专利名称：光通信系统中的光信号调制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于光通信领域，具体涉及在高速光通信系统或模拟光通信系统中通过控制电路调节外调制器的直流偏置点使调制光信号具有最大消光比的光调制装置。
背景技术：
随着大容量长距离的密集波分复用(DWDM)系统的发展，原有的采用电吸收(EA)调制方式的激光发射模块，因受消光比及无啁啾等限制已不能满足高速长距离的要求。由于高速MZ(马赫-曾德)铌酸锂调制器的商用，基于连续波(CW)激光器和MZ外调制器的光发射技术已逐渐被应用于光通信系统中，这种光发射技术中，外调制器必须设置在正确的直流偏置点上，才能保征高消光比的光调制信号输出，但外调制器的直流偏置点会随着外界环镜的变化而不断变化，因此需要提供一种能适时自动控制偏置点的技术。目前光调制技术很多，如专利CN2040261就是一种，该专利主要是对光通量进行控制。但通过控制电路使调制器的直流偏置点稳定在一点，使输出光具有最大的消光比的技术，本申请人还没有发现有公开的资料。
发明内容
本实用新型就是为了使光调制器的直流偏置点避免受外界环镜的影响，使其稳定在一个直流偏置点上，实现光调制器的自动控制，以满足高速光通信或模拟光通信对光发射模块的要求。
为实现上述目的，本实用新型提供的应用于光通信系统的光信号调制装置包括光调制器、控制电路、调制驱动器、光功分器，所述控制电路产生一微扰信号以调幅的形式调制到电信号RF上，然后通过调制驱动器加入到光调制器，对输入光进行调制；同时控制电路接收光功分器分出的部分输出光，从中检测出调制器偏置点微差信号后反馈给调制器，使其能在稳定的偏置点上正常工作，其特征在于所述控制电路包括微差检测单元、同步解调单元、偏置形成单元和时钟源；所述光功分器分出的输出光经微差检测单元转化成电信号并放大后，在同步解调单元与时钟源输出的时钟同步解调出微差信号，然后由偏置形成单元积分形成偏置电压对调制器进行直流偏置，所述时钟源的时钟信号同时还作为控制电路的微扰信号调制到电信号RF上。
上述光信号调制装置中的微差检测单元进一步包括检测电路、预放大电路和滤波放大电路，所述检测电路将光信号转化成电信号后，先由预放大电路进行预放大，然后经滤波放大电路进行滤波和进一步的放大。
上述光信号调制装置中的偏置形成单元进一步包括滤波电路和积分电路，所述滤波电路对同步解调出的微差信号进行低通滤波，然后由积分电路积分形成偏置电压。
在本实用新型中，由于控制电路能检测出输出光的微差信号，并对微差信号进行积分形成偏置电压，对调制器的直流偏置点进行自动调节，使偏置点稳定在1/4周期点(半功率点)上，因此能使输出光的消光比稳定在最大。因为本实用新型提供的光调制装置的主要功能在于能自动调节调制器的直流偏置点，所以该直流偏置点并非一定是指半功率点，还可以是零功率点，或其他任何偏置点。
图1 光信号调制装置的原理框图；图2 光信号调制装置的传输特性曲线；图3 微差信号产生原理图；图4 本实用新型的光信号调制装置系统框图；图5 本实用新型的微差检测单元电路图；图6 本实用新型的偏置形成单元电路图。
具体实施方式
图1就是一种应用于光发射模块的外调制装置原理图，如图所示，该外调制装置包括光调制器、控制电路、调制驱动器和光功分器。控制电路通过产生一个微扰信号并加在调制驱动器的增益控制端上，使输出光信号产生一低频扰动，光功分器将输出光分出3-5％的光功率送至控制电路，由控制电路产生一控制偏置点的直流信号，从而实现调制装置的自动控制。
本实用新型以偏置点控制在1/4周期点(半功率点)为例。如图2所示，即把直流偏置点稳定在曲线斜率最陡的A点上，从而在输入RF电信号变化幅度给定的情况下，获得最大峰值的输出光信号。其基本工作原理是用一个低频微扰信号控制驱动器的输出幅度，这样对调制器的输入信号加上了一个低频微弱的幅度调制(AM)，参见图3，图3中包络为低频微扰信号，A1、A2、B1、B2对应图2中调制器的传输特性曲线上的点A1、A2、B1、B2，由图2可知，在A2点对应的偏置电压下，输出光功率最大，因此在图3中，其包络信号也对应一个峰值。在正确偏置的情况下，检测出的低频信号的平均值应该是随时间保持恒定的，如图3a所示，光输出平均值为一条直线。而偏置点偏离A点时，均值则是一个与包络频率一致的误差信号，如图3b所示，图中的光输出平均值为一条与包络频率一致的矩形波。当偏置点偏离A点越远，误差信号摆幅越大，也就是说产生的误差信号的幅度变化反映了调制器偏置点相对欲控制点A点的变化。误差信号携带的偏置点偏离A点的信息我们称为微差信号，这样，误差信号可以看作微差信号调幅波，其载频与加入微扰信号相同。然后用控制电路从误差信号中提出微差信号，并对微差信号进行积分产生适当的偏置反馈到调制器偏置电极上，从而使补偿工作点移动，直到微差信号为零，达到偏置点自动稳定的目的。
