本发明专利技术公开了一种具有超高消光比的电光调制器偏置点自动锁定装置及方法，包括激光器、电光调制器、光开关、电光调制器偏置电压控制系统、时钟同步模块；其中所述电光调制器偏置电压控制系统包括光电转换信号放大模块、模数转换模块、控制器、输出驱动电路；时钟同步模块用于同步光开关的打开、电光调制器射频端调制电脉冲输入、电光调制器的直流偏置端扰动引入的时刻。所述方法通过电光调制器与光开关的级联实现超高消光比脉冲光输出，通过对电光调制器的偏置电压的控制，使得电光调制器稳定的工作在合适的工作点。本发明专利技术实现了电光调制器偏置电压的自动控制，该装置输出的脉冲光消光比有大幅度提升，且能量更高更稳定。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种针对低占空比脉冲光调制的电光调制器开发的偏置电压驱动器，涉及对超高消光比光脉冲有需求的光通信和光传感等领域。
技术介绍
电光调制器是利用某些晶体的电光效应对光信号进行调制的器件，在高速光通信、光纤传感等领域应用非常广泛。电光调制根据所施加的电场方向的不同，可分为纵向电光调制和横向电光调制；根据调制类型的不同，可分为电光相位调制和电光强度调制。典型的电光调制器输出特性曲线见示意图3，由图3可见传输曲线是一个余弦函数形状的曲线。对于低占空比脉冲光调制的电光调制器，其最适合工作点在传输曲线的谷底位置，此时电光调制器的直流偏置电压为电光调制器的半波电压。电光调制器工作在此工作点下，其调制输出的光脉冲的消光比是最高的。对于一些光传感领域，如测量光纤应变和温度的BOTDR及COTDR等系统，探测脉冲光具有高消光比是很重要的。电光调制器的工作点受偏置电压的影响，可以通过对电光调制器偏置电压的控制，使电光调制器工作在合适的工作点。对于低占空比脉冲光调制的电光调制器，输出的光脉冲能量越高越好，而经过电光调制器调制的光脉冲的占空比很低，若脉冲光的消光比不够高，即电光调制器没有工作在最佳工作点，此时脉冲光基底分走的能量较大不可忽略，这样相应地提高了光脉冲基底的能量而降低了光脉冲的能量。然而，环境温度、机械扭曲、机械振动以及输入光的偏振态变化都会引起电光调制器工作点的缓慢漂移(示意见图3)，从而导致电光调制器的消光比下降、性能变坏，给电光调制器的应用带来了麻烦。因此，对电光调制器工作点进行自动跟踪和控制是十分必要的。一个优秀的电光调制器工作点控制方案，要使得电光调制器工作在最适工作点且能调制出具有高消光比的脉冲光。现有的电光调制器工作点控制方案主要有三种 1)基于锁相放大器的控制方案； 2)基于PID算法的软件控制方案； 3)基于步进跟随算法的反馈控制方案。这三种方案在系统结构上都是基于光耦合器分光的电光调制器偏置电压控制结构(示意见图2)，这种结构有一定的局限性，虽然可以实现电光调制器稳定的工作，但是高消光比脉冲光的输出实现起来较为困难，此结构有以下几方面的局限性 I)光耦合器插入带来损耗，即光耦合器只将一小部分的脉冲光基底分出进入反馈系统，使得进入反馈系统的原始信噪比低下。2 )消光比是全“0 ”时平均光功率和全“ I ”时平均光功率之比，所以这种结构脉冲光基底引入的扰动幅度不能太大，否则会限制输出光脉冲的消光比，造成原始信噪比的低下。3)光耦合器将光脉冲与光脉冲的基底信号一起分出进入反馈系统，这样会对反馈系统的判别造成影响，同时也使得输出光脉冲的能量减少。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是消除传统电光调制器工作点控制方案结构上的局限性，提供一种具有超高消光比的电光调制器偏置点自动锁定装置，利用光开关代替上述结构的光耦合器，很好的消除了上述结构的局限性，使得电光调制器可以稳定地工作，同时使得输出的脉冲光具有较高的消光比和输出能量。