相干光通信系统中的锁相技术研究

作     者：汤福明 

作者单位：北京邮电大学 

学位级别：硕士

导师姓名：林金桐

授予年度：2009年

学科分类：08[工学] 0803[工学-光学工程] 

主      题：相干光通信系统 激光器驱动电路 光锁相电路 直接数字频率合成 

摘      要：相干光通信的主要优点是灵敏度高,但是它对接收端和发送端的激光源的频率差稳定性要求高。相干光通信中包含了光锁相环,为了更容易的实现锁相,对激光器的线宽要求很高。本文使用的是松下的窄线宽DFB激光器,线宽为0.5MHz,最大功率为14dBm,设计了该激光器的驱动电路,并实现了峰峰值小于10mV的低纹波电源系统。利用驱动电路测试了松下激光器的温度特性和电流特性,分别为400MHz/mA和10GHz/℃。利用平衡接收机得出了拍频的相噪特性和频率漂移特性,发现了隔离器对于稳定中频的重要性。并利用马赫-泽德干涉结构测量单个激光器的相位噪声和频率漂移,得出频率漂移速率为kHz量级,为相干光通信的锁频电路提供了根据。 鉴频鉴相器对于锁相环电路是必不可少的,本文通过PFD和分频器还有环路滤波器设计了一个高频的锁相电路。利用高速实时示波器得出了鉴频检相器在不同情况的输出,并得出了环路滤波的直流输出,为后面的锁相提供了实验根据。 相干光通信中的中频频率的改变能增加系统的灵活性,在锁相电路中,可以通过改变参考时钟能改变中频频率。为此本文设计了一个直接数字频率合成电路,该电路能实现幅度为0.4V、频率为0-200MHz的正弦信号输出,从而能为锁相电路提供灵活的参考时钟。在该电路的驱动程序中,移植了一个实时的操作系统内核,并设计了键盘扫描和SPI串行通信任务,任务间通过消息邮箱实现通信,这样能灵活的设计任务并最大化的实现直接数字频率合成源的其它功能。其中还探讨了多层电路板对阻抗匹配、信号完整性、EMI控制的必要性。