集成光学铌酸锂调制器偏置漂移反馈电路硕士论文.doc

集成光学调制器工作点稳定性研究【摘要】 基于铌酸锂材料的M-Z调制器已经被广泛用于数字光通信系统、微波光子链路以及各种光交换系统中，但是调制器的偏置工作点在外界因素的干扰下以及受器件的老化影响而产生漂移，因此无论是在某些对信号的调制相位要求高的光通信系统还是在对信号的调制幅度要求高的光通信系统中，如何实现偏置工作点的精确控制成为决定系统性能的关键技术。传统铌酸锂调制器的自动偏置控制技术是以调制器的输入与输出直流光功率之比作为反馈参量的反馈控制系统，这种技术只能用于将器件稳定地工作在线性工作点且控制精度受输入光强度影响较大，精度不高，另外一种基于抑制谐波幅度的改进技术虽然精度较高，但是受输入光强度的影响也很大。本文设计了一种运用扰动信号的二次谐波信号与基波信号幅度的比值作为反馈系统的反馈参量的自动偏置控制系统，能够很大程度地摆脱控制精度受输入光强度的影响，本文以实现铌酸锂调制器的工作点的稳定为研究对象，进行了如下的研究工作：1、分析了调制器工作点漂移特性，理论上分析了偏置相位对光通信中的Rof链路的增益、噪声、动态范围的影响。2、分析了以扰动信号的二次谐波与基波信号幅度的比值为反馈参量的偏置控制系统的控制原理及结构。3、设计了.更多还原【Abstract】 Lithium niobate based Mach-Zehnder modulators are widely used in digital opticalcommunication systems, microwave photonic links and various photonics switchingsystems, but the operating bias point of the modulator is known to drift over time due toenvironment perturbations and aging effects. Therefore high precision bias controlbecomes very critical for application where either amplitude or phase information fromM-Z modulators determines the system performance. Conventional lithium niobate M-Zmo.更多还原 【关键词】 集成光学； 铌酸锂； 调制器； 偏置； 漂移； 反馈电路； 【Key words】 integrated optics； Lithium Niobate； modulator； bias； drift； Feedback circuits； 摘要 4-5 ABSTRACT 5 简缩字表 8-9 图表目录 9-12 第一章 绪论 12-21 1.1 引言 12 1.2 研究背景及现状 12-19 1.2.1 铌酸锂集成光学器件的结构及工作原理 12-15 1.2.2 集成光学铌酸锂调制器工作点漂移原理 15-19 1.3 本文主要工作及内容安排 19-21 第二章 铌酸锂调制器工作点特性分析 21-34 2.1 工作点漂移对调制器非线性的影响 21-27 2.1.1 引言 21 2.1.2 工作点的漂移对调制器系统直流光功率的影响 21-25 2.1.3 工作点的漂移对谐波信号的影响 25-27 2.2 调制器偏置点设置对模拟光通信链路的影响 27-33 2.2.1 模拟光通信链路系统模型 27-28 2.2.2 系统增益 28-29 2.2.3 系统噪声系数 29-30 2.2.4 无寄生动态范围 30-31 2.2.5 计算仿真分析 31-33 2.3 本章小结 33-34 第三章 铌酸锂调制器自动偏置控制系统设计 34-45 3.1 铌酸锂调制器自动偏置控制系统理论分析 34-37 3.1.1 引言 34-35 3.1.2 铌酸锂自动偏置控制系统设计原理 35-37 3.2 铌酸锂调制器自动偏置控制系统结构设计 37-38 3.3 系统 PID 控制器设计 38-44 3.3.1 标准 PID 控制算法 38-39 3.3.2 几种改进的 PID 控制算法 39-41 3.3.3 系统 PID 控制器仿真 41-44 3.4 本章小结 44-45 第四章 系统硬件电路设计 45-57 4.1 信号处理模块 45-52 4.1.1 滤波电路模块设计 45-46 4.1.2 真有效值转换电路设计 46-48 4.1.3 相位检测硬件电路设计 48-51 4.1.4 除法模块设计 51-52 4.2 基于 FPGA 的 PID 控制模块设计 52-56 4.2.1 基于 FPGA 的 PID 控制算法的仿真 52-54 4.2.2 基于 FPGA 的系统 PID 模块硬件平台设计 5