本实用新型的系统框图如图4所示，由图可知，控制电路包括微差检测单元、同步解调单元、偏置形成单元和时钟源；9.6KHz的时钟信号既是调制器的微扰，同时也是同步解调时钟，微扰以调幅的形式调制在10Gbps的电信号上，通过驱动器加入调制器，对连续光进行调制，输出的信号光通过一个3-5％的光功分器分离一部分作为探测光，其中光功分器可以是光纤耦合器。微差检测电路将探测光转换成电流信号并放大，然后经同步解调单元解调出微差信号，偏置形成单元对微差信号进行积分形成偏置电压，反馈到调制器的偏置电极。当微差信号输出为零时，偏置电压即稳定在1/4周期点(即图1的A点)。
本实施例中，同步解调单元可以为熟知的开关电容，使直流失调量降低到可以忽略。微差检测单元则包括检测电路、预放大电路和滤波放大电路，如图5所示，检测电路由一个PIN管和电阻R1组成，PIN管将光信号转化成电信号。预放大电路由一个放大器F1、四个电阻(R2、R3、R4、R5)和两个电容(C1、C2)组成，对上述电信号进行预放大。经预放大的电信号然后送至滤波放大电路，进行滤波和进一步放大，滤波主要是滤去干扰噪声，滤波放大电路由放大器F2、电阻R7、R8和电容C3、C4组成。图5所示实施例中的滤波放大电路为一级滤波放大，根据需要，还可以采取两级甚至更多级的带通滤波，每一级的中心滤波频率均取时钟源频率为9.6KHz，放大倍数可以根据需要确定，本实施例取20倍。经过几级滤波后，干扰噪声等已去除，得到了充分放大的携带有偏置点微差信号的调幅波。
在图5所示的微差检测单元中最关键的器件是运算放大器，要求具有高输入阻抗，低失调电压，噪声低等特点。电路中的第一级高阻预放电路很重要，选用的放大器要具有低偏置电流、低噪声特性；同时PIN管负载电阻R1的选择要根据流过的平均光电流产生的热噪声来计算，推荐选用1K欧姆。为了抑制交流噪声，带通滤波放大电路采用窄带滤波，同时为保证微差与参考时钟的同步，带通的Q值选择使聚集在交流通路上的相差最小，本电路的设计增益为20，Q值为5。为了避免参考时钟信号串入滤波、放大电路，可以采用电源单独分割，如图5所示，同时保证PIN管与电阻R1的正确位置，这样PIN管起到隔离电源串扰的作用。
经同步解调单元解调出的微差信号再经过偏置形成单元积分形成偏置电压。本实施例中的偏置形成单元由一级滤波电路和一个积分电路组成，如图6所示。滤波电路包括两个接地的电容C5、C6和电阻R9，积分电路包括一个放大器F3、电容C7和两个电阻R10、R11。图示的滤波电路为一级滤波，也可以根据需要设置为两级低通滤波，以滤除高频噪声。积分电路是把微差信号转换为调制器直流偏置电压。积分电路需要很高的灵敏度，同时积分时间常数不宜过大，积分电容C7选为0.1uF较为合适。此外，积分电路决定整个环路的带宽，控制部分的带宽很窄，在通常情况下不超过1.0Hz，因为过高的环路带宽在控制点增加RMS(均方根)噪声，然而，当环路的带宽低于1.0IIz时就要很长的时间才能稳定在偏置点，因此过低的环路带宽，缓慢的响应将不能有效控制偏置点的变化。
权利要求1.一种应用于光通信系统中的光信号调制装置包括光调制器、控制电路、调制驱动器、光功分器，所述控制电路产生一微扰信号以调幅的形式调制到电信号RF上，然后通过调制驱动器加入到光调制器，对输入光进行调制；同时控制电路接收光功分器分出的部分输出光，从中检测出调制器偏置点微差信号后反馈给调制器，使其能在稳定的偏置点上正常工作，其特征在于所述控制电路包括微差检测单元、同步解调单元、偏置形成单元和时钟源；所述光功分器分出的输出光经微差检测单元转化成电信号并放大后，在同步解调单元与时钟源输出的时钟同步解调出微差信号，然后由偏置形成单元积分形成偏置电压对调制器进行直流偏置，所述时钟源的时钟信号同时还作为控制电路的微扰信号调制到电信号RF上。
2.根据权利要求1所述的光信号调制装置，其特征在于所述微差检测单元进一步包括检测电路、预放大电路和滤波放大电路，所述检测单元将光信号转化成电信号后，先由预放大电路进行预放大，然后经滤波放大电路进行滤波和进一步的放大。
3.根据权利要求1或2所述的光信号调制装置，其特征在于所述偏置形成单元进一步包括滤波电路和积分电路，所述滤波电路对同步解调出的微差信号进行低通滤波，然后由积分电路积分形成偏置电压。
4.根据权利要求1或2所述的光信号调制装置，其特征在于所述的同步解调单元为开关电容。
专利摘要一种应用于光通信系统的光信号调制装置包括光调制器、控制电路、调制驱动器、光功分器,其中控制电路包括微差检测单元、同步解调单元、偏置形成单元和时钟源;所述光功分器分出的输出光经微差检测单元转化成电信号并放大后,在同步解调单元与时钟源输出的时钟同步解调出微差信号,然后由偏置形成单元积分形成偏置电压对调制器进行直流偏置,所述时钟源的时钟信号同时还作为控制电路的微扰信号调制到电信号RF上。由于控制电路能检测出输出光的微差信号,并对微差信号进行积分形成偏置电压,对调制器的直流偏置点进行自动调节,使偏置点稳定在1/4周期点(半功率点)上,因此能使输出光的消光比稳定在最大。
文档编号H04B10/572GK2517183SQ0127184
公开日2002年10月16日 申请日期2001年11月27日 优先权日2001年11月27日
发明者关晓龙, 王玉金, 李长春 申请人:华为技术有限公司