强度调制器 一篇：
外加强度调制器的循环频移多载波光源生成方案
第一、技术领域
本发明属于光通信领域，可作为高速光纤传输通信系统的光源选择，为系统的实现提供稳定平坦的多载波光源。
第二、背景技术
近几年，随着高清电视、流媒体等各种数据业务的大量普及，人们享受到网络便利的同时，对网络带宽的需求也在急速地提升。面对这种日益增长的需求，T比特光纤传输通信系统已然成为了下一代光纤通信的发展趋势。由于目前高速传输系统中电子器件的带宽限制，在应用高级调制格式和多种复用技术下，实现单信道的T比特光纤传输系统难度依然很大，而目前采用多载波共同传输的superchannel技术成为了目前T比特领域的流行方案。
多载波光源的生成方案是superchannel技术的关键之一。在以往的研究过程中，superchannel技术中主要采用多个激光器同时产生多个光源，从而来满足光源的数量需求。但是这种方案会带来成本上的加重，特别是当所需要的光源达到数十个的情况下，该方案会大大增加实验及实际实现的困难程度。此外，由于各个激光器的参数性能无法保证一致，这将会降低系统的稳定性和可靠性，故而采用单一激光器产生频率锁定的多载波光源成为了目前应用于T比特光纤传输系统的研究热点。
目前多载波光源的生成方案主要分为利用光纤非线性产生超连续谱、利用锁模激光器产生和利用电光调制器等三类。
利用光纤非线性产生超连续谱虽然能够产生大量的子载波，但是这种方案无法控制多载波光源的生成数量，并且在不同的波段的平坦度情况不理想。
在锁模激光器来产生多载波的方案中，需要改变光纤环路中的铒纤长度来控制产生的多载波光源的数量，且输出的载波间隔和激光器的腔长有关，其可调谐性较差，并且具有多个纵膜模式，稳定性差。
利用电光调制器的方案又可以分为基于调制单个强度调制器、基于相位调制器、级联强度调制器和相位调制器等方案。这些方案和之前的方案相比较，虽然产生的载波数量减少很多，最多可达30多个，但是在平坦度及稳定上有很大的改进，同时各个子载波间隔很容易控制。这些方案都是通过增加调制器的调制深度，从而使得产生的载波数量得以提升，但是当需要的载波数量很多的时候，需要的调制深度也随之增加。这就需要在射频加载的信号电压相应地提高或者增加级联的调制器数量，而这样也必将对器件的性能要求大大提高，亦或会增加了实现方案的器件成本。
通过在光纤环路中加入电光调制器或相位调制器，形成循环结构，这样可以一定程度地解决调制深度不够的问题，从而产生的载波数量大大增加。而基于这种循环结构又可以分成基于单边带调制和多边带调制的循环频移结构。基于多边带调制的循环频移结构在每次循环的过程中，生成的多子载波之间会产生干涉，从而影响输出的载波稳定性。
而基于单边带调制的循环结构，具有射频驱动电压低、载波间隔易调谐、载波平坦度好的优点，而且在单次循环过程中对输入的光谱进行频移，新产生的子载波对下一次循环输入的光谱产生干扰降低很多，故而这种结构在稳定性方面又有了进一步的提升。因此在目前基于单边带调制的循环频移生成多载波光源方案已经成为了生成多载波光源的主要研究热点之一。
但是，为了产生大数量的多载波光源，出于多载波光源平坦度的需要，环路中的掺铒光纤放大器的增益值要求较高，而且随着循环次数的增加，EDFA产生的ASE噪声累加也逐渐增加。这也是该方案现存的缺陷之一，这些问题亟待解决。
第三、发明内容
本发明针对目前流行的基于单边带调制循环频移生成多载波光源方案中存在的缺陷，提供一种能够产生频率精确锁定、高平坦度、稳定性高的多载波光源，在达到目标数量的光谱前提下，减少实际有效循环的次数，降低环路中的谐波干扰和ASE噪声累加，提高系统的稳定性，增强了系统的性能。
本发明的基本结构如附图1所示，该结构中主要设备为：一个连续谱激光器（101）、两个偏振控制器（102、113）、一个3dB耦合器（103）、一个马赫曾德尔强度调制器（104）、两个光衰减器（105、112）、一台高分辨率光谱仪（106）、两个微波源（107、116）、三个射频放大器（108、115、117）、一个IQ调制器（109）、一个带通滤波器（110）、一个掺铒光纤放大器（111）和一个移相器（114）。
连续谱激光器（101）的输出端口经过偏振控制器（102）与3dB耦合器（103）的其中一个输入端口相连，3dB耦合器的其中一个输出端口和IQ调制器（109）的输入端口相连，IQ调制器的输出端口依次和带通滤波器（110）、掺铒光纤放大器（111）、光衰减器（112）、偏振控制器（113）相连接，其输出结果作为3dB耦合器的另一个输入端口。而3dB耦合器的另一输出端口则经过马赫曾德尔强度调制器（104）和光衰减器（105）后，输出端口和光谱仪（106）相连接，并进行测试和观察。其中，微波源（116）生成的正弦射频信号分为两路，分别与功率放大器（115、116）相连。其中一路射频信号经过移相器（114）后，和另一路射频信号共同作为射频驱动信号加载到IQ调制器上。微波源（107）生成的正弦信号经过功率放大器（108）后，作为马赫曾德尔调制器的驱动信号。
本发明的方案中，在目前流行的基于单边带调制循环频移生成多载波光源的方案中做出增强型改进，在其输出端口增加了精心设置的射频信号和偏置电压，可以实现在相同的循环条件下，与基于单边带调制循环频移方案相比较，生成的多载波光源数量得以加倍。也可以在达到目标数量的多载波光源的前提下，大大减少了有效循环的次数，降低了循环环路中的ASE噪声和谐波干扰的累加，增强了系统的稳定性和输出性能。
附图说明
图1：外加强度调制器的循环频移多载波光源生成方案
图2：IQ调制器基本结构图
图3：马赫曾德尔强度调制器基本结构图
图4：激光器的光谱图
图5：第一次循环中IQ调制器的输出光谱图
图6：目前流行的单边带调制循环频移的生成多载波光源光谱图
图7：外加强度调制器的循环频移生成的多载波光源光谱图
第四、具体实施方式
假设连续光谱激光器发出中心频率为f0的光谱，可以表示为：Ein=A×exp(j2πf0t)，其中为输入光的幅值，f0为输入光的中心频率，其光谱图如附图4所示。
输入光在经过IQ调制器后实现了单边带调制，使得光谱中心发生频移。
IQ调制器的基本结构如附图2所示，端口201为IQ调制器的光输入端口，端口202和端口203分别为下路马赫曾德尔强度调制器的射频输入端，端口204和端口205分别为上路马赫曾德尔强度调制器的射频输入端，端口206和端口207为上路马赫曾德尔强度调制器的偏置电压输入点，端口208和端口209为上路马赫曾德尔强度调制器的偏置电压输入点，端口210为IQ调制器下路偏置电压点，端口211为IQ调制器的光输出端口。
端口201输入光等分为两路，分别经过加载不同输入信号和偏置电压马赫曾德尔调制器的调制，其中一路信号又经过了-90度的相移，最终将两路信号耦合输出。当204、205端口的射频输入为Signal_up=VRF×cos(2πfmt)，202、203端口的射频输入为Signal_low=VRF×sin(2πfmt)，206、207端口输入偏置电压为DC_up，208、209端口的输入偏置电压为DC_low，210端口的输入电压为其中VRF为射频信号的幅值，fm为微波源发出射频信号的频率，Vπ为调制器的半波电压。则端口211的输出结果可以表示为：
E out _ IQMZM = 1 2 2 E in { [ exp ( jπ Signal _ up + DC _ up V π ) + exp ( - jπ Signal _ up + DC _ up V π ) ] + j × [ exp ( jπ × Signal _ up + DC _ up V π ) + exp ( - jπ × Signal _ up + DC _ up V π ) ] } - - - ( 1 ) ]]>
当时，根据贝塞尔函数展开式，上式可展开为：
E out _ IQMZM = 1 2 2 E in × Σ n = - ∞ ∞ [ 1 - ( - 1 ) n ] × [ 1 - ( j ) n + 1 ] × J n ( πβ ) exp ( j 2 πn f m t ) = Σ n = 4 k + 1 k = - ∞ 2 2 E in × J n ( πβ ) exp ( j 2 πn f m t ) - - - ( 2 ) ]]>
其中，为IQ调制器的调制深度，Jn(πβ)为第一类贝塞尔函数。
在合适的调制深度β下，当n大于3时，Jn(πβ)的趋近于0，并且由于3阶谐波的峰值与1阶谐波峰值相差很大，引起的干扰很小，故而IQ调制器的输出可近似于：
E out _ IQMZM = 2 2 A × J 1 ( πβ ) exp [ j 2 π ( f 0 + f m ) t ] + N IQ _ noise - - - ( 3 ) ]]>
其中NIQ_noise为IQ调制器引入的谐波干扰。
可看出，当输入光谱通过IQ调制器之后，输入光谱的中心频率从fm频移到f0+fm，而幅值衰减为A×J1(πβ)，其波形如附图5所示。为保证输出多载波光源的平坦度，单次循环过程中IQ调制器输出后需要利用掺铒光纤放大器进行放大补偿，同时又需要利用带通滤波器来控制输出的多载波光源的数量。
假定利用带通滤波器滤出了M条多载波光源，则最终从3dB耦合器输出的多载波光源可近似于：
E out _ coupler = Σ n = 0 M - 1 { A × epa [ j 2 π ( f 0 + n f m ) t ] } + N noise - - - ( 4 ) ]]>
其中Nnoise为循环过程中引入的ASE噪声和3阶谐波引入的微量干扰，输出的波形如附图6所示。
为了增加生成的光谱数量，并降低循环次数，从而较少噪声和干扰的引入，故而将3dB耦合器输出的光谱再次经过马赫曾德尔调制器，进行了增强型调制。
马赫曾德尔强度调制器的基本结构如附图3所示，301端口和306端口分别为调制器的光输入和输出端口，302端口和303端口分别为马赫曾德尔强度调制器的上下臂射频输入端口，304端口和305端口分别为马赫曾德尔强度调制器的上下臂偏置电压点。
当调制器的302端口和303端口的输入射频信号都为304端口和305端口的偏置电压分别为DC′up和DC′low，其中V′RF为射频信号的幅值，为射频信号的频率，马赫曾德尔强度调制器的传输函数为：
H MZM = 1 2 × [ exp ( jπ × Signal + DC up ′ V π ) + exp ( - jπ × Signal + DC low ′ V π ) ] - - - ( 6 ) ]]>
当DC_up和DC_low的和值为Vπ时，根据贝塞尔函数，上式可展开为：
H MZM = 1 2 × Σ n = - ∞ ∞ [ 1 - ( - 1 ) n ] × J n ( πβ ′ ) exp ( j 2 πn f m 4 t ) - - - - ( 7 ) ]]>
其中为此处马赫曾德尔调制器的调制深度，Jn(πβ′)为第一类贝塞尔函数。
在合适的调制深度β′下，当n大于3时，Jn(πβ′)的趋近于0，并且由于3阶谐波的峰值与1阶谐波峰值相差很大，引起的干扰很小，故而马赫曾德尔调制器的传输函数可近似为：
H MZM = J 1 ( πβ ′ ) exp ( j 2 π f m 2 t ) + J 1 ( πβ ′ ) exp ( - j 2 π f m 2 t ) + N MZM _ noise - - - ( 8 ) ]]>
其中NMZM_noise为马赫曾德尔调制器传输函数的谐波微量干扰。
故而当3dB耦合器输出的多载波光源经过马赫曾德尔调制器后，输出的结果近似于：
E out _ IQMZM = E out _ coupler × H MZM = Σ n = 0 M - 1 A ′ × { exp [ j 2 π ( f 0 + n f m ) t ] + exp [ j 2 π ( f 0 + n f m + 1 2 f m ) t ] } + N - - - ( 9 ) ]]>
其中A′为系统输出的各多载波光源的幅值，N为系统的总噪声。
方案的最终输出如波形如附图7所示。
从上述可知，当系统输入中心频率为f0的激光器光谱，其输出为2M条稳定的多载波光源，其中M是基于单边带调制循环频移方案生成的多载波光源目标数量，也即环路中实际有效的循环次数。
可见，与基于单边带调制循环频移方案相比较，在相同的循环条件下，本方案生成的多载波光源数量得以加倍。
在循环环路中，虽然IQ调制器的3阶串扰和掺铒光纤放大器的ASE噪声的对单次的循环影响较小，但是随着实际有效的循环次数增加时，会对生成的多载波光源的稳定性造成较大影响，故而在生成稳定且足够数量的多载波光源生成方案中，有效地减少实际循环次数至关重要。
在目前流行的单边带调制循环频移生成系统中，每进行一次循环只能产生一条多载波光源。在本发明的方案中，通过在目前流行的单边带调制循环频移的多载波光源生成方案中，外加了精心配制的强度调制器。在生成目标数量的多载波光源的前提下，可以有效地减少一半的有效循环次数，增强了系统对ASE噪声和载波串扰的抵抗力，提高了系统的稳定性。
和目前已有的技术相比较，本发明具有以下优势：
1.在达成目标的多载波光源数量的前提下，有效减少循环次数，降低系统中不良因素的干扰；
2.在相同的循环条件下，生成的多载波光源数量加倍，更符合超高速大容量光纤传输系统中光源的选择需求；
3.生成的多载波光源频率间隔稳定，并可以灵活改变；
4.相比于多边带调制生成的多载波光源生成方案，本方案避免了大量谐波间的干扰，系统的稳定性得到了保证。
强度调制器 二篇：
能实现双向调制的铌酸锂强度调制器及光收发模块
第一、技术领域
本发明涉及一种铌酸锂强度调制器，尤其涉及一种能实现双向调制的铌酸锂强度调制器及光收发模块。
第二、背景技术
铌酸锂强度调制器具有传输容量大、传输质量高、中继距离长、抗电磁干扰性能好、保密性能好等优异性能，广泛应用于高速网络计算机的互连、传感器融合、数据融合、图像融合、综合探测、光控相控阵雷达、电子战等领域的光收发系统中。
现有的铌酸锂强度调制器芯片结构如图1所示，该器件能够将高速电信号调制到光信号，其调制原理为：在行波电极上加载微波信号后，行波电极区域内的光波导的折射率就会随之发生变化，进而使得在光波导内穿行的光信号的相位发生改变，从而实现电光信号的转换，起到调制作用。
在调制时，只有当行波电极中的微波传输方向与光波导中的光波传输方向相同时（即电信号从射频输入端进入，光信号从C端进入向D端传输），才能起到调制作用，如果微波与光波的传输方向相反（即电信号从射频输入端进入，光信号从D端进入向C端传输），则不能起到调制作用，因此，现有的的铌酸锂强度调制器仅能对单一方向的光信号进行调制。
