CN109257103A - 一种m-z调制器工作点稳定的控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光通信技术领域，具体提供了一种M‑Z调制器工作点稳定的控制方法及系统，通过在载波信号上加载一个低频方波信号得到拟合信号，然后通过M‑Z调制器对该拟合信号进行调制后分别输出光信号，并通过取样电路采集光信号，把取样的光信号转化为低频电信号，通过该低频电信号进行采用分析后反馈控制M‑Z工作点，实现M‑Z调制器的自动闭环调节功能。在不增加硬件电路的基础上，采用外调制光模块闭环控制方法解决了M‑Z的工作点漂移的问题，尤其在环境温度和光功率大小发生变化时，依然具有稳定的工作点，且该方法是基于现有硬件电路本身，没有额外的硬件电路开发费用以及芯片占用空间，节约了成本。
Description
技术领域
本发明属于光通信技术领域，具体涉及一种M-Z调制器工作点稳定的控制方法及系统。
背景技术
随着可调谐和调制速率的变高，光通信中越来越用到马赫-曾德(M-Z)外调制器，它具有很多优点：采用行波电极，获得很高的工作速率；调制啁啾非常小；性能的波长依赖性很小；电光系数高；适用于多种码型等。
M-Z调制器传输函数是非线性的，为了避免信号失真，必须使调制器工作在特定的偏置点上。但是随着环境温度，光功率大小等因素影响，M-Z的工作点会发生漂移。因此研究M-Z调制器偏置点控制技术十分重要，目前大多采用硬件反馈技术来进行闭环控制，随着模块小型化的发展，硬件电路需要进一步优化和集成，通过硬件电路配合相应的算法来实现M-Z调制器工作点稳定是目前急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中M-Z调制器工作点不稳定的问题。
为此，本发明提供了一种M-Z调制器工作点稳定的控制方法，包括以下步骤：
S100：获取特定幅度和频率的低频信号，并将该信号加载在载波信号上后得到拟合信号；
S200：采用M-Z调制器对所述拟合信号进行调制后再通过多模式输出得到光信号及电信号；
S300：对所述电信号进行实时采样分析，比较所述电信号的高幅度调制所对应的光输出功率与所述电信号的低幅度调制所对应的光输出功率的差值；
S301：若所述电信号的高幅度调制所对应的光输出功率与所述电信号的低幅度调制所对应的光输出功率的差值等于零，保持所述M-Z调制器的控制输出不变，流程结束。
优选地，若所述电信号的高幅度调制所对应的光输出功率与所述电信号的低幅度调制所对应的光输出功率的差值不等于零，根据标定参数调整所述M-Z调制器的控制输出，再进入步骤S301。
优选地，所述低频信号包括幅度小于调制幅度的0.1％且频率小于1KHz的方波。
优选地，所述对所述电信号进行采样分析的步骤包括：
所述电信号为光电流信号，通过运放将所述电信号转换成电压信号，然后对所述电压信号进行采样分析。
优选地，所述运放的增益宽带不超过800Hz。
优选地，若所述电信号的高幅度调制所对应的光输出功率与所述电信号的低幅度调制所对应的光输出功率的差值不等于零，根据标定参数调整所述M-Z调制器的控制输出步骤包括：
若所述电信号的高幅度调制所对应的光输出功率与所述电信号的低幅度调制所对应的光输出功率的差值大于零，则调高所述M-Z调制器的输出功率；
若所述电信号的高幅度调制所对应的光输出功率与所述电信号的低幅度调制所对应的光输出功率的差值小于零，则调低所述M-Z调制器的输出功率。
优选地，所述标定参数包括M-Z调制器的电压初始值及电压偏置值，所述电压初始值为控制M-Z调制器的原始值，所述电压偏置值与所述差值成线性相关。
本发明还提供了一种M-Z调制器工作点稳定的控制系统，包括：控制模块、低频信号产生模块、信号处理模块、M-Z调制器、多模式处理模块及采样模块；
所述控制模块用于通过所述信号处理模块对所述采样模块采取的电信号进行分析的结果来控制M-Z调制器的工作点；
所述低频信号用于产生模块输出特定幅度和频率的低频信号；
所述信号处理模块用于将所述低频信号与载波信号进行拟合后得到拟合信号；
所述M-Z调制器用于对所述拟合信号进行调制后得到调制信号；
所述多模式处理模块用于接收所述调制信号并分别输出光信号及电信号；
所述采样模块用于对所述电信号进行采样并输出给所述信号处理模块进行信号处理。
优选地，所述控制系统还包括光电探测器，所述光电探测器用于检测所述电信号。
