CN106411399A - 双并联mzi型电光调制器光学损耗的自动测试方法与装置 - Google Patents

双并联mzi型电光调制器光学损耗的自动测试方法与装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开双并联MZI型电光调制器光学损耗的自动测试方法，包括步骤：设置测试光源的出光波长通道，获得调制器的进光功率和不施加偏置电压时的出光功率P0；调节调制器I路的偏置电压，使调制器的出光功率达到最大；调节调制器Q路的偏置电压，使调制器的出光功率达到最大；调节调制器P路的偏置电压，使调制器的出光功率达到最大；记录调制器此时的出光功率P，将光功率P值减去出光功率P0获得功率增量ΔP，计算获得增量百分比ΔP/P；比较增量百分比ΔP/P和预设的阈值百分比，当增量百分比ΔP/P大于预设的阈值百分比，返回上步骤；若增量百分比ΔP/P小于或等于阈值百分比，则进入计算该波长通道的光学损耗；本发明测试方法简捷、测试电路设计简单。

Description

双并联MZI型电光调制器光学损耗的自动测试方法与装置
技术领域
本发明涉及一种电光调制器光学损耗的自动测试方法与装置，特别涉及一种双并联MZI型电光调制器光学损耗的自动测试方法与装置，本发明属于通信领域。
背景技术
在数字传输系统中，DPSK和DQPSK的使用已经非常普遍，这就标志着采用相位敏感的编码和传输技术将成为─种趋势。同时，短短的二十年中，光器件行业取得了很大的进展，其中激光器的输出功率，线宽，稳定性和噪声，以及光电探测器的带宽，功率容量和共模抑制比都得到了很大的改善，微波电子器件的性能也大幅提高，这些进步使得相干光通信系统商用化变为可能。
相干光通信的发送端往往采用窄线宽可调谐激光器和外调制器，其中外调制器的调制格式可以是相位调制(DPSK，QPSK等)，也可以是相位－幅度混合调制(QAM)。目前线路侧100G dp-qpsk相干调制器中的IQ调制器采用的主要光学结构为双并联马赫-曾德尔干涉仪(MZI)，单个MZI光学结构将输入光分成两路，两路光经一段距离的传输之后合波，发生干涉。通过外加电压来改变MZI两路传输光的相位差，可以改变输出光的强度和相位。对于单MZI结构，让其偏置在输出光强最小的无光偏置点，再给两臂加相反极性的偏压，周期性改变两臂偏压的极性，可以得到光强度不变、相位相差180°的周期性光信号，形成光的二相位调制(BPSK)。将两个MZI并联后，两路BPSK信号以90°的相位差进行正交合波，得到QPSK信号。100G相干光通信中，基于并联MZ结构的IQ电光调制器被写入国际标准，作为一种标准的解决方案。
双并联MZI型电光调制器的光学插损定义为在不加射频电信号的条件下，两个子MZI在一定的偏置电压下各自相干叠加，功率达到最大，然后两个子MZI的输出光在母MZI处相干叠加，使得双并联MZI光学结构的输出光功率达到最大，这个时候的光学插损即为器件的光学插损。然而，由于器件设计的原因，双并联MZI型电光调制器的光学损耗往往存在着一定的波长相关性，因此，在实际光生产过程中，需要测试器件在所有ITU波长通道下的光学插损。对于频率间隔50Ghz的WDM光通信系统，需要测试调制器在96个波长下的光学损耗，这是一个很大的测试工作量。
发明内容
发明克服现有技术存在的缺陷，提供了一种双并联MZI型电光调制器光学损耗的自动测试方法与装置，该方法、装置简单，测试过程快捷高效，可以用于调制器器件生产过程中的超大批量测试。
本发明的技术方案是：
双并联MZI型电光调制器光学损耗的自动测试方法，步骤1、初始化；步骤2、设置测试光源的出光波长通道，获得调制器的进光功率和不施加偏置电压时的出光功率P0；步骤3、调节调制器I路的偏置电压，使调制器的出光功率达到最大；调节调制器Q路的偏置电压，使调制器的出光功率达到最大；调节调制器P路的偏置电压，使调制器的出光功率达到最大；记录调制器此时的出光功率P，将光功率P值减去出光功率P0获得功率增量ΔP，计算获得增量百分比ΔP/P；步骤4、比较增量百分比ΔP/P和预设的阈值百分比，当增量百分比ΔP/P大于预设的阈值百分比，返回步骤3；若增量百分比ΔP/P小于或等于阈值百分比，则进入步骤5；步骤5、计算该波长通道的光学损耗。
