CN108964758B - 双平行马赫-曾德尔调制器啁啾参数的测量方法及系统 - Google Patents

双平行马赫-曾德尔调制器啁啾参数的测量方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双平行马赫‑曾德尔调制器啁啾参数的测量方法及系统，涉及通信技术领域。测量方法包括：未输入射频信号时，测量双平行马赫‑曾德尔调制器的输出光功率的最大值和半波电压；在第一路马赫‑曾德尔调制器上输入射频信号，且在正交直流偏置电压DCP和第二路马赫‑曾德尔调制器的直流偏置电压上分别加载频率不同的抖动信号后，调节所有直流偏置电压以测量输出的和频信号的最大值；根据输出光功率的最大值、和频信号的最大值和频率，计算得到双平行马赫‑曾德尔调制器第一路的啁啾参数。本发明可以测量双平行马赫‑曾德尔调制器啁啾参数，快速剔除质量较差的双平行马赫‑曾德尔调制器，满足高速光通信网络的要求。

Description

双平行马赫-曾德尔调制器啁啾参数的测量方法及系统
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体是涉及一种双平行马赫-曾德尔调制器啁啾参数的测量方法及系统。
背景技术
长距离高速光通信主要采用相干光通信技术，而相干光通信主要采用的是正交相移编码(Quadrature Phase Shift Keying，QPSK)、正交振幅调制(Quadrature AmplitudeModulation，QAM)等调制方式，QPSK和QAM都是基于双平行马赫-曾德尔调制器(DualParallel Mach-Zehnder-Modulator，DPMZM)来实现的。一种双平行马赫-曾德尔调制器的结构如图1所示：DPMZM设有并联的I路马赫-曾德尔调制器和Q路马赫-曾德尔调制器，实线为光的传输路径；点划线为射频信号电极RFI和RFQ，用于将数据信号转换为光的相位变化；虚线为直流偏置电极，包括分别加载在I路马赫-曾德尔调制器和Q路马赫-曾德尔调制器上的直流偏置电压DCI和DCQ，以及P路正交直流偏置电压DCP，用以将DPMZM偏置在正确的工作点。
理想情况下，加在一路马赫-曾德尔调制器的两臂上的射频信号的相位变化大小相等，且方向相反，称为推-挽(push-pull)。但是在实际情况下，由于两臂的射频电极长度失配、结构差异等原因引起电光调制系数不同，使加在两臂上的相位变化大小产生差异，这种现象称为啁啾(Chirp)。啁啾在传输系统中会影响信号的最佳读取时间点，从而拉高对光信噪比(Optical Signal-To-Noise Ratio，OSNR)的要求，而越是更高阶的调制模式对啁啾的要求也越高。同时，啁啾还会影响DC电压信号最佳工作点的锁定，这种影响在射频信号的幅度较小时更加明显，而除QPSK外，其他高阶调制如16QAM等，RF调制曲线工作在线性区，啁啾会使DC电压锁定与最佳工作点产生较大偏差，严重影响光信号质量。
因此，要获得高质量的相干光信号，需要选用啁啾小的双平行马赫-曾德尔调制器。目前，暂无测量双平行马赫-曾德尔调制器啁啾参数的方法。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种双平行马赫-曾德尔调制器啁啾参数的测量方法及系统，可以测量双平行马赫-曾德尔调制器啁啾参数。
本发明提供一种双平行马赫-曾德尔调制器啁啾参数的测量方法，其包括：
未输入射频信号时，测量所述双平行马赫-曾德尔调制器的输出光功率的最大值和半波电压；
在第一路马赫-曾德尔调制器上输入射频信号，且在正交直流偏置电压DCP和第二路马赫-曾德尔调制器的直流偏置电压上分别加载频率不同的抖动信号后，调节所有直流偏置电压以测量输出的和频信号的最大值；
根据所述输出光功率的最大值、和频信号的最大值和频率，计算得到所述双平行马赫-曾德尔调制器第一路的啁啾参数。
在上述技术方案的基础上，在所述第一路和第二路马赫-曾德尔调制器上加载推挽式偏置电压，或者，在所述第一路和第二路马赫-曾德尔调制器的一臂上加载偏置电压。
