CN108566249A - M-z调制器任意偏置点控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种M‑Z调制器任意偏置点控制系统，包括M‑Z调制器和光耦合器，光电转换放大器，接收光耦合器提供的光信号，并将光信号转换为电信号进行放大处理；第一低通滤波器，滤出电信号的基波分量；带通滤波器，滤出电信号的二次谐波分量；第二低通滤波器，滤出基波分量中的低频直流分量；第三低通滤波器，滤出二次谐波分量中的低频直流分量；除法器，对基波分量和二次谐波分量中的低频直流分量做除法运算，获得偏移误差修正电压；加法器，对偏移误差修正电压、低频抖动信号和直流偏置电压做加法运算，获得修正后的直流偏置电压，将修正后的直流偏置电压提供给M‑Z调制器的直流偏置端。本发明可以实现宽温度范围内M‑Z调制器任意偏置点的准确控制。

Description

M-Z调制器任意偏置点控制系统

技术领域

本发明属于微波光电子技术领域，具体涉及一种M-Z(马赫-曾德尔)调制器任意偏置点控制系统。

背景技术

目前光纤通信系统正朝着高速、长距离、大容量的方向发展，由于M-Z调制器具有调制速率高、工作性能稳定、调制信号的频率啁啾小、光损耗较低、适用于多种码型等优势，被广泛应用于高速光通信系统、微波光子学链路等相关光传输处理系统中。M-Z调制器的传输函数为非线形函数，所以在使用M-Z调制器时需要给它加载一个直流偏置电压来保证其信号调制时可以工作在其传输函数合适的工作点上。但是M-Z调制器在工作中会随时间、环境温度、外电场、应力等因素的变化对调制器稳定性产生影响，致使调制器偏置点发生漂移，造成调制信号质量变差、传输系统误码率上升，因此为了保证M-Z调制器可以工作在其传输函数合适的工作点上，需要根据其输入和输出光信号情况，及时对由于各种原因导致的工作点漂移进行修正。

为了减小M-Z调制器偏置点漂移对光通信系统性能影响，国内外科研技术人员做了大量的研究工作，提出各种调制器偏置点控制方法。主要归纳为两种方法：一种是功率法，一种是导频法。前者基于调制器输入和输出的光功率比对其工作点漂移进行反馈控制补偿，然而调制器输出反馈光信号会随输入光功率波动与光路损耗变化而变化，造成偏置点控制精度差。目前工程上大都采用后一种方法，即采用一个低频抖动信号的反馈控制方法来实现调制器偏置点的锁定。但是，在采用导频法进行偏置点控制时存在工作温度范围窄的问题，并且控制精度有待进一步提高。

发明内容

本发明提供一种M-Z调制器任意偏置点控制系统，以解决目前偏置点控制系统工作温度范围较窄且控制精度较低的问题。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种M-Z调制器任意偏置点控制系统，包括M-Z调制器和光耦合器，所述光耦合器用于将所述M-Z调制器输出的光信号分光输出，还包括：光电转换放大器，用于接收所述光耦合器提供的光信号，将所述光信号转换为电信号并对所述电信号进行放大处理；

