[发明专利]基于欠采样的数模混合式光学锁相环系统

说明书

一种基于欠采样的数模混合式光学锁相环系统，可应用于高速高灵敏度的零差相干解调激光通信系统中。通过将信号光和本振光经90度光学桥接器和平衡探测器转化为模拟电信号后，模拟数字转换器(ADC)对该电信号进行欠采样，以现场可编程逻辑门阵列(FPGA)为控制器来提取相位误差信号，相位误差信号经过数字环路滤波后驱动直接数字频率合成器(DDS)产生频率和相位都受控的误差信号，进而实现光学锁相。本发明的特点是采用欠采样的方式实现相位误差信号的提取，减小了对接收端电子学带宽及数字信号处理速度的要求。同时通过外调制的方式控制本振光，提高了环路控制带宽和锁相性能。本发明可以实现高速高灵敏度的零差相干解调。

技术领域

本发明涉及高速零差相干解调的相干光通信领域，特别是一种基于欠采样的数模混合式光学锁相环系统，该系统装置可以放宽对接收电子学器件带宽的要求。

背景技术

相干激光通信具有高速率、高灵敏度等优点，正在逐步取代传统的强度调制直接探测。对于高速光信号的零差相干接收而言，接收端需要一个光学锁相环对本振光和接收到的信号光进行相位误差信号的提取进而锁定。光学锁相环的实现主要有两个技术难点：首先是在高速率调制下，锁相误差信号的提取；其次是本振光的控制方式。

现有技术[1](孙建锋,许蒙蒙,张波,等.基于2X4 90°光学桥接器的自由空间相干光通信探测装置：CN105634591A.2016)提出用VCO对本振光进行边带调制以提高本振光的控制带宽。这种方式可以把光学锁相环的闭环带宽提高到600KHz附近，但是该类本振光控制方式较为复杂且光学效率较低。现有技术[2](徐健,黄丽艳,何国良,等.一种相干光接收装置中的载波相位估计方法:CN105763265A.2016)提出在数字域采用载波相位估计的方法进行信号解调，这种解调方式不需要对本振光进行精确的锁相控制，但是对DSP和ADC的处理速度要求较高。不利于接收装置的小型化、轻量化。

为了解决高速率下锁相误差信号的提取以及简化本振光的控制方式问题，我们开展了基于欠采样的数模混合式光学锁相环系统装置，这将对高速率、高灵敏度的零差相干解调具有非常重要的意义。

发明内容

本发明主要针对高速高灵敏度的零差相干解调激光通信系统，提出了一种基于欠采样的数模混合式光学锁相环系统。本系统可以快速实现光学锁相和信号解调。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于欠采样的数模混合式光学锁相环系统，其特点在于：该系统包括第一激光器、IQ调制器、第一驱动器、第二驱动器、第一分束器、IQ偏压控制器、可调衰减器、第二分束器、光学放大器、光功率计、90度光学桥接器、第一探测器、第二探测器、第三探测器、第四探测器、电学放大器、ADC、FPGA、第一DAC、激光器外调制单元、第二DAC、第二激光器、限幅放大器和误码仪，上述元部件的位置关系如下：

所述的第一激光器的输出端与所述的IQ调制器的1输入端相连，该IQ调制器的输出端与所述的第一分束器的输入端相连，该第一分束器将入射光分为两路：一路经所述的可调衰减器进入第二分束器，另一路进入所述的IQ偏压控制器的输入端，该IQ偏压控制器的1、2、3输出端分别与所述的IQ调制器的4、5、6输入端相连；