一種數(shù)字信號控制的光纖相位補償器及補償方法與流程

本發(fā)明涉及一種光纖傳輸射頻相參信號的光纖穩(wěn)相傳輸設(shè)備，具體涉及一種數(shù)字信號控制的光纖相位補償器及補償方法，以對光纖延遲的相位抖動精確補償。

背景技術(shù)：

光纖相位補償器是一種應用于光纖傳輸射頻相參信號的光纖穩(wěn)相傳輸設(shè)備，光纖相位補償器包括單縱模激光器、光纖干涉儀、微處理器、光電探測器、數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、波分復用器以及基于發(fā)射型壓電陶瓷的光纖相位調(diào)制器等，接收端安裝解波分復用器和光纖反射鏡構(gòu)成的解波分光纖盒，光纖相位補償器和解波分光纖盒分別連接于傳輸光纖兩端，共同完成傳輸光纖的光纖相位抖動補償，以及業(yè)務(wù)信號在傳輸光纖上的的透明傳輸。

現(xiàn)有的光纖相位補償器是采用模擬控制方法，通過檢測光纖干涉儀輸出光功率的變化，判斷相位補償方向。此方法要求光纖相位漂移補償精度控制在±π/2以內(nèi)。由于光纖相位補償器使用連續(xù)激光器作為探測信號，激光波長僅有1.55μm，對于基于單個發(fā)射型壓電陶瓷的光纖相位調(diào)制器，一般有效調(diào)節(jié)的動態(tài)范圍不大于12bit，因此現(xiàn)有的光纖相位補償器的補償量程限于10.6ps以內(nèi)，其有效補償?shù)墓饫w距離僅有幾百米，不能滿足更長距離光纖的穩(wěn)相傳輸要求。

要增加光纖相位補償器的有效補償距離，就要解決超過±π/2的相位漂移量檢測問題。要提高有效調(diào)節(jié)范圍，兼顧大量程和高精度相位補償，需要一種新的相位補償控制方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有光纖相位補償器的相位補償量程小的缺點，提供一種數(shù)字信號控制的光纖相位補償器，激光器接入基于3×3光纖耦合器的邁克爾遜干涉儀，邁克爾遜干涉儀輸出相位差為2π/3的兩束激光信號，分別接入第一光電探測器和第二光電探測器，兩個光電探測器的輸出信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換接入微處理器，微處理器的控制信號經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換控制小量程光纖相位調(diào)制器(以下簡稱a調(diào)制器)和大量程光纖相位調(diào)制器(以下簡稱b調(diào)制器)，分別對相位漂移進行精補償和粗補償。

本發(fā)明另一目的是提供一種數(shù)字信號控制的光纖相位補償器的補償方法，基于3×3光纖耦合器的邁克爾遜干涉儀輸出相位差為2π/3的兩路激光信號到第一光電探測器和第二光電探測器，光電探測器將兩路光信號轉(zhuǎn)換為兩路電信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換送入微處理器，微處理器用雙光路判向法得到相干信號的變化方向，用條紋計數(shù)法檢測相干信號相位變化超過π/2的值，得到相位補償?shù)臄?shù)字控制信號，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換控制小量程光纖相位調(diào)制器和大量程光纖相位調(diào)制器，分別對相位漂移進行精補償和粗補償。

本發(fā)明提供的一種數(shù)字信號控制的光纖相位補償器包括單縱模激光器、光纖干涉儀、微處理器、光電探測器、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、波分復用器以及基于發(fā)射型壓電陶瓷的光纖相位調(diào)制器，本發(fā)明的光纖干涉儀為基于3×3光纖耦合器的邁克爾遜干涉儀，單縱模激光器接入邁克爾遜干涉儀的3×3光纖耦合器的第2端口，其第4端口作為邁克爾遜干涉儀的測量臂，連接波分復用器，與同時輸入波分復用器的業(yè)務(wù)光信號合波，波分復用器公共端經(jīng)a調(diào)制器和b調(diào)制器連接傳輸光纖。3×3光纖耦合器第6端口作為參考臂連接邁克爾遜干涉儀的光纖反射鏡，從傳輸光纖和第6端口的光纖反射鏡反射回來的兩路光信號分別經(jīng)第4和第6端口返回3×3光纖耦合器，并經(jīng)第1和第3端口分別接入第一和第二光電探測器，第1和第3端口輸出的光信號相位相差2π/3。本發(fā)明3×3光纖耦合器的第5端口空置。

所述第一和第二光電探測器光電轉(zhuǎn)換所得電信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊后接入微處理器，微處理器輸出的控制信號經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊后接入光纖串聯(lián)的a調(diào)制器和b調(diào)制器，二者串聯(lián)的先后位置任選，二者同時分別對相位漂移進行精補償和粗補償。在光纖上串聯(lián)位置在后的調(diào)制器的光纖輸出端為本數(shù)字信號控制的光纖相位補償器的光纖輸出端，以與傳輸光纖連接。所述a調(diào)制器即小量程光纖相位調(diào)制器，b調(diào)制器即大量程光纖相位調(diào)制器。

