一种用于阵列光通信望远镜相位对准的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种用于阵列光通信望远镜相位对准的装置和方法，用于解决多孔径接收技术中两路光信号的相对相位差值。所述装置包括移相器、时间延迟器、3dB耦合器、平衡探测器、跨阻放大器、滤波器、功率计、误码分析仪、采样判决器；其中移相器、时间延迟器、3dB耦合器共同构成相位扰动和延迟干涉模块，平衡探测器、跨阻放大器、滤波器构成高精度探测模块，采样判决器、功率计、误码分析仪构成数据分析与相位补偿模块。根据平衡探测差分输出端口的电信号与输入两路光信号的数学关系，对光信号的相位对准提供依据，并且进行反馈调节，实现合束信号的功率维稳和误码率优化。该发明专利技术不但能完成DPSK解调，恢复数字信号，而且融入了对两路光信号进行直接的相位差探测的功能。信号进行直接的相位差探测的功能。信号进行直接的相位差探测的功能。

【技术实现步骤摘要】
一种用于阵列光通信望远镜相位对准的装置和方法


[0001]本专利技术属于多孔径接收系统中相位差检测、DPSK信号解调及其它接收端相干合束领域，具体涉及一种用于阵列光通信望远镜相位对准的装置和方法。

技术介绍

[0002]阵列光通信望远镜接收系统，由多个小口径的望远镜组成，并对各个小口径的光耦合进单模光纤。相对于大口径而言，小口径的光功率更小，因此需要探测灵敏度更高的探测方法。并且，由于多孔径的装置，势必会带来两路光信号的相位偏差，对信号光的相位进行高精度的对准，将直接影响通信链路的灵敏度和可靠性，因此对相位差进行检测和校正是阵列光通信望远镜的一项关键技术。传统的OOK/直接探测，只能有效利用光信号的强度，而损失了光信号的相位、频率、偏振等信息，不能满足相位信息的需求。
[0003]针对以上问题，现在多采用光差分相移键控(DPSK)强度调制，在调制过程中，相邻码元载波相位差为0时，对应数字信号“0”；相邻码元载波相位差为π时，对应数字信号“1”；有效的利用了光信号的相位信息。并且相对于PSK，不但克服了倒π现象，而且有效地降低了因码间干扰引起的误码率，具有更好的传输性能。
[0004]对于DPSK解调，其核心器件为马赫曾德尔延时干涉仪，其研究应用发展成熟，有外差和自差两种相干探测方式。其中外差探测需要在解调器输入本征光进行延迟干涉。自差探测需要一路信号光和一路零位光进行延迟干涉。这两种方式的共同点是：输入解调模块的都只有一路信号光。而另一路设置为本征光或是零位光。
[0005]针对阵列光通信望远镜接收系统，本专利技术的优势在于：解调时以两路信号光代替一路信号光和一路零位光来完成自差探测。一方面，对解调输入端带来了3dB的增益，提高了系统的灵敏度，为系统的传输性能带来了一定的优势。另一方面，将两路信号光的相位误差融入到解调模块，拓展了光纤型马赫曾德尔延时干涉仪的功能。