所述步骤3中I路、Q路、P路的偏置电压的调节范围需大于或者等于两倍的MZI直流半波电压。
所述步骤3中I路、Q路、P路的偏置电压的扫描范围为1-1.6V。
进一步包括步骤6，判断测试光源波长是否处于最后一个波长通道，若是，记录调制器各波长对应的光学损耗数据；若不是，则设置测试光源到下一个波长通道，重复步骤2-步骤5直至测试完所有的波长通道的插损。
所述波长通道的光学损耗具体为对应的通道号、波长以及调制器插损，插损为调制器的出光功率减去调制器的进光功率，单位为dBm，将一次测试的通道号、波长、插损作为一组数据进行存储。
所述步骤4中的阈值百分比根据要求的测试精度进行设置。
一种双并联MZI型电光调制器光学损耗的自动测试装置，包括可调谐激光器、1×2保偏耦合器、第一光电探测器、第二光电探测器、单片机；其中，单片机与第一光电探测器、第二光电探测器相连接，以读取第一光电探测器、第二光电探测器的测量值，单片机与可调谐激光器相连接以控制可调谐激光器输出光源的出光波长通道，单片机还与待测的调制器相连以控制待测的调制器的I路、Q路、P路的偏置电压；可调谐激光器输出的光源通过1×2保偏耦合器分光，一路分路光进入第一光电探测器以实现可调谐激光器出光功率的监控，另一路分路光通过待测的调制器输出进入第二光电探测器，通过单片机监控待测器件的出光功率；所述单片机控制可调谐激光器发出的光源的波长以及待测的调制器的I路、Q路、P路的偏置电压实现调制器在各个波场通道上的光学损耗的测试。
所述单片机计算获得待测的调制器初始状态时的进光功率和出光功率P0；所述单片机分别调整待测的调制器的I路、Q路、P路的偏置电压，使待测的调制器出光功率最大，记录此状态下待测的调制器出光功率P；将光功率P值减去出光功率P0获得功率增量ΔP，计算获得增量百分比ΔP/P；所述单片机将增量百分比ΔP/P与预设的阈值百分比进行比较，当增量百分比ΔP/P大于预设的阈值百分比，则计算该状态时的插入损耗；若增量百分比ΔP/P小于或等于阈值百分比，则控制循环运行直至增量百分比ΔP/P大于预设的阈值百分比。
所述单片机通过激光器控制总线来设置可调谐激光器的输出波长、出光功率参数，将可调谐激光器的输出波长依次设置为50GHZ的DWDM光通信系统的ITU-T的96个波长。
本发明具有如下优点：
1、本发明采用不断循环逼近最大功率的方法，来测试器件的光学损耗，测试方法简捷、测试电路设计简单，不涉及复杂的电路和偏压调试算法；
2、本发明使用单片机全程对可调谐激光器和待测器件进行自动控制，测试过程中无需测试人员值守，提高生产过程中人员的生产效率。
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是本发明双并联MZI型电光调制器光学损耗的自动测试装置框图；
图3是本发明bias调节循环次数与光功率的对应关系散点图；
图4是本发明双并联MZI型电光调制器光学损耗的自动测试流程图；
其中，
1：调制器光输入端； 2：母MZI；
3：I路子MZI； 4：Q路子MZI；
5：I路子MZI调相电极； 6：Q路子MZI调相电极；
7：母MZI调相电极； 8：调制器光输出端；
9：可调谐激光器； 10：1×2保偏耦合器；
11：待测器件； 12：第一光电探测器；
13：第二光电探测器； 14：bias I控制接口线；
15：bias Q控制接口线； 16：bias P控制接口线；
17：激光器控制总线； 18：单片机；
具体实施方式
下面结合实施例和附图对发明中的双并联MZI型电光调制器光学损耗的自动测试方法与装置做出详细说明。
图1是并联MZI电光调制器的结构示意图，并联MZI由两个子MZI(I路子MZI 3,Q路子MZI 4)并联而成一个母MZI 2，I路子MZI 3、Q路子MZI 4和母MZI 2的光路上分别制作有I路子MZI调相电极5、Q路子MZI调相电极6和Q路子MZI调相电极7，光源从调制器光输出端1进入并联MZI结构，给I路子MZI调相电极5、Q路子MZI调相电极6和母MZI调相电极7加上合适的偏置电压，调节调制器光输出端8的输出光功率。在测试电光调制器的光学插损的时候，不需要加载射频电信号。