第一低通滤波器，用于滤出所述电信号的基波分量；

带通滤波器，用于滤出所述电信号的二次谐波分量；

第二低通滤波器，用于滤出所述基波分量中的低频直流分量；

第三低通滤波器，用于滤出所述二次谐波分量中的低频直流分量；

除法器，用于对所述基波分量和二次谐波分量中的低频直流分量做除法运算，获得偏移误差修正电压；

低频抖动信号发生器，用于产生低频抖动信号；

直流偏置电压产生电路，用于根据所述电信号，获取所述M-Z调制器任意偏置点对应的直流偏置电压；

加法器，用于对所述偏移误差修正电压、低频抖动信号和直流偏置电压做加法运算，获得修正后的直流偏置电压，将修正后的直流偏置电压提供给所述M-Z调制器的直流偏置端。

在一种可选的实现方式中，所述直流偏置电压产生电路包括：

A/D转换器，用于将所述电信号由模拟形式转换为数字形式；

微控制器，用于扫描所述数字形式的电信号，获得M-Z调制器任意偏置点对应的直流偏置电压；

D/A转换器，用于将所述微控制器提供的直流偏置电压由数字形式转换为模拟形式，并将所述直流偏置电压稳定输出给所述加法器。

在另一种可选的实现方式中，还包括模拟开关，所述微控制器，用于在获得M-Z调制器任意偏置点对应的直流偏置电压，并将数字形式的直流偏置电压提供给D/A转换器后，控制所述模拟开关导通；

所述模拟开关导通后将所述偏移误差修正电压提供给所述加法器。

在另一种可选的实现方式中，还包括：第一稳相及全波整流器，用于对所述基波分量进行稳相和全波整流处理，并将处理后的基波分量提供给所述第二低通滤波器；

第二稳相及全波整流器，用于对所述二次谐波分量进行稳相和全波整流处理，并将处理后的二次谐波分量提供给所述第三低通滤波器。

在另一种可选的实现方式中，所述微控制器用于控制所述第一稳相及全波整流器、第二稳相及全波整流器对应对所述基波分量和二次谐波分量进行稳相和全波整流处理。

在另一种可选的实现方式中，所述微控制器用于控制所述低频抖动信号发生器产生低频抖动信号。

在另一种可选的实现方式中，还包括可调数字电位器，所述微控制器用于控制所述可调数字电位器的阻值，从而对所述光电转换放大器的放大倍数进行调整。

本发明的有益效果是：

1、本发明在对M-Z调制器进行偏置点控制时，通过模拟电路对M-Z调制器输出光信号对应电信号中的基波和二次谐波分量的幅度信息进行提取并得到幅度比值，根据该幅度比值监测偏置点的漂移，并将该幅度比值作为偏移误差修正电压，与低频抖动信号一起，对各个偏置点对应直流偏置电压进行修正，再利用修正后的直流偏置电压对M-Z调制器进行偏置点控制，由此可以在宽温度范围内实现M-Z调制器传输函数上任意偏置点的稳定精确控制。此外，本发明控制系统还具有结构简单、电路体积小、便于集成、控制精度高、不需依赖其它外部设备的特点；

2、本发明在利用低频抖动信号和偏移误差修正电压对直流偏置电压进行修正之前，首先获得直流偏置电压，并将直流偏置电压固定加载至加法器的输入端，从而加载至M-Z调制器的直流偏置端，然后根据M-Z调制器在该直流偏置电压作用下输出的光信号，分析获取偏移误差修正电压，并基于偏移误差修正电压对直流偏置电压进行修正，本发明使直流偏置电压的获取和修正过程分阶段进行，可以提高偏置点控制准确度，实现M-Z调制器任意偏置点的锁定，并且利用微控制器可以实现两个阶段的无缝自动切换；

3、本发明在获取偏移误差修正电压之前，对基波分量和二次谐波分量进行稳相整流处理，可以使基波分量和二次谐波分量相位稳定不发生漂移，从而可以提高偏移误差修正电压的获取准确度，进而提高偏置点控制准确度。

附图说明

图1是本发明M-Z调制器任意偏置点控制系统的一个实施例电路示意图；

图2是本发明M-Z调制器任意偏置点控制系统的另一个实施例电路示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明实施例中技术方案作进一步详细的说明。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参见图1，为本发明M-Z调制器任意偏置点控制系统的一个实施例电路示意图。该M-Z调制器任意偏置点控制系统可以包括M-Z调制器、光耦合器、光电转换放大器、第一低通滤波器、带通滤波器、第二低通滤波器、第三低通滤波器、除法器、低频抖动信号发生器、直流偏置电压产生电路和加法器，其中M-Z调制器的输出端连接光耦合器的输入端，光耦合器的第一输出端将M-Z调制器输出的大部分光信号输出，第二输出端与光电转换放大器连接，将M-Z调制器输出的小部分光信号提供给光电转换放大器。光电转换放大器的输出端分别与第一低通滤波器、带通滤波器和直流偏置电压产生电路的输入端连接，第一低通滤波器的输出端连接第二低通滤波器的输入端，带通滤波器的输出端连接第三低通滤波器的输入端，第二低通滤波器和第三低通滤波器的输出端连接除法器的输入端，除法器的输出端连接加法器的输入端，直流偏置电压产生电路和低频抖动信号发生器的输出端连接加法器的输入端，加法器的输出端连接M-Z调制器的直流偏置端。其中，