技术实现思路

[0006]为了提高对接收端光信号的探测精度，提高器件的探测灵敏度，对于多孔径接收到的两路信号，本专利技术直接将两路光信号作为解调输入信号，通过对两路信号的延迟规范，完成自差平衡相干探测，并根据平衡探测器的差分输出端口来解算输入两路光信号的相位差值，用以进行反馈调节以实现相位对准。
[0007]为了完成相位差的检测，本专利技术还通过误码率、Q参数来评估方案的可行性和系统的合理性，采用相干探测的方法，从观测收集的电信号信息中解算光信号相位信息，用外分光代替传统光纤型马赫曾德尔延时干涉仪的内分光。这样处理可以将相位差检测结合到DPSK解调中，并提高对解调器输入端的探测灵敏度。
[0008]本专利技术提出的技术方案如下：
[0009]一种用于阵列光通信望远镜相位对准的装置，该装置包括：相位扰动和延迟干涉模块、高精度探测模块、以及数据分析与相位补偿模块；所述相位扰动和延迟干涉模块、高
精度探测模块和数据分析与相位补偿模块依次相连；
[0010]所述相位扰动和延迟干涉模块包括+π/2固定相位差移相器、1bit固定时间延迟器、3dB耦合器、相位扰动移相器；
[0011]所述高精度探测模块包括平衡探测器、跨阻放大器、滤波器；
[0012]所述数据分析与相位补偿模块包括功率计、误码分析仪、采样判决器、相位补偿移相器；
[0013]激光源产生两路光信号，经过传输段后分为两路，第一路通过相位扰动移相器后经过所述1bit固定时间延迟器，第二路通过所述+π/2固定相位差移相器，而后输出的两路光信号接入所述3dB耦合器，3dB耦合器的输出端口通过光纤与平衡探测器的两个输入端口相连，平衡探测器的输出端口依次连接跨阻放大器和低通滤波器，在低通滤波器的输出端连接所述数据分析与相位补偿模块。
[0014]一般的光纤型马赫曾德尔延时干涉仪的结构如图2所示，本专利技术利用+π/2固定相位差移相器代替传统结构里的第一个3dB耦合器，要求接收端的两路光信号由同一光源产生，因此适用于多孔径接收系统。
[0015]本专利技术还提出以下技术方案：
[0016]一种用于阵列光通信望远镜相位对准的方法，该方法包括以下步骤：
[0017]第一步，对输入的两路光信号进行相位扰动和延迟干涉；所述两路光信号产生于激光源，经过传输段后分为所述输入的两路光信号；
[0018]第二步，将经所述相位扰动和延迟干涉后的所述两路光信号输入平衡探测器，利用平衡探测器差分输出电信号，根据该电信号高精度解算所述两路光信号的相位误差；
[0019]第三步：采用功率大小作为反馈因子对所述相位误差进行补偿；
[0020]其中，所述第一步具体包括：
[0021]过程(1)：所述输入的两路光信号分别输入第一光路臂和第二路光路臂，在第一路光路臂的相位扰动移相器(100)后插入1bit固定时间延迟模块(1002)，在第二路光路臂插入+π/2固定相位差移相器(1001)，然后两路光路臂的输出接入3dB耦合器(1003)；所述光信号在第一光路臂和第二路光路臂上的传输分别包括两个阶段；
[0022]首先，设输入第一光路臂和第二光路臂的两路光信号均为E0，则E
11In
＝E
12In
＝E0，所述E
11In
表示第一阶段第一路输入光信号，E
12In
表示第一阶段第二路输入光信号；
[0023]经过所述移相器对第一阶段第一路输入光信号和第一阶段第二路输入光信号的相位进行调节，得到输出信号为：
[0024][0025]其中，E
11Out
表示第一阶段第一路输出光信号，E
12Out
表示第一阶段第二路输出光信号，j表示虚数单位，代表共轭情况；
[0026]其次，第一阶段第二路输出光信号经过所述1bit的时间延迟模块后，当第一和第二两光路臂的光信号相位差为0时，所述3dB耦合器的输入端为E
21In
＝E0，E
22In
＝
‑
jE0；当第一和第二两光路臂的光信号相位差为π时，所述3dB耦合器的输入端为E
21In
＝E0，E
22In
＝jE0；所述E
21In
表示第二阶段第一路输入光信号，E
22In
表示第二阶段第二路输入光信号；
[0027]所述3dB耦合器的传输方程为：
[0028][0029]其中，对于所述3dB耦合器而言，其分光比为50:50，因此耦合系数c＝0.5。式中α表示附加损耗，α＝10log(P
out
/P
in
)，α取理想值为1；р表示共轭情况，取值为+1；
[0030]所述E
con
和E
dis
分别表示所述3dB耦合器的两个输出端口的输出信号，两个输出端口分别为干涉相长端和干涉相消端；将所述E
21In
和E
22In
带入上述传输方程，得本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于阵列光通信望远镜相位对准的装置，其特征在于：该装置包括：相位扰动和延迟干涉模块、高精度探测模块、以及数据分析与相位补偿模块；所述相位扰动和延迟干涉模块、高精度探测模块和数据分析与相位补偿模块依次相连；所述相位扰动和延迟干涉模块包括+π/2固定相位差移相器(1001)、1bit固定时间延迟器(1002)、3dB耦合器(1003)、相位扰动移相器(100)；所述高精度探测模块包括平衡探测器(2001)、跨阻放大器(2002)、低通滤波器(2003)；所述数据分析与相位补偿模块包括功率计(3001)、误码分析仪(3002)、采样判决器(3003)、相位补偿移相器(300)；激光源产生两路光信号，经过传输段后分为两路，第一路通过相位扰动移相器(100)后经过所述1bit固定时间延迟器(1002)，第二路通过所述+π/2固定相位差移相器(1001)，而后输出的两路光信号接入所述3dB耦合器(1003)，3dB耦合器(1003)的输出端口通过光纤与平衡探测器(2001)的两个输入端口相连，平衡探测器(2001)的输出端口依次连接跨阻放大器(2002)和低通滤波器(2003)，在低通滤波器的输出端连接所述数据分析与相位补偿模块。2.一种用于阵列光通信望远镜相位对准的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：第一步，对输入的两路光信号进行相位扰动和延迟干涉；所述两路光信号产生于激光源，经过传输段后分为所述输入的两路光信号；第二步，将经所述相位扰动和延迟干涉后的所述两路光信号输入平衡探测器，利用平衡探测器差分输出电信号，根据该电信号高精度解算所述两路光信号的相位误差；第三步：采用功率大小作为反馈因子对所述相位误差进行补偿；其中，所述第一步具体包括：过程(1)：所述输入的两路光信号分别输入第一光路臂和第二路光路臂，在第一路光路臂的相位扰动移相器(100)后插入1bit固定时间延迟模块(1002)，在第二路光路臂插入+π/2固定相位差移相器(1001)，然后两路光路臂的输出接入3dB耦合器(1003)；所述光信号在第一光路臂和第二路光路臂上的传输分别包括两个阶段；首先，设输入第一光路臂和第二光路臂的两路光信号均为E0，则E
11In
＝E
12In
＝E0，所述E
11In
表示第一阶段第一路输入光信号，E
12In
表示第一阶段第二路输入光信号；经过所述移相器对第一阶段第一路输入光信号和第一阶段第二路输入光信号的相位进行调节，得到输出信号为：其中，E
11Out
表示第一阶段第一路输出光信号，E
12Out
表示第一阶段第二路输出光信号，j表示虚数单位，代表共轭情况；其次，第一阶段第二路输出光信号经过所述1bit的时间延迟模块后，当第一和第二两光路臂的光信号相位差为0时，所述3dB耦合器的输入端为E
21In
＝E0，E
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＝
‑<...

【专利技术属性】
技术研发人员：王强，李阳，黄永梅，雷嘉明，徐杨杰，郭弘扬，彭超，袁良柱，涂琼，文利，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：