CN106154592A - 并联mzi型iq电光调制器的自动偏压控制方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种并联MZI电光调制器自动偏压的控制方法及其装置，所述并联MZI电光调制器包括由I路子MZI和Q路子MZI并联而成的母MZI，I路子MZI、Q路子MZI、母MZI的光路上分别制作有由中央控制器控制的Q路调相电极、I路调相电极、π/2调相电极，分别获得所述并联MZI电光调制器的Q路调相电极、I路调相电极、π/2调相电极的最佳偏置电压；依次在所述并联MZI电光调制器的Q路调相电极、I路调相电极、π/2调相电极上施加扰动，根据所述并联MZI电光调制器的平均光功率反馈确定是否对其最佳偏置电压进行调整。本发明使得调试设备装置简单，调节过程快捷高效。

Description

并联MZI型IQ电光调制器的自动偏压控制方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种电光调制器的自动偏压控制方法与装置，特别涉及一种并联MZ型IQ电光调制器的自动偏压控制方法与装置，本发明属于通信领域。

背景技术

在光纤通信领域里，更大信道带宽，更长传输距离，更高接收灵敏度，永远都是研发人员追求的目标。现有WDM波分复用系统和EDFA光放大器的广泛使用，已经极大提高了光纤通信系统的通信容量和传输距离。然而，传统的ASK信号传输，单路信道带宽有限，这种传统的光通信技术势必会被更先进的技术所代替，相干光通信技术开始越来越受到关注。相干光通信通过光的相位来传递信号，因此，他比传统的幅度调制光信号能传的更远，在相同的条件下，相干接收机比普通接收机提高灵敏度约20dB，可以达到接近散粒噪声极限的高性能，因此也增加了光信号的无中继传输距离，相干光通信可以采取复杂的高阶调制格式，也提高了传输信道的频谱利用效率。

相干光通信的三大核心光电子器件是可调谐激光器和调制器、相干接收机，可调谐激光器(ITLA)发出的光进入调制器，调制器调制的光信号经过长距离传输后被相干接收机(ICR)接收。目前，100G相干调制器普遍采用的调制格式是单载波的双偏振正交相移键控(DP-QPSK)，每一个偏振IQ调制器光学结构均采用双并联马赫-增德尔干涉仪(MZI)结构，该结构两个单MZI并联而成，两个单MZ调制器通过射频驱动推挽产生BPSK信号，然后进行90°相移后并联合波，形成QPSK光信号。

对于单偏振的并联MZI型IQ电光调制器，工作点电压会在使用的过程中因为各种因素(环境变化，器件自身性能变化等因素)而发生漂移，工作点漂移后调制器不能输出高质量的信号，接收端解调后就会产生误码。为了使调制器长时间工作在QPSK的工作态，需要对调制器做自动偏压控制。

发明内容

本发明提供了一种并联MZ型IQ电光调制器的自动偏压控制方法与装置，该控制方法装置简单，控制过程快捷高效，控制精度高，可以实现快速找到调制器的工作电压并实现最佳偏置电压的自动锁定。

本发明的技术方案是：

一种并联MZI电光调制器自动偏压的控制方法，所述并联MZI电光调制器包括由I路子MZI和Q路子MZI并联而成的母MZI，I路子MZI、Q路子MZI、母MZI的光路上分别制作有由中央控制器控制的Q路调相电极、I路调相电极、π/2调相电极，分别获得所述并联MZI电光调制器的Q路调相电极、I路调相电极、π/2调相电极的最佳偏置电压；依次在所述并联MZI电光调制器的Q路调相电极、I路调相电极、π/2调相电极上施加扰动，根据所述并联MZI电光调制器的平均光功率反馈确定是否对其最佳偏置电压进行调整。

在所述并联MZI电光调制器的Q路调相电极、I路调相电极、π/2调相电极上施加的扰动为扰动方波，该扰动方波的幅度不超过所述并联MZI电光调制器半波电压的5％。

所述并联MZI电光调制器的平均光功率反馈为反馈方波，当反馈方波幅值小于或等于设定阈值时，无需对相应的最佳偏置电压进行调整；当反馈方波幅值大于设定阈值时，需要对相应的最佳偏置电压进行调整。

