光調制系統中增益控制方法及原理

摘要：隨著當今高科技技術的快速發(fā)展，通信技術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，使得光通信在通信領域中有著至關重要的地位。光技術不僅可以應用到工業(yè)，醫(yī)療，家庭生活中以及各種服務行業(yè)中等，而且光可以實現遠距離的通信。世界上各國早就對光通信進行了實驗研究試驗，但是當今光通信技術在某些方面仍然不夠成熟，為了實現光通信高速率大容量的通信方式這些問題都有待于解決，來進一步推動通信事業(yè)的快速發(fā)展。在本文調制系統中使用是相位調制器在通信時可能會使的信號發(fā)生失真。在此情況下本文通過控制射頻驅動器的增益控制方法來實現電光調制器始終工作在半坡電壓從而使得信號可以無失真的傳輸出去。

關鍵詞：光通信 電光調制 增益控制

中圖分類號：TN929.1 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）10-0021-02

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

1 電光調制器調制方式

直接調制和間接調制依據光源和調制的關系劃分的。

1.1 直接調制

直接調制就是在光通信系統中用電源調制的一種辦法，該調制方法是利用電流來驅動半導體激光器或發(fā)光二極管，從而達到信息以光信號的方式傳輸。在整個調制過程中，傳輸距離會因光纖具有色散效應及展寬傳輸譜等受到影響。我們在用激光遠距離通信時，它必須具有相當高的輸出功率才能實現，事實上相比其他調制直接調制的輸出功率是比較小的，很難實現遠距離的傳輸需求，雖然該方法簡單易實現，應用范圍不是很廣。

1.2 間接調制

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

2 電光調制器的工作原理

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

我們一般可用下面的公式進行表達：

aE為線性電光效應，為二次電光效應。二次電光效應是可以忽略不計的是因為對大部分晶體是很不明顯得。電光調制的過程就是電光效應的基礎上來實現對光束的調制，這種調制方式可以分為強度調制和相位調制。相位調制是利用調制信號的相位來使得信號進行無失真?zhèn)鬏數?，它的重要組成部分是起偏器和電光晶體。在激光通信中對光束調制大部分是利用強度調制進行的調制，由于接受的光強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制器原理介紹自動增益控制原理，如圖1所示。

在調制器電極間加一場強為E的電場，偏振態(tài)分別設為沿x方向和沿z方向，線性偏振光相位的變化應該為如下式的關系：

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，x方向為位調制器偏振的方向。如果波導層很薄，我們把加載到電極上面的電壓與電極之間電場之間的關系可以表示：

當入射光的偏振方向為x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系，是隨著時間的變化而變化的電信號，這樣就可以實現相位調制。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式為

這樣相位調制器的半波電壓就可以用器件和晶體的參數表示出來，事實上相位調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的關系表達式如下

3 自動增益控制電路原理

調制器只有工作理想的半坡電壓才能把信號無失真的輸出，在實際的光通信中，必然會受到外界環(huán)境的影響例如溫度、高頻連續(xù)波信號都會對晶體的電介質產生影響，這樣會使的電光調制器的調制特性發(fā)生變化，從而導致調制信號的畸變。所以我有必要提出更好的電光調制方法。

本文重點研究激光通信系統中電光增益自動控制系統，即通過設計一個自動增益控制系統來控制電光調制器的輸入信號。來使得加載到電光調制器上的電壓始終為所需要的半坡電壓，從而保證信號可以無失真的傳輸出去。我們就需要設計加對電光調制器上的電壓進行實時監(jiān)測和控制使得加載的電壓嚴格的保持在半坡電壓，這樣就可以實現信號的無失真的傳輸出去了。圖2為原理總體框圖。

其中包括以下幾個核心部分采用Photile公司的MPX-LN-5型芯片作為系統的相位調制器，典型帶寬5GHz，波長在1550 nm。應用時如果調制帶寬是5GHz，射頻輸入RF-IN電壓至少放大到7V，因為此時典型半波電壓為7V。還包括驅動器來實現對信號的放大，增益電路控制來實現對驅動器輸出信號的判斷形成一個反饋電路，然后通過驅動放大電路放大到合適的幅度也就是調制器的半波電壓再加載到調制器上來實現對光信號的調制。自動增益控制電路可以讓輸入數據信號幅度不同，當通過驅動模塊時，它的增益會使得加載到調制器上的信號幅度仍然為半坡電壓的幅度，這樣就會保證了調制器上的加載電壓為半坡電壓從而到達信號的無失真?zhèn)鬏敵鋈ァ?總之就是自動增益控制電路是利用的RF驅動自動增益模塊的反饋來實現的對電壓增益控制的，來實現對數字信號不同程度的放大。

4 系統測試結果

最后通過搭載通信系統進行實驗測試，我們分別測試了取輸入電壓100mv，200mv，300mv.....1000mv等數據進行了測量，由于驅動放大器的一般增益為28dB，我們通過實現可以知道當信號幅度小于越300mv時，信號都不能到達半坡電壓。

參考文獻

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收稿日期：2016-09-07

作者簡介：寧素煥（1990—），女，漢族，山東菏澤人，碩士研究生，研究方向：光通信系統理論與無線通信技術。