在上述技术方案的基础上，重复执行以下操作，直到得到所述和频信号的最大值；
保持所有直流偏置电压中的两个不变，调节第三个直流偏置电压，使得所述双平行马赫-曾德尔调制器处于预设工作点上；
其中，所述预设工作点为所述和频信号的最大值对应的点。
在上述技术方案的基础上，所述射频信号的幅值VRF为所述射频信号的半波电压的2倍。
在上述技术方案的基础上，所述抖动信号为低频周期信号，且幅值＝0.1Vπ，Vπ为所述输出光功率的半波电压。
在上述技术方案的基础上，当I和Q路马赫-曾德尔调制器上加载推挽式偏置电压时，所述第一路的啁啾参数α的计算公式为：
Figure BDA0001711780790000031
其中，Pmax为所述输出光功率的最大值，
Figure BDA0001711780790000032
为所述和频信号的最大值，a和b分别为两个所述抖动信号的幅值，f1和f2分别为两个所述抖动信号的频率，f1＞0，f2＞0，f1≠kf2，k为正整数，k≥1，t为时间，且所有偏置电压满足：
Figure BDA0001711780790000033
且
Figure BDA0001711780790000034
l、m和n均为整数，
Figure BDA0001711780790000035
VI、VQ和VP分别为I、Q或者P路上加载的偏置电压，
Figure BDA0001711780790000036
和
Figure BDA0001711780790000037
分别是I、Q或者P路上的初始相位。
在上述技术方案的基础上，当I和Q路马赫-曾德尔调制器的一臂上加载偏置电压时，所述第一路的啁啾参数α的计算公式为：
Figure BDA0001711780790000038
其中，Pmax为所述输出光功率的最大值，
Figure BDA0001711780790000039
为所述和频信号的最大值，a和b分别为两个所述抖动信号的幅值，f1和f2分别为两个所述抖动信号的频率，f1＞0，f2＞0，f1≠kf2，k为正整数，k≥1，t为时间，且所有偏置电压满足：
Figure BDA0001711780790000041
且
Figure BDA0001711780790000042
l和m均为整数，
Figure BDA0001711780790000043
VI、VQ和VP分别为I、Q或者P路上加载的偏置电压，
Figure BDA0001711780790000044
和
Figure BDA0001711780790000045
分别是I、Q或者P路上的初始相位。
本发明还提供一种双平行马赫-曾德尔调制器啁啾参数的测量系统，其包括：
控制电路，其用于在所述双平行马赫-曾德尔调制器上加载射频信号、直流偏置电压以及抖动信号；
信号检测电路，其用于检测所述双平行马赫-曾德尔调制器的输出信号，并转换为电信号；
信号处理电路，其用于根据所述信号检测电路输出的电信号，得到输出光功率的最大值、和频信号的最大值和频率，以及计算得到所述双平行马赫-曾德尔调制器的第一路的啁啾参数；
其中，测量所述输出光功率的最大值时，所述控制电路不在所述双平行马赫-曾德尔调制器上输入射频信号；
测量所述和频信号的最大值和频率时，所述控制电路在第一路马赫-曾德尔调制器上输入射频信号，且在正交直流偏置电压DCP和第二路马赫-曾德尔调制器的直流偏置电压上分别加载频率不同的抖动信号后，调节所有直流偏置电压。
在上述技术方案的基础上，所述信号检测电路包括相连的光功率检测器和运算放大电路，光功率检测器为光电二极管，运算放大电路用于对光功率检测器输出的电信号进行放大。
在上述技术方案的基础上，所述信号处理电路为示波器或者数字采样电路。
与现有技术相比，本发明的优点为：通过测量输出光功率的最大值、和频信号的最大值和频率，计算得到双平行马赫-曾德尔调制器的第一路的啁啾参数，从而快速剔除质量较差的双平行马赫-曾德尔调制器，满足高速光通信网络中必须的高阶相干通信的要求。
附图说明
图1是一种双平行马赫-曾德尔调制器的结构示意图；
