光调制系统中增益控制方法及原理

摘要：随着当今高科技技术的快速发展，通信技术的地位必然显得越来越重要。由于光波通信比无线电通信有着许多优点，使得光通信在通信领域中有着至关重要的地位。光技术不仅可以应用到工业，医疗，家庭生活中以及各种服务行业中等，而且光可以实现远距离的通信。世界上各国早就对光通信进行了实验研究试验，但是当今光通信技术在某些方面仍然不够成熟，为了实现光通信高速率大容量的通信方式这些问题都有待于解决，来进一步推动通信事业的快速发展。在本文调制系统中使用是相位调制器在通信时可能会使的信号发生失真。在此情况下本文通过控制射频驱动器的增益控制方法来实现电光调制器始终工作在半坡电压从而使得信号可以无失真的传输出去。

关键词：光通信 电光调制 增益控制

中图分类号：TN929.1 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）10-0021-02

光通信是以光波为载体的进行的通信。在此通信系统中电光调制技术占着很重要的地位，电光调制的作用是将电信号加载到光波上进行信号在发射端无失真的传输。在电光调制中电光驱动器是给电光调制器提供驱动电压的。信号能否无失真的传输出去，完全依赖于电光调制器及其驱动器的综合性能，所以要对驱动器的性能进行多方位设定使得调制器工作在最佳的状态。

1 电光调制器调制方式

直接调制和间接调制依据光源和调制的关系划分的。

1.1 直接调制

直接调制就是在光通信系统中用电源调制的一种办法，该调制方法是利用电流来驱动半导体激光器或发光二极管，从而达到信息以光信号的方式传输。在整个调制过程中，传输距离会因光纤具有色散效应及展宽传输谱等受到影响。我们在用激光远距离通信时，它必须具有相当高的输出功率才能实现，事实上相比其他调制直接调制的输出功率是比较小的，很难实现远距离的传输需求，虽然该方法简单易实现，应用范围不是很广。

1.2 间接调制

在光调制系统中外调制方式就是在形成激光后加载到调制器上。该调制是在激光器的谐振腔外边放置电光调制器，当把调制信号加载到调制器上时，处在电场中的调制器，将会发生某些物理特性的变化。这种调制方法应用范围很大。从调制速率上这种调制速率比较快，所以在实际的激光通信应用中常应用该方式。

2 电光调制器的工作原理

电光效应是电光调制器的依据。我们所说的电光效应是指某些各向同性的透明物质在电场作用下显示出光学各向异性，折射率在外加电场的作用下而发生变化的一种物理现象。

我们一般可用下面的公式进行表达：

aE为线性电光效应，为二次电光效应。二次电光效应是可以忽略不计的是因为对大部分晶体是很不明显得。电光调制的过程就是电光效应的基础上来实现对光束的调制，这种调制方式可以分为强度调制和相位调制。相位调制是利用调制信号的相位来使得信号进行无失真传输的，它的重要组成部分是起偏器和电光晶体。在激光通信中对光束调制大部分是利用强度调制进行的调制，由于接受的光强变化大部分都受到接收器的影响。

本文主要是从相位电光调制器原理介绍自动增益控制原理，如图1所示。

在调制器电极间加一场强为E的电场，偏振态分别设为沿x方向和沿z方向，线性偏振光相位的变化应该为如下式的关系：

铌酸锂晶体中寻常光折射率表示和非常光为折射率表示为，为了得到较大的电光效应，x方向为位调制器偏振的方向。如果波导层很薄，我们把加载到电极上面的电压与电极之间电场之间的关系可以表示：

当入射光的偏振方向为x方向，把（2-3）式代入（2-1）式可得

通过上式我就可以得出与变化关系，是随着时间的变化而变化的电信号，这样就可以实现相位调制。如果相位的变化量为π那么需要加载的电压为半波电压，可以得到半波电压的表达式为

这样相位调制器的半波电压就可以用器件和晶体的参数表示出来，事实上相位调制器的半波电压我们通常是通过直接测量来得到的。由（2-4）和（2-5）式得到光相位的改变量为与电信号的关系表达式如下

3 自动增益控制电路原理

调制器只有工作理想的半坡电压才能把信号无失真的输出，在实际的光通信中，必然会受到外界环境的影响例如温度、高频连续波信号都会对晶体的电介质产生影响，这样会使的电光调制器的调制特性发生变化，从而导致调制信号的畸变。所以我有必要提出更好的电光调制方法。

本文重点研究激光通信系统中电光增益自动控制系统，即通过设计一个自动增益控制系统来控制电光调制器的输入信号。来使得加载到电光调制器上的电压始终为所需要的半坡电压，从而保证信号可以无失真的传输出去。我们就需要设计加对电光调制器上的电压进行实时监测和控制使得加载的电压严格的保持在半坡电压，这样就可以实现信号的无失真的传输出去了。图2为原理总体框图。

其中包括以下几个核心部分采用Photile公司的MPX-LN-5型芯片作为系统的相位调制器，典型带宽5GHz，波长在1550 nm。应用时如果调制带宽是5GHz，射频输入RF-IN电压至少放大到7V，因为此时典型半波电压为7V。还包括驱动器来实现对信号的放大，增益电路控制来实现对驱动器输出信号的判断形成一个反馈电路，然后通过驱动放大电路放大到合适的幅度也就是调制器的半波电压再加载到调制器上来实现对光信号的调制。自动增益控制电路可以让输入数据信号幅度不同，当通过驱动模块时，它的增益会使得加载到调制器上的信号幅度仍然为半坡电压的幅度，这样就会保证了调制器上的加载电压为半坡电压从而到达信号的无失真传输出去。 总之就是自动增益控制电路是利用的RF驱动自动增益模块的反馈来实现的对电压增益控制的，来实现对数字信号不同程度的放大。

4 系统测试结果

最后通过搭载通信系统进行实验测试，我们分别测试了取输入电压100mv，200mv，300mv.....1000mv等数据进行了测量，由于驱动放大器的一般增益为28dB，我们通过实现可以知道当信号幅度小于越300mv时，信号都不能到达半坡电压。

参考文献

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[2]赵志儒.电光调制器自动增益和自动偏置控制系统[D].北京邮电大学，2010.

[3]包小斌.高速电光相位调制器的高频性测试实验[D].电子科技大学，2013.

[4]歐仁侠.电光调制器及其驱动研究[D].硕士论文.长春：长春理工大学，2008.

收稿日期：2016-09-07

作者简介：宁素焕（1990—），女，汉族，山东菏泽人，硕士研究生，研究方向：光通信系统理论与无线通信技术。