随着技术的进步，在很多光收发系统中往往需要同时将发射信号和接收信号都调制到光路上再进行传输，为了满足这种需求，较为理想的手段是通过一套调制系统来同时对两个方向传输的光进行调制，图2给出了一种现有的、能同时对两个方向传输的光进行调制的器件方案，该方案中采用两只铌酸锂强度调制器来分别搭建两个独立的光路，其中一路（靠下侧那路）用于将电信号调制到光路经由光电探测器转换为电信号再通过天线发射出去，另一路（靠上侧那路）则将从天线接收到的电信号调制到光路中并经光电探测器转换为电信号进行接收，虽然该方案实现了对两个方向传输的光进行同时调制的目的，但由于需要用两只铌酸锂强度调制器来搭建两个独立的光路，导致系统体积较大、不利于小型化，而且成本也较高。
第三、发明内容
针对第二、背景技术中的问题，本发明提出了一种能实现双向调制的铌酸锂强度调制器，其结构为：所述铌酸锂强度调制器由铌酸锂衬底、MZI型波导、两组行波电极、偏置电极和缓冲层组成；所述缓冲层覆盖在铌酸锂衬底的波导面上（此处所指“波导面”即铌酸锂衬底上用于设置MZI型波导的那侧端面），所述MZI型波导设置于缓冲层下方的铌酸锂衬底表层；所述MZI型波导中部由两根互相平行的波导段所形成的区段记为调制段，两根互相平行的波导段分别记为第一分支波导和第二分支波导；所述偏置电极设置于缓冲层表面，偏置电极所覆盖的区域与调制段的一端重叠（偏置电极是调制器上的必备元件，其作用是使强度调制器工作于线性区、保证其输出光信号的动态范围最大）；两组行波电极设置在缓冲层表面，两组行波电极之间留有间隙，两组行波电极所覆盖的区域分别形成两个调制区，第一分支波导从第一调制区穿过，第二分支波导从第二调制区穿过；对应第一调制区的行波电极记为第一行波电极，第一行波电极的左端为射频输入端、右端连接电阻；对应第二调制区的行波电极记为第二行波电极，第二行波电极的右端为射频输入端，第二行波电极的左端连接电阻。
参见图3，采用本发明方案后，由于单组行波电极对应的调制区内只有一根分支波导穿过，再加上行波电极只对传输方向与微波信号相同的光信号具有调制作用，因此，第一行波电极只对第一分支波导内从A端传向B端的光信号具有调制作用，第二行波电极只对第二分支波导内从B端传向A端的光信号具有调制作用，这就在只采用了一只铌酸锂强度调制器的条件下实现了双向调制，与现有技术相比，本发明的集成度更高、体积更小、成本更低。
本发明不仅限于铌酸锂衬底材料的强度调制器。
基于前述方案，本发明还提出了一种能实现双向调制的光收发模块，其结构为：所述光收发模块由铌酸锂强度调制器、两个光电探测器、两个光源、三端口环形器、天线和两个耦合器组成；所述铌酸锂强度调制器由铌酸锂衬底、MZI型波导、两组行波电极、偏置电极和缓冲层组成；所述缓冲层覆盖在铌酸锂衬底的波导面上，所述MZI型波导设置于缓冲层下方的铌酸锂衬底表层；所述MZI型波导中部由两根互相平行的波导段所形成的区段记为调制段，两根互相平行的波导段分别记为第一分支波导和第二分支波导；所述偏置电极设置于缓冲层表面，偏置电极所覆盖的区域与调制段的一端重叠；两组行波电极设置在缓冲层表面，两组行波电极之间留有间隙，两组行波电极所覆盖的区域分别形成两个调制区，第一分支波导从第一调制区穿过，第二分支波导从第二调制区穿过；对应第一调制区的行波电极记为第一行波电极，第一行波电极的左端为射频输入端、右端连接电阻；对应第二调制区的行波电极记为第二行波电极，第二行波电极的右端为射频输入端，第二行波电极的左端连接电阻；MZI型波导上的两个集束端中，靠近第一行波电极左端的那个集束端记为A端，靠近第二行波电极右端的那个集束端记为B端；所述耦合器为1×2耦合器；第一耦合器的收发复用端与A端连接，第一耦合器的输入端与第一光源连接，第一耦合器的输出端与第一光电探测器连接；第二耦合器的收发复用端与B端连接，第二耦合器的输入端与第二光源连接，第二耦合器的输出端与第二光电探测器连接；第二光电探测器的输出端与三端口环形器的第一输入端连接，三端口环形器的第二输入端与天线连接，三端口环形器的输出端与第二行波电极的射频输入端连接；从天线接收到的信号从第二行波电极的射频输入端进入后，最终从第一光电探测器的输出端向外输出；待发送的信号从第一行波电极的射频输入端进入后，通过第二光电探测器的输出端进入三端口环形器内，并最终通过天线向外发送。
前述光收发模块中，各个组成部分的功能分别为：
所述铌酸锂强度调制器的原理如前所述；当待发送的信号从第一行波电极的射频输入端进入后，第一行波电极就将其调制到在第一分支波导内传输的光信号中，调制好的光信号从B端输出至第二耦合器中，被第二光电探测器采集后，通过三端口环形器传输至天线并向外发送；由天线接收到的信号，经三端口环形器传输后进入第二行波电极的射频输入端，第二行波电极就将其调制到在第二分支波导内传输的光信号中，调制好的光信号从A端输出至第一耦合器中，被第一光电探测器采集后向外输出；
所述耦合器用于连接铌酸锂强度调制器、光电探测器和光源；
所述光电探测器用于将光信号转换为电信号；
所述三端口环形器的作用是：使电信号单向环形传输；
所述天线用于接收和发送相应的信号；本领域技术人员应该清楚，天线和三端口环形器之间还设置有用于对接收和发射信号进行处理的相关电路（比如放大电路等），由于他们与本发明的改进点相关性不大，故本文中未作阐述；
为了改善本发明的性能，发明人还提出了如下优选方案：所述铌酸锂衬底采用Z切铌酸锂晶体制作。铌酸锂晶体的Z方向具有最大的调制电光系数。
另外，发明人还对行波电极和分支波导的相对位置作了如下优化设计：所述行波电极由一根中心电极和两根地电极组成，两根地电极分别位于中心电极的两侧；所述分支波导位于相应中心电极的正下方。将分支波导设置在中心电极的正下方，可以使光场与电场最大限度地重叠在一起，提高调制效率。
本发明的有益技术效果是：提供了一种能实现双向调制的铌酸锂强度调制器，与现有技术的双向调制手段相比，本发明集成度更高、体积更小、成本更低。
附图说明
图1、现有技术中用于对单向光信号进行调制的铌酸锂强度调制器结构示意图；
图2、现有技术中能对双向光信号进行调制的器件原理示意图；
图3、本发明的铌酸锂强度调制器结构示意图；
图4、本发明的光收发模块原理示意图；
图5、铌酸锂衬底上行波电极中部断面示意图；
图中各个标记所对应的名称分别为：铌酸锂衬底1、MZI型波导2、第一分支波导2-1、第二分支波导2-2、行波电极3、中心电极3-1、地电极3-2、射频输入端3-3、电阻3-4、偏置电极4、缓冲层5、光电探测器6、光源7、三端口环形器8、天线9、铌酸锂强度调制器10、耦合器11。
第四、具体实施方式
一种能实现双向调制的铌酸锂强度调制器，其结构为：所述铌酸锂强度调制器由铌酸锂衬底1、MZI型波导2、两组行波电极3、偏置电极4和缓冲层5组成；所述缓冲层5覆盖在铌酸锂衬底1的波导面上，所述MZI型波导2设置于缓冲层5下方的铌酸锂衬底1表层；所述MZI型波导2中部由两根互相平行的波导段所形成的区段记为调制段，两根互相平行的波导段分别记为第一分支波导2-1和第二分支波导2-2；所述偏置电极4设置于缓冲层5表面，偏置电极4所覆盖的区域与调制段的一端重叠；两组行波电极3设置在缓冲层5表面，两组行波电极3之间留有间隙，两组行波电极3所覆盖的区域分别形成两个调制区，第一分支波导2-1从第一调制区穿过，第二分支波导2-2从第二调制区穿过；对应第一调制区的行波电极3记为第一行波电极3，第一行波电极3的左端为射频输入端、右端连接电阻；对应第二调制区的行波电极3记为第二行波电极3，第二行波电极3的右端为射频输入端，第二行波电极3的左端连接电阻。
进一步地，所述铌酸锂衬底1采用Z切铌酸锂晶体制作。
进一步地，所述行波电极3由一根中心电极3-1和两根地电极3-2组成，两根地电极3-2分别位于中心电极3-1的两侧；所述分支波导位于相应中心电极3-1的正下方。
一种能实现双向调制的光收发模块，其结构为：所述光收发模块由铌酸锂强度调制器、两个光电探测器6、两个光源7、三端口环形器8、天线9和两个耦合器11组成；
所述铌酸锂强度调制器由铌酸锂衬底1、MZI型波导2、两组行波电极3、偏置电极4和缓冲层5组成；所述缓冲层5覆盖在铌酸锂衬底1的波导面上，所述MZI型波导2设置于缓冲层5下方的铌酸锂衬底1表层；所述MZI型波导2中部由两根互相平行的波导段所形成的区段记为调制段，两根互相平行的波导段分别记为第一分支波导2-1和第二分支波导2-2；所述偏置电极4设置于缓冲层5表面，偏置电极4所覆盖的区域与调制段的一端重叠；两组行波电极3设置在缓冲层5表面，两组行波电极3之间留有间隙，两组行波电极3所覆盖的区域分别形成两个调制区，第一分支波导2-1从第一调制区穿过，第二分支波导2-2从第二调制区穿过；对应第一调制区的行波电极3记为第一行波电极3，第一行波电极3的左端为射频输入端、右端连接电阻；对应第二调制区的行波电极3记为第二行波电极3，第二行波电极3的右端为射频输入端，第二行波电极3的左端连接电阻；
MZI型波导2上的两个集束端中，靠近第一行波电极3左端的那个集束端记为A端，靠近第二行波电极3右端的那个集束端记为B端；
所述耦合器11为1×2耦合器；第一耦合器11的收发复用端与A端连接，第一耦合器11的输入端与第一光源7连接，第一耦合器11的输出端与第一光电探测器6连接；第二耦合器11的收发复用端与B端连接，第二耦合器11的输入端与第二光源7连接，第二耦合器11的输出端与第二光电探测器6连接；
第二光电探测器6的输出端与三端口环形器8的第一输入端连接，三端口环形器8的第二输入端与天线9连接，三端口环形器8的输出端与第二行波电极3的射频输入端连接；
从天线9接收到的信号从第二行波电极3的射频输入端进入后，最终从第一光电探测器6的输出端向外输出；待发送的信号从第一行波电极3的射频输入端进入后，通过第二光电探测器6的输出端进入三端口环形器8内，并最终通过天线9向外发送。
进一步地，所述铌酸锂衬底1采用Z切铌酸锂晶体制作。
进一步地，所述行波电极3由一根中心电极3-1和两根地电极3-2组成，两根地电极3-2分别位于中心电极3-1的两侧；所述分支波导位于相应中心电极3-1的正下方。
强度调制器 三篇：
基于强度调制器的光源强度噪声抑制数字双闭环方法
第一、技术领域
本发明属于光纤陀螺第一、技术领域，具体涉及对光纤陀螺用超荧光光纤光源的强度噪声的抑制技术，具体涉及一种基于强度调制器的光源强度噪声抑制数字双闭环方法。
第二、背景技术
光纤陀螺作为发展极为迅速的一种新型惯性角速度传感器，在越来越多的领域中成为主选惯性器件，成为下一代惯性器件的主要研究方向。光纤陀螺除了具有无运动部件、无加速度引起的误差的优点外，其与传统机电陀螺的一个重要区别是存在着较大的光学噪声，而其中主要的一种噪声是宽谱光源所带来的噪声。
光纤陀螺的噪声直接影响光纤陀螺的随机游走系数、零偏不稳定性等性能指标，并直接决定着光纤陀螺的最小检测灵敏度，所以对光纤陀螺的噪声进行抑制是非常重要的。
光纤陀螺的宽谱光源的噪声主要包括热噪声、散粒噪声和强度噪声。强度噪声是由于宽谱光源的拍频引起的，是由于宽谱光源的各种Fourier(傅里叶)分量之间的拍频引起的附加噪声，它的大小随着光源的光强的增大而增大。强度噪声的大小与光源输出功率的大小成正比，当光源功率超出一定值时，强度噪声就超过散粒噪声和热噪声，这时，信噪比将不再随着光功率的增加而提高，而是趋近于一个饱和值，强度噪声就成为光源噪声中最主要的部分。
抑制光纤陀螺光源中的强度噪声，可以有效地提高光纤陀螺的信噪比，从而提高光纤陀螺的检测精度，对实现光纤陀螺的实际应用具有重要意义。目前，光纤陀螺强度噪声抑制技术方法主要有：强度噪声对消技术方案、采用高速强度调制器方案和相减补偿技术方案等。
在这些方法中，采用高速强度调制器的方案是近年来应用比较多的一种方法，这种方法提供的一种强度噪声抑制的装置的结构如图1所示，该抑制装置主要包括：光线光源、强度调制器、耦合器、光探测器和高宽带的伺服控制器。该抑制装置的工作原理如下：高速的强度调制器置于光纤光源和耦合器之间，从光线光源发出的光信号到达强度调制器，强度调制器对接收到的光信号进行调制；强度调制器将经过调制的光输出给耦合器，耦合器分出的一部分光被光探测器探测到，光探测器对接收到的光信号进行采样得到电流信号并转换为电压信号。光探测器将电压信号输出到高带宽的伺服控制器上，该伺服控制器对接收到的电压信号进行处理后，提供一个负反馈控制信号给强度调制器。然后，强度调制器利用上述负反馈控制信号来抑制后续接收到的光信号的强度噪声。
基于强度调制器的数字强度噪声抑制方案主要包括高速强度调制器、光纤耦合器、光电探测器、滤波器和宽带控制电路。该方案主要包括：对强度调制器输出的光信号进行采样得到电压信号，对所述电压信号进行解调，根据解调结果产生控制信号，所述控制信号中包括对光信号功率进行调整的功率控制信号和对强度调制器的工作点进行调整的调制方波信号。所述强度调制器根据接收到的控制信号中的控制功率信号对接收到的光信号的功率进行调制，根据接收到的控制信号中的调制方波信号，对强度调制器的工作点进行调整，使强度调制器的工作点保持稳定。该方案存在如下缺点：
1)对于强度调制器的工作点控制，使用了检测调制方波的方案。该方案中，必须要引入调制方波信号。该信号的引入，会影响强度调制器正常工作时对于强度噪声的抑制效果，同时该调制方波信号对于抑制噪声的过程来说，也是一种噪声的引入。对于噪声抑制系统来说，新引入噪声对于系统有着很大的危害，甚至会导致整个抑制系统的失效。
2)该方案中，强度噪声抑制的闭环抑制算法部分问题较多，闭环反馈控制的效果并不明显，同时闭环抑制算法中，并未考虑相位补偿的环节，导致闭环抑制中产生相位漂移，该相位漂移直接导致闭环过程中抑制噪声的作用没有得到很好的发挥。
使用强度调制器的模拟反馈控制方案中，高带宽伺服回路使用的模拟伺服电路，该方案的结构如图2所示。可以看出，该闭环反馈方案和基于强度调制器的数字强度噪声抑制方案类似，但是该方案使用的是模拟伺服控制器，同时没有对强度调制器进行抑制。该方案中的伺服回路的简图如图3所示，301和302所标示的是两个运算放大器。伺服控制回路的第一级运放电路为高通滤波放大，只对偏置调制频率以上的频率提供增益。在低于偏置调制频率的频率上，第一级运放电路的增益很小，由电容C1、电阻R1和电阻R3决定。增益的峰值一般出现在偏置调制频率附近，并由电阻R1和电容C2决定。为了使伺服回路稳定，当总的开环增益超过1时，这一级的增益应该保持为常数。伺服回路的第二级运放电路同样为高通滤波放大，只对偏置调制频率以上的频率提供增益，在低于偏置调制频率的频率上，信号增益很小。该方案存在两个问题：
