平衡光學鎖相環的性能分析

李曉光　張劍家　辛德勝　呂曦光　郝博濤

摘 要：光學鎖相環是光通信系統的重要組成部分，決定著光通信的質量。本文通過平衡鎖相環的原理和結構模型，分析了平衡鎖相環的噪聲和線寬對相干通信影響。分析結果為相干光通信系統的確立提供了理論依據

關鍵詞：光通信 平衡鎖相環 線寬 噪聲

中圖分類號：O431 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）10（c）-0005-03

在通信領域中激光通信系統越來越受到人們的關注，激光通信具有巨大的帶寬、好的方向性和無線連接等優點[1]。為提高激光通信的質量，人們越來越關注光學鎖相環的設計，其中平衡鎖相環是其中研究的重點。平衡鎖相環結構簡單，實用性強，尤其隨著窄譜線激光器的發展，為平衡鎖相環在空間光通信系統的應用提供了巨大的空間。

1 平衡鎖相環的原理及其結構模型

平衡鎖相環如圖1所示，它主要包括三大部分：前置電路、1800相移的定向耦合器、平衡探測器。信號光與本振經過1800相移的定向耦合器之后饋入平衡PLL，兩個檢測器的輸出誤差信號經由環路濾波器之后控制本振頻率。為了達到相位的同步跟蹤，光信號的載波不能被完成遏制，需要保留一定強度載波作為導頻，以使得本振光進行跟蹤并與其相位鎖定，否則若平均相位為零，則會出現無相可鎖的情況。例如，在PSK調制信號中，利用85%的不完全差相互耦合，就可以保留10%的信號功率，以此獲取所需的導頻載波分量。

從圖中可看到對于每個線寬下都存在一個最佳的誤差標準差，使得系統具有最高靈敏度。最佳的誤差標準差隨著線寬的增加而減小。圖5顯示了在合理誤差方才下，平衡鎖相環功率帶寬與速率關系。經計算對平衡環而言，最大線寬與系統碼率關系為，此時標準方差，功率損失1 dB。由此可看出平衡環對激光器線寬要求較為苛刻。

3 結語

本文通過對平衡光學鎖相環路系統模型的建立，分析了影響相干光通信系統的平衡鎖相環的噪聲和激光線寬以及通信速率等重要參數。通過分析計算，給出了環路最優帶寬和最小誤差方差表達式，得到了不同線寬下接收靈敏度與誤差標準差的關系，并最終確立了平衡鎖相環線寬與通信速率關系，分析表明平衡鎖相環對激光線寬要求嚴格。

參考文獻

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