当需要对相应的最佳偏置电压进行调整时，判断反馈方波和扰动方波方向，当两者反向时，减小相应的偏置电压，直至反馈方波幅值小于或等于设定阈值；当两者同向时，增加相应的偏置电压，直至反馈方波幅值小于或等于设定阈值；将调整后的偏置电压作为新的最佳偏置电压。

按照时隙循环方式轮流依次针对I路调相电极、Q路调相电极、π/2调相电极的最佳偏置电压进行实时监控和调整，或者依次针对Q路调相电极、I路调相电极、π/2调相电极的最佳偏置电压进行实时监控和调整。

对所述I路调相电极和/或Q路调相电极所施加的扰动方波的幅值为10mV～15mV、占空比1:1、频率250Hz～1KHz、持续时间50ms～100ms，反馈方波的设定阈值为不高于4mV。

对所述π/2调相电极所施加的扰动方波的幅值不高于8mV、占空比1:1、频率250Hz～1KHz、持续时间50ms～100ms，反馈方波的设定阈值不高于2mV。

一种并联MZI电光调制器工作点电压的调试装置，所述并联MZI电光调制器包括由I路子MZI和Q路子MZI并联而成的母MZI，包括并联MZI电光调制器、光探测器、中央控制器；其中，所述并联MZI电光调制器输出端的一路与所述光探测器连接，所述光探测器检测所述并联MZI电光调制器输出的平均光功率和RF高速光信号的低频分量的幅值并输入所述中央控制器；所述中央控制器通过引脚BI、BQ、BP给所述并联MZI电光调制器的I路调相电极、Q路调相电极、π/2调相电极分别施加直流偏置电压，所述中央控制器通过引脚DI、DQ、DP给所述并联MZI电光调制器的I路调相电极、Q路调相电极、π/2调相电极分别施加扰动方波；所述中央控制器依次在所述Q路调相电极、I路调相电极、π/2调相电极施加周期性扫描电压，通过监测所述并联MZI电光调制器的平均光功率周期性波动幅值来分别确定所述Q路调相电极、I路调相电极、π/2调相电极的最佳偏置电压；所述中央控制器依次在所述并联MZI电光调制器的Q路调相电极、I路调相电极、π/2调相电极上施加扰动方波，根据所述并联MZI电光调制器的平均光功率反馈确定是否对其最佳偏置电压进行调整。

进一步包括跨阻放大器、高通滤波器、包络幅值检波器、低通滤器、加法器；所述光探测器将所述并联MZI电光调制器输出的光信号转换为光电流信号后进一步转换成光电压并经过跨阻放大器放大，跨阻放大器输出电信号分成两路，一路接低通滤波器后进入所述中央控制器用于监控平均光功率；另一路经过高通滤波器和包络幅值检波器后进入所述中央控制器用于监控RF高速光信号的低频分量的幅值。

本发明具有如下优点：

1、本发明仅仅采用平均光功率和光信号幅值监控的方式来实现并联MZI型IQ电光调制器的自动偏压控制，不涉及复杂的反馈电路设计，使得调试设备装置简单，调节过程快捷高效；