光耦合器，用于将所述M-Z调制器输出的光信号分光输出；

光电转换放大器，用于接收所述光耦合器提供的光信号，将所述光信号转换为电信号并对所述电信号进行放大处理；

第一低通滤波器，用于滤出所述电信号的基波分量；

带通滤波器，用于滤出所述电信号的二次谐波分量；

第二低通滤波器，用于滤出所述基波分量中的低频直流分量；

第三低通滤波器，用于滤出所述二次谐波分量中的低频直流分量；

除法器，用于对所述基波分量和二次谐波分量中的低频直流分量做除法运算，获得偏移误差修正电压，其中针对调制偏置点中的两个正交偏置点，除法器将所述二次谐波分量中的低频直流分量除以所述基波分量中的低频直流分量，针对调制偏置点中的最小值点和最大值点，除法器将所述基波分量重的低频直流分量除以所述二次谐波分量重的低频直流分量；

低频抖动信号发生器，用于产生低频抖动信号；

直流偏置电压产生电路，用于根据所述电信号，获取所述M-Z调制器任意偏置点对应的直流偏置电压；

加法器，用于对所述偏移误差修正电压、低频抖动信号和直流偏置电压做加法运算，获得修正后的直流偏置电压，将修正后的直流偏置电压提供给所述M-Z调制器的直流偏置端。

本实施例中，本实施例中带通滤波器与第三低通滤波器之间，以及第一低通滤波器与第二低通滤波器之间都设置有全波整流器。M-Z调制器的输入端可以与DFB(Distributed Feedback，分布式反馈)激光器连接，该DFB激光器可以为emcore公司生产的MODEL 1782，工作波长为1550nm，大功率光输出，输出为保偏光纤；该M-Z调制器为oclaro公司生产的AM20，工作波长为1550nm，调制带宽为20GHz，半波电压为5V，偏置电压输入调节范围为±20V，输入输出为保偏光纤。该光耦合器可以为是分光比为99:1的1×2光耦合器，输入输出光纤均为保偏光纤，其中M-Z调制器输出的99％的光信号被直接传输出去，1％的光信号被传输给光电转换放大器。光电转换放大器可以包括光电探测器和电流电压转换放大电路。另外，所述直流偏置电压产生电路可以包括：A/D(模/数)转换器，用于将所述电信号由模拟形式转换为数字形式；微控制器，用于扫描所述数字形式的电信号，获得M-Z调制器任意偏置点对应的直流偏置电压；D/A(数/模)转换器，用于将所述微控制器提供的直流偏置电压由数字形式转换为模拟形式，并将所述直流偏置电压稳定输出给所述加法器。其中微控制器可以与低频抖动信号发生器连接，由微控制器控制所述低频抖动信号发生器产生低频抖动信号，该低频抖动信号可以为1KHz，幅值为50mV的正弦波信号。

由上述实施例可见，本发明在对M-Z调制器进行偏置点控制时，通过模拟电路对M-Z调制器输出光信号对应电信号中的基波和二次谐波分量的幅度信息进行提取并得到幅度比值，根据该幅度比值监测偏置点的漂移，并将该幅度比值作为偏移误差修正电压，与低频抖动信号一起，对各个偏置点对应直流偏置电压进行修正，再利用修正后的直流偏置电压对M-Z调制器进行偏置点控制，由此可以在宽温度范围内实现M-Z调制器传输函数上任意偏置点的稳定精确控制。此外，本发明控制系统还具有结构简单、电路体积小、便于集成、控制精度高、不需依赖其它外部设备的特点。本发明可以应用于某高速光通信传输系统中，也可以应用于微波光子学或分布式光纤传感系统。