1)该方案中使用的关键器件为强度调制器，其工作中存在的重要问题就是强度调制器工作点的漂移问题，该器件的工作点极易受到环境温度、湿度和电磁场等环境因素变化的影响，工作点的漂移直接导致系统对于强度噪声抑制效果下降，控制信号不稳定，甚至使整个抑制系统失效。但该方案中未使用任何技术来解决这个问题。
2)该方案中模拟伺服回路的控制精度较低，对强度噪声抑制的效果较差，同时由于使用的是模拟电路进行控制，更改抑制频段时相当麻烦，需要对整个伺服控制回路进行更改。
第三、发明内容
本发明对基于强度调制器的强度噪声抑制的数字闭环方案进行改进，目的是为了解决目前同类方案中出现的闭环精度不好，噪声抑制效果差的问题，同时，本发明还达到较好的噪声抑制效果，提高光纤陀螺光源的信噪比。
本发明提供了一种基于强度调制器的光源强度噪声抑制数字双闭环方法，基于现有强度调制器的光源强度噪声抑制方案，采用数字双闭环的方案，使用两个闭环回路，分别用来进行强度噪声的抑制和强度调制器工作点的稳定，第一闭环回路使用强度调制器进行强度噪声的抑制，第二闭环回路用于稳定强度调制器工作点的偏置电压，或称为稳定强度调制器的偏置工作点，使强度调制器的偏置工作点不再漂移，工作稳定。
本发明中第二闭环稳定强度调制器工作点的偏置电压，包括开机寻找工作点和工作时进行控制两个部分。
开机寻找工作点具体是：对强度调制器的偏置电压进行扫描，从-Vπ扫描到Vπ，Vπ为强度调制器的半波电压，记录每个扫描值时光电探测器的输出电压，找到光电探测器的输出电压的最大值和最小值，对应找到强度调制器最大输出光功率点时的偏置电压Vb0max和最小输出光功率点时的偏置电压Vb0min，则开机设置强度调制器的偏置电压Vb0为：
V b 0 = 1 2 V b 0 min + 1 2 V b 0 max ]]>
Vb0所对应的光电探测器的输出电压为工作点时光电探测器的理想输出电压。
工作时进行控制具体是：实时监测光电探测器的输出电压，将光电探测器的实际输出电压与工作点时光电探测器的理想输出电压进行比较，获得对应的偏置电压差值，将得到的偏置电压差值反馈至强度调制器，控制强度调制器的偏置电压在[Vb0-a,Vb0+b]内，其中参数a和b取值均在[0,0.5]之内。
本发明中第一闭环使用强度调制器进行强度噪声的抑制的步骤为：
第1步，对光电探测器输出的光强信号进行预处理，去除光强信号中的低频成分并将光强信号数字化；
第2步，将得到的数字光强信号进行滤波，保持信号的相位稳定；
第3步，对滤波后的数字光强信号进行相位补偿，具体是：根据中心频率处的时间延迟，在全频段对滤波后的信号进行时间补偿；
第4步，将经过相位补偿后的数字光强信号转换为模拟光强信号，反馈至强度调制器的射频控制端。
本发明的优点与积极效果在于：
(1)本发明采用数字双闭环的方案对光纤陀螺用光源的强度噪声进行抑制，解决了闭环精度不好，噪声抑制效果差的问题，达到较好的噪声抑制效果，提高光纤陀螺光源的信噪比，提高了整个系统的性能，且本发明中使用数字伺服控制回路，更改抑制频段时只需要更改数字逻辑器件中的程序即可以对抑制频段进行改变；
(2)本发明使用了新的噪声抑制方法，能够使噪声抑制达到较优的效果，极大的提高了噪声抑制的效果，同时对噪声抑制方法的相位延迟进行了控制和补偿，使得整个系统相位上保持稳定，使得相位对闭环噪声抑制的影响降到最小；
(3)在偏置工作点控制的第二闭环回路中，本发明使用了平均功率的方法，避免了加入调制方波的方案对于强度调制器正常工作即强度噪声抑制的影响；在偏置工作点控制中，除了不加入调制信号外，所使用的平均功率中的系数可以根据所控制工作点的要求的变化而变化，可以使所控制的强度调制器工作在最低点、中间点和最高点。
附图说明
图1是采用高速强度调制器抑制光源强度噪声的结构示意图；
图2是使用强度调制器的模拟反馈控制方案示意图；
图3是使用强度调制器的模拟反馈控制方案中伺服控制回路的结构示意图；
图4是本发明的光源强度噪声抑制数字双闭环方法的原理示意图；
图5是强度调制器P-V曲线图。
第四、具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明的基于强度调制器的光源强度噪声抑制数字双闭环方法，采用数字双闭环的方案，使用两个闭环回路，分别用来进行强度噪声的抑制和强度调制器工作点的稳定，并对之前的同类方案进行了两大改进。首先本发明提出了一种新的闭环噪声抑制方法，使用了最优化滤波器的设计思想设计噪声抑制方法，能够使噪声抑制系统达到较好的效果。所使用的闭环抑制方法中，加入了信号相位延迟补偿的环节，使得整个系统相位上保持稳定，使得相位对闭环噪声抑制的影响降到最小。该闭环抑制方法可以使闭环噪声抑制的效果得到很大的提高，绝大多数噪声都能够得到抑制。其次本发明针对强度调制器偏置工作点控制回路进行了优化，设计了偏置工作点闭环反馈新方案。对于之前需要加入调制方波的方案进行了改进，使用了平均功率方法，避免了之前方案中加入调制方波对于强度调制器正常工作即强度噪声抑制的影响。同时通过一个初始化的过程，尽量减小了工作过程中偏置电压的大幅度波动。
本发明所使用的系统是基于强度调制器的数字双闭环强度噪声抑制系统。使用强度调制器抑制光纤陀螺光源强度噪声的已经有了一定的应用，该方案的主要特点是使用强度调制器进行闭环反馈控制，通过调节强度调制器的输出，达到抑制光源强度噪声的目的。
由于数字闭环的快速性和方便性，使用数字闭环的方法来控制强度调制器，进而对光源强度噪声进行抑制。同时，由于强度调制器的工作过程中，会出现工作点的漂移，影响强度调制器的工作，本发明同样采用数字闭环的方法来抑制强度调制器的工作点的漂移，因此本发明使用数字双闭环的方法来抑制光纤陀螺光源的强度噪声。
本发明的基于强度调制器的光源强度噪声抑制数字双闭环方法的原理如图4所示。如图4所示，该双闭环的方案中，第一闭环通过光电探测器获得光源的强度信号，并通过数字滤波和相位补偿处理，得到数字闭环的反馈值，反馈到强度调制器，通过强度调制器实现对强度噪声的闭环反馈抑制；第二闭环通过光电探测器获得光源的强度信号，通过光强信号获得通过强度调制器的功率信号，进而通过功率探测方法，获得强度调制器的偏置工作点的稳定电压，并加在强度调制器上，实现对强度调制器的偏置工作点的闭环反馈控制。
本发明所提出的强度噪声抑制方法包括以下几个步骤，其中，第2步和第3步是在高宽带的伺服控制器中实现：
第1步，对光电探测器输出的光强信号进行预处理，去除光强信号中的低频成分并将光强信号数字化。由于强度噪声抑制的抑制目标是光源中的高频噪声成分，因此在预处理时，将低频噪声成分滤除，避免对后续信号处理产生影响。同时，由于光电探测器输出的光强信号是模拟信号，所以必须将其进行采样，获得数字光强信号用于数字闭环处理。
第2步，将经过预处理得到的数字光强信号通过设计的噪声伺服抑制系统，进行数字滤波，以保持信号的相位稳定。噪声伺服抑制系统也就是滤波系统。
本步骤噪声伺服抑制系统的设计方法如下：
该闭环中的噪声伺服抑制系统由于需要进行快速闭环反馈控制，因此对于系统的相位延迟有着很高的要求，需要保持严格精确的相位延迟特性。本发明使用最优化设计的方法来进行噪声伺服抑制系统的设计，这样的设计方法可以保证相位延迟特性，同时使相位延迟最小，使得快速闭环反馈控制成为可能。最佳设计的方法就是调节滤波系统的零点分布位置，使得实际的频率响应H(ejω)与理想频率响应Hd(ejω)间的绝对偏差最小，ω表示角频率，j表示虚部。本发明实施例中使用的是切比雪夫等纹波逼近法这样一种最优设计方法，采用“最大误差最小”的准则得到最佳的滤波系统，且最佳解唯一。也可以使用其他的滤波算法，对相位延迟的补偿，只要能够达到较好的滤波效果，且能使相位保持稳定即可。
切比雪夫等波纹逼近是采用加权逼近误差E(ejω)最小为出发点设计滤波系统的方法。
E(ejω)＝W(ejω)[Hd(ejω)-H(ejω)] (1)
式中，W(ejω)是加权函数，在公差要求高的频段上，可以取较大的加权值，否则取较小的加权值。对于本滤波系统，H(ejω)可以表示为
H ( e jω ) = e - jMω 2 Σ k = 0 ( M + 1 ) 2 - 1 2 h ( k ) cos ( ω ( M 2 - k ) ) - - - ( 2 ) ]]>
该方程即为该滤波系统的误差方程，其中，M表示在本次滤波采样之前的采样点数，h(k)表示在k点处的频率响应值。
由于可以通过对称性来保证滤波系统的相位特性，所以设计可以只考虑幅频特性而不考虑相频特性。因此，可以使用来代替H(ejω)，即
H ^ ( e jω ) = e - jMω 2 Σ k = 0 ( M + 1 ) 2 - 1 2 h ( k ) cos ( ω ( M 2 - k ) ) - - - ( 3 ) ]]>
使用该近似的误差方程进行计算，计算时使用雷米兹算法来进行计算，得到滤波系统的传递函数H(z)，z为复变量。
第3步，通过滤波系统的信号再经过相位补偿算法进行相位补偿。由于该滤波系统的线性相位特性，相位延迟是一定的，所以相位补偿在此可以转化为时间补偿。在本发明中，时间补偿部分由全通滤波器来实现，即在全频段上对信号进行一定的相位超前。通过估算滤波器系统的相位延迟，并估计中心频率处的时间延迟，针对中心频率进行相位补偿，采样全通滤波器进行时间补偿，在其他需抑制的频段也可以有较好的相位补偿效果。
第4步，将经过相位补偿后的数字光强信号通过数字转模拟(DAC)处理，转换为模拟光强信号，反馈至强度调制器的射频(RF)控制端，达到抑制所需要频段强度噪声的目的。
在提出新的强度噪声抑制方法的基础上，本发明使用了新的强度调制器偏置工作点控制方案。该新技术解决了之前需要加入调制方波才能进行偏置工作点控制的缺点，避免了加入调制方波对强度调制器正常工作即强度噪声抑制的影响。该方案的原理如下：
强度调制器由双Y波导构成，工作原理等效于Mach-Zehnder型干涉仪，工作时，强度调制器的工作点极易受到环境因素的影响，存在漂移的问题。
强度调制器的输出信号函数表达式如下：
这个函数表达了强度调制器输出光强与输入光强和偏置电压之间的关系。Pout是强度调制器输出的光功率；Pin是输入的光功率；Vb0是工作点的偏置电压，Vbm(t)是t时刻时强度调制器的工作电压，即调制电压；Vπ是强度调制器的标准参数即半波电压，表示将强度调制器的输出从最大调到最小时所需要改变的电压值；是由于外界环境因素如稳定、振动导致工作点漂移的随机相移。因此当Vbm(t)为零时，即强度调制器未工作时，P-V关系曲线如图5所示。图5中，横坐标表示偏置电压Vb，纵坐标表示输出光功率Pout。
由图5可以看出，当强度调制器工作在Quad+或者Quad-时，P-V曲线近似于线性，此时输出功率为最大功率和最小功率的中间值。这时加入工作电压Vbm(t)，可以使得工作电压所产生的效果近似于线性，因此应当将强度调制器的偏置工作点控制在该处。由于强度调制器受到外界环境因素的影响会导致工作点漂移，因此本发明设计了强度调制器偏置工作点稳定的闭环回路。在此，本发明使用功率测量的方案，无需加入低频调制信号，也就不会影响强度调制器的正常工作。其工作原理如下所述：
由于强度调制器的输出信号函数如式(4)所示，当强度调制器未开始工作时，Vbm(t)的电压为零，上式可以被改写为：
可以知道，当输出电压Pout取得最大值Poutmax时，式(5)的右边取得最大值，此时
即
假设k＝0，可以得到强度调制器最大输出光功率点时的偏置电压Vb0max的值为
当输出电压Pout取得最小值Poutmin时，式(5)的右边取得最小值，此时
即
假设k＝0，可以得到强度调制器最小输出光功率点时的偏置电压Vb0min为
强度调制器工作在所希望的线性工作点时，输出功率为最大输出功率和最小输出功率的中间值。因此，本发明根据下式来计算线性工作点时对应的偏置电压值P工作点如下：
将Poutmax和Poutmin代入上式可以得到：
工作点时的输出信号函数如下：
由上(13)和(14)两式，可以得到，在工作点时：
由上式可以解出，进一步可解得工作点时Vb0的值为
可以将工作点时的Vb0由Vb0min和Vb0max来表示：
V b 0 = 1 2 V b 0 min + 1 2 V b 0 max - - - ( 17 ) ]]>
因此，本发明利用平均功率的方法进行强度调制器偏置工作点控制的步骤如下：
平均功率测量的方案进行强度调制器偏置工作点稳定，包括开机寻找工作点和工作时进行长期控制两个部分。
开机工作点寻找的过程如下：
由伺服控制器对强度调制器进行偏置电压的扫描，从-Vπ扫描到Vπ，设置扫描间隔为0.01V。Vπ是强度调制器的半波电压。扫描间隔可根据需要设定，本发明实施例中设置的0.01V能获取较准确的工作点偏置电压，且不需要记录非常大数量的扫描值。
在偏置电压扫描的过程中，记录每个扫描值时光电探测器输出的电压值。由于光电探测器输出的电压值与强度调制器的输出光功率成比例关系，因此可以通过记录电压值间接得到强度调制器的输出光功率。通过记录光电探测器输出的电压值，可以得到其中光电探测器输出电压的最大值和最小值。这两个点即为强度调制器的最大输出光功率点Poutmax和最小输出光功率点Poutmin。
则对应可查得最大输出光功率点和最小输出光功率点时的偏置电压Vb0max和Vb0min。由上面推出的公式(17)可以得到正确偏置工作点时的偏置电压Vb0。
此时开机扫描过程结束，输出的Vb0即为正确的工作点的偏置电压，设置强度调制器开机的偏置电压为Vb0。
工作时，伺服控制器进行强度调制器偏置工作点稳定的过程如下：
通过开机扫描得到强度调制器在工作点的输出光功率和其对应的光电探测器输出电压，在工作时，通过实时监测，得到实时的光电探测器输出电压。通过查询扫描记录找到Vb0对应的光电探测器的输出电压，将该电压作为工作点时光电探测器理想的输出电压。
通过实时的光电探测器输出电压与工作点时光电探测器理想的输出电压进行比较，获得实际输出电压和理想输出电压的差值，根据该差值获取相应的偏置电压差值，将偏置电压差值作为反馈值输入给强度调制器的直流(DC)端，控制强度调制器的偏置电压与Vb0之间的误差实时地保持在一个限定值之内，进而达到闭环实时调整。例如，设控制强度调制器的偏置电压在[Vb0-a,Vb0+b]内，其中参数a和b取值均在[0,0.5]之内，可根据具体需要来设定。光电探测器输出的电压值与强度调制器的输出光功率成比例关系，根据之前的扫描记录值可计算出光电探测器的输出电压与强度调制器的偏置电压之间的比例关系。在获得光电探测器的实际输出电压后，通过查询之前的扫描记录值或者根据计算得到的比例关系，可获得光电探测器的实际输出电压对应的偏置电压与工作点偏置电压Vb0的差值，将得到的偏置电压差值在强度调制器的减掉，以稳定强度调制器工作点的偏置电压。