2、本发明该控制方法适用于实验室调制器的手动工作点调试，也可以通过编程来实现超大批量的调制器生产过程中的工作点调试和自动控制；

3、本发明相比于部分现有技术采取的正弦波扰动方案，本发明中采用的方波扰动，方波发生电路相比正弦波发生电路设计上要更为简单。

附图说明

图1是本发明并联MZI电光调制器的结构示意图；

图2是本发明并联MZI型IQ电光调制器的自动偏压控制框图；

图3是本发明扰动和反馈方波的波形图；同向时子MZ偏压b0增加，π/2偏压p0减小；反向时子MZ偏压b0减小，π/2偏压p0增加；

图4是本发明时隙1中I路子MZI偏压控制流程图；

图5是本发明时隙2中Q路子MZI偏压控制流程图；

图6是本发明时隙3中母MZI偏压控制流程图；

图7是本发明时隙1、时隙2、时隙3的时域循环方式；

其中：

1:光输入端； 2:Q路子MZI；

3:I路子MZI； 4:母MZI；

5:Q路调相电极； 6:I路调相电极；

7:π/2调相电极； 8:光输出端；

9:光探测器； 10:跨阻放大器；

11:高通滤波器； 12:包络幅值检波器；

13:低通滤波器； 14:中央控制器；

15:加法器；

具体实施方式

下面结合实施例和附图对发明中的并联MZI型IQ电光调制器的自动偏压控制方法与装置做出详细说明，实施例中，我们采用了并联MZI型硅光IQ调制器；

图1是并联MZI电光调制器的结构示意图，图2是并联MZI型IQ电光调制器的自动偏压控制框图。激光器的光从光输入端1进入IQ调制器，然后一分二平均分配到Q路子MZI 2和I路子MZI 3，射频信号加载在两路子MZI后调节Q路调相电极5和I路调相电极6分别控制两路子MZI的偏置电压，最佳偏置时候IQ两路输出的BPSK光信号在母MZI4处合波，调节π/2调相电极偏置电压使IQ正交，在光输出端8处输出QPSK光信号；输出端8输出光分一定比例的能量到光探测器9，光探测器9得到的光电流信号转换成光电压后经过跨阻放大器10放大，跨阻放大器10输出电信号分成两路，一路接低通滤波器13后进入中央控制器14，用于监控平均光功率；另一路经过高通滤波器11和包络幅值检波器12后进入中央控制器14，用于监控RF高速光信号的低频分量幅值；中央控制器14给通过引脚BI、BQ、BP给I路调相电极6、Q路调相电极5和π/2调相电极7加上合适的直流偏置电压，通过引脚DI、DQ、DP给I路调相电极6，Q路调相电极5和π/2调相电极7加上低速的扰动方波(dither)，上述直流偏置电压和扰动方波通过加法器15耦合在一起，加载在I路调相电极6、Q路调相电极5和π/2调相电极7上。

并联MZI型IQ电光调制器的自动偏压控制方法，主要包括两部分，调制器最佳偏置点的寻找和调制器最佳偏置点的锁定。最佳偏置点的寻找方法，包括如下步骤：

步骤1、给调制器加上RF驱动点信号；通过中央控制器14的BP引脚周期性从小到大扫描π/2调相电极7上的电压，中央控制器14监控调制器出光的平均光功率周期性波动变化。调节中央控制器14的BI引脚的电压，当调制器出光的平均光功率周期性波动幅值最小时，对应的BI引脚的电压为I路MZI 6的最佳偏置；理论上平均光功率周期性波动幅值最小可以达到0V，实际调制器的bpsk态仍然会有很小的直流分量，导致母MZI消光比不可能为0，即平均光功率周期性波动幅值不能达到0V，实施例中只需要将调制器出光的平均光功率周期性波动幅值调到最小，我们就认为该路MZI调到了最佳偏置点；

步骤2、通过中央控制器14的BP引脚周期性从小到大扫描π/2调相电极7上的电压，中央控制器14监控调制器出光的平均光功率周期性波动变化。调节中央控制器14的BQ引脚的电压，当调制器出光的平均光功率周期性波动幅值最小时，对应的BQ引脚的电压为Q路MZI的最佳偏置；理论上平均光功率周期性波动幅值最小可以达到0V，实际调制器的bpsk态仍然会有很小的直流分量，导致母MZI消光比不可能为0，即平均光功率周期性波动幅值不能达到0V，实施例中将只需要将调制器出光的平均光功率周期性波动幅值调到最小，我们就认为该路MZI调到了最佳偏置点；

步骤3、将IQ两路MZI设置成最佳偏置；通过中央控制器14的BP引脚周期性从小到大扫描π/2调相电极7上的电压，中央控制器14监控调制器光信号的低频分量的幅值周期性波动变化。调制器光信号的低频分量的幅值最小时，对应的BP引脚的电压为π/2调相电极7的最佳偏置；

