CN105334644A - 铌酸锂外调制器的精确控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铌酸锂外调制器的精确控制方法，具体步骤如下：步骤一：偏置控制器中的微控制器检测出扰动基频信号传输函数、谐波信号传输函数；步骤二：微控制器记录基频信号与谐波信号的极值，并通过计算二次谐波抑制比的变化曲线得到Q值；步骤三：根据步骤二中得出的Q值来作为偏置电压控制参考变量。本发明的铌酸锂外调制器的精确控制方法的响应速度和控制精度更高、控制稳定性更好。

Description

铌酸锂外调制器的精确控制方法

技术领域

本发明涉及微波光纤通信领域，特别涉及一种铌酸锂外调制器的精确控制方法。

背景技术

铌酸锂MZM调制器是光纤通信系统中常用的外调制器件之一，但是MZM调制器存在最佳偏置电压工作点会随着激光器输入光功率、连接器插损和环境温度等因素的影响而发生漂移的问题，为了改善MZM调制器的电光调制特性以提高整个光纤通信系统的性能，通常采用基于导频信号的最佳偏置电压控制系统来对MZM调制器的最佳偏置电压点进行检测和偏置电压控制。但采用基于导频信号的最佳偏置电压控制系统算法精度不高，难以有效控制。

传统的基于导频信号的外调制器偏置电压控制系统，通常基于基波和谐波的幅值变化进行最佳工作点的判决，当扰动变量施加到外调制器和偏置电压控制电路时，基波和谐波的判决阈值将发生整体漂移，无法满足抗环境扰动的鲁棒性设计。

传统的铌酸锂MZM调制器偏置控制技术主要包括：基于输入/输出光功率比值变化的反馈控制技术，基于RF抖动信号谐波归零的反馈控制回路。采用以上两种控制方式的控制精度和控制稳定性，都受到相应限制。对于基于输入/输出光功率比值变化的反馈控制方法，通过监测特定偏置工作点时的MZM调制器的输入/输出功率比，进行反馈控制，但是，光功率比值同时受到输入光功率波动和光路插入损耗变化的影响，并在实际工程应用中，受到连接器重复性和光纤传输路由的影响。基于以上描述的限制，该技术通常应用于实验室场景中。对于基于抖动信号谐波归零的反馈控制技术，低频的抖动信号（通常在几kHz）附加到直流偏置电压上，驱动MZM正常工作，并通过光探测器对其谐波信号进行检测。基于偏置工作点的选择，特定阶数的谐波信号能够被抑制并作为反馈归零信号进行偏置工作点的控制。比如，2阶谐波信号在正交偏置点处消失，基频信号在最大/最小点处归零。

抖动谐波信号归零技术最终仍然依赖于MZM的输出光功率，因此仍然受到光功率变化和插入损耗等因素的影响，但较光功率比值技术大为改进，除了谐波信号的受环境影响的问题，并且基于归零算法的控制技术仅仅局限于对正交偏置点的扫描定位，无法实现任意工作点的选择。在实际的电路设计和算法设计中，谐波归零技术通常受到电路本底噪声的干扰，因此无法提取有效信号，使得偏置工作点的定位无法准确实现，无法实现较高的控制精度；另外，谐波信号的变化区间较小，使得基于归零判决的偏置点搜索算法，需要更长的响应时间；由于电路本底噪声和环境扰动的影响，谐波归零点会发生漂移从而导致对于正交偏置点的判决失效，因此会存在控制稳定性的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种响应速度和控制精度更高、控制稳定性更好的铌酸锂外调制器的精确控制方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种铌酸锂外调制器的精确控制方法具体步骤如下：

步骤一：启动连续激光器和偏置控制器，偏置控制器中的微控制器检测出扰动基频信号传输函数、谐波信号传输函数；

步骤二：在算法中对基频信号传输函数、谐波信号传输函数的比值对进行绝对值，即微控制器记录基频信号与谐波信号的极值，并通过计算二次谐波抑制比的变化曲线得到Q值；

步骤三：根据步骤二中得出的Q值来作为偏置电压控制参考变量来确定外调制器的半波电压、负向正交偏置和正向正交偏置点；

步骤四：将步骤三中的特征数据写入存储器，并初始化Q点稳定控制程序；

步骤五：微控制器执行Q点稳定控制程序，使铌酸锂外调制器始终工作在最佳正交偏置点，维持外调制光传输的稳定性。

步骤二中的具体算法如下：

其中：为基频信号传输函数，

为谐波信号的传输函数。

算法包括以下步骤：

（1）快速扫描正交偏置电压，即自动扫描外调制器的传输曲线，建立器件传递函数，并设置正交偏置点作为最佳工作点；

（2）三点稳定正交偏置电压，即活动工作点偏离正交工作点时，通过变化偏置电压向上变化一次和向下变化一次，并与当前偏置电压进行比较，即三点比较从而产生误差信号，根据当前偏置电压所在的传递函数位置，调整偏置电压值，回到理想位置；

