光調(diào)制系統(tǒng)中增益控制方法及原理

摘要：隨著當(dāng)今高科技技術(shù)的快速發(fā)展，通信技術(shù)的地位必然顯得越來越重要。由于光波通信比無線電通信有著許多優(yōu)點(diǎn)，使得光通信在通信領(lǐng)域中有著至關(guān)重要的地位。光技術(shù)不僅可以應(yīng)用到工業(yè)，醫(yī)療，家庭生活中以及各種服務(wù)行業(yè)中等，而且光可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的通信。世界上各國早就對(duì)光通信進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究試驗(yàn)，但是當(dāng)今光通信技術(shù)在某些方面仍然不夠成熟，為了實(shí)現(xiàn)光通信高速率大容量的通信方式這些問題都有待于解決，來進(jìn)一步推動(dòng)通信事業(yè)的快速發(fā)展。在本文調(diào)制系統(tǒng)中使用是相位調(diào)制器在通信時(shí)可能會(huì)使的信號(hào)發(fā)生失真。在此情況下本文通過控制射頻驅(qū)動(dòng)器的增益控制方法來實(shí)現(xiàn)電光調(diào)制器始終工作在半坡電壓從而使得信號(hào)可以無失真的傳輸出去。

關(guān)鍵詞：光通信 電光調(diào)制 增益控制

中圖分類號(hào)：TN929.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）10-0021-02

光通信是以光波為載體的進(jìn)行的通信。在此通信系統(tǒng)中電光調(diào)制技術(shù)占著很重要的地位，電光調(diào)制的作用是將電信號(hào)加載到光波上進(jìn)行信號(hào)在發(fā)射端無失真的傳輸。在電光調(diào)制中電光驅(qū)動(dòng)器是給電光調(diào)制器提供驅(qū)動(dòng)電壓的。信號(hào)能否無失真的傳輸出去，完全依賴于電光調(diào)制器及其驅(qū)動(dòng)器的綜合性能，所以要對(duì)驅(qū)動(dòng)器的性能進(jìn)行多方位設(shè)定使得調(diào)制器工作在最佳的狀態(tài)。

1 電光調(diào)制器調(diào)制方式

直接調(diào)制和間接調(diào)制依據(jù)光源和調(diào)制的關(guān)系劃分的。

1.1 直接調(diào)制

直接調(diào)制就是在光通信系統(tǒng)中用電源調(diào)制的一種辦法，該調(diào)制方法是利用電流來驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器或發(fā)光二極管，從而達(dá)到信息以光信號(hào)的方式傳輸。在整個(gè)調(diào)制過程中，傳輸距離會(huì)因光纖具有色散效應(yīng)及展寬傳輸譜等受到影響。我們在用激光遠(yuǎn)距離通信時(shí)，它必須具有相當(dāng)高的輸出功率才能實(shí)現(xiàn)，事實(shí)上相比其他調(diào)制直接調(diào)制的輸出功率是比較小的，很難實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的傳輸需求，雖然該方法簡單易實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用范圍不是很廣。

1.2 間接調(diào)制

在光調(diào)制系統(tǒng)中外調(diào)制方式就是在形成激光后加載到調(diào)制器上。該調(diào)制是在激光器的諧振腔外邊放置電光調(diào)制器，當(dāng)把調(diào)制信號(hào)加載到調(diào)制器上時(shí)，處在電場中的調(diào)制器，將會(huì)發(fā)生某些物理特性的變化。這種調(diào)制方法應(yīng)用范圍很大。從調(diào)制速率上這種調(diào)制速率比較快，所以在實(shí)際的激光通信應(yīng)用中常應(yīng)用該方式。

2 電光調(diào)制器的工作原理

電光效應(yīng)是電光調(diào)制器的依據(jù)。我們所說的電光效應(yīng)是指某些各向同性的透明物質(zhì)在電場作用下顯示出光學(xué)各向異性，折射率在外加電場的作用下而發(fā)生變化的一種物理現(xiàn)象。

我們一般可用下面的公式進(jìn)行表達(dá)：

aE為線性電光效應(yīng)，為二次電光效應(yīng)。二次電光效應(yīng)是可以忽略不計(jì)的是因?yàn)閷?duì)大部分晶體是很不明顯得。電光調(diào)制的過程就是電光效應(yīng)的基礎(chǔ)上來實(shí)現(xiàn)對(duì)光束的調(diào)制，這種調(diào)制方式可以分為強(qiáng)度調(diào)制和相位調(diào)制。相位調(diào)制是利用調(diào)制信號(hào)的相位來使得信號(hào)進(jìn)行無失真?zhèn)鬏數(shù)?，它的重要組成部分是起偏器和電光晶體。在激光通信中對(duì)光束調(diào)制大部分是利用強(qiáng)度調(diào)制進(jìn)行的調(diào)制，由于接受的光強(qiáng)變化大部分都受到接收器的影響。