参见图2，为本发明M-Z调制器任意偏置点控制系统的另一个实施例电路示意图。图2与图1所示M-Z调制器任意偏置点控制系统的区别在于，还包括模拟开关，所述微控制器，用于在获得M-Z调制器任意偏置点对应的直流偏置电压，并将数字形式的直流偏置电压提供给D/A转换器后，控制所述模拟开关导通；所述模拟开关导通后将所述偏移误差修正电压提供给所述加法器。本发明在利用低频抖动信号和偏移误差修正电压对直流偏置电压进行修正之前，首先获得直流偏置电压，并将直流偏置电压固定加载至加法器的输入端，从而加载至M-Z调制器的直流偏置端，然后根据M-Z调制器在该直流偏置电压作用下输出的光信号，分析获取偏移误差修正电压，并基于偏移误差修正电压对直流偏置电压进行修正，本发明使直流偏置电压的获取和修正过程分阶段进行，可以提高偏置点控制准确度，实现M-Z调制器任意偏置点的锁定，并且利用微控制器可以实现两个阶段的无缝自动切换。

图2与图1所示M-Z调制器任意偏置点控制系统的区别在于，还包括：第一稳相及全波整流器，用于对所述基波分量进行稳相和全波整流处理，并将处理后的基波分量提供给所述第二低通滤波器；第二稳相及全波整流器，用于对所述二次谐波分量进行稳相和全波整流处理，并将处理后的二次谐波分量提供给所述第三低通滤波器。现有技术中，在利用低频抖动信号对M-Z调制器进行偏置点控制时，需要基于M-Z调制器输出的光信号对低频抖动信号进行修正，经申请人研究发现，偏置点控制的准确度不仅与M-Z调制器输出光信号中基波、二次谐波的幅度有关，而且还与该光信号中基波、二次谐波的相位漂移有关。为此本发明在获取偏移误差修正电压之前，对基波分量和二次谐波分量进行稳相整流处理，可以使基波分量和二次谐波分量相位稳定不发生漂移，从而可以提高偏移误差修正电压的获取准确度，进而提高偏置点控制准确度。其中，可以由微控制器控制所述第一稳相及全波整流器、第二稳相及全波整流器对应对所述基波分量和二次谐波分量进行稳相和全波整流处理。

本实施例在对M-Z调制器的偏置点进行控制时，首先微控制器控制模拟开关断开，M-Z调制器、光耦合器、光电转换放大器、A/D转换器、微控制器、D/A转换器形成一闭环反馈控制环路，光电转换放大电路将光耦合器提供的光信号转换为电信号并进行放大处理，放大处理后模拟形式的电信号被传输给A/D转换器，A/D转换器将模拟形式的电信号转换为数字形式并提供给微控制器，微控制器经扫描搜索M-Z调制器任意偏置点对应直流偏置电压，并将数字形式的直流偏置电压传输给D/A转换器，D/A转换器将数字形式的直流偏置电压转换成模拟形式，并向加法器固定输出模拟形式的直流偏置电压；此后，微控制器控制低频抖动信号发生器产生正弦抖动信号加载到加法器输入端，控制模拟开关导通，从而M-Z调制器、光耦合器、光电转换放大器、带通滤波器、第一低通滤波器、第二低通滤波器、第三低通滤波器、第一稳相及全波整流器、第二稳相及全波整流器、乘法器、加法器、微控制器、低频抖动信号发生器、模拟开关形成一闭环反馈控制环路，首先通过第一低通滤波器滤出光电转换放大器输出的电信号中的基波分量，通过带通滤波器滤出电信号中的二次谐波分量，并利用第一稳相及全波整流器对基波分量进行稳相和整流处理，利用第二稳相及全波整流器对二次谐波分量进行稳相和整流处理，稳相和整流处理后的基波分量经第二低通滤波器滤除高频分量，获得基波分量的低频直流分量，稳相和整流处理后的二次谐波分量经第三低通滤波器滤除高频分量，获得二次谐波分量的低频直流分量。此后基波分量和二次谐波分量中的低频直流分量经除法器相除，获得偏移误差修正电压，该偏移误差修正电压连同低频抖动信号发生器提供的低频抖动信号、D/A转换器提供的直流偏置电压被加载到加法器做加法运算，获得修正后的直流偏置电压，修正后的直流偏置电压被提供给M-Z调制器的直流偏置端，由此可以实现M-Z调制器任意偏置点的锁定。