本发明的有益效果：本发明提供的这种M-Z调制器工作点稳定的控制方法及系统，通过在载波信号上加载一个低频方波信号得到拟合信号，然后通过M-Z调制器对该拟合信号进行调制后分别输出光信号，并通过取样电路采集光信号，把取样的光信号转化为低频电信号，通过该低频电信号进行采用分析后反馈控制M-Z工作点，实现M-Z调制器的自动闭环调节功能。在不增加硬件电路的基础上，采用外调制光模块闭环控制方法解决了M-Z的工作点漂移的问题，尤其在环境温度和光功率大小发生变化时，依然具有稳定的工作点，且该方法是基于现有硬件电路本身，没有额外的硬件电路开发费用以及芯片占用空间，节约了成本。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明M-Z调制器工作点稳定的控制方法的流程示意图；
图2是本发明M-Z调制器工作点稳定的控制系统的模块示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
实施例一：
本发明实施例提供了一种M-Z调制器工作点稳定的控制方法，包括以下步骤：
S100：获取特定幅度和频率的低频信号，并将该信号加载在载波信号上后得到拟合信号；
S200：采用M-Z调制器对所述拟合信号进行调制后再通过多模式输出得到光信号及电信号；
S300：对所述电信号进行实时采样分析，比较所述电信号的高幅度调制所对应的光输出功率与所述电信号的低幅度调制所对应的光输出功率的差值；
S301：若所述电信号的高幅度调制所对应的光输出功率与所述电信号的低幅度调制所对应的光输出功率的差值等于零，保持所述M-Z调制器的控制输出不变，流程结束。
优选地，若所述高电平所对应的光输出功率与所述低电平所对应的光输出功率的差值不等于零，根据标定参数调整所述M-Z调制器的控制输出，再进入步骤S301。
由上述可知，如图1所示，通过现有的硬件电路及软件模块来产生特定的幅度和频率的低频信号，其中，特定的幅度和频率根据具体的实际工程要求进行筛选。在载波信号的传输过程中先要对其进行调制，通过将所得到的特定幅度和频率的低频信号加载在载波信号上，得到拟合信号，然后通过M-Z调制器对所述拟合信号进行调制，最后通过多模式输出模块输出光信号和电信号，多模式输出电路包括两个并联电路，一路输出光信号，一路输出电信号，通过电信号是电流型的，电流的大小与光信号一一对应，通过监控光电流大小即电信号就可以确认光信号的功率。对完成调制的载波信号进行实时采样分析，判断所述电信号的高幅度调制所对应的光输出功率与所述电信号的低幅度调制所对应的光输出功率的差值，将该采样分析结果实时传给处理器，处理器根据该反馈信息即可得知光信号输出的功率大小。若所述电信号的高幅度调制所对应的光输出功率与所述电信号的低幅度调制所对应的光输出功率的差值等于零，说明M-Z调制器输出稳定，没有发生工作点漂移的现象，保持所述M-Z调制器的控制输出不变，继续采样分析；若所述电信号的高幅度调制所对应的光输出功率与所述电信号的低幅度调制所对应的光输出功率的差值不等于零，说明M-Z调制器可能是因为环境温度或功率大小等因素影响了M-Z调制器的性能，使得其工作点发生了漂移，此时根据标定参数调整所述M-Z调制器的控制输出，使得M-Z调制器的输出回归到特定的偏置点上，避免信号传输失真。该标定参数是与反馈信号相关的变量，通过控制该变量即可控制M-Z调制器的输出功率。
其中M-Z调制器即M-Z干涉仪式调试器，其属于电光调制器的一种，输入光波经过一段光路后在一个Y分支处被分成相等的两束，分别通过两光波导传输，光波导是由电光材料制成的，其折射率随外加电压的大小而变化，从而使两束光信号分别到达第2个Y分指出产生相位差。若两束光的光程差是波长的整数倍，两束光相干抵消，调制器输出很小。因此，为了对电信号进行精确调制，控制电压需要保持较高的稳定性。
优选地方案，所述低频信号包括幅度小于调制幅度的0.1％且频率小于1KHz的方波。由此可知，由于方波频率远远低于模块正常的工作速率，幅度占调制幅度比例不到0.1％，所以该方波不会对通信电路产生影响。在一个具体的实施场景中，可以是一个频率为700Hz，幅度为2mV的方波。
优选地方案，所述对所述电信号进行采样分析的步骤包括：所述电信号为光电流信号，通过运放将所述电信号转换成电压信号，然后对所述电压信号进行采样分析。由此可知，处理器采样光电流的值，根据低频信号高低电平对应光电流值的不同进行反馈控制。光电流信号需要转换电压信号供控制单元采样，因此选用运放进行转换放大处理后再通过采样分析，这样采样方便且精度高。