（3）数字滤波采样抑制本底噪声，通过均值算法、中值滤波算法，提取基波和谐波信号比值的有效值，提高正交偏置点的判决可靠性，增加系统的控制精度。

与现有技术相比，本发明的优点在于：采用基波幅值绝对值与谐波幅值绝对值的比值作为偏置电压控制参考变量，将过去的线性搜索提升为非线性的正切搜索，提升了搜索效率和定位精度，并且使用比例判决算法代替阈值判决算法，极大地提高了反馈电路和控制程序的响应速度和控制精度。对引入导频信号的MZM传递函数进行傅里叶级数展开，选取基波分量和谐波分量作为最佳工作点的判决依据，重点是将传统的基于基波或谐波的阈值来判别工作点的位置，提升为使用基波和谐波的绝对值振幅比进行搜索参考，即比例判决算法。

附图说明

图1是本发明专利的外调制器传递函数曲线，横坐标是偏置点的相位变化，纵坐标是外调制器的输出光功率。

图2是本发明专利的基频扰动信号与二次谐波信号的变化曲线，横坐标是偏置点的相位变化，纵坐标是基频信号和谐波信号的电压变化。

图3是本发明专利的谐波抑制比变化曲线，横坐标是偏置点相位变化，纵坐标是谐波抑制比变化。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步描述。

一种铌酸锂外调制器的精确控制方法，具体步骤如下：

步骤一：启动连续激光器和偏置控制器，偏置控制器中的微控制器检测出扰动基频信号传输函数、谐波信号传输函数（如图2所示）；

步骤二：在算法中对基频信号传输函数、谐波信号传输函数的比值对进行绝对值，即微控制器记录基频信号与谐波信号的极值，并通过计算二次谐波抑制比的变化曲线（如图3所示）所示得到Q值；

步骤三：根据步骤二中得出的Q值来作为偏置电压控制参考变量来确定外调制器的半波电压、负向正交偏置和正向正交偏置点。

步骤四：将步骤三中的特征数据写入存储器，并初始化Q点稳定控制程序；

步骤五：微控制器执行Q点稳定控制程序，使铌酸锂外调制器始终工作在最佳正交偏置点，维持外调制光传输的稳定性。

步骤二中的具体算法如下：

其中：为基频信号传输函数，

为谐波信号的传输函数。

通过MZM传递转换函数对基波和谐波用泰勒级数展开4次后提取到基波和谐波分量，即

为上述的基频信号传输函数及谐波信号的传输函数，这部分展开运算内容为本领域技术人员熟知的，故不在此赘述。

本发明的控制算法包括：

（1）快速扫描正交偏置电压，即自动扫描外调制器的传输曲线（如图1所示），建立器件传递函数，并设置正交偏置点作为最佳工作点；

（2）三点稳定正交偏置电压，即活动工作点偏离正交工作点时，通过变化偏置电压向上变化一次和向下变化一次，并与当前偏置电压进行比较，即三点比较从而产生误差信号，根据当前偏置电压所在的传递函数位置，调整偏置电压值，回到理想位置；

（3）数字滤波采样抑制本底噪声，通过均值算法、中值滤波算法，提取基波和谐波信号比值的有效值，提高正交偏置点的判决可靠性，增加系统的控制精度。

以上仅就本发明的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化。凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明保护范围内。

Claims (4)

1.一种铌酸锂外调制器的精确控制方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一：启动连续激光器和偏置控制器，偏置控制器中的微控制器检测出扰动基频信号传输函数、谐波信号传输函数；

步骤二：在算法中对基频信号传输函数、谐波信号传输函数的比值对进行绝对值运算，即微控制器记录基频信号与谐波信号的极值，并通过计算二次谐波抑制比的变化曲线得到Q值；

步骤三：根据步骤二中得出的Q值来作为偏置电压控制参考变量来确定外调制器的半波电压、负向正交偏置和正向正交偏置点。

2.根据权利要求1所述的铌酸锂外调制器的精确控制方法，其特征在于：步骤四：将步骤三中的特征数据写入存储器，并初始化Q点稳定控制程序；

步骤五：微控制器执行Q点稳定控制程序，使铌酸锂外调制器始终工作在最佳正交偏置点，维持外调制光传输的稳定性。

3.根据权利要求1所述的铌酸锂外调制器的精确控制方法，其特征在于：步骤二中的具体算法如下：

其中：为基频信号传输函数，

为谐波信号的传输函数。

4.根据权利要求1所述的铌酸锂外调制器的精确控制方法，其特征在于：控制算法包括以下步骤：

（1）快速扫描正交偏置电压，即自动扫描外调制器的传输曲线，建立器件传递函数，并设置正交偏置点作为最佳工作点；

（2）三点稳定正交偏置电压，即活动工作点偏离正交工作点时，通过变化偏置电压向上变化一次和向下变化一次，并与当前偏置电压进行比较，即三点比较从而产生误差信号，根据当前偏置电压所在的传递函数位置，调整偏置电压值，回到理想位置；

（3）数字滤波采样抑制本底噪声，通过均值算法、中值滤波算法，提取基波和谐波信号比值的有效值，提高正交偏置点的判决可靠性，增加系统的控制精度。