强度调制器 四篇：
基于强度调制器的光源强度噪声抑制数字双闭环方法
第一、技术领域
本发明属于光纤陀螺第一、技术领域，具体涉及对光纤陀螺用超荧光光纤光源的强度噪声的抑制技术，具体涉及一种基于强度调制器的光源强度噪声抑制数字双闭环方法。
第二、背景技术
光纤陀螺作为发展极为迅速的一种新型惯性角速度传感器，在越来越多的领域中成为主选惯性器件，成为下一代惯性器件的主要研究方向。光纤陀螺除了具有无运动部件、无加速度引起的误差的优点外，其与传统机电陀螺的一个重要区别是存在着较大的光学噪声，而其中主要的一种噪声是宽谱光源所带来的噪声。
光纤陀螺的噪声直接影响光纤陀螺的随机游走系数、零偏不稳定性等性能指标，并直接决定着光纤陀螺的最小检测灵敏度，所以对光纤陀螺的噪声进行抑制是非常重要的。
光纤陀螺的宽谱光源的噪声主要包括热噪声、散粒噪声和强度噪声。强度噪声是由于宽谱光源的拍频引起的，是由于宽谱光源的各种Fourier(傅里叶)分量之间的拍频引起的附加噪声，它的大小随着光源的光强的增大而增大。强度噪声的大小与光源输出功率的大小成正比，当光源功率超出一定值时，强度噪声就超过散粒噪声和热噪声，这时，信噪比将不再随着光功率的增加而提高，而是趋近于一个饱和值，强度噪声就成为光源噪声中最主要的部分。
抑制光纤陀螺光源中的强度噪声，可以有效地提高光纤陀螺的信噪比，从而提高光纤陀螺的检测精度，对实现光纤陀螺的实际应用具有重要意义。目前，光纤陀螺强度噪声抑制技术方法主要有：强度噪声对消技术方案、采用高速强度调制器方案和相减补偿技术方案等。
在这些方法中，采用高速强度调制器的方案是近年来应用比较多的一种方法，这种方法提供的一种强度噪声抑制的装置的结构如图1所示，该抑制装置主要包括：光线光源、强度调制器、耦合器、光探测器和高宽带的伺服控制器。该抑制装置的工作原理如下：高速的强度调制器置于光纤光源和耦合器之间，从光线光源发出的光信号到达强度调制器，强度调制器对接收到的光信号进行调制；强度调制器将经过调制的光输出给耦合器，耦合器分出的一部分光被光探测器探测到，光探测器对接收到的光信号进行采样得到电流信号并转换为电压信号。光探测器将电压信号输出到高带宽的伺服控制器上，该伺服控制器对接收到的电压信号进行处理后，提供一个负反馈控制信号给强度调制器。然后，强度调制器利用上述负反馈控制信号来抑制后续接收到的光信号的强度噪声。
基于强度调制器的数字强度噪声抑制方案主要包括高速强度调制器、光纤耦合器、光电探测器、滤波器和宽带控制电路。该方案主要包括：对强度调制器输出的光信号进行采样得到电压信号，对所述电压信号进行解调，根据解调结果产生控制信号，所述控制信号中包括对光信号功率进行调整的功率控制信号和对强度调制器的工作点进行调整的调制方波信号。所述强度调制器根据接收到的控制信号中的控制功率信号对接收到的光信号的功率进行调制，根据接收到的控制信号中的调制方波信号，对强度调制器的工作点进行调整，使强度调制器的工作点保持稳定。该方案存在如下缺点：
1)对于强度调制器的工作点控制，使用了检测调制方波的方案。该方案中，必须要引入调制方波信号。该信号的引入，会影响强度调制器正常工作时对于强度噪声的抑制效果，同时该调制方波信号对于抑制噪声的过程来说，也是一种噪声的引入。对于噪声抑制系统来说，新引入噪声对于系统有着很大的危害，甚至会导致整个抑制系统的失效。
2)该方案中，强度噪声抑制的闭环抑制算法部分问题较多，闭环反馈控制的效果并不明显，同时闭环抑制算法中，并未考虑相位补偿的环节，导致闭环抑制中产生相位漂移，该相位漂移直接导致闭环过程中抑制噪声的作用没有得到很好的发挥。
使用强度调制器的模拟反馈控制方案中，高带宽伺服回路使用的模拟伺服电路，该方案的结构如图2所示。可以看出，该闭环反馈方案和基于强度调制器的数字强度噪声抑制方案类似，但是该方案使用的是模拟伺服控制器，同时没有对强度调制器进行抑制。该方案中的伺服回路的简图如图3所示，301和302所标示的是两个运算放大器。伺服控制回路的第一级运放电路为高通滤波放大，只对偏置调制频率以上的频率提供增益。在低于偏置调制频率的频率上，第一级运放电路的增益很小，由电容C1、电阻R1和电阻R3决定。增益的峰值一般出现在偏置调制频率附近，并由电阻R1和电容C2决定。为了使伺服回路稳定，当总的开环增益超过1时，这一级的增益应该保持为常数。伺服回路的第二级运放电路同样为高通滤波放大，只对偏置调制频率以上的频率提供增益，在低于偏置调制频率的频率上，信号增益很小。该方案存在两个问题：
1)该方案中使用的关键器件为强度调制器，其工作中存在的重要问题就是强度调制器工作点的漂移问题，该器件的工作点极易受到环境温度、湿度和电磁场等环境因素变化的影响，工作点的漂移直接导致系统对于强度噪声抑制效果下降，控制信号不稳定，甚至使整个抑制系统失效。但该方案中未使用任何技术来解决这个问题。
2)该方案中模拟伺服回路的控制精度较低，对强度噪声抑制的效果较差，同时由于使用的是模拟电路进行控制，更改抑制频段时相当麻烦，需要对整个伺服控制回路进行更改。
第三、发明内容
本发明对基于强度调制器的强度噪声抑制的数字闭环方案进行改进，目的是为了解决目前同类方案中出现的闭环精度不好，噪声抑制效果差的问题，同时，本发明还达到较好的噪声抑制效果，提高光纤陀螺光源的信噪比。
本发明提供了一种基于强度调制器的光源强度噪声抑制数字双闭环方法，基于现有强度调制器的光源强度噪声抑制方案，采用数字双闭环的方案，使用两个闭环回路，分别用来进行强度噪声的抑制和强度调制器工作点的稳定，第一闭环回路使用强度调制器进行强度噪声的抑制，第二闭环回路用于稳定强度调制器工作点的偏置电压，或称为稳定强度调制器的偏置工作点，使强度调制器的偏置工作点不再漂移，工作稳定。
本发明中第二闭环稳定强度调制器工作点的偏置电压，包括开机寻找工作点和工作时进行控制两个部分。
开机寻找工作点具体是：对强度调制器的偏置电压进行扫描，从-Vπ扫描到Vπ，Vπ为强度调制器的半波电压，记录每个扫描值时光电探测器的输出电压，找到光电探测器的输出电压的最大值和最小值，对应找到强度调制器最大输出光功率点时的偏置电压Vb0max和最小输出光功率点时的偏置电压Vb0min，则开机设置强度调制器的偏置电压Vb0为：
Vb0所对应的光电探测器的输出电压为工作点时光电探测器的理想输出电压。
工作时进行控制具体是：实时监测光电探测器的输出电压，将光电探测器的实际输出电压与工作点时光电探测器的理想输出电压进行比较，获得对应的偏置电压差值，将得到的偏置电压差值反馈至强度调制器，控制强度调制器的偏置电压在[Vb0-a,Vb0+b]内，其中参数a和b取值均在[0,0.5]之内。
本发明中第一闭环使用强度调制器进行强度噪声的抑制的步骤为：
第1步，对光电探测器输出的光强信号进行预处理，去除光强信号中的低频成分并将光强信号数字化；
第2步，将得到的数字光强信号进行滤波，保持信号的相位稳定；
第3步，对滤波后的数字光强信号进行相位补偿，具体是：根据中心频率处的时间延迟，在全频段对滤波后的信号进行时间补偿；
第4步，将经过相位补偿后的数字光强信号转换为模拟光强信号，反馈至强度调制器的射频控制端。
本发明的优点与积极效果在于：
(1)本发明采用数字双闭环的方案对光纤陀螺用光源的强度噪声进行抑制，解决了闭环精度不好，噪声抑制效果差的问题，达到较好的噪声抑制效果，提高光纤陀螺光源的信噪比，提高了整个系统的性能，且本发明中使用数字伺服控制回路，更改抑制频段时只需要更改数字逻辑器件中的程序即可以对抑制频段进行改变；
(2)本发明使用了新的噪声抑制方法，能够使噪声抑制达到较优的效果，极大的提高了噪声抑制的效果，同时对噪声抑制方法的相位延迟进行了控制和补偿，使得整个系统相位上保持稳定，使得相位对闭环噪声抑制的影响降到最小；
(3)在偏置工作点控制的第二闭环回路中，本发明使用了平均功率的方法，避免了加入调制方波的方案对于强度调制器正常工作即强度噪声抑制的影响；在偏置工作点控制中，除了不加入调制信号外，所使用的平均功率中的系数可以根据所控制工作点的要求的变化而变化，可以使所控制的强度调制器工作在最低点、中间点和最高点。
附图说明
图1是采用高速强度调制器抑制光源强度噪声的结构示意图；
图2是使用强度调制器的模拟反馈控制方案示意图；
图3是使用强度调制器的模拟反馈控制方案中伺服控制回路的结构示意图；
图4是本发明的光源强度噪声抑制数字双闭环方法的原理示意图；
图5是强度调制器P-V曲线图。
第四、具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明的基于强度调制器的光源强度噪声抑制数字双闭环方法，采用数字双闭环的方案，使用两个闭环回路，分别用来进行强度噪声的抑制和强度调制器工作点的稳定，并对之前的同类方案进行了两大改进。首先本发明提出了一种新的闭环噪声抑制方法，使用了最优化滤波器的设计思想设计噪声抑制方法，能够使噪声抑制系统达到较好的效果。所使用的闭环抑制方法中，加入了信号相位延迟补偿的环节，使得整个系统相位上保持稳定，使得相位对闭环噪声抑制的影响降到最小。该闭环抑制方法可以使闭环噪声抑制的效果得到很大的提高，绝大多数噪声都能够得到抑制。其次本发明针对强度调制器偏置工作点控制回路进行了优化，设计了偏置工作点闭环反馈新方案。对于之前需要加入调制方波的方案进行了改进，使用了平均功率方法，避免了之前方案中加入调制方波对于强度调制器正常工作即强度噪声抑制的影响。同时通过一个初始化的过程，尽量减小了工作过程中偏置电压的大幅度波动。
本发明所使用的系统是基于强度调制器的数字双闭环强度噪声抑制系统。使用强度调制器抑制光纤陀螺光源强度噪声的已经有了一定的应用，该方案的主要特点是使用强度调制器进行闭环反馈控制，通过调节强度调制器的输出，达到抑制光源强度噪声的目的。
由于数字闭环的快速性和方便性，使用数字闭环的方法来控制强度调制器，进而对光源强度噪声进行抑制。同时，由于强度调制器的工作过程中，会出现工作点的漂移，影响强度调制器的工作，本发明同样采用数字闭环的方法来抑制强度调制器的工作点的漂移，因此本发明使用数字双闭环的方法来抑制光纤陀螺光源的强度噪声。
本发明的基于强度调制器的光源强度噪声抑制数字双闭环方法的原理如图4所示。如图4所示，该双闭环的方案中，第一闭环通过光电探测器获得光源的强度信号，并通过数字滤波和相位补偿处理，得到数字闭环的反馈值，反馈到强度调制器，通过强度调制器实现对强度噪声的闭环反馈抑制；第二闭环通过光电探测器获得光源的强度信号，通过光强信号获得通过强度调制器的功率信号，进而通过功率探测方法，获得强度调制器的偏置工作点的稳定电压，并加在强度调制器上，实现对强度调制器的偏置工作点的闭环反馈控制。
本发明所提出的强度噪声抑制方法包括以下几个步骤，其中，第2步和第3步是在高宽带的伺服控制器中实现：
第1步，对光电探测器输出的光强信号进行预处理，去除光强信号中的低频成分并将光强信号数字化。由于强度噪声抑制的抑制目标是光源中的高频噪声成分，因此在预处理时，将低频噪声成分滤除，避免对后续信号处理产生影响。同时，由于光电探测器输出的光强信号是模拟信号，所以必须将其进行采样，获得数字光强信号用于数字闭环处理。
第2步，将经过预处理得到的数字光强信号通过设计的噪声伺服抑制系统，进行数字滤波，以保持信号的相位稳定。噪声伺服抑制系统也就是滤波系统。
本步骤噪声伺服抑制系统的设计方法如下：
该闭环中的噪声伺服抑制系统由于需要进行快速闭环反馈控制，因此对于系统的相位延迟有着很高的要求，需要保持严格精确的相位延迟特性。本发明使用最优化设计的方法来进行噪声伺服抑制系统的设计，这样的设计方法可以保证相位延迟特性，同时使相位延迟最小，使得快速闭环反馈控制成为可能。最佳设计的方法就是调节滤波系统的零点分布位置，使得实际的频率响应H(ejω)与理想频率响应Hd(ejω)间的绝对偏差最小，ω表示角频率，j表示虚部。本发明实施例中使用的是切比雪夫等纹波逼近法这样一种最优设计方法，采用“最大误差最小”的准则得到最佳的滤波系统，且最佳解唯一。也可以使用其他的滤波算法，对相位延迟的补偿，只要能够达到较好的滤波效果，且能使相位保持稳定即可。
切比雪夫等波纹逼近是采用加权逼近误差E(ejω)最小为出发点设计滤波系统的方法。
E(ejω)＝W(ejω)[Hd(ejω)-H(ejω)] (1)
式中，W(ejω)是加权函数，在公差要求高的频段上，可以取较大的加权值，否则取较小的加权值。对于本滤波系统，H(ejω)可以表示为
该方程即为该滤波系统的误差方程，其中，M表示在本次滤波采样之前的采样点数，h(k)表示在k点处的频率响应值。
由于可以通过对称性来保证滤波系统的相位特性，所以设计可以只考虑幅频特性而不考虑相频特性。因此，可以使用来代替H(ejω)，即
使用该近似的误差方程进行计算，计算时使用雷米兹算法来进行计算，得到滤波系统的传递函数H(z)，z为复变量。
第3步，通过滤波系统的信号再经过相位补偿算法进行相位补偿。由于该滤波系统的线性相位特性，相位延迟是一定的，所以相位补偿在此可以转化为时间补偿。在本发明中，时间补偿部分由全通滤波器来实现，即在全频段上对信号进行一定的相位超前。通过估算滤波器系统的相位延迟，并估计中心频率处的时间延迟，针对中心频率进行相位补偿，采样全通滤波器进行时间补偿，在其他需抑制的频段也可以有较好的相位补偿效果。
第4步，将经过相位补偿后的数字光强信号通过数字转模拟(DAC)处理，转换为模拟光强信号，反馈至强度调制器的射频(RF)控制端，达到抑制所需要频段强度噪声的目的。
在提出新的强度噪声抑制方法的基础上，本发明使用了新的强度调制器偏置工作点控制方案。该新技术解决了之前需要加入调制方波才能进行偏置工作点控制的缺点，避免了加入调制方波对强度调制器正常工作即强度噪声抑制的影响。该方案的原理如下：
强度调制器由双Y波导构成，工作原理等效于Mach-Zehnder型干涉仪，工作时，强度调制器的工作点极易受到环境因素的影响，存在漂移的问题。
强度调制器的输出信号函数表达式如下：
这个函数表达了强度调制器输出光强与输入光强和偏置电压之间的关系。Pout是强度调制器输出的光功率；Pin是输入的光功率；Vb0是工作点的偏置电压，Vbm(t)是t时刻时强度调制器的工作电压，即调制电压；Vπ是强度调制器的标准参数即半波电压，表示将强度调制器的输出从最大调到最小时所需要改变的电压值；是由于外界环境因素如稳定、振动导致工作点漂移的随机相移。因此当Vbm(t)为零时，即强度调制器未工作时，P-V关系曲线如图5所示。图5中，横坐标表示偏置电压Vb，纵坐标表示输出光功率Pout。