图2与图1所示M-Z调制器任意偏置点控制系统的区别在于，还包括可调数字电位器，所述微控制器用于控制所述可调数字电位器的阻值，从而对所述光电转换放大器的放大倍数进行调整。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (7)

1.一种M-Z调制器任意偏置点控制系统，包括M-Z调制器和光耦合器，所述光耦合器用于将所述M-Z调制器输出的光信号分光输出，其特征在于，还包括：光电转换放大器，用于接收所述光耦合器提供的光信号，将所述光信号转换为电信号并对所述电信号进行放大处理；

第一低通滤波器，用于滤出所述电信号的基波分量；

带通滤波器，用于滤出所述电信号的二次谐波分量；

第二低通滤波器，用于滤出所述基波分量中的低频直流分量；

第三低通滤波器，用于滤出所述二次谐波分量中的低频直流分量；

除法器，用于对所述基波分量和二次谐波分量中的低频直流分量做除法运算，获得偏移误差修正电压；

低频抖动信号发生器，用于产生低频抖动信号；

直流偏置电压产生电路，用于根据所述电信号，获取所述M-Z调制器任意偏置点对应的直流偏置电压；

加法器，用于对所述偏移误差修正电压、低频抖动信号和直流偏置电压做加法运算，获得修正后的直流偏置电压，将修正后的直流偏置电压提供给所述M-Z调制器的直流偏置端。

2.根据权利要求1所述的M-Z调制器任意偏置点控制系统，其特征在于，所述直流偏置电压产生电路包括：

A/D转换器，用于将所述电信号由模拟形式转换为数字形式；

微控制器，用于扫描所述数字形式的电信号，获得M-Z调制器任意偏置点对应的直流偏置电压；

D/A转换器，用于将所述微控制器提供的直流偏置电压由数字形式转换为模拟形式，并将所述直流偏置电压稳定输出给所述加法器。

3.根据权利要求2所述的M-Z调制器任意偏置点控制系统，其特征在于，还包括模拟开关，所述微控制器，用于在获得M-Z调制器任意偏置点对应的直流偏置电压，并将数字形式的直流偏置电压提供给D/A转换器后，控制所述模拟开关导通；

所述模拟开关导通后将所述偏移误差修正电压提供给所述加法器。

4.根据权利要求1所述的M-Z调制器任意偏置点控制系统，其特征在于，还包括：第一稳相及全波整流器，用于对所述基波分量进行稳相和全波整流处理，并将处理后的基波分量提供给所述第二低通滤波器；

第二稳相及全波整流器，用于对所述二次谐波分量进行稳相和全波整流处理，并将处理后的二次谐波分量提供给所述第三低通滤波器。

5.根据权利要求4所述的M-Z调制器任意偏置点控制系统，其特征在于，所述微控制器用于控制所述第一稳相及全波整流器、第二稳相及全波整流器对应对所述基波分量和二次谐波分量进行稳相和全波整流处理。

6.根据权利要求2所述的M-Z调制器任意偏置点控制系统，其特征在于，所述微控制器用于控制所述低频抖动信号发生器产生低频抖动信号。

7.根据权利要求2所述的M-Z调制器任意偏置点控制系统，其特征在于，还包括可调数字电位器，所述微控制器用于控制所述可调数字电位器的阻值，从而对所述光电转换放大器的放大倍数进行调整。