自動穩(wěn)定的目的。
本實用新型的系統(tǒng)框圖如圖4所示，由圖可知，控制電路包括微差檢測單元、同步解調(diào)單元、偏置形成單元和時鐘源；9.6KHz的時鐘信號既是調(diào)制器的微擾，同時也是同步解調(diào)時鐘，微擾以調(diào)幅的形式調(diào)制在10Gbps的電信號上，通過驅(qū)動器加入調(diào)制器，對連續(xù)光進行調(diào)制，輸出的信號光通過一個3-5％的光功分器分離一部分作為探測光，其中光功分器可以是光纖耦合器。微差檢測電路將探測光轉(zhuǎn)換成電流信號并放大，然后經(jīng)同步解調(diào)單元解調(diào)出微差信號，偏置形成單元對微差信號進行積分形成偏置電壓，反饋到調(diào)制器的偏置電極。當微差信號輸出為零時，偏置電壓即穩(wěn)定在1/4周期點(即圖1的A點)。
本實施例中，同步解調(diào)單元可以為熟知的開關(guān)電容，使直流失調(diào)量降低到可以忽略。微差檢測單元則包括檢測電路、預(yù)放大電路和濾波放大電路，如圖5所示，檢測電路由一個PIN管和電阻R1組成，PIN管將光信號轉(zhuǎn)化成電信號。預(yù)放大電路由一個放大器F1、四個電阻(R2、R3、R4、R5)和兩個電容(C1、C2)組成，對上述電信號進行預(yù)放大。經(jīng)預(yù)放大的電信號然后送至濾波放大電路，進行濾波和進一步放大，濾波主要是濾去干擾噪聲，濾波放大電路由放大器F2、電阻R7、R8和電容C3、C4組成。圖5所示實施例中的濾波放大電路為一級濾波放大，根據(jù)需要，還可以采取兩級甚至更多級的帶通濾波，每一級的中心濾波頻率均取時鐘源頻率為9.6KHz，放大倍數(shù)可以根據(jù)需要確定，本實施例取20倍。經(jīng)過幾級濾波后，干擾噪聲等已去除，得到了充分放大的攜帶有偏置點微差信號的調(diào)幅波。
在圖5所示的微差檢測單元中最關(guān)鍵的器件是運算放大器，要求具有高輸入阻抗，低失調(diào)電壓，噪聲低等特點。電路中的第一級高阻預(yù)放電路很重要，選用的放大器要具有低偏置電流、低噪聲特性；同時PIN管負載電阻R1的選擇要根據(jù)流過的平均光電流產(chǎn)生的熱噪聲來計算，推薦選用1K歐姆。為了抑制交流噪聲，帶通濾波放大電路采用窄帶濾波，同時為保證微差與參考時鐘的同步，帶通的Q值選擇使聚集在交流通路上的相差最小，本電路的設(shè)計增益為20，Q值為5。為了避免參考時鐘信號串入濾波、放大電路，可以采用電源單獨分割，如圖5所示，同時保證PIN管與電阻R1的正確位置，這樣PIN管起到隔離電源串擾的作用。
經(jīng)同步解調(diào)單元解調(diào)出的微差信號再經(jīng)過偏置形成單元積分形成偏置電壓。本實施例中的偏置形成單元由一級濾波電路和一個積分電路組成，如圖6所示。濾波電路包括兩個接地的電容C5、C6和電阻R9，積分電路包括一個放大器F3、電容C7和兩個電阻R10、R11。圖示的濾波電路為一級濾波，也可以根據(jù)需要設(shè)置為兩級低通濾波，以濾除高頻噪聲。積分電路是把微差信號轉(zhuǎn)換為調(diào)制器直流偏置電壓。積分電路需要很高的靈敏度，同時積分時間常數(shù)不宜過大，積分電容C7選為0.1uF較為合適。此外，積分電路決定整個環(huán)路的帶寬，控制部分的帶寬很窄，在通常情況下不超過1.0Hz，因為過高的環(huán)路帶寬在控制點增加RMS(均方根)噪聲，然而，當環(huán)路的帶寬低于1.0IIz時就要很長的時間才能穩(wěn)定在偏置點，因此過低的環(huán)路帶寬，緩慢的響應(yīng)將不能有效控制偏置點的變化。
權(quán)利要求1.一種應(yīng)用于光通信系統(tǒng)中的光信號調(diào)制裝置包括光調(diào)制器、控制電路、調(diào)制驅(qū)動器、光功分器，所述控制電路產(chǎn)生一微擾信號以調(diào)幅的形式調(diào)制到電信號RF上，然后通過調(diào)制驅(qū)動器加入到光調(diào)制器，對輸入光進行調(diào)制；同時控制電路接收光功分器分出的部分輸出光，從中檢測出調(diào)制器偏置點微差信號后反饋給調(diào)制器，使其能在穩(wěn)定的偏置點上正常工作，其特征在于所述控制電路包括微差檢測單元、同步解調(diào)單元、偏置形成單元和時鐘源；所述光功分器分出的輸出光經(jīng)微差檢測單元轉(zhuǎn)化成電信號并放大后，在同步解調(diào)單元與時鐘源輸出的時鐘同步解調(diào)出微差信號，然后由偏置形成單元積分形成偏置電壓對調(diào)制器進行直流偏置，所述時鐘源的時鐘信號同時還作為控制電路的微擾信號調(diào)制到電信號RF上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光信號調(diào)制裝置，其特征在于所述微差檢測單元進一步包括檢測電路、預(yù)放大電路和濾波放大電路，所述檢測單元將光信號轉(zhuǎn)化成電信號后，先由預(yù)放大電路進行預(yù)放大，然后經(jīng)濾波放大電路進行濾波和進一步的放大。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光信號調(diào)制裝置，其特征在于所述偏置形成單元進一步包括濾波電路和積分電路，所述濾波電路對同步解調(diào)出的微差信號進行低通濾波，然后由積分電路積分形成偏置電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光信號調(diào)制裝置，其特征在于所述的同步解調(diào)單元為開關(guān)電容。
專利摘要一種應(yīng)用于光通信系統(tǒng)的光信號調(diào)制裝置包括光調(diào)制器、控制電路、調(diào)制驅(qū)動器、光功分器,其中控制電路包括微差檢測單元、同步解調(diào)單元、偏置形成單元和時鐘源;所述光功分器分出的輸出光經(jīng)微差檢測單元轉(zhuǎn)化成電信號并放大后,在同步解調(diào)單元與時鐘源輸出的時鐘同步解調(diào)出微差信號,然后由偏置形成單元積分形成偏置電壓對調(diào)制器進行直流偏置,所述時鐘源的時鐘信號同時還作為控制電路的微擾信號調(diào)制到電信號RF上。由于控制電路能檢測出輸出光的微差信號,并對微差信號進行積分形成偏置電壓,對調(diào)制器的直流偏置點進行自動調(diào)節(jié),使偏置點穩(wěn)定在1/4周期點(半功率點)上,因此能使輸出光的消光比穩(wěn)定在最大。
文檔編號H04B10/572GK2517183SQ0127184
公開日2002年10月16日 申請日期2001年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月27日
發(fā)明者關(guān)曉龍, 王玉金, 李長春 申請人:華為技術(shù)有限公司