由图5可以看出，当强度调制器工作在Quad+或者Quad-时，P-V曲线近似于线性，此时输出功率为最大功率和最小功率的中间值。这时加入工作电压Vbm(t)，可以使得工作电压所产生的效果近似于线性，因此应当将强度调制器的偏置工作点控制在该处。由于强度调制器受到外界环境因素的影响会导致工作点漂移，因此本发明设计了强度调制器偏置工作点稳定的闭环回路。在此，本发明使用功率测量的方案，无需加入低频调制信号，也就不会影响强度调制器的正常工作。其工作原理如下所述：
由于强度调制器的输出信号函数如式(4)所示，当强度调制器未开始工作时，Vbm(t)的电压为零，上式可以被改写为：
可以知道，当输出电压Pout取得最大值Poutmax时，式(5)的右边取得最大值，此时
即
假设k＝0，可以得到强度调制器最大输出光功率点时的偏置电压Vb0max的值为
当输出电压Pout取得最小值Poutmin时，式(5)的右边取得最小值，此时
即
假设k＝0，可以得到强度调制器最小输出光功率点时的偏置电压Vb0min为
强度调制器工作在所希望的线性工作点时，输出功率为最大输出功率和最小输出功率的中间值。因此，本发明根据下式来计算线性工作点时对应的偏置电压值P工作点如下：
将Poutmax和Poutmin代入上式可以得到：
工作点时的输出信号函数如下：
由上(13)和(14)两式，可以得到，在工作点时：
由上式可以解出，进一步可解得工作点时Vb0的值为
可以将工作点时的Vb0由Vb0min和Vb0max来表示：
因此，本发明利用平均功率的方法进行强度调制器偏置工作点控制的步骤如下：
平均功率测量的方案进行强度调制器偏置工作点稳定，包括开机寻找工作点和工作时进行长期控制两个部分。
开机工作点寻找的过程如下：
由伺服控制器对强度调制器进行偏置电压的扫描，从-Vπ扫描到Vπ，设置扫描间隔为0.01V。Vπ是强度调制器的半波电压。扫描间隔可根据需要设定，本发明实施例中设置的0.01V能获取较准确的工作点偏置电压，且不需要记录非常大数量的扫描值。
在偏置电压扫描的过程中，记录每个扫描值时光电探测器输出的电压值。由于光电探测器输出的电压值与强度调制器的输出光功率成比例关系，因此可以通过记录电压值间接得到强度调制器的输出光功率。通过记录光电探测器输出的电压值，可以得到其中光电探测器输出电压的最大值和最小值。这两个点即为强度调制器的最大输出光功率点Poutmax和最小输出光功率点Poutmin。
则对应可查得最大输出光功率点和最小输出光功率点时的偏置电压Vb0max和Vb0min。由上面推出的公式(17)可以得到正确偏置工作点时的偏置电压Vb0。
此时开机扫描过程结束，输出的Vb0即为正确的工作点的偏置电压，设置强度调制器开机的偏置电压为Vb0。
工作时，伺服控制器进行强度调制器偏置工作点稳定的过程如下：
通过开机扫描得到强度调制器在工作点的输出光功率和其对应的光电探测器输出电压，在工作时，通过实时监测，得到实时的光电探测器输出电压。通过查询扫描记录找到Vb0对应的光电探测器的输出电压，将该电压作为工作点时光电探测器理想的输出电压。
通过实时的光电探测器输出电压与工作点时光电探测器理想的输出电压进行比较，获得实际输出电压和理想输出电压的差值，根据该差值获取相应的偏置电压差值，将偏置电压差值作为反馈值输入给强度调制器的直流(DC)端，控制强度调制器的偏置电压与Vb0之间的误差实时地保持在一个限定值之内，进而达到闭环实时调整。例如，设控制强度调制器的偏置电压在[Vb0-a,Vb0+b]内，其中参数a和b取值均在[0,0.5]之内，可根据具体需要来设定。光电探测器输出的电压值与强度调制器的输出光功率成比例关系，根据之前的扫描记录值可计算出光电探测器的输出电压与强度调制器的偏置电压之间的比例关系。在获得光电探测器的实际输出电压后，通过查询之前的扫描记录值或者根据计算得到的比例关系，可获得光电探测器的实际输出电压对应的偏置电压与工作点偏置电压Vb0的差值，将得到的偏置电压差值在强度调制器的减掉，以稳定强度调制器工作点的偏置电压。
强度调制器 五篇：
测量电光强度调制器啁啾参数频率响应特性的装置与方法
第一、技术领域
本发明属于光电子第一、技术领域，涉及到光纤通信技术和光电信号处理技术，具体涉及一种测量电光强度调制器啁啾参数频率响应特性的装置与方法。
第二、背景技术
在现代光纤通信中，光信号的啁啾是限制通信网络光信号高速率、高质量传输的重要因素之一，因而也是评价光信号质量好坏的一项重要参数，光信号的啁啾来源于直接或间接调制激光信号所导致光信号的相位变化。
电光强度调制器作为典型的电光外调制器，是现代光通信系统中最基本和最关键的光电子器件之一。带啁啾的光信号进入接收机时，产生误码情况，啁啾系数越大，误码率越高，降低通信质量。从而精确测量电光强度调制器的啁啾在光纤通信中是十分必要的。
啁啾是电光强度调制器本身固有的，其实质是制作电光强度调制器的光学晶体材料本身的光学性质引起的，它具有电光效应和非线性光学效应，主要由于它的线性电光效应，在外加电场时将导致出现两个不同的折射率，光信号通过时使其相位改变发生频移。
目前大多数关于对测量电光强度调制器啁啾的报道，都只指出电光强度调制器的啁啾与其偏置电压之间的关系，而默认在调制频率变化的情况下，电光强度调制器的啁啾恒定不变（见文献F.Devaux,Y.Sorel,J.F.Kerdiles.Simple measurement of fiber dispersion and of chirp parameter of intensity modulated light emitter. Journal of Lightwave Technology,1993, Vol. 11, No.12, pp. 1937-1940.）。而实际上，电光强度调制器的啁啾在不同的调制频率下，其值是发生改变的（见文献Wei Yuxin,ZhaoYong,Yang Jianyi,Wang Minghua, Jiang, Xiaoqing.Chirp characteristics of silicon mach-zehnder modulator under small-signal modulation. Journal of Lightwave Technology,2011 ,Vol. 29, No.7, pp. 1011-1017.），但此方法只指出在有限的几个调制频率下电光强度调制器啁啾参数的变化值，而没有指出电光强度调制器的啁啾参数是具体如何随着调制频率的变化而改变的。
利用光纤频率响应法测量电光强度调制器啁啾参数的方法已被证实（见文献王安斌,伍剑,张帆,林金桐.频率响应法测量光强度调制器啁啾参数.半导体学报,2003年1月,第24卷第1期.），该方法是在小信号调制的情况下，从网络分析仪上观察由于边带信号与载波信号相干涉而产生谐振频率峰，从这些谐振频率峰可以得到准确、可重复测量的啁啾参数值，这种方法有利于对目前常用的基于光强度调制器的光发射机进行综合评价，但此方法同样只指出电光强度调制器的啁啾与其偏置电压之间的关系，而默认在调制频率变化的情况下，电光强度调制器的啁啾参数恒定不变。
第三、发明内容
针对上述现有技术，本发明的目在于提供一种测量电光强度调制器啁啾参数频率响应特性的装置与方法，旨在解决现有技术中无法测量电光强度调制器的啁啾参数随调制频率变化的技术问题。其利用光纤频率响应法得到频率响应曲线，由此测量数据计算得到电光强度调制器啁啾参数频率响应的特性曲线，从而可以分析在各个不同的调制频率下的电光强度调制器的啁啾参数的变化值。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种测量电光强度调制器啁啾参数频率响应特性的装置，其特征在于，包括可调谐激光器（1）、偏振控制器（2）、待测电光强度调制器（3）、微波信号源（4）、第一光连接器（51）、第二光连接器（52）、色散光纤组 （6）、光功率计（7）、光电探测器（8）、微波功率计（9）、数据采集卡（10）、计算机（11）；
所述可调谐激光器（1）、偏振控制器（2）、待测电光强度调制器（3）、第一光连接器（51）、色散光纤组（6）、第二光连接器（52）、光电探测器（8）之间依次光路连接；所述光电探测器（8）、微波功率计（9）、数据采集卡（10）、计算机（11）、微波信号源（4）之间依次电路连接；
所述第二光连接器（52）、光功率计（7）之间为光路连接；所述色散光纤组（6）包括第一色散光纤（61）、第二色散光纤（62）；所述待测电光强度调制器（3）与微波信号源（4）之间为微波电路连接。
所述可调谐激光器（1）输出的波长为λ的光波经偏振控制器（2）输入到电光强度调制器（3），由微波信号源（4）输出的微波信号经由电光强度调制器（3）调制到光载波上，电光强度调制器（3）输出的微波调制光载波经第一光连接器（51）进入色散光纤（6），然后由第二光连接器（52）进入光电探测器（8），由光电探测器（8）输出电信号由微波功率计（9）进行功率测量即微波功率，该微波功率经数据采集卡（10）采集至计算机（11）进行数据处理与分析，得到光电探测器（8）输出的微波功率随微波信号源（4）扫描输出微波频率变化的曲线。
在本发明中，所述的可调谐激光器（1）是波长可调谐的半导体激光器或光纤激光器。
在本发明中，所述的第一光连接器（51）和第二光连接器（52）为光纤连接器、光学透镜或光学棱镜。
在本发明中，所述第一色散光纤和第二色散光纤为标准单模光纤、色散位移光纤或色散补偿光纤。
在本发明中，所述第二色散光纤（62）的色散是第一色散光纤（61）的两倍。
利用本发明提供的测量装置测量电光强度调制器啁啾参数频率响应特性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，可调谐激光器（1）输出的波长为λ的光波经偏振控制器（2）输入到电光强度调制器（3），由微波信号源（4）输出的微波信号经由电光强度调制器（3）调制到光载波上，电光强度调制器（3）输出的微波调制光载波经第一光连接器（51）进入色散光纤（6），然后由第二光连接器（52）进入光电探测器（8），由光电探测器（8）输出电信号由微波功率计（9）进行功率测量即微波功率，该微波功率经数据采集卡（10）采集至计算机（11）进行数据处理与分析，处理分析后得到光电探测器（8）输出的微波功率随微波信号源（4）扫描输出微波频率变化的曲线，记录第一光连接器（51）与第二光连接器（52）连接时以及第一光连接器（51）与第二光连接器（52）之间分别接入第一色散光纤（61）和第二色散光纤（62）时三种情况下的微波功率随微波信号源（4）的频率变化的曲线，分别为C0、C1和C2；
步骤二，断开微波信号源（4）与待测电光强度调制器（3）之间的电路连接，记录这三种情况下光功率计（7）的光功率值分别为P0、P1和P2；利用测得的光功率值P0、P1和P2和曲线C0对曲线C1和C2进行归一化，即Cn1= P0C1/(C0P1)和Cn2= P0C2/(C0P2)；
步骤三，分别在曲线Cn1和Cn2上找到所有频率不为零的微波功率极小点，将第奇数个微波功率极小点与下一个与之相邻的第偶数个微波功率极小点之间的数据翻转为负数，得到一组新的类似余玄曲线的数据点和曲线Dn1和Dn2，利用公式：
得到电光强度调制器（3）的啁啾参数α随微波信号源（4）的调制频率f的变化曲线；其中，fu为曲线Dn2上的第一个零点对应的频率，Dn1(fu)为曲线Dn1中的频率fu对应的数据；
步骤四，改变可调谐激光器（1）输出光波的波长λ，重复以上步骤，得到不同光波长情况下电光强度调制器（3）的啁啾参数α(f)的随微波调制频率变化的曲线。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
一、指出了电光强度调制器的啁啾参数具体如何随着调制频率的变化而变化的，得到电光强度调制器啁啾参数频率响应的特性曲线，从而可以分析在各个不同的调制频率下的电光强度调制器的啁啾参数。
二、测量装置操作简便，测量精度高，计算方法简单，不考虑光纤色散系数值和光纤长度值，结果精确。
附图说明
图1是本发明测量电光强度调制器啁啾频率响应特性的装置示意图。
图2是本发明实施例中色散光纤频率响应曲线图。
图3是本发明实施例中归一化的色散光纤频率响应曲线图。
图4是本发明实施例中归一化的色散光纤频率响应曲线在微波功率极小点做翻转处理后，得到的一组类似余弦曲线的新曲线图。
图5是本发明实施例中电光强度调制器啁啾参数的频率响应特性曲线图。
附图标记为：1为可调谐激光器、2为偏振控制器、3为待测电光强度调制器、4为微波信号源、51为第一光连接器、52为第二光连接器、6为色散光纤组、61为第一色散光纤、62为第二色散光纤、7为光功率计、8为光电探测器、9为微波功率计、10为数据采集卡、11为计算机。
第四、具体实施方式
下面将结合附图及第四、具体实施方式对本发明作进一步的描述。
一种测量电光强度调制器啁啾参数频率响应特性的装置，其特征在于，包括可调谐激光器（1）、偏振控制器（2）、待测电光强度调制器（3）、微波信号源（4）、第一光连接器（51）、第二光连接器（52）、色散光纤组 （6）、光功率计（7）、光电探测器（8）、微波功率计（9）、数据采集卡（10）、计算机（11）；所述可调谐激光器（1）、偏振控制器（2）、待测电光强度调制器（3）、第一光连接器（51）、色散光纤组（6）、第二光连接器（52）、光电探测器（8）之间依次光路连接；所述光电探测器（8）、微波功率计（9）、数据采集卡（10）、计算机（11）、微波信号源（4）之间依次电路连接；所述第二光连接器（52）、光功率计（7）之间为光路连接；所述色散光纤组（6）包括第一色散光纤（61）、第二色散光纤（62）；所述待测电光强度调制器（3）与微波信号源（4）之间为微波电路连接。
本发明的工作原理为：
采用本发明的测量电光强度调制器啁啾参数频率响应特性的装置进行啁啾测量时，可调谐激光器1输出的波长为λ的光波经偏振控制器2输入到电光强度调制器3，由微波信号源4输出的微波信号经由电光强度调制器3调制到光载波上，电光强度调制器3输出的微波调制光载波经第一光连接器51进入色散光纤组6，然后由第二光连接器52进入光电探测器8，由光电探测器8输出电信号由微波功率计9进行功率测量即微波功率，经数据采集卡10采集至计算机11进行数据处理与分析，得到光电探测器8输出的微波功率随微波信号源4扫描输出微波频率变化的曲线，记录第一光连接器51与第二光连接器52连接时以及第一光连接器51与第二光连接器52之间分别接入第一色散光纤61和第二色散光纤62时三种情况下的微波功率随微波信号源4的频率变化的曲线，分别为C0、C1和C2；断开微波信号源4与待测电光强度调制器3之间的电路连接，记录这三种情况下光功率计7的光功率值分别为P0、P1和P2；利用测得的光功率值P0、P1和P2和曲线C0对曲线C1和C2进行归一化，即Cn1= P0C1/(C0P1)和Cn2= P0C2/(C0P2)，得：