本文主要是從相位電光調(diào)制器原理介紹自動(dòng)增益控制原理，如圖1所示。

在調(diào)制器電極間加一場強(qiáng)為E的電場，偏振態(tài)分別設(shè)為沿x方向和沿z方向，線性偏振光相位的變化應(yīng)該為如下式的關(guān)系：

鈮酸鋰晶體中尋常光折射率表示和非常光為折射率表示為，為了得到較大的電光效應(yīng)，x方向?yàn)槲徽{(diào)制器偏振的方向。如果波導(dǎo)層很薄，我們把加載到電極上面的電壓與電極之間電場之間的關(guān)系可以表示：

當(dāng)入射光的偏振方向?yàn)閤方向，把（2-3）式代入（2-1）式可得

通過上式我就可以得出與變化關(guān)系，是隨著時(shí)間的變化而變化的電信號(hào)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)相位調(diào)制。如果相位的變化量為π那么需要加載的電壓為半波電壓，可以得到半波電壓的表達(dá)式為

這樣相位調(diào)制器的半波電壓就可以用器件和晶體的參數(shù)表示出來，事實(shí)上相位調(diào)制器的半波電壓我們通常是通過直接測量來得到的。由（2-4）和（2-5）式得到光相位的改變量為與電信號(hào)的關(guān)系表達(dá)式如下

3 自動(dòng)增益控制電路原理

調(diào)制器只有工作理想的半坡電壓才能把信號(hào)無失真的輸出，在實(shí)際的光通信中，必然會(huì)受到外界環(huán)境的影響例如溫度、高頻連續(xù)波信號(hào)都會(huì)對(duì)晶體的電介質(zhì)產(chǎn)生影響，這樣會(huì)使的電光調(diào)制器的調(diào)制特性發(fā)生變化，從而導(dǎo)致調(diào)制信號(hào)的畸變。所以我有必要提出更好的電光調(diào)制方法。

本文重點(diǎn)研究激光通信系統(tǒng)中電光增益自動(dòng)控制系統(tǒng)，即通過設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)增益控制系統(tǒng)來控制電光調(diào)制器的輸入信號(hào)。來使得加載到電光調(diào)制器上的電壓始終為所需要的半坡電壓，從而保證信號(hào)可以無失真的傳輸出去。我們就需要設(shè)計(jì)加對(duì)電光調(diào)制器上的電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和控制使得加載的電壓嚴(yán)格的保持在半坡電壓，這樣就可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的無失真的傳輸出去了。圖2為原理總體框圖。

其中包括以下幾個(gè)核心部分采用Photile公司的MPX-LN-5型芯片作為系統(tǒng)的相位調(diào)制器，典型帶寬5GHz，波長在1550 nm。應(yīng)用時(shí)如果調(diào)制帶寬是5GHz，射頻輸入RF-IN電壓至少放大到7V，因?yàn)榇藭r(shí)典型半波電壓為7V。還包括驅(qū)動(dòng)器來實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的放大，增益電路控制來實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)器輸出信號(hào)的判斷形成一個(gè)反饋電路，然后通過驅(qū)動(dòng)放大電路放大到合適的幅度也就是調(diào)制器的半波電壓再加載到調(diào)制器上來實(shí)現(xiàn)對(duì)光信號(hào)的調(diào)制。自動(dòng)增益控制電路可以讓輸入數(shù)據(jù)信號(hào)幅度不同，當(dāng)通過驅(qū)動(dòng)模塊時(shí)，它的增益會(huì)使得加載到調(diào)制器上的信號(hào)幅度仍然為半坡電壓的幅度，這樣就會(huì)保證了調(diào)制器上的加載電壓為半坡電壓從而到達(dá)信號(hào)的無失真?zhèn)鬏敵鋈ァ?總之就是自動(dòng)增益控制電路是利用的RF驅(qū)動(dòng)自動(dòng)增益模塊的反饋來實(shí)現(xiàn)的對(duì)電壓增益控制的，來實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字信號(hào)不同程度的放大。

4 系統(tǒng)測試結(jié)果

最后通過搭載通信系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試，我們分別測試了取輸入電壓100mv，200mv，300mv.....1000mv等數(shù)據(jù)進(jìn)行了測量，由于驅(qū)動(dòng)放大器的一般增益為28dB，我們通過實(shí)現(xiàn)可以知道當(dāng)信號(hào)幅度小于越300mv時(shí)，信號(hào)都不能到達(dá)半坡電壓。

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收稿日期：2016-09-07

作者簡介：寧素?zé)ǎ?990—），女，漢族，山東菏澤人，碩士研究生，研究方向：光通信系統(tǒng)理論與無線通信技術(shù)。