图2是本发明第一实施例双平行马赫-曾德尔调制器啁啾参数的测量方法流程图；
图3是本发明第四实施例双平行马赫-曾德尔调制器啁啾参数的测量系统示意图；
图4是本发明第六实施例双平行马赫-曾德尔调制器啁啾参数的测量系统的应用示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
本发明提供一种双平行马赫-曾德尔调制器啁啾参数的测量方法，其包括：
未输入射频信号时，测量双平行马赫-曾德尔调制器的输出光功率的最大值和半波电压。
在第一路马赫-曾德尔调制器上输入射频信号，且在正交直流偏置电压DCP和第二路马赫-曾德尔调制器的直流偏置电压上分别加载频率不同的抖动信号后，调节所有直流偏置电压以测量输出的和频信号的最大值。
根据输出光功率的最大值、和频信号的最大值和频率，计算得到双平行马赫-曾德尔调制器第一路的啁啾参数。
本发明第一实施例提供一种双平行马赫-曾德尔调制器啁啾参数的测量方法，其中，待测的双平行马赫-曾德尔调制器的I路马赫-曾德尔调制器和Q路马赫-曾德尔调制器均为推挽式马赫-曾德尔调制器，且I路和Q路路马赫-曾德尔调制器上加载推挽式直流偏置电压，即I路和Q路的双臂上均加载直流偏置电压。
参见图2所示，本测量方法包括以下步骤：
S110I路和Q路均未输入射频信号时，测量双平行马赫-曾德尔调制器的输出光功率的最大值和半波电压。
RFI＝0，RFQ＝0，调节I路马赫-曾德尔调制器的直流偏置电压DCI和Q路马赫-曾德尔调制器的直流偏置电压DCQ，以及正交直流偏置电压DCP，使得输出光功率分别达到最大值Pmax和最小值Pmin，得到输出光功率的半波电压Vπ。
S120在I路马赫-曾德尔调制器上输入射频信号，射频信号的幅值VRF为射频信号的半波电压的2倍，即RFI≠0，Q路马赫-曾德尔调制器RFQ＝0。
S130在正交直流偏置电压DCP和Q路马赫-曾德尔调制器的直流偏置电压DCQ上分别加载频率不同的抖动信号。
具体的，可以对DCI、DCQ和DCP进行初始化，DCI＝DCI0，DCQ＝DCQ0，DCP＝DCP0，DCI0、DCQ0和DCP0为初始值，且均不为0。
在DCQ0上加载频率为f1的抖动信号，在DCP0上加载频率为f2的抖动信号，f1＞0，f2＞0，f1≠kf2，k为正整数，k≥1。
抖动信号均为低频周期信号，例如正弦信号或者余弦信号，a和b分别为两个抖动信号的幅值，且a＝0.1Vπ，b＝0.1Vπ，Vπ为输出光功率的半波电压。抖动信号的频率应使得调制器能响应以及检测和处理电路方便处理，例如，抖动信号的频率范围可以为：100Hz～100kHz。
S140调节所有直流偏置电压以测量输出的和频信号的最大值。
和频信号是交流信号，和频信号的频率f为抖动信号的频率之和，f＝f1+f2。
在一种示例中，可以按照以下调节方法交替调节DCI、DCQ和DCP，在示波器上观察和频信号，使得和频信号的信号强度达到最大值
Figure BDA0001711780790000071
调节方法包括：
保持正交直流偏置电压DCP和第一路马赫-曾德尔调制器的直流偏置电压不变，调节第二路马赫-曾德尔调制器的直流偏置电压，使得所述双平行马赫-曾德尔调制器处于预设工作点上。
保持正交直流偏置电压DCP和第二路马赫-曾德尔调制器的直流偏置电压不变，调节第一路马赫-曾德尔调制器的直流偏置电压，使得所述双平行马赫-曾德尔调制器处于预设工作点上。
保持第一路马赫-曾德尔调制器的直流偏置电压和第二路马赫-曾德尔调制器的直流偏置电压不变，调节正交直流偏置电压DCP，使得所述双平行马赫-曾德尔调制器处于预设工作点上。
其中，预设工作点为和频信号的最大值对应的点。
重复执行上述操作，直到得到和频信号的最大值。
为了简单起见，假设I路马赫-曾德尔调制器的半波电压、Q路马赫-曾德尔调制器的半波电压、以及正交直流偏置电压所在的相位调制器的半波电压都是相等的，统一用Vπ表示。调节所有直流偏置电压，使得输出和频信号达到最大值，测量得到和频信号的最大值。