图2是双并联MZI型电光调制器光学损耗的自动测试装置框图，可调谐激光器9发出的光进入一定分光比的1×2保偏耦合器10分光，一部分的光进入第一光电探测器12，通过与第一光电探测器12相连接的单片机18根据第一光电探测器12的测量值和1×2保偏耦合器10的分光比进行计算，监控可调谐激光器9的出光功率，1×2保偏耦合器10分光端的另一支路光进入待测器件11，待测器件11的输出光进入第二光电探测器13，通过与第二光电探测器13相连接的单片机18监控待测器件11的出光功率。单片机18通过偏压控制接口线即bias I控制接口线14、bias Q控制接口线15、bias P控制接口线16控制待测器件11的偏置电压bias I、bias Q和bias P，单片机18通过激光器控制总线17来设置可调谐激光器9的输出波长、出光功率等参数。
本发明方法以一个实施例来描述，实施例中我们采用硅光单偏振IQ调制器，具体操作步骤如下：
步骤1、将硅光单偏振IQ调制器接入测试系统，使用夹具压接的方式，使调制器偏置电压引脚和单片机电路板引脚接触，给测试系统各个组件(单片机、激光器、PD)上电，并初始化参数；
步骤2、设置可调谐激光器出光波长通道，选择50GHZ的DWDM光通信系统的ITU-T的96个波长的第一通道，通过采集第一光电探测器12、第二光电探测器13的信号，单片机可以读取和计算调制器的进光功率和出光功率；
步骤3、读取待测调制器出光功率P0，即第二光电探测器13测得的功率值，并保存在单片机18的寄存器中；以及计算调制器的进光功率值，调制器进光功率值跟第一光电探测器12的功率值有线性相关，由1×2保偏耦合器11的分光比和第一光电探测器12功率值计算出来。例如：当分光比是1：1时，第一光电探测器12功率值就同调制器进光功率值相等。在给定的电压范围内(电压范围不小于两倍的MZI直流半波电压，即大于或者等于两倍的MZI直流半波电压)，实施例中电压扫描范围为1V-1.6V；调节I路的偏置电压，使调制器的出光功率达到最大；然后调节Q的偏置电压，使调制器的出光功率达到最大；调节P的偏置电压，使调制器的出光功率达到最大。记录IQ调制器当前的出光功率P，并且由光功率P值减去步骤3读取的出光功率P0获得功率增量ΔP，然后计算增量百分比ΔP/P；
步骤4、比较增量百分比和阈值百分比的大小，本发明中阈值百分比为预先设置，阈值百分比的设置与用户要求的精度有关，本实施例中阈值百分比设置为1％；若增量百分比ΔP/P大于阈值百分比，重复步骤3；若增量百分比ΔP/P小于或等于阈值百分比，则进入步骤5；
图3是偏置电压调节循环次数与光功率的对应关系散点图，随着步骤3循环次数的增加，功率增量ΔP的值会越来越小，输出光功率会单调缓慢变大但趋于稳定，增量百分比ΔP/P会越来越小，直到小于阈值百分比，该波长偏置电压调节完成，进入步骤5；
步骤5、读取此时调制器出光功率，以及计算调制器的进光功率值。调制器进光功率值跟第一光电探测器12的功率值线性相关，由1×2保偏耦合器11的分光比和第一光电探测器12功率值计算得到。例如：当分光比是1：1时，第一光电探测器12功率值就同调制器进光功率值相等。计算该波长通道的光学损耗，由出光功率减进光功率，单位为dBm，并将通道号、波长、插损作为一组数据保存在单片机的存储器中；
步骤6、单片机判断可调谐激光器是否处于最后一个通道波长，若是，则进入步骤7；若不是，则设置可调谐激光器到下一个通道波长，进入步骤2，直到测试完所有的通道波长插损；
步骤7、输出调制器在ITU-T的96个波长下对应的光学损耗数据，即各通道的通道号、波长、插损指标值。
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 (9)

