[发明专利]一种四工作点可调的外调制电光转换系统及方法

权利要求书

1.一种四工作点可调的外调制电光转换系统，其特征在于包括：宽带集成铌酸锂调制器-保偏光源器件(1)、保偏光源驱动控制电路(2)、调制器偏压控制电路(3)、RS485通信接口电路(4)；

上位机通过RS485通信接口电路(4)发送指令给调制器偏压控制电路(3)，调制器偏压控制电路(3)选择工作点并提供给宽带集成铌酸锂调制器-保偏光源器件(1)，宽带集成铌酸锂调制器-保偏光源器件(1)在保偏光源驱动控制电路(2)和调制器偏压控制电路(3)的控制下，将外部输入的射频信号转化成光信号，并对外输出，并将工作状态信息通过RS485通信接口电路(4)传递给上位机；

所述四工作点可调的外调制电光转换系统的标准光学接口为FC接口，标准射频接口为SMA接口；

宽带集成铌酸锂调制器-保偏光源器件(1)包括铌酸锂电光调制器(5)和保偏光源(6)；

保偏光源(6)在保偏光源驱动控制电路(2)的驱动下，产生光信号送入铌酸锂电光调制器(5)中，铌酸锂电光调制器(5)在调制器偏压控制电路(3)的控制下，稳定工作在给定工作点，并将外部输入的射频信号调制到光信号中对外输出；将保偏光源(6)和铌酸锂电光调制器(5)两种光学器件集成封装在小型化的金属管壳内，两种分立器件合二为一，形成高集成度的宽带集成铌酸锂调制器-保偏光源器件(1)；

铌酸锂电光调制器输出光功率的强度P与其两端所加的电压Vb的转换关系呈三角函数关系，所述工作点包括：最大点、最小点、Q+ 点和Q- 点；铌酸锂电光调制器(5)在调制器偏压控制电路(3)的驱动下，可工作在最大点、最小点、Q+点、Q-点其中的一个工作点，并在输出端输出光信号，当在铌酸锂电光调制器(5)的射频输入端输入给定射频信号时，铌酸锂电光调制器(5)的光学输出端便输出相应的光信号；

最大点是指：转换关系曲线中，铌酸锂电光调制器光功率输出最大的点max；

最小点是指：转换关系曲线中，铌酸锂电光调制器光功率输出最小的点min；

Q+点是指：转换关系曲线中，正斜率值最大的点Q+；

Q-点是指：转换关系曲线中，负斜率值的绝对值最大的点Q-；

所述保偏光源驱动控制电路(2)包括恒温控制电路(7)和恒功率驱动电路(8)；所述恒温控制电路(7)和恒功率驱动电路(8)控制保偏光源工作在恒温恒流的状态下；

所述恒温控制电路(7)包括：热电制冷控制器芯片和PID补偿电路；保偏光源(6)中包括热敏电阻和热电制冷器；

热电制冷控制器芯片根据保偏光源(6)中热敏电阻的阻值判断保偏光源(6)的实时温度与设定温度的大小关系；热电制冷控制器芯片对保偏光源(6)中的热电制冷器输出电流，对保偏光源(6)进行制冷或加热，以确保保偏光源(6)的工作温度稳定在设定值；PID补偿电路调节温度控制精度和稳定度；

所述恒功率驱动电路(8)包括：电压基准源、电压跟随器、负反馈电路和驱动电流开关控制电路；

电压基准源提供的基准电压，输入到负反馈电路的正输入端，作为恒功率驱动的设定电压，铌酸锂电光调制器(5)的光功率反馈信号转换成电压信号经过电压跟随器输入到负反馈电路的负输入端，负反馈电路的输出信号给到驱动电流开关控制电路，从而调节驱动电流的大小，从而实现恒功率驱动；

调制器偏压控制电路(3)包括：单片机(9)、跨阻放大器(10)、第一信号调理电路(11)、模拟开关(12)、反相器(13)、晶振(14)、方波发生器(15)、分频器(16)、第二信号调理电路(17)以及加法器(18)；

单片机(9)输出直流偏置电压通过加法器(18)给到铌酸锂电光调制器(5)，铌酸锂电光调制器(5)的功率检测电流输入到跨阻放大器(10)，跨阻放大器(10)把电流信号转换成电压信号反馈给单片机，同时输入到第一信号调理电路(11)，第一信号调理电路(11)输出正电压信号到模拟开关(12)，同时反相器(13)将该正电压信号转换为负电压信号输入到模拟开关(12)；

晶振(14)产生2MHz时钟信号输入到方波发生器(15)产生2MHz方波，2MHz方波经分频器(16)分频，分频器(16)输出1KHz扰波信号经过第二信号调理电路(17)产生1KHz扰波电压并输入到加法器(18)；分频器(16)输出2KHz选通信号到模拟开关(12)，模拟开关(12)在单片机(9)的开关控制下，输出2KHz检波电压到加法器(18)，加法器(18)将直流偏置电压、2KHz检波电压、1KHz扰波电压经过加法运算后，输出调制器偏置电压给到铌酸锂电光调制器(5)；

铌酸锂电光调制器允许调制的频率范围为：800MHz～20GHz；

保偏光源(6)的光功率输出范围为：40mW～100mW；

所述的四工作点可调的外调制电光转换系统的电光转换方法，包括步骤如下：

(1)保偏光源驱动控制电路(2)上电工作，保偏光源(6)工作在恒温25℃和恒功率40mW的稳定状态下并输出光信号到铌酸锂电光调制器(5)；

(2)上位机通过RS485通信接口电路(4)发送指令给调制器偏压控制电路(3)，令调制器偏压控制电路(3)上电工作，输出调制器偏置电压，使铌酸锂电光调制器稳定工作在Q+点、最大点、最小点或Q-点，工作点的选择通过单片机(9)程序输出的直流偏置电压来确定；

(3)含有数据信息的射频信号输入到铌酸锂电光调制器(5)，铌酸锂电光调制器(5)输出经过调制的光信号；射频信号频率范围为800MHz～18GHz；

(4)单片机(9)将铌酸锂电光调制器(5)的状态信息经过RS485通信接口电路(4)上报给主机。