一种基于训练序列的直调式激光器参数测量方法及装置与流程

本发明属于光学测量领域，特别涉及一种基于训练序列的直调式激光器参数测量方法及装置。

背景技术：

直调式激光器因其尺寸小、功耗低等优点，广泛应用于短距离数据通信系统。在调制过程中，光信号强度跟调制电压成线性关系。但是，光信号的强度调制会导致光载波频率的改变，这种现象称为啁啾。啁啾的存在会影响信号的传输质量，该参数测量困难，依赖的变量较多，包括：信号强度、信号相位、线宽增强系数、啁啾系数，因此工业上需要简单有效的方法对直调式激光器啁啾相关参数进行测量。

技术实现要素：

本发明提出了一种基于训练序列的直调式激光器参数测量方法及装置，其目的在于，克服现有技术中直调式激光器啁啾相关参数的测量过程复杂的问题，利用特殊的训练序列信号驱动直调式激光器，采用相干零差检测方法获取相关参数，完成直调式激光器参数的测量计算。

一种基于训练序列的直调式激光器参数测量方法，包括以下步骤：

步骤1：利用训练序列信号驱动待测的直调式激光器，同时加载偏置电压于直调式激光器；

步骤2：将直调式激光器输出的信号和外腔光源产生的同频相干光均输入相干接收机；

步骤3：利用高速示波器对相干接收机输出的信号进行采样，并对采样信号按照以下公式计算直调式激光器参数；

所述直调式激光器参数包括线宽增强系数α和啁啾系数β；

计算线宽增强系数α时，使用的训练序列信号为a：a＝[sh,sl,sh,sl,sh,sl,……]；

计算啁啾系数β时，使用的训练序列信号为b：b＝[sh,sh,sh,sl,sl,sl,……]；

其中，ph和pl分别表示训练序列信号中的符号sh和sl所对应的强度值，ph为高强度值，pl为低强度值，表示训练序列信号中由高强度符号转化为低强度符号时，对应的采样信号之间的相位差；表示训练序列信号中由低强度符号转化为高强度符号时，对应的采样信号之间的相位差；δt表示训练序列信号中相邻符号的发送时间间隔。

训练序列信号中各符号的强度值与直调式激光器输出的对应光信号强度相同；

训练序列信号中发送的符号强度发生变化时，对应的采样信号之间的相位差是指从相干接收机获得的信号之间的相位差。

直调激光器参数测试原理如下：

对于一般的直调式激光器，其输出信号强度跟调制电压成线性关系。但是，幅度调制会导致频率的改变，关系如下：

这里，p(t)表示信号强度；α是线宽增强系数，β是啁啾系数。δv(t)表示调幅导致的频率变化量。那么任意时刻，光载波的相位可以表示为δv(t)的积分，即：

对于两个相邻的符号，符号的对应发送时间分别为t1和t2，其相位差为：

假设信号强度在t1到t2时刻之间是均匀变化的，那么上式可以简化为：

其中，δt＝t2-t1，表示训练序列信号中相邻符号的发送时间间隔。

发送训练序列信号a时：

对于sl到sh的符号转换，

对于sh到sl的符号转换，

将以上两个式子相减，得到：

发送训练序列信号b时：

对于sl到sh的符号转换，

对于sh到sl的符号转换，

啁啾系数β可以计算为：

将两式相加，得到：

进一步地，依据直调式激光器输出的信号与外腔光源产生的相干光频差，实时反馈调节外腔光源的频率，使得直调式激光器输出的信号与外腔光源产生的相干光的频差为0。

进一步地，所述训练序列信号中各符号的强度采用ook信号调制的强度，且高强度符号和低强度符号对应的消光比大于6db。

一种基于训练序列的直调式激光器参数测量装置，包括可编程任意波形发生器、直调式激光器、偏置电压发生器、相干接收机、外腔光源、高速示波器以及离线计算单元；

所述直调式激光器、相干接收机、高速示波器以及离线计算单元依次相连；

所述可编程任意波形发生器和偏置电压发生器均与所述直调式激光器相连；

所述外腔光源与所述相干接收机相连；

所述离线计算单元用于计算直调式激光器参数的线宽增强系数α和啁啾系数β；

计算线宽增强系数α时，可编程任意波形发生器发出的训练序列信号为a：a＝[sh,sl,sh,sl,sh,sl,……]；

计算啁啾系数β时，可编程任意波形发生器发出的训练序列信号为b：b＝[sh,sh,sh,sl,sl,sl,……]；

其中，ph和pl分别表示训练序列信号中的符号sh和sl所对应的强度值，ph为高强度值，pl为低强度值，表示训练序列信号中由高强度符号转化为低强度符号时，对应的采样信号之间的相位差；表示训练序列信号中由低强度符号转化为高强度符号时，对应的采样信号之间的相位差；δt表示训练序列信号中相邻符号的发送时间间隔。

进一步地，还包括控制单元、第一功率分配器和第二功率分配器；

所述第一功率分配器的输入端与直调式激光器的输出端相连，第一功率分配器的输出端与控制单元和相干接收机的输入端相连；

所述第二功率分配器的输入端与外腔光源的输出端相连，第二功率分配器的输出端与控制单元和相干接收机的输入端相连；

所述控制单元的输出端与外腔光源的控制端相连，采用反馈调节控制方式控制外腔光源的频率。

进一步地，所述训练序列信号中各符号的强度采用ook信号调制的强度，且高强度符号和低强度符号对应的消光比大于6db。

有益效果

本发明提供了一种基于训练序列的直调式激光器参数测量方法及装置，该方法首次提出使用特定的训练序列信号驱动直调式激光器，采用相干零差检测方法，对所发送训练序列信号中相邻符号的相位差进行测量；同时测量训练序列中各符号所对应光强度；基于所测量相邻符号的相位差以及光强度，利用所提出的计算公式得到直调式激光器的线宽增强系数以及啁啾系数。该测量方法对训练序列信号要求不高，采用可编程任意波形发生器即可获得，测量过程简单、计算方便，且测量结果准确；该测量装置结构简单、操作方便，有效地克服了现有技术中测量复杂且不便的问题。