分别在曲线Cn1和Cn2上找到所有频率不为零的微波功率极小点，将第奇数个微波功率极小点与下一个与之相邻的第偶数个微波功率极小点之间的数据翻转为负数，得到一组新的类似余玄曲线的数据点和曲线Dn1和Dn2：
由公式（3）、（4）得到：
得到电光强度调制器（3）的啁啾参数α随微波信号源（4）的调制频率f的变化曲线；其中，fu为曲线Dn2上的第一个零点对应的频率，Dn1(fu)为曲线Dn1中的频率fu对应的数据；改变可调谐激光器（1）输出光波的波长λ，重复以上步骤，得到不同光波长情况下电光强度调制器（3）的啁啾参数α(f)的随微波调制频率变化的曲线。
实施例
图1是本发明提供的测量电光强度调制器啁啾频率响应特性的装置示意图。可调谐激光器1输出的波长为λ的光波经偏振控制器2输入到电光强度调制器3，由微波信号源4输出的微波信号经由电光强度调制器3调制到光载波上，电光强度调制器3输出的微波调制光载波经第一光连接器51进入色散光纤组6，然后由第二光连接器52进入光电探测器8，由光电探测器8输出电信号由微波功率计9进行功率测量即微波功率，经数据采集卡10采集至计算机11进行数据处理与分析，得到光电探测器8输出的微波功率随微波信号源4扫描输出微波频率变化的曲线，记录第一光连接器51与第二光连接器52连接时以及第一光连接器51与第二光连接器52之间分别接入第一色散光纤61和第二色散光纤62时三种情况下的微波功率随微波信号源4的频率变化的曲线，分别为C0、C1和C2；断开微波信号源4与待测电光强度调制器3之间的电路连接，记录这三种情况下光功率计7的光功率值分别为P0、P1和P2；利用测得的光功率值P0、P1和P2和曲线C0对曲线C1和C2进行归一化，即Cn1= P0C1/(C0P1)和Cn2= P0C2/(C0P2)；分别在曲线Cn1和Cn2上找到所有频率不为零的微波功率极小点，将第奇数个微波功率极小点与下一个与之相邻的第偶数个微波功率极小点之间的数据翻转为负数，得到一组新的类似余玄曲线的数据点和曲线Dn1和Dn2，利用公式（3）可得到电光强度调制器啁啾参数的频率响应特性曲线。
可调谐激光器1采用半导体波长可调谐激光器，输出光波长为1550nm，电光强度调制器3采用M-Z电光强度调制器，第一光连接器51和第二光连接器52采用光纤连接器，色散光纤61、色散光纤62采用单标准单模光纤，长度分别为10.25km、20.5km。
记录第一光连接器51与第二光连接器52连接时以及第一光连接器51与第二光连接器52之间分别接入色散光纤61和色散光纤62时三种情况下的微波功率随微波信号源4的频率变化的曲线，分别为C0、C1和C2，如图2所示；断开微波信号源4与待测电光强度调制器3之间的电路连接，记录这三种情况下光功率计7的光功率值分别为P0=3.8371mw、P1=2.3823mw和P2=1.4757mw。用测得的光功率值P0、P1和P2和曲线C0对曲线C1和C2进行归一化，即Cn1= P0C1/(C0P1)和Cn2= P0C2/(C0P2)，得到Cn1和Cn2，如图3所示。分别在曲线Cn1和Cn2上找到所有频率不为零的微波功率极小点，将第奇数个微波功率极小点与下一个与之相邻的第偶数个微波功率极小点之间的数据翻转为负数，得到一组新的类似余玄曲线的数据点和曲线Dn1和Dn2，如图4所示。
通过色散光纤62得到的微波调制频率的函数曲线Dn2上的第一个零点对应的频率值为fu=8.9207GHz，通过色散光纤61得到的微波调制频率的函数曲线Dn1在调制频率fu=8.9207GHz对应的数据为Dn1(fu)=0.5346，代入公式（5）计算得电光强度调制器啁啾参数的频率响应特性曲线，如图5所示。
以上内容是结合优选技术方案对本发明所作的进一步详细说明，不能认定发明的具体实施仅限于这些说明。对本发明所属第一、技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的构思前提下，还可以做出简单的推演及替换，都应当视为本发明的保护范围。
强度调制器 六篇：
一种光波移频调制的光频域反射计
第一、技术领域
本发明涉及一种光频域反射计，特别涉及一种光波移频调制的光频域反射计。
第二、背景技术
光频域反射计是光纤传感测量和光纤器件测量的重要手段；通过光频域反射计测量沿光纤的后向瑞利散射、光纤光栅的后向反射，可以实现光纤温度、应变、振动等的分布式测量或多点测量；通过光频域反射计测量光纤的后向瑞利散射、光器件的背向反射，可以实现对光纤及光器件的损耗、色散、偏振等多种参数的测量。
针对光纤传感测量应用，典型的光频域反射计的方案(参见“High resolution optical frequency domain reflectometry for characterization of components and assemblies”，Optics Express，January 2005，Vol.13，No.2)，包括窄线宽扫描激光器、光纤耦合器、待测光纤、偏振控制器、偏振分束器、参考光纤干涉仪、光电探测器、模数转换器、信号处理单元。
待测光纤不同位置的散射信号光同本振光之间具有不同的时延td；当窄线宽扫描激光器的频率变化时，不同位置的散射信号光同本振光之间叠加产生不同频率ftd的干涉信号；通过干涉信号的频率，可以确定散射信号光对应的时延td和光纤位置Ld，从而实现对光纤的分布式测量。
信号处理流程为如下：对散射信号光和本振光叠加产生的s偏振分量干涉信号进行傅里叶变换；对傅里叶变换获得的频谱加中心为ftd的窗函数滤波获得待测光纤Ltd位置的散射信号光对应的频谱信号；对滤波后的频谱信号进行反傅里叶变换获得待测光纤Ltd位置的散射信号光的s偏振分量的光谱信息。对散射信号光和本振光叠加产生的p偏振分量干涉信号进行傅里叶变换，对傅里叶变换获得的频谱加中心为ftd的窗函数滤波获得待测光纤Ltd位置的散射信号光对应的频谱信号，对滤波后的频谱信号进行反傅里叶变换获得待测光纤Ltd位置的散射信号光的p偏振分量的光谱信息。对s偏振分量、p偏振分量的光谱信息进行矢量叠加，获得偏振无关的散射信号光的光谱。测量的散射信号光光谱和初始状态进行相关运算，解算出散射信号光光谱的波长变化。根据散射信号光光谱的波长变化同温度、应变之间的关系，获得待测光纤的温度或应变。
当散射信号光和本振光之间的时延为td、-td时，信号光和本振光之间的干涉信号的频率相同，从而存在相对零时延对称的散射信号光的干涉信号之间相互干扰的问题。现有的方法通过抑制时延为td的干涉信号、测量时延为-td的干涉信号，或者抑制时延为-td的干涉信号、测量试验为td的干涉信号；一方面增加了对光路长度控制的难度，另一方面减小了能够测量的最大光纤长度。
现有的增加测量长度的方法，集中在突破激光器相干长度对最大测量光纤长度的限制，通过参考光纤干涉仪实时测量激光器相位噪声并对干涉信号进行数字化补偿，增加了测量距离；但是仍然没有解决时延为td、-td的散射信号光的干涉信号相互干扰的问题。
第三、发明内容
本发明解决的技术问题是：针对现有光频域反射计，相对零时延对称的散射信号光的干涉信号存在相互干扰的问题；提出了一种光学移频调制的光频率反射计，通过光波移频调制，抑制了关于零延时对称的散射信号光的干涉信号之间的相互干扰，降低了光路调整的难度，同时提高了最大测量光纤长度。
本发明的技术解决方案是：一种光波移频调制的光频域反射计，包括：窄线宽扫描激光器、光环行器、第一光波移频器、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、第一偏振分束器、第二偏振分束器、第一平衡光电探测器、第二平衡光电探测器、参考光纤干涉仪、光电探测器、模数转换器、信号处理单元；窄线宽扫描激光器的输出光经过第一光纤耦合器后分成三路；
第一光纤耦合器的第一路输出光经过光环行器的输入端口、双向传输端口后输入待测光纤，待测光纤的后向散射信号光经过光环行器的双向传输端口、后向传输端口输入第二光纤耦合器的第一输入端口；第一光纤耦合器的第二路输出光输入第一光波移频器，第一光波移频器输出的移频调制光输入第二光纤耦合器的第二输入端口；第一光纤耦合器的第三路输出光输入参考光纤干涉仪；
第二光纤耦合器的第一路输出光经过第一偏振分束器，分开成s、p偏振分量；第二光纤耦合器的第二路输出光经过第二偏振分束器，分开成s、p偏振分量；第一偏振分束器输出的s偏振分量和第二偏振分束器输出的s偏振分量输入第一平衡光电探测器；第一偏振分束器输出的p偏振分量和第二偏振分束器输出的p偏振分量输入第二平衡光电探测器；
参考光纤干涉仪的输出光输入光电探测器；第一平衡光电探测器、第二平衡光电探测器、光电探测器的输出信号输入模数转换器进行模数转换；信号处理单元接收模数转换器转换后的信号并通过数字信号处理完成信号的解调。
所述参考光纤干涉仪包括第三光纤耦合器、延时光纤、第一法拉第旋转反射镜、第二法拉第旋转反射镜；第三光纤耦合器的第一端口作为参考光纤干涉仪的输入端口，第二端口作为参考光纤干涉仪的输出端口，第三端口与第一法拉第旋转反射镜连接，第四端口与延时光纤的第一端口连接；延时光纤的第二端口与第二法拉第旋转反射镜连接。
所述待测光纤输出的散射信号光和第一光波移频器输出的经过移频调制的本振光在第二光纤耦合器叠加产生移频调制的干涉信号，光波移频器将相对零时延对称的时延分别为td、-td的散射信号光和本振光之间产生的干涉信号的频率分开为fm-ftd、fm+ftd，其中，fm为移频调制的频率，ftd为时延为td的散射信号光和光波移频器断开时的本振光之间的干涉信号的频率。
还包括第二光波移频器，第二光波移频器分别与第一光纤耦合器第一路输出光的输出端口及光环行器的输入端口相连。
所述第一光波移频器对第一光纤耦合器的第二路输出光进行移频调制、第二光波移频器对第一光纤耦合器的第一路输出光进行移频调制，两路移频调制的频率差为fm。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明公开的一种光波移频调制的光频域反射计，通过光波移频调制将相对零时延对称的散射信号光和本振光之间产生的干涉信号的频率分开，实现了相对零时延对称的散射信号光的同时检测，提高了能够测量的最大光纤长度。
(2)本发明公开的一种光波移频调制的光频域反射计，抑制了关于零时延对称的散射信号光的干涉信号之间的相互干扰，不需要精确控制零时延点的位置，降低了光路长度控制的难度。
(3)本发明公开的一种光波移频调制的光频域反射计，通过光波移频调制提高了散射信号光和本振光之间的干涉信号的频率，减小了低频环境干扰噪声对信号检测的影响。
附图说明
图1为本发明的光波移频调制器的光频域反射计的一种结构示意图；
图2为本发明的光波移频调制器的光频域反射计的另一种结构示意图；
图3为移频调制后的散射信号光的干涉信号频率示意图。
第四、具体实施方式
本发明公开的一种光波移频调制的光频域反射计，如图1所示，光波移频调制的光频域反射计包括窄线宽扫描激光器1、第一光纤耦合器21、光环行器3、第一光波移频器51、第二光纤耦合器22、第一偏振分束器61、第二偏振分束器62、第一平衡光电探测器71、第二平衡光电探测器72、第三光纤耦合器23、第一法拉第旋转反射镜91、第二法拉第旋转反射镜92、延时光纤10、光电探测器8、模数转换器12、信号处理单元13；
窄线宽扫描激光器1的输出光经过第一光纤耦合器21后分成三路；第一光纤耦合器21输出的第一路光，经过光环行器3的输入端口、双向传输端口后输入待测光纤4；待测光纤4的后向散射散射光经过光环行器3的双向传输端口、后向传输端口输入第二光纤耦合器22的第一输入端口；第一光纤耦合器21的第二路输出光，输入第一光波移频器51；第一光波移频器51输出的移频调制光输入第二光纤耦合器22的第二输入端口；第二光纤耦合器22的第一路输出光经过第一偏振分束器61，分开成s、p偏振分量；第二光纤耦合器22的第二路输出光经过第二偏振分束器62，分开成s、p偏振分量；第一偏振分束器61输出的s偏振分量和第二偏振分束器62输出的s偏振分量输入第一平衡光电探测器71；第一偏振分束器61输出的p偏振分量和第二偏振分束器62输出的p偏振分量输入第二平衡光电探测器72；第三光纤耦合器23的第三端口和第一法拉第旋转反射镜91连接，第三光纤耦合器23的第四端口和延时光纤10的第一端口连接，延时光纤10的第二端口和第二法拉第旋转反射镜92连接，第三光纤耦合器23、延时光纤10、第一法拉第旋转反射镜91、第二法拉第旋转反射镜92构成参考光纤干涉仪11，第三光纤耦合器23的第一端口作为参考光纤干涉仪的输入端口，第三光纤耦合器23的第二端口作为参考光纤干涉仪的输出端口；第一光纤耦合器21的第三路输出光输入参考光纤干涉仪11；参考光纤干涉仪11的输出光输入光电探测器8；第一平衡光电探测器71、第二平衡光电探测器72、光电探测器8的三路输出信号，输入模数转换器12；信号处理单元13通过数字信号处理完成信号的解调。
窄线宽扫描激光器1的频率在一定范围内做扫描，待测光纤4的散射信号光和经过移频调制的本振光在第二光纤耦合器22叠加产生移频调制的干涉信号，移频调制的频率为fm，如图3所示，相对零时延对称的时延为td、-td的信号光的干涉信号频率分开为fm-ftd、fm+ftd，抑制了相互干扰，ftd为时延为td的散射信号光和光波移频器51断开时的本振光之间的干涉信号的频率；第一平衡光电探测器71接收干涉信号的s偏振分量，第二平衡光电探测器72接收干涉信号的p偏振分量；光电探测器8接收参考光纤干涉仪11输出的干涉信号；模数转换器12采集三路光电转换的s偏振分量干涉信号、p偏振分量干涉信号、参考干涉信号，将数字信号输入信号处理单元13。信号处理单元13通过参考光纤干涉仪11输出干涉信号实现对窄线宽扫描激光器1频率变化和相位噪声的测量，并实现对s偏振分量干涉信号、p偏振分量干涉信号进行等频率间隔重采样和相位补偿，对s偏振分量干涉信号进行傅里叶变换——加窗函数滤波——反傅里叶变换获得信号光s偏振分量的光谱信息，对p偏振分量干涉信号进行傅里叶变换——加窗函数滤波——反傅里叶变换获得信号光p偏振分量的光谱信息，对信号光s偏振分量、p偏振分量的光谱信息进行矢量叠加，获得偏振无关的散射信号光光谱；散射信号光光谱和初始状态进行相关运算，测量出相关运算结果的极大值对应的波长变化，作为散射信号光光谱的波长变化；根据散射信号光光谱的波长变化同温度、应变之间的关系，获得待测光纤4的温度或应变。