所述b調(diào)制器的調(diào)節(jié)步長為a調(diào)制器調(diào)節(jié)步長的10～100倍，推薦為100倍。

所述b調(diào)制器的最大調(diào)節(jié)量程為a調(diào)制器最大調(diào)節(jié)量程的10～100倍。

所述3×3光纖耦合器的分光比為1:1:1，即分到4、5、6端口輸出的光信號功率相等。

所述兩個光電探測器各輸出一路模擬信號分別經(jīng)過一個相同的信號放大電路后再接入一個模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊后接入所述微處理器。

所述微處理器輸出的兩路控制信號各經(jīng)一個數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊和一個高壓放大電路后再分別接入a調(diào)制器和b調(diào)制器，所述兩路的高壓放大電路相同。

本發(fā)明提供的一種數(shù)字信號控制的光纖相位補償器的補償方法為第一和第二光電探測器檢測基于3×3光纖耦合器的邁克爾遜干涉儀輸出的相位差為2π/3的兩路相干激光信號的功率變化，雙光路所得電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號接入微處理器，微處理器采用雙光路判向法識別相位漂移方向，采用條紋計數(shù)法檢測相位漂移量的大小，并根據(jù)相位漂移量的方向和大小得到控制a調(diào)制器和b調(diào)制器電壓的數(shù)字信號，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換為模擬信號控制兩個光纖相位調(diào)制器進行相位精補償和相位粗補償。

所述數(shù)字信號控制的光纖相位補償器的補償方法的具體步驟如下：

ⅰ、確定兩個光纖相位調(diào)制器的協(xié)同工作數(shù)值s

確定控制兩個光纖相位調(diào)制器協(xié)同工作數(shù)值s，s為a調(diào)制器調(diào)節(jié)步長的10～100倍，優(yōu)選為100倍。

ⅱ、初始相位調(diào)節(jié)點處于50％量程處

a調(diào)制器和b調(diào)制器上電后，默認相位調(diào)節(jié)點處于量程50％處。

ⅲ、微處理器控制兩個光纖相位調(diào)制器協(xié)同工作

微處理器根據(jù)雙光路的信號采用雙光路判向法識別相位漂移方向，采用條紋計數(shù)法檢測相位漂移量的大小，發(fā)送控制信號到兩個光纖相位調(diào)制器；當判斷相位漂移量m＜s，b調(diào)制器保持當前狀態(tài)，a調(diào)制器根據(jù)微處理器的控制指令完成相位補償；當判斷相位漂移量m≥s，m/s的整數(shù)部分等于n，b調(diào)制器補償相位漂移的ns部分，a調(diào)制器補償剩余部分，即補償相位漂移的(m-ns)部分。

所述條紋計數(shù)法包括進一步的條紋細分，使相位檢測精度由±π/2的相位提高到±π/20或更高。

ⅳ、a調(diào)制器的量程調(diào)節(jié)

當a調(diào)制器達到其調(diào)節(jié)量程的5％或95％時，即接近0％或100％時，為了避免a調(diào)制器超過調(diào)節(jié)量程，微處理器發(fā)出數(shù)字控制信號經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換同向緩慢調(diào)節(jié)b調(diào)制器，直至a調(diào)制器的相位調(diào)節(jié)數(shù)值恢復到50％量程附近，即恢復到45％～55％量程；

ⅴ、復位操作

當b調(diào)制器達到其調(diào)節(jié)量程5％或95％時，即接近0％或100％時，為了避免b調(diào)制器超過調(diào)節(jié)量程，微處理器發(fā)出數(shù)字控制信號，兩個光纖相位調(diào)制器進行復位操作，各自恢復到相位調(diào)節(jié)量程的50％處，然后重新開始工作。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種數(shù)字信號控制的光纖相位補償器及補償方法的有益效果是：1、克服了光纖相位補償器受限于相位漂移量檢測不能大于±π/2的問題，有效補償?shù)墓饫w距離可達25km以上，滿足了長距離光纖的穩(wěn)相傳輸要求；2、兩個量程不同的光纖相位調(diào)制器協(xié)同進行相位補償，相位補償精度可達10fs量級，解決了光纖相位補償器難以兼顧大量程和高精度相位補償?shù)膯栴}，

附圖說明

圖1為本數(shù)字信號控制的光纖相位補償器實施例結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本數(shù)字信號控制的光纖相位補償器的補償方法實施例工作流程圖。

