一种可宽温工作的低噪声射频光传输模块制造技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。
技术介绍
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、测量和探测系统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)系统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。本专利技术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。
技术实现思路
本专利技术的目的是：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。本专利技术的技术解决方案是：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系统的光源，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，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。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。所述的基于加法电路的任意工作点控制方案是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，即可实现电光调制器大范围任意工作点的稳定。所述的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。本专利技术的有益效果是：本专利技术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专利技术的具体实施方式作进一步的说明。如图1所示，本专利技术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系统的输出端，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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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)作为整个系统的光源，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(3)的偏置电压来稳定前后光功率的比值，温度控制模块(5)用来控制前置光纤耦合器(2)和后置光纤耦合器(3)的温度。

【技术特征摘要】
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)作为整个系统的光源，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(3)的偏置电压来稳定前后光功率的比值，温度控制模块(5)用来控制前置光纤耦合器(2)和后置光纤耦合器(3)的温度。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)...

【专利技术属性】
技术研发人员：周鹏威，凃冲，卢田，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33