如图2所示，光波移频调制的光频域反射计还可以包括第二光波移频器52，第二光波移频器52分别与第一光纤耦合器21第一路输出光的输出端口及光环行器3的输入端口相连。采用第一光波移频器51对本振光(第一光纤耦合器21第二路输出光)进行移频调制、采用第二光波移频器52对测量光(第一光纤耦合器21第一路输出光)进行移频调制，两路移频调制的频率差为fm。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。
强度调制器 七篇：
基于强度调制器的光源强度噪声抑制数字双闭环方法
第一、技术领域
本发明属于光纤陀螺第一、技术领域，具体涉及对光纤陀螺用超荧光光纤光源的强度噪声的抑制技术，具体涉及一种基于强度调制器的光源强度噪声抑制数字双闭环方法。
第二、背景技术
光纤陀螺作为发展极为迅速的一种新型惯性角速度传感器，在越来越多的领域中成为主选惯性器件，成为下一代惯性器件的主要研究方向。光纤陀螺除了具有无运动部件、无加速度引起的误差的优点外，其与传统机电陀螺的一个重要区别是存在着较大的光学噪声，而其中主要的一种噪声是宽谱光源所带来的噪声。
光纤陀螺的噪声直接影响光纤陀螺的随机游走系数、零偏不稳定性等性能指标，并直接决定着光纤陀螺的最小检测灵敏度，所以对光纤陀螺的噪声进行抑制是非常重要的。
光纤陀螺的宽谱光源的噪声主要包括热噪声、散粒噪声和强度噪声。强度噪声是由于宽谱光源的拍频引起的，是由于宽谱光源的各种Fourier(傅里叶)分量之间的拍频引起的附加噪声，它的大小随着光源的光强的增大而增大。强度噪声的大小与光源输出功率的大小成正比，当光源功率超出一定值时，强度噪声就超过散粒噪声和热噪声，这时，信噪比将不再随着光功率的增加而提高，而是趋近于一个饱和值，强度噪声就成为光源噪声中最主要的部分。
抑制光纤陀螺光源中的强度噪声，可以有效地提高光纤陀螺的信噪比，从而提高光纤陀螺的检测精度，对实现光纤陀螺的实际应用具有重要意义。目前，光纤陀螺强度噪声抑制技术方法主要有：强度噪声对消技术方案、采用高速强度调制器方案和相减补偿技术方案等。
在这些方法中，采用高速强度调制器的方案是近年来应用比较多的一种方法，这种方法提供的一种强度噪声抑制的装置的结构如图1所示，该抑制装置主要包括：光线光源、强度调制器、耦合器、光探测器和高宽带的伺服控制器。该抑制装置的工作原理如下：高速的强度调制器置于光纤光源和耦合器之间，从光线光源发出的光信号到达强度调制器，强度调制器对接收到的光信号进行调制；强度调制器将经过调制的光输出给耦合器，耦合器分出的一部分光被光探测器探测到，光探测器对接收到的光信号进行采样得到电流信号并转换为电压信号。光探测器将电压信号输出到高带宽的伺服控制器上，该伺服控制器对接收到的电压信号进行处理后，提供一个负反馈控制信号给强度调制器。然后，强度调制器利用上述负反馈控制信号来抑制后续接收到的光信号的强度噪声。
基于强度调制器的数字强度噪声抑制方案主要包括高速强度调制器、光纤耦合器、光电探测器、滤波器和宽带控制电路。该方案主要包括：对强度调制器输出的光信号进行采样得到电压信号，对所述电压信号进行解调，根据解调结果产生控制信号，所述控制信号中包括对光信号功率进行调整的功率控制信号和对强度调制器的工作点进行调整的调制方波信号。所述强度调制器根据接收到的控制信号中的控制功率信号对接收到的光信号的功率进行调制，根据接收到的控制信号中的调制方波信号，对强度调制器的工作点进行调整，使强度调制器的工作点保持稳定。该方案存在如下缺点：
1)对于强度调制器的工作点控制，使用了检测调制方波的方案。该方案中，必须要引入调制方波信号。该信号的引入，会影响强度调制器正常工作时对于强度噪声的抑制效果，同时该调制方波信号对于抑制噪声的过程来说，也是一种噪声的引入。对于噪声抑制系统来说，新引入噪声对于系统有着很大的危害，甚至会导致整个抑制系统的失效。
2)该方案中，强度噪声抑制的闭环抑制算法部分问题较多，闭环反馈控制的效果并不明显，同时闭环抑制算法中，并未考虑相位补偿的环节，导致闭环抑制中产生相位漂移，该相位漂移直接导致闭环过程中抑制噪声的作用没有得到很好的发挥。
使用强度调制器的模拟反馈控制方案中，高带宽伺服回路使用的模拟伺服电路，该方案的结构如图2所示。可以看出，该闭环反馈方案和基于强度调制器的数字强度噪声抑制方案类似，但是该方案使用的是模拟伺服控制器，同时没有对强度调制器进行抑制。该方案中的伺服回路的简图如图3所示，301和302所标示的是两个运算放大器。伺服控制回路的第一级运放电路为高通滤波放大，只对偏置调制频率以上的频率提供增益。在低于偏置调制频率的频率上，第一级运放电路的增益很小，由电容C1、电阻R1和电阻R3决定。增益的峰值一般出现在偏置调制频率附近，并由电阻R1和电容C2决定。为了使伺服回路稳定，当总的开环增益超过1时，这一级的增益应该保持为常数。伺服回路的第二级运放电路同样为高通滤波放大，只对偏置调制频率以上的频率提供增益，在低于偏置调制频率的频率上，信号增益很小。该方案存在两个问题：
1)该方案中使用的关键器件为强度调制器，其工作中存在的重要问题就是强度调制器工作点的漂移问题，该器件的工作点极易受到环境温度、湿度和电磁场等环境因素变化的影响，工作点的漂移直接导致系统对于强度噪声抑制效果下降，控制信号不稳定，甚至使整个抑制系统失效。但该方案中未使用任何技术来解决这个问题。
2)该方案中模拟伺服回路的控制精度较低，对强度噪声抑制的效果较差，同时由于使用的是模拟电路进行控制，更改抑制频段时相当麻烦，需要对整个伺服控制回路进行更改。
第三、发明内容
本发明对基于强度调制器的强度噪声抑制的数字闭环方案进行改进，目的是为了解决目前同类方案中出现的闭环精度不好，噪声抑制效果差的问题，同时，本发明还达到较好的噪声抑制效果，提高光纤陀螺光源的信噪比。
本发明提供了一种基于强度调制器的光源强度噪声抑制数字双闭环方法，基于现有强度调制器的光源强度噪声抑制方案，采用数字双闭环的方案，使用两个闭环回路，分别用来进行强度噪声的抑制和强度调制器工作点的稳定，第一闭环回路使用强度调制器进行强度噪声的抑制，第二闭环回路用于稳定强度调制器工作点的偏置电压，或称为稳定强度调制器的偏置工作点，使强度调制器的偏置工作点不再漂移，工作稳定。
本发明中第二闭环稳定强度调制器工作点的偏置电压，包括开机寻找工作点和工作时进行控制两个部分。
开机寻找工作点具体是：对强度调制器的偏置电压进行扫描，从-Vπ扫描到Vπ，Vπ为强度调制器的半波电压，记录每个扫描值时光电探测器的输出电压，找到光电探测器的输出电压的最大值和最小值，对应找到强度调制器最大输出光功率点时的偏置电压Vb0max和最小输出光功率点时的偏置电压Vb0min，则开机设置强度调制器的偏置电压Vb0为：
V b 0 = 1 2 V b 0 min + 1 2 V b 0 max ]]>
Vb0所对应的光电探测器的输出电压为工作点时光电探测器的理想输出电压。
工作时进行控制具体是：实时监测光电探测器的输出电压，将光电探测器的实际输出电压与工作点时光电探测器的理想输出电压进行比较，获得对应的偏置电压差值，将得到的偏置电压差值反馈至强度调制器，控制强度调制器的偏置电压在[Vb0-a,Vb0+b]内，其中参数a和b取值均在[0,0.5]之内。
本发明中第一闭环使用强度调制器进行强度噪声的抑制的步骤为：
第1步，对光电探测器输出的光强信号进行预处理，去除光强信号中的低频成分并将光强信号数字化；
第2步，将得到的数字光强信号进行滤波，保持信号的相位稳定；
第3步，对滤波后的数字光强信号进行相位补偿，具体是：根据中心频率处的时间延迟，在全频段对滤波后的信号进行时间补偿；
第4步，将经过相位补偿后的数字光强信号转换为模拟光强信号，反馈至强度调制器的射频控制端。
本发明的优点与积极效果在于：
(1)本发明采用数字双闭环的方案对光纤陀螺用光源的强度噪声进行抑制，解决了闭环精度不好，噪声抑制效果差的问题，达到较好的噪声抑制效果，提高光纤陀螺光源的信噪比，提高了整个系统的性能，且本发明中使用数字伺服控制回路，更改抑制频段时只需要更改数字逻辑器件中的程序即可以对抑制频段进行改变；
(2)本发明使用了新的噪声抑制方法，能够使噪声抑制达到较优的效果，极大的提高了噪声抑制的效果，同时对噪声抑制方法的相位延迟进行了控制和补偿，使得整个系统相位上保持稳定，使得相位对闭环噪声抑制的影响降到最小；
(3)在偏置工作点控制的第二闭环回路中，本发明使用了平均功率的方法，避免了加入调制方波的方案对于强度调制器正常工作即强度噪声抑制的影响；在偏置工作点控制中，除了不加入调制信号外，所使用的平均功率中的系数可以根据所控制工作点的要求的变化而变化，可以使所控制的强度调制器工作在最低点、中间点和最高点。
附图说明
图1是采用高速强度调制器抑制光源强度噪声的结构示意图；
图2是使用强度调制器的模拟反馈控制方案示意图；
图3是使用强度调制器的模拟反馈控制方案中伺服控制回路的结构示意图；
图4是本发明的光源强度噪声抑制数字双闭环方法的原理示意图；
图5是强度调制器P-V曲线图。
第四、具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明的基于强度调制器的光源强度噪声抑制数字双闭环方法，采用数字双闭环的方案，使用两个闭环回路，分别用来进行强度噪声的抑制和强度调制器工作点的稳定，并对之前的同类方案进行了两大改进。首先本发明提出了一种新的闭环噪声抑制方法，使用了最优化滤波器的设计思想设计噪声抑制方法，能够使噪声抑制系统达到较好的效果。所使用的闭环抑制方法中，加入了信号相位延迟补偿的环节，使得整个系统相位上保持稳定，使得相位对闭环噪声抑制的影响降到最小。该闭环抑制方法可以使闭环噪声抑制的效果得到很大的提高，绝大多数噪声都能够得到抑制。其次本发明针对强度调制器偏置工作点控制回路进行了优化，设计了偏置工作点闭环反馈新方案。对于之前需要加入调制方波的方案进行了改进，使用了平均功率方法，避免了之前方案中加入调制方波对于强度调制器正常工作即强度噪声抑制的影响。同时通过一个初始化的过程，尽量减小了工作过程中偏置电压的大幅度波动。
本发明所使用的系统是基于强度调制器的数字双闭环强度噪声抑制系统。使用强度调制器抑制光纤陀螺光源强度噪声的已经有了一定的应用，该方案的主要特点是使用强度调制器进行闭环反馈控制，通过调节强度调制器的输出，达到抑制光源强度噪声的目的。
由于数字闭环的快速性和方便性，使用数字闭环的方法来控制强度调制器，进而对光源强度噪声进行抑制。同时，由于强度调制器的工作过程中，会出现工作点的漂移，影响强度调制器的工作，本发明同样采用数字闭环的方法来抑制强度调制器的工作点的漂移，因此本发明使用数字双闭环的方法来抑制光纤陀螺光源的强度噪声。
本发明的基于强度调制器的光源强度噪声抑制数字双闭环方法的原理如图4所示。如图4所示，该双闭环的方案中，第一闭环通过光电探测器获得光源的强度信号，并通过数字滤波和相位补偿处理，得到数字闭环的反馈值，反馈到强度调制器，通过强度调制器实现对强度噪声的闭环反馈抑制；第二闭环通过光电探测器获得光源的强度信号，通过光强信号获得通过强度调制器的功率信号，进而通过功率探测方法，获得强度调制器的偏置工作点的稳定电压，并加在强度调制器上，实现对强度调制器的偏置工作点的闭环反馈控制。
本发明所提出的强度噪声抑制方法包括以下几个步骤，其中，第2步和第3步是在高宽带的伺服控制器中实现：
第1步，对光电探测器输出的光强信号进行预处理，去除光强信号中的低频成分并将光强信号数字化。由于强度噪声抑制的抑制目标是光源中的高频噪声成分，因此在预处理时，将低频噪声成分滤除，避免对后续信号处理产生影响。同时，由于光电探测器输出的光强信号是模拟信号，所以必须将其进行采样，获得数字光强信号用于数字闭环处理。
第2步，将经过预处理得到的数字光强信号通过设计的噪声伺服抑制系统，进行数字滤波，以保持信号的相位稳定。噪声伺服抑制系统也就是滤波系统。
本步骤噪声伺服抑制系统的设计方法如下：
该闭环中的噪声伺服抑制系统由于需要进行快速闭环反馈控制，因此对于系统的相位延迟有着很高的要求，需要保持严格精确的相位延迟特性。本发明使用最优化设计的方法来进行噪声伺服抑制系统的设计，这样的设计方法可以保证相位延迟特性，同时使相位延迟最小，使得快速闭环反馈控制成为可能。最佳设计的方法就是调节滤波系统的零点分布位置，使得实际的频率响应H(ejω)与理想频率响应Hd(ejω)间的绝对偏差最小，ω表示角频率，j表示虚部。本发明实施例中使用的是切比雪夫等纹波逼近法这样一种最优设计方法，采用“最大误差最小”的准则得到最佳的滤波系统，且最佳解唯一。也可以使用其他的滤波算法，对相位延迟的补偿，只要能够达到较好的滤波效果，且能使相位保持稳定即可。
切比雪夫等波纹逼近是采用加权逼近误差E(ejω)最小为出发点设计滤波系统的方法。
E(ejω)＝W(ejω)[Hd(ejω)-H(ejω)] (1)
式中，W(ejω)是加权函数，在公差要求高的频段上，可以取较大的加权值，否则取较小的加权值。对于本滤波系统，H(ejω)可以表示为
H ( e jω ) = e - jMω 2 Σ k = 0 ( M + 1 ) 2 - 1 2 h ( k ) cos ( ω ( M 2 - k ) ) - - - ( 2 ) ]]>
该方程即为该滤波系统的误差方程，其中，M表示在本次滤波采样之前的采样点数，h(k)表示在k点处的频率响应值。
由于可以通过对称性来保证滤波系统的相位特性，所以设计可以只考虑幅频特性而不考虑相频特性。因此，可以使用来代替H(ejω)，即
H ^ ( e jω ) = e - jMω 2 Σ k = 0 ( M + 1 ) 2 - 1 2 h ( k ) cos ( ω ( M 2 - k ) ) - - - ( 3 ) ]]>
使用该近似的误差方程进行计算，计算时使用雷米兹算法来进行计算，得到滤波系统的传递函数H(z)，z为复变量。
第3步，通过滤波系统的信号再经过相位补偿算法进行相位补偿。由于该滤波系统的线性相位特性，相位延迟是一定的，所以相位补偿在此可以转化为时间补偿。在本发明中，时间补偿部分由全通滤波器来实现，即在全频段上对信号进行一定的相位超前。通过估算滤波器系统的相位延迟，并估计中心频率处的时间延迟，针对中心频率进行相位补偿，采样全通滤波器进行时间补偿，在其他需抑制的频段也可以有较好的相位补偿效果。
第4步，将经过相位补偿后的数字光强信号通过数字转模拟(DAC)处理，转换为模拟光强信号，反馈至强度调制器的射频(RF)控制端，达到抑制所需要频段强度噪声的目的。
