專(zhuān)利名稱：一種電光強(qiáng)度調(diào)制器諧波失真測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電技術(shù)領(lǐng)域，涉及光電信號(hào)處理技術(shù)，具體涉及一種用于分析電光強(qiáng)度調(diào)制器的非線性諧波失真的方法。
背景技術(shù)：
電光強(qiáng)度調(diào)制器作為典型的電光外調(diào)制器，是現(xiàn)代光通信系統(tǒng)中最基本和最關(guān)鍵的光電子器件之一。常用的電光強(qiáng)度調(diào)制主要有馬赫曾德?tīng)?M-Z，Mach-Zahnder)調(diào)制器和電吸收調(diào)制器兩種，其分別利用電光效應(yīng)和Franz-Keldysh吸收邊紅移效應(yīng)工作。如圖 1所示，在電光強(qiáng)度調(diào)制器的端口 1輸入直流光信號(hào)，同時(shí)將電信號(hào)通過(guò)端口 2加載在電光強(qiáng)度調(diào)制器上，在端口 3可獲得按照電信號(hào)變化的光強(qiáng)輸出。相對(duì)于激光器的直接調(diào)制，電光調(diào)制在激光器外部，比直接調(diào)制的調(diào)制速率高，調(diào)制帶寬也要寬的多。實(shí)際的調(diào)制過(guò)程中，由于電光強(qiáng)度調(diào)制器的不完全線性，即輸出光的強(qiáng)度跟調(diào)制電壓不是理想的線性關(guān)系，使得輸出信號(hào)會(huì)產(chǎn)生諧波失真。雖然，諧波失真的大小是衡量電光強(qiáng)度調(diào)制器線性度好壞的重要標(biāo)準(zhǔn)，典型的測(cè)量方法是對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行頻譜測(cè)量，據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，Shim J，Liu B, Piprek J等人已經(jīng)提出利用快速傅立葉變換方法分析不同電注入功率下電吸收調(diào)制器輸出光信號(hào)的諧波分量，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電光模擬調(diào)制的諧波失真分析(見(jiàn)文獻(xiàn)Shim J，Liu BiPiprek J and Bowers J Ε. Nonlinear properties of traveling-wave electroabsorption modulator. IEEE Photonics Technology Letters，2004，16 (4) 1035-1037.)。這種方法對(duì)信號(hào)失真分辨率較高，且已被廣泛用于信號(hào)分析，但是測(cè)量或者計(jì)算過(guò)程非常繁瑣，且儀器成本較高。M. S. Islam等人提出將M-Z強(qiáng)度調(diào)制器的傳輸曲線視作理想余弦函數(shù)，釆用貝塞爾級(jí)數(shù)展幵分析其調(diào)制諧波特性，(見(jiàn)文獻(xiàn)M. Siahidul Islam and Μ. Saiful Islam，Analytical Technique to Mitigate the Effects of Composite Second Order and Composite Triple Beat in Mach-Zehnder Modulator,International Conference on Computers and Devices for Communication，2009·)。這一方法只適用于 M-Z調(diào)制器，且實(shí)際上由于制作工藝的非對(duì)稱性使得調(diào)制器傳輸曲線并非嚴(yán)格的余弦函數(shù)， 造成測(cè)量誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種電光強(qiáng)度調(diào)制器諧波失真的測(cè)量方法，利用多項(xiàng)式函數(shù)表征電光強(qiáng)度調(diào)制傳輸曲線，計(jì)算單頻電調(diào)制信號(hào)下輸出信號(hào)的諧波分量，實(shí)現(xiàn)非線性失真分析。本發(fā)明提出了一種電光強(qiáng)度調(diào)制器諧波失真的測(cè)量方法，其特征包含以下步驟步驟1測(cè)量傳輸曲線設(shè)定電光強(qiáng)度調(diào)制器的輸入直流光強(qiáng)Pd和驅(qū)動(dòng)電信號(hào)χ (t) = Vb+Vfflcos ω et的角頻率ω。平均電壓Vb和電壓幅度Vm，將電壓信號(hào)依次從Vb-Vm變化到Vb+Vm，記錄輸出光強(qiáng) Pi(i = 1,2,..., η)，從而測(cè)量得到電光強(qiáng)度調(diào)制傳輸曲線Pi = h(Xi) (i = 1，2，. . .，η)；
步驟2構(gòu)建傳輸函數(shù)將步驟1中得到的傳輸曲線用多項(xiàng)式函數(shù)進(jìn)行最小二乘擬合，多項(xiàng)式函數(shù)的階次
m
m與擬求最高諧波次數(shù)相同，如此，構(gòu)建得到傳輸函數(shù)= ？，X e [Vb-Vffl, Vb+Vffl]；
k=0步驟3失真計(jì)算步驟3a 將輸入?yún)⒘喀?(t) = Vb+Vmcos ω et代入步驟2中得到的傳輸函數(shù)
mm
y = Kx) = YjOkXk 中，可得到輸出信號(hào)沖)=+K coswetf ；
A=OA=Om
步驟3b:運(yùn)用二項(xiàng)式法則和三角函數(shù)降冪公式化簡(jiǎn)X0，得扒0 = Po/2 + Σα COSkOJ， m aA=I
式中α = Σ Σ ■^c'w'vrw，c為組合數(shù)計(jì)算式，□為取整函數(shù)；