在实际应用中，I路马赫-曾德尔调制器的半波电压、Q路马赫-曾德尔调制器的半波电压、以及正交直流偏置电压所调节的相位调制器的半波电压可以不相等。通过上述调节方法，可以得到和频信号的最大值。
S150根据输出光功率的最大值、和频信号的最大值和频率，计算得到双平行马赫-曾德尔调制器I路的啁啾参数。
具体的，I路的啁啾参数α的计算公式为：
Figure BDA0001711780790000081
其中，Pmax为输出光功率的最大值，
Figure BDA0001711780790000082
为和频信号的最大值，a和b分别为两个抖动信号的幅值，f1和f2分别为两个抖动信号的频率，f1＞0，f2＞0，f1≠kf2，k为正整数，k≥1，t为时间，且所有偏置电压满足：
Figure BDA0001711780790000083
且
Figure BDA0001711780790000084
时，l、m和n均为整数，
Figure BDA0001711780790000085
VI、VQ和VP分别为I、Q或者P路上加载的偏置电压，
Figure BDA0001711780790000086
和
Figure BDA0001711780790000087
分别是I、Q或者P路上的初始相位。。
具体的，
Figure BDA0001711780790000088
当
Figure BDA0001711780790000089
且
Figure BDA00017117807900000810
时，和频信号达到最大值。
通过测量输出光功率的最大值、和频信号的最大值和频率，计算得到双平行马赫-曾德尔调制器的啁啾参数，可以快速剔除质量较差的双平行马赫-曾德尔调制器，满足高速光通信网络中必须的高阶相干通信的要求。
本发明第二实施例提供一种双平行马赫-曾德尔调制器啁啾参数的测量方法，第二实施例与前述第一实施例基本相同，区别在于：在第一实施例中，第一路马赫-曾德尔调制器为I路马赫-曾德尔调制器，第二路马赫-曾德尔调制器为Q路马赫-曾德尔调制器。而在第二实施例中，第一路马赫-曾德尔调制器为Q路马赫-曾德尔调制器，第二路马赫-曾德尔调制器为I路马赫-曾德尔调制器。
根据输出光功率的最大值、和频信号的最大值和频率，计算得到双平行马赫-曾德尔调制器Q路的啁啾参数。
具体的，主要区别包括：
在步骤S120中，在Q路马赫-曾德尔调制器上输入射频信号，射频信号的幅值VRF为射频信号的半波电压的2倍，即RFQ≠0，I路马赫-曾德尔调制器RFI＝0。
在步骤S130中，在正交直流偏置电压DCP和I路马赫-曾德尔调制器的直流偏置电压DCI上分别加载频率不同的抖动信号。
本发明第三实施例提供一种双平行马赫-曾德尔调制器啁啾参数的测量方法，本发明第三实施例与第一实施例或者第二实施例基本相同，区别在于：在第一实施例中，每一路马赫-曾德尔调制器上加载推挽式直流偏置电压，即I路和Q路的双臂上均加载偏置电压，两臂上偏置电压大小相同、方向相反。而在第二实施例中，I路和Q路马赫-曾德尔调制器的两臂只有一个臂加载偏置电压。
在I路马赫-曾德尔调制器上输入射频信号，当I和Q路马赫-曾德尔调制器的一臂上加载偏置电压时，I路的啁啾参数α的计算公式为：
Figure BDA0001711780790000091
其中，Pmax为输出光功率的最大值，
Figure BDA0001711780790000092
为和频信号的最大值，a和b分别为两个抖动信号的幅值，f1和f2分别为两个抖动信号的频率，f1＞0，f2＞0，f1≠kf2，k为正整数，k≥1，t为时间，且所有偏置电压满足：
Figure BDA0001711780790000101
且
Figure BDA0001711780790000102
l和m均为整数，
Figure BDA0001711780790000103
Figure BDA0001711780790000104
VI、VQ和VP分别为I、Q或者P路上加载的偏置电压，
Figure BDA0001711780790000105
和