具體實施方式

數(shù)字信號控制的光纖相位補償器實施例

本數(shù)字信號控制的光纖相位補償器實施例如圖1所示，圖中粗實線表示光路，細實線表示電路。包括單縱模激光器、光纖干涉儀、光電探測器、微處理器、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、信號放大電路、高壓放大電路、波分復用器以及兩個基于發(fā)射型壓電陶瓷的光纖相位調(diào)制器。

本例的光纖干涉儀為基于3×3光纖耦合器的邁克爾遜干涉儀，單縱模激光器接入邁克爾遜干涉儀的3×3光纖耦合器的第2端口，其第4端口作為邁克爾遜干涉儀的測量臂，連接波分復用器，與同時輸入波分復用器的業(yè)務(wù)光信號合波，波分復用器公共端經(jīng)a調(diào)制器和b調(diào)制器連接傳輸光纖。3×3光纖耦合器第6端口作為參考臂連接邁克爾遜干涉儀的光纖反射鏡，從傳輸光纖和第6端口的光纖反射鏡反射回來的兩路光信號分別經(jīng)第4和第6端口返回3×3光纖耦合器，并經(jīng)第1和第3端口分別接入第一和第二光電探測器，第1和第3端口輸出的光信號相位相差2π/3。本例3×3光纖耦合器的第5端口空置。

本例第一和第二光電探測器光電轉(zhuǎn)換所得兩路模擬電信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(ad)后接入微處理器，微處理器輸出的兩路控制信號各經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊(da)和相同的高壓放大電路后分別接入光纖串聯(lián)的a調(diào)制器和b調(diào)制器，同時分別對相位漂移進行精補償和粗補償。本例b調(diào)制器的光纖輸出端為本數(shù)字信號控制的光纖相位補償器的光纖輸出端，此端與傳輸光纖連接。本例a調(diào)制器即小量程光纖相位調(diào)制器，b調(diào)制器即大量程光纖相位調(diào)制器。

本例b調(diào)制器的調(diào)節(jié)步長為a調(diào)制器調(diào)節(jié)步長的100倍。

本例b調(diào)制器的最大調(diào)節(jié)量程為a調(diào)制器最大調(diào)節(jié)量程的100倍。

本例3×3光纖耦合器的分光比為1:1:1，即分到4、5、6端口輸出的光信號功率相等。

數(shù)字信號控制的光纖相位補償器的補償方法實施例

本數(shù)字信號控制的光纖相位補償器的補償方法實施例的工作流程圖如圖2所示，具體步驟如下：

ⅰ、確定兩個光纖相位調(diào)制器的協(xié)同工作數(shù)值s

確定控制兩個光纖相位調(diào)制器協(xié)同工作數(shù)值s，本例s為a調(diào)制器調(diào)節(jié)步長的100倍。

ⅱ、初始相位調(diào)節(jié)點處于50％量程處

a調(diào)制器和b調(diào)制器上電后，默認相位調(diào)節(jié)點處于50％量程處。

ⅲ、微處理器控制兩個光纖相位調(diào)制器協(xié)同工作

微處理器根據(jù)雙光路的信號采用雙光路判向法識別相位漂移方向，采用條紋計數(shù)法檢測相位漂移量的大小，發(fā)送控制信號到兩個光纖相位調(diào)制器；當判斷相位漂移量m＜s，b調(diào)制器保持當前狀態(tài)，a調(diào)制器根據(jù)微處理器的控制指令完成相位補償；當判斷相位漂移量m≥s，m/s的整數(shù)部分等于n，b調(diào)制器補償相位漂移的ns部分，a調(diào)制器補償剩余部分，即補償相位漂移的(m-ns)部分。

本例條紋計數(shù)法可包括進一步的條紋細分，以提高相位檢測精度。

ⅳ、a調(diào)制器的量程調(diào)節(jié)

當a調(diào)制器達到其調(diào)節(jié)量程的5％或95％時，即接近0％或100％時，為了避免a調(diào)制器超過調(diào)節(jié)量程，微處理器發(fā)出數(shù)字控制信號經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換同向緩慢調(diào)節(jié)b調(diào)制器，直至a調(diào)制器的相位調(diào)節(jié)數(shù)值恢復到50％量程附近，即恢復到45％～55％量程；

ⅴ、復位操作

當b調(diào)制器達到其調(diào)節(jié)量程5％或95％時，即接近0％或100％時，為了避免b調(diào)制器超過調(diào)節(jié)量程，微處理器發(fā)出數(shù)字控制信號，兩個光纖相位調(diào)制器進行復位操作，各自恢復到相位調(diào)節(jié)量程的50％處，然后重新開始工作。

上述實施例，僅為對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進一步詳細說明的具體個例，本發(fā)明并非限定于此。凡在本發(fā)明的公開的范圍之內(nèi)所做的任何修改、等同替換、改進等，均包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。