最佳偏置点的锁定方法，包括如下步骤：

步骤4、在时隙1，给I路调相电极6设置偏置电压，并加上扰动方波，扰动方波的辐度不超过调制器半波电压的5％，对调制器的平均光功率进行监控。中央控制器14检测到平均光功率反馈方波，当反馈方波幅值小于或等于设定反馈方波阈值时(此时认为反馈方波已调平)，此时偏置电压不需要调节；当反馈方波幅值大于设定反馈方波阈值时，判断反馈方波和扰动方波是否反向；若反向，减小I路偏置电压，直至反馈方波幅值小于或等于设定阈值；若同向，增加I路偏置电压，直至反馈方波幅值小于或等于设定阈值；实施例中，时隙1的控制框图如图4，设置的I路扰动方波幅值为15mV，占空比1:1，频率250Hz，持续时间100ms，反馈方波阈值为4mV；

步骤5、在时隙2，给Q路调相电极5设置偏置电压，并加上扰动方波，对调制器的平均光功率进行监控，扰动方波的辐度不超过调制器半波电压的5％。中央控制器14检测到平均光功率反馈方波，当反馈方波幅值小于或等于设定反馈方波阈值时(此时认为反馈方波已调平)，此时偏置电压不需要调节；当反馈方波幅值大于设定反馈方波阈值时，判断反馈方波和扰动方波是否反向；若反向，减小Q路偏置电压，直至反馈方波幅值小于或等于设定阈值；若同向，增加Q路偏置电压，直至反馈方波幅值小于或等于设定阈值；实施例中，时隙2的控制框图如图5，设置的Q路扰动方波幅值为15mV，占空比1:1，频率250Hz，持续时间100ms，反馈方波阈值为不高于4mV；

步骤6、在时隙3，给π/2调相电极7设置偏置电压，并加上扰动方波，扰动方波的辐度不超过调制器半波电压的5％，对调制器的信号包络幅度值进行监控。中央控制器14检测到调制器光信号的低频分量幅值的反馈方波，当反馈方波幅值小于或等于设定阈值时(此时认为反馈方波已调平)，此时偏置电压不需要调节；当反馈方波幅值大于设定阈值时，判断反馈方波和扰动方波是否同向；若同向，减小π/2调相电极7偏置电压，直至反馈方波幅值小于或等于设定阈值；若反向，增加π/2调相电极7偏置电压，直至反馈方波幅值小于或等于设定阈值；实施例中，时隙3的控制框图如图6，设置的π/2电极扰动方波幅值为8mV，占空比1:1，频率250Hz，持续时间100ms，反馈方波阈值为不高于2mV；

步骤7、按照“时隙1-时隙2-时隙3-时隙1-时隙2-时隙3……”的循环方式针对三个电极，对调制器偏置电压进行实时控制；

虽然本发明已经详细示例并描述了相关的特定实施例做参考，但对本领域的技术人员来说，在阅读和理解了该说明书和附图后，在不背离本发明的思想和范围特别是上述装置实施的功能上，可以在装置形式和细节上作出各种改变。这些改变都将落入本发明的权利要求所要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种并联MZI电光调制器自动偏压的控制方法，所述并联MZI电光调制器包括由I路子MZI和Q路子MZI并联而成的母MZI，I路子MZI、Q路子MZI、母MZI的光路上分别制作有由中央控制器控制的Q路调相电极、I路调相电极、π/2调相电极，其特征在于：

分别获得所述并联MZI电光调制器的Q路调相电极、I路调相电极、π/2调相电极的最佳偏置电压；

依次在所述并联MZI电光调制器的Q路调相电极、I路调相电极、π/2调相电极上施加扰动，根据所述并联MZI电光调制器的平均光功率反馈确定是否对其最佳偏置电压进行调整。

2.根据权利要求1所述的一种并联MZI电光调制器自动偏压的控制方法，其特征在于：在所述并联MZI电光调制器的Q路调相电极、I路调相电极、π/2调相电极上施加的扰动为扰动方波，该扰动方波的幅度不超过所述并联MZI电光调制器半波电压的5％。