/=0 j=k+2i 2步驟3c 利用系數(shù)Pk計(jì)算電光強(qiáng)度調(diào)制的k次諧波失真結(jié)果dk = I Pk/Pl I，k = 2， 3 9 · · · j m ο本發(fā)明的實(shí)質(zhì)該方法在測(cè)得傳輸曲線的基礎(chǔ)上，利用傳輸函數(shù)直接計(jì)算任意單頻輸入信號(hào)的電光強(qiáng)度調(diào)制輸出諧波失真，實(shí)現(xiàn)失真分析。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)或積極的效果本發(fā)明提出的電光強(qiáng)度調(diào)制諧波失真表征方法，避免了對(duì)輸入、輸出信號(hào)進(jìn)行傅里葉諧波分析，可直接計(jì)算單一頻率電信號(hào)調(diào)制下的電光強(qiáng)度調(diào)制的各次諧波分量，快速運(yùn)算得到諧波失真，具有計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單，結(jié)果準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。


圖1是電光強(qiáng)度調(diào)制原理示意圖。其中1是直流光信號(hào)輸入端口，2是電壓信號(hào)輸入端口，3是光信號(hào)輸出端口。圖2是本發(fā)明的工作流程圖。圖3是電光強(qiáng)度調(diào)制傳輸函數(shù)結(jié)果示意圖。
具體實(shí)施例方式通過(guò)對(duì)如圖1所示的電光強(qiáng)度調(diào)制的一個(gè)實(shí)例驗(yàn)證本發(fā)明提出的諧波失真快速表征方法，所有步驟、結(jié)論都在Matlab 6. 5上驗(yàn)證正確。步驟1測(cè)量傳輸曲線設(shè)定電光強(qiáng)度調(diào)制器的輸入直流光強(qiáng)Pd= 12mW，驅(qū)動(dòng)電信號(hào)x(t)為角頻率ωε = 2 31 X 100rad/s 的余弦信號(hào) χ (t) = Vb+Vmcosoet, Vb = _3· 5V, Vm = 3. 5V，將直流光輸入電光強(qiáng)度調(diào)制器，將電壓信號(hào)依次從-7V變化到0V，記錄此電壓下對(duì)應(yīng)的輸出光強(qiáng)，測(cè)量得到電光強(qiáng)度調(diào)制傳輸曲線Yi = h(Xi) (i = 1，2，...，36)，如圖3所示；步驟2構(gòu)建傳輸函數(shù)擬分析最高4次諧波失真，故取多項(xiàng)式階次m = 4，將傳輸曲線進(jìn)行最小二乘多項(xiàng)式擬合，得到傳輸函數(shù) h(x) = a0+aix+a2x2+a3x3+a4x4,^^ a0 = 9. 979，B1 = 0. 5802，a2 =-0· 4108，a3 = -0. 05103，a4 = -0. 0008545 ；步驟3失真計(jì)算
將輸入?yún)⒘看雮鬏敽瘮?shù)可得到輸出信號(hào)表達(dá)式并簡(jiǎn)化得到
權(quán)利要求
1. 一種電光強(qiáng)度調(diào)制器諧波失真的測(cè)量方法，其特征是它包含以下步驟 步驟1測(cè)量傳輸曲線設(shè)定電光強(qiáng)度調(diào)制器的輸入直流光強(qiáng)Pd和驅(qū)動(dòng)電信號(hào)X(t) = Vb+Vfflcos et的角頻率 ω。平均電壓Vb和調(diào)制幅度Vm，將電壓信號(hào)依次從Vb-Vm變化到Vb+Vm，記錄輸出光強(qiáng)Pi (i = 1,2,..., η)，從而測(cè)量得到電光強(qiáng)度調(diào)制傳輸曲線Pi = h(Xi) (i = 1,2,..., η)； 步驟2構(gòu)建傳輸函數(shù)將步驟1中得到的傳輸曲線用多項(xiàng)式函數(shù)進(jìn)行最小二乘擬合，多項(xiàng)式函數(shù)的次數(shù)m與m擬求最高諧波次數(shù)相同，如此，構(gòu)建得到傳輸函數(shù)/00 = Σ& ，Χ e [Vb-Vffl, Vb+Vffl]；A=O步驟3失真計(jì)算步驟3a :將輸入?yún)⒘縳(t) = Vb+Vfflcos et代入步驟2中得到的擬合函數(shù)mmy = Kx) = Σ ？中，可得到輸出信號(hào)沖)= HaK(ν" + ν , oosaet)k ；k=0 k=0步驟: :運(yùn)用二項(xiàng)式法則和三角函數(shù)降冪公式化簡(jiǎn)y (t)，得mm a沖) = A/2 + ZACOStoe/，式中A= Σ Σ廣f，C為組合數(shù)計(jì)算/=0 j=k+2i L式，[]為取整函數(shù)；步驟3c 利用系數(shù)Pk計(jì)算電光強(qiáng)度調(diào)制的k次諧波失真結(jié)果dk = |Pk/Pl I，k = 2， 3 9 · · · j m ο
全文摘要
本發(fā)明提供了一種電光強(qiáng)度調(diào)制器諧波失真測(cè)量方法，它通過(guò)測(cè)量傳輸曲線并利用多項(xiàng)式擬合構(gòu)建傳輸函數(shù)，由傳輸函數(shù)系數(shù)和輸入信號(hào)參數(shù)直接計(jì)算輸出信號(hào)的各次諧波失真。它具有計(jì)算簡(jiǎn)單、結(jié)果準(zhǔn)確、硬件實(shí)現(xiàn)容易的特點(diǎn)。本發(fā)明為快速、準(zhǔn)確表征和優(yōu)化電光強(qiáng)度調(diào)制諧波失真提供了途徑，在光纖通信系統(tǒng)、電光信號(hào)處理、光載無(wú)線技術(shù)方面具有廣泛應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)G01M11/02GK102353525SQ201110191188
公開(kāi)日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月8日
發(fā)明者劉永, 劉永智, 包小斌, 唐炳促, 張尚劍, 張衎, 鄒之泰 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)