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案 一种具有超高消光比的电光调制器偏置点自动锁定装置，包括激光器、电光调制器、光开关、电光调制器偏置电压控制系统、时钟同步模块；其中所述电光调制器偏置电压控制系统包括光电转换信号放大模块、模数转换模块、控制器、输出驱动电路；其中 所述激光器输出连续光至电光调制器，所述电光调制器将连续光调制成脉冲光输出至光开关的输入端，所述光开关有两路输出端口 当光开关打开时，所述光开关从第一输出端口输出探测光脉冲；当光开关关闭时，所述光开关从第二输出端口输出光脉冲基底信号至光电转换信号放大模块，所述光电转换信号放大模块将光脉冲基底信号转换成电压信号输出至模数转换模块，所述模数转换模块将电压信号转换成数字信号输出至控制器，所述控制器运算处理此数字信号后得出电光调制器工作点漂移情况，根据该漂移情况控制器控制输出驱动电路输出偏置电压信号至电光调制器的直流偏置输入端口，使得电光调制器工作点向最适合工作点靠近； 所述时钟同步模块用于同步光开关的打开、电光调制器射频端调制电脉冲输入、电光调制器的直流偏置端扰动引入的时刻，该同步模块包括时钟分配器、调制脉冲输出模块；其中，所述时钟分配器根据外部时钟源产生一个时钟信号分别输入至光开关、控制器及调制脉冲输出模块，所述调制脉冲输出模块将该时钟信号转换成调制电脉冲输出至电光调制器的射频输入端口。进一步的，本专利技术的具有超高消光比的电光调制器偏置点自动锁定装置，在电光调制器与光开关之间还设置有延时光纤，用于匹配从调制电脉冲输入电光调制器的射频端到经电光调制器调制后的脉冲光到达光开关输入端的时间与光开关打开的延时时间。本专利技术还提出一种利用所述具有超高消光比的电光调制器偏置点自动锁定装置实现电光调制器偏置点自动锁定的方法，具体如下 (1)当电光调制器的射频端没有电脉冲输入时，通过电光调制器偏置电压控制系统的输出驱动电路给电光调制器的直流偏置端加入扰动； 带扰动的光脉冲基底信号从光开关的第二输出端口输出，之后进入电光调制器偏置电压控制系统的光电转换信号放大模块变为电压信号，此电压信号经模数转换模块变为数字量，由控制器运算处理此数字量得出电光调制器工作点漂移情况，根据漂移情况控制器控制输出驱动电路输出一个电光调制器驱动电压信号，使得电光调制器工作点向最适合工作点靠近； (2)当电光调制器的射频端有电脉冲输入时，停止直流偏置端扰动的加入。进一步的，本专利技术的具有超高消光比的电光调制器偏置点自动锁定装置实现电光调制器偏置点自动锁定的方法，所述引入扰动方式为驱动电压步进扰动，在引入此扰动情况下，具体如下 A、先在整个电光调制器的驱动电压范围内进行扫描，找出平均光功率相对最低的工作点，此工作点在最适合工作点附近； B、在步骤A所述平均光功率相对最低的工作点附近进行扫描，找出电光调制器的最适合工作点以及对应的平均光功率PO;在电光调制器的射频端没有电脉冲输入时，采样此最适合工作点对应的平均光功率Pl ;在电光调制器的射频端有电脉冲输入时停止采样； C、比较PO与PI，若PO=PI，则保持工作点不变；若PO古PI，在电光调制器的射频端没有电脉冲输入的期间，在当前偏置电压值上加上一个输出驱动电路中的数模转换器可输出的最小步进电压，采样此时的平均光功率P2;在电光调制器的射频端有电脉冲输入的期间，将电光调制器的驱动电压恢复到其射频端没有电脉冲输入的期间加入扰动前的电压值，保证脉冲光没有电压步进扰动的引入； D、比较Pl和P2，若P1>P2，则表明最适合工作点向高电压方向漂移，此时将工作点电压变为平均光功率P2对应的工作点电压；若PKP2,则表明最适工作点向低电压方向漂移，此时将平均光功率Pl对应的工作点电压减去一个输出驱动电路中的数模转换器可输出的最小步进电压，以此偏置电压值作为新的工作点； E、重复上述步骤B至D，逐步跟踪锁定电光调制器的最适合工作点。