[发明专利]一种纳秒级SOA驱动电路及控制方法

说明书

一种纳秒级SOA驱动电路及控制方法，属于光纤激光水听器阵列解调技术领域。本发明包括温度控制电路和SOA配置电路，以及依次连接的主控电路、脉冲整形电路、脉冲驱动电路和SOA；所述温度控制电路和SOA配置电路均与SOA连接。本发明根据输出脉冲信号与反馈电压的逻辑控制关系，采用“脉冲信号先整形，再闭环驱动控制输出”的方法，实现变电流的驱动控制；本发明电路及控制方法具有结构简单、温度控制精确、光脉冲边沿上升/下降时间短、系统响应快、脉冲占空比与幅值可调等特点，能实现纳秒级的开关速率；本发明利用闭环控制将温度变化转换为电压信号变化，实现SOA的恒温工作环境，保证了SOA光脉冲边沿上升/下降时间优于5ns的稳定输出。

技术领域

本发明涉及一种纳秒级SOA驱动电路及控制方法，属于光纤激光水听器阵列解调技术领域。

背景技术

光纤激光水听器阵列具有灵敏度高、抗电磁干扰、水下无电、结构轻巧等特点，在水下小型无人平台探测系统、水下反潜、水下目标跟踪等方向有重要的应用，光纤激光水听器阵列解调技术是当今世界各国研究的热点和难点，尤其是在水下目标探测应用等军事领域上。纳秒级半导体光放大器(SOA，semiconductor optical amplifier)驱动电路及控制方法是完成光纤激光水听器大规模组阵的重要技术保障，对于类似光纤光栅传感器的解调具有重要的参考价值，然而如何在硬件电路中实现纳秒级光脉冲边沿上升/下降时间的稳定控制输出，已成为困扰提高信号解调精度的关键因素，各研究机构都高度重视该技术的研究与创新。

SOA开关速度理论上可以工作在纳秒以内，但在实际的应用中，SOA需依托于驱动电路和使用方法，由于SOA对温度、电流等条件要求时分严格，这些参数的控制不准确将导致开关速度降低、输出脉冲不准确，直接影响解调系统的时序控制精度，进而影响光纤激光水听器阵列信号解调的准确性，因此对驱动电路的温控范围、驱动电流、开关控制方法等提出了较高的要求。

目前纳秒级SOA驱动电路仅存在理论模型上的分析，且无法实现变电流驱动控制，且未见硬件驱动电路实现；而传统的级联多路光开关的应用，不仅增加硬件电路部分的连接复杂度，同时多级将造成不同通道间的信号输出不一致，一定程度上增加了硬件所需成本与空间，且尚未达到纳秒级的开关速率；现有一种快前沿纳秒高压电光开关驱动源通过各外围电路的阻容值进行调节，不可软件编程修改脉冲的占空比与幅值，调节难度与精度很难保证，且易受到外界干扰会产生波形畸变，进而导致输出信号边沿时间远高于纳秒级。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种纳秒级SOA驱动电路及控制方法，本发明驱动电路及控制方法结构简单、温度控制精确、光脉冲边沿上升/下降时间优于5ns，提高了光开关脉冲输出的精度与稳定性，有利于光纤激光水听器阵列解调技术的工程应用。

本发明的技术解决方案是：一种纳秒级SOA驱动电路，包括温度控制电路和SOA配置电路，以及依次连接的主控电路、脉冲整形电路、脉冲驱动电路和半导体光放大器SOA；所述温度控制电路和SOA配置电路均与半导体光放大器SOA连接；

所述主控电路产生不同占空比的脉冲信号，用于开关切换控制输出脉冲信号的脉冲占空比；

所述脉冲整形电路，用于将主控电路产生的输出脉冲信号进行整形，以产生整形脉冲信号；

所述脉冲驱动电路，用于将脉冲整形电路产生的整形脉冲信号放大，产生驱动脉冲信号；

所述温度控制电路，用于控制半导体光放大器SOA的工作温度，实现半导体光放大器SOA的温度稳定；

所述SOA配置电路，用于完成半导体光放大器SOA外围电路的配置。

进一步地，所述主控电路包括FPGA芯片、FPGA配置单元、开关控制单元、基准电压单元；所述FPGA芯片分别与FPGA配置单元、开关控制单元、供电单元相连接；所述FPGA芯片的脉冲信号输出I/O引脚与脉冲整形电路的电阻R1连接。