附图说明

图1是本发明所述测量装置结构示意图；

图2是训练序列信号示意图；

图3是本发明所述测量方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步地说明。

如图1所示，一种基于训练序列的直调式激光器参数测量装置，包括可编程任意波形发生器、直调式激光器、偏置电压发生器、相干接收机、外腔光源、高速示波器以及离线计算单元，控制单元、第一功率分配器和第二功率分配器；

所述直调式激光器、相干接收机、高速示波器以及离线计算单元依次相连；

所述可编程任意波形发生器和偏置电压发生器均与所述直调式激光器相连；

所述外腔光源与所述相干接收机相连；

所述第一功率分配器的输入端与直调式激光器的输出端相连，第一功率分配器的输出端与控制单元和相干接收机的输入端相连；

所述第二功率分配器的输入端与外腔光源的输出端相连，第二功率分配器的输出端与控制单元和相干接收机的输入端相连；

所述控制单元的输出端与外腔光源的控制端相连，采用反馈调节控制方式控制外腔光源的频率。

所述离线计算单元用于计算直调式激光器参数的线宽增强系数α和啁啾系数β；

计算线宽增强系数α时，可编程任意波形发生器发出的训练序列信号为a：a＝[sh,sl,sh,sl,sh,sl,……]；

计算啁啾系数β时，可编程任意波形发生器发出的训练序列信号为b：b＝[sh,sh,sh,sl,sl,sl,……]；

其中，ph和pl分别表示训练序列信号中的符号sh和sl所对应的强度值，ph为高强度值，pl为低强度值，表示训练序列信号中由高强度符号转化为低强度符号时，对应的采样信号之间的相位差；表示训练序列信号中由低强度符号转化为高强度符号时，对应的采样信号之间的相位差；δt表示训练序列信号中相邻符号的发送时间间隔。

所述训练序列信号中各符号的强度采用ook信号调制的强度，且高强度符号和低强度符号对应的消光比大于6db。

一种基于训练序列的直调式激光器参数测量方法，包括以下步骤：

步骤1：利用训练序列信号驱动待测的直调式激光器，同时加载偏置电压于直调式激光器；

步骤2：将直调式激光器输出的信号和外腔光源产生的同频相干光均输入相干接收机；

步骤3：利用高速示波器对相干接收机输出的信号进行采样，并对采样信号按照以下公式计算直调式激光器参数；

所述直调式激光器参数包括线宽增强系数α和啁啾系数β；

计算线宽增强系数α时，使用的训练序列信号为a：a＝[sh,sl,sh,sl,sh,sl,……]；

计算啁啾系数β时，使用的训练序列信号为b：b＝[sh,sh,sh,sl,sl,sl,……]；

其中，ph和pl分别表示训练序列信号中的符号sh和sl所对应的强度值，ph为高强度值，pl为低强度值，表示训练序列信号中由高强度符号转化为低强度符号时，对应的采样信号之间的相位差；表示训练序列信号中由低强度符号转化为高强度符号时，对应的采样信号之间的相位差；δt表示训练序列信号中相邻符号的发送时间间隔。

训练序列信号中各符号的强度值与直调式激光器输出的对应光信号强度相同；

直调激光器参数测试原理如下：

对于一般的直调式激光器，其输出信号强度跟调制电压成线性关系。但是，幅度调制会导致频率的改变，关系如下：

这里，p(t)表示信号强度；α是线宽增强系数，β是啁啾系数。δv(t)表示调幅导致的频率变化量。那么任意时刻，光载波的相位可以表示为δv(t)的积分，即：

对于两个相邻的符号，符号的对应发送时间分别为t1和t2，其相位差为：

假设信号强度在t1到t2时刻之间是均匀变化的，那么上式可以简化为：

其中，δt＝t2-t1，表示训练序列信号中相邻符号的发送时间间隔。

发送训练序列信号a时：

对于sl到sh的符号转换，

对于sh到sl的符号转换，

将以上两个式子相减，得到：

发送训练序列信号b时：

对于sl到sh的符号转换，

对于sh到sl的符号转换，

啁啾系数β可以计算为：

将两式相加，得到：

依据直调式激光器输出的信号与外腔光源产生的相干光频差，实时反馈调节外腔光源的频率，使得直调式激光器输出的信号与外腔光源产生的相干光的频差为0。

所述训练序列信号中各符号的强度采用ook信号调制的强度，且高强度符号和低强度符号对应的消光比大于6db。

在本实例中，利用一个完整的训练序列信号驱动直调式激光器；如图2所示，一个完整的训练序列信号包括同步头、训练序列信号a、训练序列信号b；通过先发送同步头以提取训练序列信号的完整帧数据；接着发送训练序列信号a，计算得到线宽增强系数α；再发送训练序列信号b，计算得到啁啾系数β；

如图3所示，首先，由可编程任意波形发生器发送sh，测量sh所对应激光器输出功率；然后，由可编程任意波形发生器发送sl，测量sl所对应激光器输出功率；关闭可编程任意波形发生器，进行外腔光源频率控制；外腔光源频率控制完毕之后，依次循环发送同步头、训练序列信号a以及训练序列信号b；最后，分别计算直调激光器线宽增强系数与啁啾系数。

以上内容是本发明具体实施方式的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。