进一步的，本专利技术的具有超高消光比的电光调制器偏置点自动锁定装置实现电光调制器偏置点自动锁定的方法，所述引入扰动方式为数字正弦扰动，在引入此扰动情况下，具体步骤如下 a、利用锁相放大器的原理判别电光调制器的工作点的漂移方向及大小，即在电光调制器的射频端没有电本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有超高消光比的电光调制器偏置点自动锁定装置，其特征在于，包括激光器、电光调制器、光开关、电光调制器偏置电压控制系统、时钟同步模块；其中所述电光调制器偏置电压控制系统包括光电转换信号放大模块、模数转换模块、控制器、输出驱动电路；其中：所述激光器输出连续光至电光调制器，所述电光调制器将连续光调制成脉冲光输出至光开关的输入端，所述光开关有两路输出端口：当光开关打开时，所述光开关从第一输出端口输出探测光脉冲；当光开关关闭时，所述光开关从第二输出端口输出光脉冲基底信号至光电转换信号放大模块，所述光电转换信号放大模块将光脉冲基底信号转换成电压信号输出至模数转换模块，所述模数转换模块将电压信号转换成数字信号输出至控制器，所述控制器运算处理此数字信号后得出电光调制器工作点漂移情况，根据该漂移情况控制器控制输出驱动电路输出偏置电压信号至电光调制器的直流偏置输入端口，使得电光调制器工作点向最适合工作点靠近；所述时钟同步模块用于同步光开关的打开、电光调制器射频端调制电脉冲输入、电光调制器的直流偏置端扰动引入的时刻，该同步模块包括时钟分配器、调制脉冲输出模块；其中，所述时钟分配器根据外部时钟源产生一个时钟信号分别输入至光开关、控制器及调制脉冲输出模块，所述调制脉冲输出模块将该时钟信号转换成调制电脉冲输出至电光调制器的射频输入端口。...
【技术特征摘要】
1.一种具有超高消光比的电光调制器偏置点自动锁定装置，其特征在于，包括激光器、 电光调制器、光开关、电光调制器偏置电压控制系统、时钟同步模块；其中所述电光调制器偏置电压控制系统包括光电转换信号放大模块、模数转换模块、控制器、输出驱动电路；其中所述激光器输出连续光至电光调制器，所述电光调制器将连续光调制成脉冲光输出至光开关的输入端，所述光开关有两路输出端口 当光开关打开时，所述光开关从第一输出端口输出探测光脉冲；当光开关关闭时，所述光开关从第二输出端口输出光脉冲基底信号至光电转换信号放大模块，所述光电转换信号放大模块将光脉冲基底信号转换成电压信号输出至模数转换模块，所述模数转换模块将电压信号转换成数字信号输出至控制器，所述控制器运算处理此数字信号后得出电光调制器工作点漂移情况，根据该漂移情况控制器控制输出驱动电路输出偏置电压信号至电光调制器的直流偏置输入端口，使得电光调制器工作点向最适合工作点靠近；所述时钟同步模块用于同步光开关的打开、电光调制器射频端调制电脉冲输入、电光调制器的直流偏置端扰动引入的时刻，该同步模块包括时钟分配器、调制脉冲输出模块；其中，所述时钟分配器根据外部时钟源产生一个时钟信号分别输入至光开关、控制器及调制脉冲输出模块，所述调制脉冲输出模块将该时钟信号转换成调制电脉冲输出至电光调制器的射频输入端口。2.如权利要求1所述的具有超高消光比的电光调制器偏置点自动锁定装置，其特征在于，在电光调制器与光开关之间还设置有延时光纤，用于匹配从调制电脉冲输入电光调制器的射频端到经电光调制器调制后的脉冲光到达光开关输入端的时间与光开关打开的延时时间。3.一种利用权利要求1或2所述的具有超高消光比的电光调制器偏置点自动锁定装置实现电光调制器偏置点自动锁定的方法，其特征在于，具体如下(O当电光调制器的射频端没有电脉冲输入时，通过电光调制器偏置电压控制系统的输出驱动电路给电光调制器的直流偏置端加入扰动；带扰动的光脉冲基底信号从光开关的第二输出端口输出，之后进入电光调制器偏置电压控制系统的光电转换信号放大模块变为电压信号，此电压信号经模数转换模块变为数字量，由控制器运算处理此数字量得出电光调制器工作点漂移情况，根据漂移情况控制器控制输出驱动电路输出一个电光调制器驱动电压信号，使得电光调制器工作点向最适合工作点靠近；(2)当电光调制器的射频端有电脉冲输入时，停止直流偏置端扰动的加入。4.如权利要求3所述的具有超高消光比的电光调制器偏置点自动锁定装置实现电光调制器偏置点自动锁定的方法，其特征在于所述引入扰动方式为驱动电压步进扰动，在...
【专利技术属性】
技术研发人员：张益昕，张旭苹，武学林，应宙锋，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：
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