Figure BDA0001711780790000106
分别是I、Q或者P路上的初始相位。
具体的，
Figure BDA0001711780790000107
当
Figure BDA0001711780790000108
时，和频信号达到最大值。
类似地，在Q路马赫-曾德尔调制器上输入射频信号，计算得到Q路的啁啾参数。
本发明第四实施例提供一种双平行马赫-曾德尔调制器啁啾参数的测量系统，用于实现前述任一实施例双平行马赫-曾德尔调制器啁啾参数的测量方法，参见图3所示，测量系统包括控制电路、信号检测电路和信号处理电路。
控制电路用于在双平行马赫-曾德尔调制器上加载射频信号、直流偏置电压以及抖动信号。
信号检测电路用于检测双平行马赫-曾德尔调制器的输出信号，并转换为电信号。
信号处理电路用于根据信号检测电路输出的电信号，得到输出光功率的最大值、和频信号的最大值和频率，以及计算得到双平行马赫-曾德尔调制器的啁啾参数。
其中，测量输出光功率的最大值时，控制电路不在双平行马赫-曾德尔调制器上输入射频信号。
测量和频信号的最大值和频率时，控制电路在第一路马赫-曾德尔调制器上输入射频信号，且在正交直流偏置电压DCP和第二路马赫-曾德尔调制器的直流偏置电压上分别加载频率不同的抖动信号后，调节所有直流偏置电压。
本发明第五实施例提供一种双平行马赫-曾德尔调制器啁啾参数的测量系统，在本发明第四实施例的基础上，信号检测电路包括相连的光功率检测器和运算放大电路，光功率检测器为光电二极管(Photo-Diode，PD)，运算放大电路用于对光功率检测器输出的电信号进行放大。
基于公式(1)，测量结果以及光电二级管的分光比、响应度及跨阻放大器(Trans-Impedance Amplifier，TIA)增益大小计算啁啾参数。
本发明第六实施例提供一种双平行马赫-曾德尔调制器啁啾参数的测量系统，在本发明第五实施例的基础上，信号处理电路为示波器或者数字采样电路。
在图4所示的双平行马赫-曾德尔调制器啁啾参数的测量系统中，光功率检测器为光电二极管21，用于检测双平行马赫-曾德尔调制器的输出信号，并转换为电信号，运算放大电路22用于对光电二极管21输出的电信号进行放大，信号处理电路为示波器23。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种双平行马赫-曾德尔调制器啁啾参数的测量方法，其特征在于，其包括：
未输入射频信号时，测量所述双平行马赫-曾德尔调制器的输出光功率的最大值和半波电压；
在第一路马赫-曾德尔调制器上输入射频信号，且在正交直流偏置电压DCP和第二路马赫-曾德尔调制器的直流偏置电压上分别加载频率不同的抖动信号后，调节所有直流偏置电压以测量输出的和频信号的最大值；
根据所述输出光功率的最大值、和频信号的最大值和频率，计算得到所述双平行马赫-曾德尔调制器第一路的啁啾参数；
所述第一路马赫-曾德尔调制器和所述第二路马赫-曾德尔调制器为所述双平行马赫-曾德尔调制器的两个相互平行的子调制器。
2.如权利要求1所述的双平行马赫-曾德尔调制器啁啾参数的测量方法，其特征在于：在所述第一路和第二路马赫-曾德尔调制器上加载推挽式偏置电压，或者，在所述第一路和第二路马赫-曾德尔调制器的一臂上加载偏置电压。
3.如权利要求1所述的双平行马赫-曾德尔调制器啁啾参数的测量方法，其特征在于：重复执行以下操作，直到得到所述和频信号的最大值；
保持所有直流偏置电压中的两个不变，调节第三个直流偏置电压，使得所述双平行马赫-曾德尔调制器处于预设工作点上；
其中，所述预设工作点为所述和频信号的最大值对应的点。
4.如权利要求1所述的双平行马赫-曾德尔调制器啁啾参数的测量方法，其特征在于：所述射频信号的幅值VRF为所述射频信号的半波电压的2倍。
5.如权利要求1所述的双平行马赫-曾德尔调制器啁啾参数的测量方法，其特征在于：所述抖动信号为低频周期信号，且幅值＝0.1Vπ，Vπ为所述输出光功率的半波电压。
6.如权利要求1至5任一项所述的双平行马赫-曾德尔调制器啁啾参数的测量方法，其特征在于：当I和Q路马赫-曾德尔调制器上加载推挽式偏置电压时，所述第一路的啁啾参数α的计算公式为：