1.双并联MZI型电光调制器光学损耗的自动测试方法，其特征在于：步骤1、初始化；步骤2、设置测试光源的出光波长通道，获得调制器的进光功率和不施加偏置电压时的出光功率P0；步骤3、调节调制器I路的偏置电压，使调制器的出光功率达到最大；调节调制器Q路的偏置电压，使调制器的出光功率达到最大；调节调制器P路的偏置电压，使调制器的出光功率达到最大；记录调制器此时的出光功率P，将光功率P值减去出光功率P0获得功率增量ΔP，计算获得增量百分比ΔP/P；步骤4、比较增量百分比ΔP/P和预设的阈值百分比，当增量百分比ΔP/P大于预设的阈值百分比，返回步骤3；若增量百分比ΔP/P小于或等于阈值百分比，则进入步骤5；步骤5、计算该波长通道的光学损耗。
2.根据权利要求1所述的双并联MZI型电光调制器光学损耗的自动测试方法，其特征在于：所述步骤3中I路、Q路、P路的偏置电压的调节范围需大于或者等于两倍的MZI直流半波电压。
3.根据权利要求2所述的双并联MZI型电光调制器光学损耗的自动测试方法，其特征在于：所述步骤3中I路、Q路、P路的偏置电压的扫描范围为1-1.6V。
4.根据权利要求1所述的双并联MZI型电光调制器光学损耗的自动测试方法，其特征在于：进一步包括步骤6，判断测试光源波长是否处于最后一个波长通道，若是，记录调制器各波长对应的光学损耗数据；若不是，则设置测试光源到下一个波长通道，重复步骤2-步骤5直至测试完所有的波长通道的插损。
5.根据权利要求1所述的双并联MZI型电光调制器光学损耗的自动测试方法，其特征在于：所述波长通道的光学损耗具体为对应的通道号、波长以及调制器插损，插损为调制器的出光功率减去调制器的进光功率，单位为dBm，将一次测试的通道号、波长、插损作为一组数据进行存储。
6.根据权利要求1所述的双并联MZI型电光调制器光学损耗的自动测试方法，其特征在于：所述步骤4中的阈值百分比根据要求的测试精度进行设置。
7.根据权利要求1所述双并联MZI型电光调制器光学损耗的自动测试装置，其特征在于：包括可调谐激光器(9)、1×2保偏耦合器(10)、第一光电探测器(12)、第二光电探测器(13)、单片机(18)；其中，单片机(18)与第一光电探测器(12)、第二光电探测器(13)相连接，以读取第一光电探测器(12)、第二光电探测器(13)的测量值，单片机(18)与可调谐激光器(9)相连接以控制可调谐激光器(9)输出光源的出光波长通道，单片机(18)还与待测的调制器相连以控制待测的调制器的I路、Q路、P路的偏置电压；可调谐激光器(9)输出的光源通过1×2保偏耦合器(10)分光，一路分路光进入第一光电探测器(12)以实现可调谐激光器(9)出光功率的监控，另一路分路光通过待测的调制器输出进入第二光电探测器(13)，通过单片机(18)监控待测器件(11)的出光功率；所述单片机(18)控制可调谐激光器(9)发出的光源的波长以及待测的调制器的I路、Q路、P路的偏置电压实现调制器在各个波场通道上的光学损耗的测试。
8.根据权利要求7所述的双并联MZI型电光调制器光学损耗的自动测试装置，其特征在于：所述单片机(18)计算获得待测的调制器初始状态时的进光功率和出光功率P0；所述单片机(18)分别调整待测的调制器的I路、Q路、P路的偏置电压，使待测的调制器出光功率最大，记录此状态下待测的调制器出光功率P；将光功率P值减去出光功率P0获得功率增量ΔP，计算获得增量百分比ΔP/P；所述单片机(18)将增量百分比ΔP/P与预设的阈值百分比进行比较，当增量百分比ΔP/P大于预设的阈值百分比，则计算该状态时的插入损耗；若增量百分比ΔP/P小于或等于阈值百分比，则控制循环运行直至增量百分比ΔP/P大于预设的阈值百分比。
9.根据权利要求7或8所述的双并联MZI型电光调制器光学损耗的自动测试装置，其特征在于：所述单片机(18)通过激光器控制总线(17)来设置可调谐激光器(9)的输出波长、出光功率参数，将可调谐激光器(9)的输出波长依次设置为50GHZ的DWDM光通信系统的ITU-T的96个波长。
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