3.根据权利要求2所述的一种并联MZI电光调制器自动偏压的控制方法，其特征在于：所述并联MZI电光调制器的平均光功率反馈为反馈方波，当反馈方波幅值小于或等于设定阈值时，无需对相应的最佳偏置电压进行调整；当反馈方波幅值大于设定阈值时，需要对相应的最佳偏置电压进行调整。

4.根据权利要求3所述的一种并联MZI电光调制器自动偏压的控制方法，其特征在于：当需要对相应的最佳偏置电压进行调整时，判断反馈方波和扰动方波方向，当两者反向时，减小相应的偏置电压，直至反馈方波幅值小于或等于设定阈值；当两者同向时，增加相应的偏置电压，直至反馈方波幅值小于或等于设定阈值；将调整后的偏置电压作为新的最佳偏置电压。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种并联MZI电光调制器自动偏压的控制方法，其特征在于：按照时隙循环方式轮流依次针对I路调相电极、Q路调相电极、π/2调相电极的最佳偏置电压进行实时监控和调整，或者依次针对Q路调相电极、I路调相电极、π/2调相电极的最佳偏置电压进行实时监控和调整。

6.根据权利要求3-5中任一项所述的一种并联MZI电光调制器自动偏压的控制方法，其特征在于：对所述I路调相电极和/或Q路调相电极所施加的扰动方波的幅值为10mV～15mV、占空比1:1、频率250Hz～1KHz、持续时间50ms～100ms，反馈方波的设定阈值为不高于4mV。

7.根据权利要求3-6中任一项所述的一种并联MZI电光调制器自动偏压的控制方法，其特征在于：对所述π/2调相电极所施加的扰动方波的幅值不高于8mV、占空比1:1、频率250Hz～1KHz、持续时间50ms～100ms，反馈方波的设定阈值不高于2mV。

8.一种并联MZI电光调制器工作点电压的调试装置，所述并联MZI电光调制器包括由I路子MZI和Q路子MZI并联而成的母MZI，其特征在于:包括并联MZI电光调制器、光探测器、中央控制器；其中，

所述并联MZI电光调制器输出端的一路与所述光探测器连接，所述光探测器检测所述并联MZI电光调制器输出的平均光功率和RF高速光信号的低频分量的幅值并输入所述中央控制器；

所述中央控制器通过引脚BI、BQ、BP给所述并联MZI电光调制器的I路调相电极、Q路调相电极、π/2调相电极分别施加直流偏置电压，所述中央控制器通过引脚DI、DQ、DP给所述并联MZI电光调制器的I路调相电极、Q路调相电极、π/2调相电极分别施加扰动方波；

所述中央控制器依次在所述Q路调相电极、I路调相电极、π/2调相电极施加周期性扫描电压，通过监测所述并联MZI电光调制器的平均光功率周期性波动幅值来分别确定所述Q路调相电极、I路调相电极、π/2调相电极的最佳偏置电压；

所述中央控制器依次在所述并联MZI电光调制器的Q路调相电极、I路调相电极、π/2调相电极上施加扰动方波，根据所述并联MZI电光调制器的平均光功率反馈确定是否对其最佳偏置电压进行调整。

9.如权利要求8所述的一种并联MZI电光调制器工作点电压的调试装置，其特征在于：进一步包括跨阻放大器、高通滤波器、包络幅值检波器、低通滤器、加法器；所述光探测器将所述并联MZI电光调制器输出的光信号转换为光电流信号后进一步转换成光电压并经过跨阻放大器放大，跨阻放大器输出电信号分成两路，一路接低通滤波器后进入所述中央控制器用于监控平均光功率；另一路经过高通滤波器和包络幅值检波器后进入所述中央控制器用于监控RF高速光信号的低频分量的幅值。

10.如权利要求9所述的一种并联MZI电光调制器工作点电压的调试装置，其特征在于：所述I路调相电极、Q路调相电极、π/2调相电极上的直流偏置电压和扰动方波分别通过加法器耦合。