Figure FDA0002315112550000021
其中，Pmax为所述输出光功率的最大值，
Figure FDA00023151125500000211
为所述和频信号的最大值，a和b分别为两个所述抖动信号的幅值，f1和f2分别为两个所述抖动信号的频率，f1＞0，f2＞0，f1≠kf2，k为正整数，k≥1，t为时间，且所有偏置电压满足：
Figure FDA0002315112550000022
且
Figure FDA0002315112550000023
l、m和n均为整数，
Figure FDA0002315112550000024
VI、VQ和VP分别为I、Q或者P路上加载的偏置电压，Vπ为输出光功率的半波电压；
Figure FDA0002315112550000025
和
Figure FDA0002315112550000026
分别是I、Q或者P路上的初始相位，
Figure FDA0002315112550000027
和
Figure FDA0002315112550000028
分别是I、Q或者P路上的当前相位。
7.如权利要求1至5任一项所述的双平行马赫-曾德尔调制器啁啾参数的测量方法，其特征在于：当I和Q路马赫-曾德尔调制器的一臂上加载偏置电压时，所述第一路的啁啾参数α的计算公式为：
Figure FDA0002315112550000029
其中，Pmax为所述输出光功率的最大值，
Figure FDA00023151125500000210
为所述和频信号的最大值，a和b分别为两个所述抖动信号的幅值，f1和f2分别为两个所述抖动信号的频率，f1＞0，f2＞0，f1≠kf2，k为正整数，k≥1，t为时间，且所有偏置电压满足：
Figure FDA0002315112550000031
且
Figure FDA0002315112550000032
l和m均为整数，
Figure FDA0002315112550000033
VI、VQ和VP分别为I、Q或者P路上加载的偏置电压，Vπ为输出光功率的半波电压；
Figure FDA0002315112550000034
和
Figure FDA0002315112550000035
分别是I、Q或者P路上的初始相位，
Figure FDA0002315112550000036
和
Figure FDA0002315112550000037
分别是I、Q或者P路上的当前相位。
8.一种双平行马赫-曾德尔调制器啁啾参数的测量系统，其特征在于，其包括：
控制电路，其用于在所述双平行马赫-曾德尔调制器上加载射频信号、直流偏置电压以及抖动信号；
信号检测电路，其用于检测所述双平行马赫-曾德尔调制器的输出信号，并转换为电信号；
信号处理电路，其用于根据所述信号检测电路输出的电信号，得到输出光功率的最大值、和频信号的最大值和频率，以及计算得到所述双平行马赫-曾德尔调制器的第一路的啁啾参数；
其中，测量所述输出光功率的最大值时，所述控制电路不在所述双平行马赫-曾德尔调制器上输入射频信号；
测量所述和频信号的最大值和频率时，所述控制电路在第一路马赫-曾德尔调制器上输入射频信号，且在正交直流偏置电压DCP和第二路马赫-曾德尔调制器的直流偏置电压上分别加载频率不同的抖动信号后，调节所有直流偏置电压；
所述第一路马赫-曾德尔调制器和所述第二路马赫-曾德尔调制器为所述双平行马赫-曾德尔调制器的两个相互平行的子调制器。
9.如权利要求8所述的双平行马赫-曾德尔调制器啁啾参数的测量系统，其特征在于：所述信号检测电路包括相连的光功率检测器和运算放大电路，光功率检测器为光电二极管，运算放大电路用于对光功率检测器输出的电信号进行放大。
10.如权利要求8所述的双平行马赫-曾德尔调制器啁啾参数的测量系统，其特征在于：所述信号处理电路为示波器或者数字采样电路。
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