在提出新的强度噪声抑制方法的基础上，本发明使用了新的强度调制器偏置工作点控制方案。该新技术解决了之前需要加入调制方波才能进行偏置工作点控制的缺点，避免了加入调制方波对强度调制器正常工作即强度噪声抑制的影响。该方案的原理如下：
强度调制器由双Y波导构成，工作原理等效于Mach-Zehnder型干涉仪，工作时，强度调制器的工作点极易受到环境因素的影响，存在漂移的问题。
强度调制器的输出信号函数表达式如下：
这个函数表达了强度调制器输出光强与输入光强和偏置电压之间的关系。Pout是强度调制器输出的光功率；Pin是输入的光功率；Vb0是工作点的偏置电压，Vbm(t)是t时刻时强度调制器的工作电压，即调制电压；Vπ是强度调制器的标准参数即半波电压，表示将强度调制器的输出从最大调到最小时所需要改变的电压值；是由于外界环境因素如稳定、振动导致工作点漂移的随机相移。因此当Vbm(t)为零时，即强度调制器未工作时，P-V关系曲线如图5所示。图5中，横坐标表示偏置电压Vb，纵坐标表示输出光功率Pout。
由图5可以看出，当强度调制器工作在Quad+或者Quad-时，P-V曲线近似于线性，此时输出功率为最大功率和最小功率的中间值。这时加入工作电压Vbm(t)，可以使得工作电压所产生的效果近似于线性，因此应当将强度调制器的偏置工作点控制在该处。由于强度调制器受到外界环境因素的影响会导致工作点漂移，因此本发明设计了强度调制器偏置工作点稳定的闭环回路。在此，本发明使用功率测量的方案，无需加入低频调制信号，也就不会影响强度调制器的正常工作。其工作原理如下所述：
由于强度调制器的输出信号函数如式(4)所示，当强度调制器未开始工作时，Vbm(t)的电压为零，上式可以被改写为：
可以知道，当输出电压Pout取得最大值Poutmax时，式(5)的右边取得最大值，此时
即
假设k＝0，可以得到强度调制器最大输出光功率点时的偏置电压Vb0max的值为
当输出电压Pout取得最小值Poutmin时，式(5)的右边取得最小值，此时
即
假设k＝0，可以得到强度调制器最小输出光功率点时的偏置电压Vb0min为
强度调制器工作在所希望的线性工作点时，输出功率为最大输出功率和最小输出功率的中间值。因此，本发明根据下式来计算线性工作点时对应的偏置电压值P工作点如下：
将Poutmax和Poutmin代入上式可以得到：
工作点时的输出信号函数如下：
由上(13)和(14)两式，可以得到，在工作点时：
由上式可以解出，进一步可解得工作点时Vb0的值为
可以将工作点时的Vb0由Vb0min和Vb0max来表示：
V b 0 = 1 2 V b 0 min + 1 2 V b 0 max - - - ( 17 ) ]]>
因此，本发明利用平均功率的方法进行强度调制器偏置工作点控制的步骤如下：
平均功率测量的方案进行强度调制器偏置工作点稳定，包括开机寻找工作点和工作时进行长期控制两个部分。
开机工作点寻找的过程如下：
由伺服控制器对强度调制器进行偏置电压的扫描，从-Vπ扫描到Vπ，设置扫描间隔为0.01V。Vπ是强度调制器的半波电压。扫描间隔可根据需要设定，本发明实施例中设置的0.01V能获取较准确的工作点偏置电压，且不需要记录非常大数量的扫描值。
在偏置电压扫描的过程中，记录每个扫描值时光电探测器输出的电压值。由于光电探测器输出的电压值与强度调制器的输出光功率成比例关系，因此可以通过记录电压值间接得到强度调制器的输出光功率。通过记录光电探测器输出的电压值，可以得到其中光电探测器输出电压的最大值和最小值。这两个点即为强度调制器的最大输出光功率点Poutmax和最小输出光功率点Poutmin。
则对应可查得最大输出光功率点和最小输出光功率点时的偏置电压Vb0max和Vb0min。由上面推出的公式(17)可以得到正确偏置工作点时的偏置电压Vb0。
此时开机扫描过程结束，输出的Vb0即为正确的工作点的偏置电压，设置强度调制器开机的偏置电压为Vb0。
工作时，伺服控制器进行强度调制器偏置工作点稳定的过程如下：
通过开机扫描得到强度调制器在工作点的输出光功率和其对应的光电探测器输出电压，在工作时，通过实时监测，得到实时的光电探测器输出电压。通过查询扫描记录找到Vb0对应的光电探测器的输出电压，将该电压作为工作点时光电探测器理想的输出电压。
通过实时的光电探测器输出电压与工作点时光电探测器理想的输出电压进行比较，获得实际输出电压和理想输出电压的差值，根据该差值获取相应的偏置电压差值，将偏置电压差值作为反馈值输入给强度调制器的直流(DC)端，控制强度调制器的偏置电压与Vb0之间的误差实时地保持在一个限定值之内，进而达到闭环实时调整。例如，设控制强度调制器的偏置电压在[Vb0-a,Vb0+b]内，其中参数a和b取值均在[0,0.5]之内，可根据具体需要来设定。光电探测器输出的电压值与强度调制器的输出光功率成比例关系，根据之前的扫描记录值可计算出光电探测器的输出电压与强度调制器的偏置电压之间的比例关系。在获得光电探测器的实际输出电压后，通过查询之前的扫描记录值或者根据计算得到的比例关系，可获得光电探测器的实际输出电压对应的偏置电压与工作点偏置电压Vb0的差值，将得到的偏置电压差值在强度调制器的减掉，以稳定强度调制器工作点的偏置电压。
强度调制器 八篇：
外加热强制反循环蒸发器
第一、技术领域
本实用新型涉及一种改进的外加热强制循环蒸发器，用于氧化铝生产中铝酸钠溶液的 蒸发浓缩。
第二、背景技术
在氧化铝生产中，铝酸钠溶液的蒸发浓缩很多情况下需要使用外加热强制循环 蒸发器，外加热强制循环蒸发器主要由加热室、蒸发室和轴流泵构成，现有的外加 热强制循环蒸发器中，轴流泵的出料口连接加热室的进料口，轴流泵的进料口连接 蒸发室的轴向出料口，加热室的出料口连接蒸发室的切向进料口。应用过程中，在 循环轴流泵的动力下，需要蒸发浓缩的铝酸钠溶液依次经过加热室、蒸发室后再返 回轴流泵，进行循环加热蒸发，切向进入的料液，导致蒸发室罐壁结疤速度加快， 大大缩短了蒸发器清洗周期，增大了清洗工作量，增加了生产成本；加热室和蒸发 室间容易出现热短路，减小了传热有效温差，降低了蒸发器的生产能力；容易出现 漩涡损失，增加了循环泵的功率能耗，也降低了循环泵的效率和使用寿命；并且因 为罐壁结疤现象严重，无法进行高浓度结晶蒸发，蒸发性能受到限制。
第三、发明内容
本实用新型的目的在于提供一种外加热强制反循环蒸发器，罐壁结疤速度慢，蒸发器 清洗周期短，能够进行高浓度蒸发。
本实用新型所述的外加热强制反循环蒸发器，包括加热室、蒸发室和轴流泵，其特征 在于轴流泵的出料口连接蒸发室的轴向进料口，轴流泵的进料口连接加热室的出料口，蒸 发室的出料口连接加热室的进料口。
本实用新型中，实际上是通过改变循环泵的安装方式，将蒸发室传统的切向进料正循 环方式，改变成蒸发室的轴向进料，改变了物料的流向，实现蒸发室物料的反循环运转。 反循环时，蒸发室中的主要流向有原来切向改为竖向流，有效地克服了切向正循环操作时 有害的固相偏析，即沸腾区固相浓度低，增加成核速度和结晶速度的现象，使过饱和度最 高的沸腾区中能悬浮相对较多的晶体，使沸腾产生的过饱和度能被悬浮的晶体及时吸收， 而不是在罐壁上释放，以减缓蒸发室壁结疤速度，大大延长了蒸发器的清洗周期，降低了 清洗工作量，降低了生产成本；其次，反循环时，外循环的晶体量减少，特别是通过循环 泵和加热室的大晶体较少(比重大的晶体通过离心泵排走)，不仅减少了晶体与叶轮碰撞 机会，抑止二次成核，并且使料液经加热室时升温产生的细晶溶解效果更加有效，减缓了 加热室结疤速度；第三、利用加热室中加热管上方液柱静压引起的沸点升高，阻止加热管 内任何处料液沸腾造成的析盐。在操作中，加热室上方设置足够富裕的液柱高度，不用担 心会增加静压温差损失，就达到防止加热管内沸腾的目的，使结疤问题得到了有效的解决， 从而可以实现高浓度蒸发。
将蒸发室的轴向进料口通过引料管引入到蒸发室的内部，保证料液液位，确保 蒸发器的蒸发性能。
在引料管的顶部配装有返料帽，使物料得到分散，改善蒸发效果。
将蒸发室的物料液面控制位设计的高于蒸发室的出料口高度，避免蒸汽进入循 环料液，会引发蒸发器的强烈振动，还会影响蒸发性能。
在工业实际中需要注意的事项：
第一、防止循环泵的汽蚀。
由正循环改为反循环后，与循环泵入口相连的是阻力大的加热室，造成泵进口压力 的下降。如果蒸发器的有效汽蚀余量NPSHa降到循环泵的必需汽蚀余量NPSHr时，泵将发 生汽蚀而无法正常工作。在蒸发器改为反循环时，必须校对计算，保证NPSHa-NPSHr至 少有0.5米的富裕量。其中NPSHa要按蒸发室的最低液位和最大循环量计算；NPSHr要用 循环泵可能的运行流量范围内的最大NPSHr值。这就要求在选用循环泵时，要选择抗汽蚀 性能高的循环泵。
第二、如何准确控制蒸发室液位。
蒸发室的出料口液位绝对不能低于切向出料管的上沿，以避免蒸汽进入循环料液，引 发蒸发器的强烈振动，影响蒸发性能；同时，液位不能过高，过高会增大短路温差损失， 并增加二次蒸汽的雾沫夹带量，影响冷凝水合格率。
本实用新型外加热强制反循环蒸发器，经实际工业试验后证实，蒸发室罐壁结疤速度 慢，抗结疤能力效果显著，蒸发室清洗周期短，降低了清洗工作量，降低了生产成本；其 次，反循环时，外循环的晶体量减少，特别是通过循环泵和加热室的大晶体较少，不仅减 少了晶体与叶轮碰撞机会，抑止二次成核，并且使料液经加热室时升温产生的细晶溶解效 果更加有效，减缓了加热室结疤速度；第三、利用加热室中加热管上方液柱静压引起的沸 点升高，阻止加热管内任何处料液沸腾造成的析盐，并且不会增加静压温差损失；第四、 反循环时，加热室和蒸发室间不易出现热短路，保证了传热有效温差，利于保证蒸发器的 生产能力；第五、反循环，避免了出现漩涡损失，降低了循环泵的功率能耗，延长了循环 泵的效率和使用寿命。结疤问题得到了有效的解决，可以实现高浓度蒸发。
一批试验情况资料如下：
(1)节约清洗费用：按强制循环蒸发器的清理周期从20天延长到90天，则每 年可节约水力清洗以及酸洗费用25万元。
(2)降低蒸汽消耗：提高加热室中加热管的传热效率，蒸发汽耗由原来的0.5t- 汽/t-水降到0.4t-汽/t-水，每年产生经济效益：(0.5-0.4)×40×60×24×365× 80％＝168万元。
(3)实施结晶蒸发，可以提高熟料氧化铝含量，降低熟料折合比，提高氧化铝 生产能力。
(1)、(2)两项合计经济效益193万元，扣除税金等净利为193×61％＝118万元。 以年产77万吨氧化铝计算，每吨氧化铝可降低成本：118÷77＝1.532万元/吨。经 济效益可观。
附图说明
图1、本实用新型一实施例简易结构示意图。
图2、现有外加热强制反循环蒸发器结构示意参考图。
图中：1、9、轴流泵 2、7、加热室 3、8、蒸发室 4、返料帽 5、蒸发室物 料液面控制位 6、引料管。
第四、具体实施方式
结合上述实施例附图对本实用新型作进一步说明。
如图所示，本实用新型所述的外加热强制反循环蒸发器，包括加热室2、蒸发室3和 轴流泵1，其轴流泵1的出料口连接蒸发室3的轴向进料口，轴流泵1的进料口连接加热 室2的出料口，蒸发室3的出料口连接加热室2的进料口。蒸发室3的轴向进料口通过引 料管6引入到蒸发室3的内部，引料管6的顶部配装有返料帽4，蒸发室3的物料液面控 制位5高于蒸发室3的出料口高度。
在应用过程中，在循环轴流泵1的动力下，需要蒸发浓缩的铝酸钠溶液依次经过蒸发 室3、加热室2后再返回轴流泵1，进行循环加热蒸发。
强度调制器 九篇：
强制循环光反应器
【第一、技术领域】：本实用新型属于一种光化反应设备，特别是一种强制循环光反应器。
【第二、背景技术】：本申请人曾于2003年5月23日向国家知识产权局申请并于2004 年6月2日授权公告一项名为《强制循环三相流化床光催化反应器》，专利号为 03257692.7的实用新型专利，该专利主要包括反应容器，气液分离器，三通取样 阀，气液混合器，循环泵，循环管路和光源等组成，该产品相对以前的光反应器 具有气液固混合均匀，提高床层效率和处理效率，外置热交换装置不影响光照面 积等优点，但该产品仍可进一步优化，拓展应用范围。
【第三、发明内容】：本实用新型的目的是为了进一步优化产品结构，增加气液量的控制 和在线温度显示，为拓展应用范围而提供的一种强制循环光反应器。
本实用新型提供的强制循环光反应器，包括反应容器，气液分离器，循环泵， 循环管路和光源等组成，在反应容器内下部增设气体分布器，气体分布器的进气 口由反应容器壁穿出并连接气泵，气液分离器的循环液出口通过循环管路和循环 泵连接反应容器的循环液入口。
在反应容器的循环液入口处和出口处各设置有一个测温点，在循环液入口与 循环泵之间的循环管路上加设一个流量计，在气液分离器底部开有一个在线的取 样口。在气体分布器进气口与气泵之间加设一个流量计。
本实用新型优点及效果：本实用新型在反应容器下部增设的气体分布器可以分 散气泵输入的气体，气体分布器和气泵间的转子流量计可以调节进气量。循环管 路中的转子流量计可以调节循环液的流量。反应容器进出口处设置的两个测温点 可用于观察反应过程中温度的变化情况，并可根据温度变化调节循环量和冷却水 通量。该反应器可配备多种波长的光源，如荧光灯(蓝光管)，高压汞灯，钨灯和 紫外线灯等。为避免反应过程中紫外线灼伤操作者，可在反应容器和气液分离器 外增加一个不锈钢外罩，以阻挡紫外线。该光反应器不仅适用于废水处理，也可 用于光化反应设备，如氰钴胺素光化反应制备羟钴胺素。
【附图说明】：
图1是强制循环光反应器连接结构示意图。
图中标号：
1.反应容器 2.光源 3.光源支架 4.循环液出口 5.气液分离器 6.排气口 7.水冷盘管 8.冷却水进口 9.冷却水出口 10.取样口 11.循环泵 12.液体流量计 13.气体分布器 14.气体流量计 15.气泵 16.循环液入口 17.T1测温点 18.T2测温点
【第四、具体实施方式】：
实施例1、
如图1所示，本实用新型提供的强制循环光反应器，包括反应容器1，气液分 离器5，循环泵11，循环管路和光源2等组成，在反应容器的循环液入口16处和 出口4处各设置有一个测温点(T1)17、(T2)18，在反应容器内下部增设气体分 布器13，气体分布器的进气口由反应容器壁穿出并连接气泵15，气体分布器进气 口与气泵之间加设一个流量计14；气液分离器的循环液出口通过循环管路和循环 泵11连接反应容器的循环液入口16。在循环液入口与循环泵之间的循环管路上加 设一个流量计12，气液分离器上部为投料与排气口6，在气液分离器底部开有一 个在线取样口10。
该反应器可配备多种波长的光源，如荧光灯，高压汞灯，钨灯和紫外线灯等。 为避免反应过程中紫外线灼伤操作者，可在反应容器和气液分离器外增加一个不 锈钢外罩，以阻挡紫外线。