优选地方案，所述运放的增益宽带不超过800Hz。800Hz内的增益带宽可以有效排除高频噪声的影响，输出稳定的波形。
优选地方案，若所述电信号的高幅度调制所对应的光输出功率与所述电信号的低幅度调制所对应的光输出功率的差值不等于零，根据标定参数调整所述M-Z调制器的控制输出步骤包括：
若所述电信号的高幅度调制所对应的光输出功率与所述电信号的低幅度调制所对应的光输出功率的差值大于零，则调高所述M-Z调制器的输出功率；
若所述电信号的高幅度调制所对应的光输出功率与所述电信号的低幅度调制所对应的光输出功率的差值小于零，则调低所述M-Z调制器的输出功率。由此可知，通过对电信号进行采样分析，比较高幅度调制所对应的光输出功率与所述电信号的低幅度调制所对应的光输出功率的差值，并反馈给处理器，处理器通过该差值来相应的调节M-Z调制器的功率输出，若差值大于零，则调高M-Z调制器的输出功率，若差值小于零，则调低所述M-Z调制器的输出功率。
优选地方案，所述标定参数包括M-Z调制器的电压初始值及电压偏置值，所述电压初始值为控制M-Z调制器的原始值，所述电压偏置值与所述差值成线性相关。由此可知，处理器对M-Z调制器输出电压初始值及电压偏置值的综合值，当差值为正时，则相应地调高电压偏置值，以此来调高M-Z调制器的输出功率，当差值为负时，则相应地调低电压偏置值，以此来调低M-Z调制器的输出功率。
本发明实施例的有益效果：本发明提供的这种M-Z调制器工作点稳定的控制方法及系统，通过在载波信号上加载一个低频方波信号得到拟合信号，然后通过M-Z调制器对该拟合信号进行调制后分别输出光信号，并通过取样电路采集光信号，把取样的光信号转化为低频电信号，通过该低频电信号进行采用分析后反馈控制M-Z工作点，实现M-Z调制器的自动闭环调节功能。在不增加硬件电路的基础上，采用外调制光模块闭环控制方法解决了M-Z的工作点漂移的问题，尤其在环境温度和光功率大小发生变化时，依然具有稳定的工作点，且该方法是基于现有硬件电路本身，没有额外的硬件电路开发费用以及芯片占用空间，节约了成本。
实施例二：
本发明实施例提供了一种M-Z调制器工作点稳定的控制系统，包括：控制模块、低频信号产生模块、信号处理模块、M-Z调制器、多模式处理模块及采样模块；
所述控制模块通过所述信号处理模块对所述采样模块采取的电信号进行分析的结果来控制M-Z调制器的工作点；
所述低频信号产生模块输出特定幅度和频率的低频信号；
所述信号处理模块将所述低频信号与载波信号进行拟合后得到拟合信号；
所述M-Z调制器对所述拟合信号进行调制后得到调制信号；
所述多模式处理模块接收所述调制信号并分别输出光信号及电信号；
所述采样模块对所述电信号进行采样并输出给所述信号处理模块进行信号处理。
如图2所示，其中控制模块包括嵌入式处理器，用来处理信号，其根据温度和电压门限判断启用自动校正流程，嵌入式处理器属于现有技术，采样电路及低频信号产生电路也是监控光输出功率大小的常用电路，在此不再赘述。该控制系统可以实现本发明实施例一的M-Z调制器工作点稳定的控制方法。其中，所述低频信号产生模块是指程序化控制模块。
优选地方案，所述多模式处理模块包括光发射次组件(TOSA)及光探测次组件(PD)。TOSA，是Transmitter Optical Subassembly的缩写，中文为光发射次模块，PD，是Photodiode缩写，中文为光电二极管。主要应用在电信号转化成光信号(E/O转换)，性能指标有光功率，阈值等。光传输模块分为单模光传输模块与多模光传输模块，在整体产品架构上则包括光学次模块(Optical Subassembly；OSA)及电子次模块(ElectricalSubassembly；ESA)两大部分。首先磊晶部分是以砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、砷化铟镓(InGaAs)等作为发光与检光材料，利用有机金属气相沉积法(Metal-Organic ChemicalVapor Deposition；MOCVD)等方式，制成磊晶圆。在芯片制程中，则将磊晶圆，制成雷射二极管。随后将雷射二极管，搭配滤镜、金属盖等组件，封装成TO can(Transmitter Outlinecan)，再将此TO can与陶瓷套管等组件，封装成光学次模块(OSA)。最后再搭配电子次模块(ESA)，电子次模块内部包含传送及接收两颗驱动IC，用以驱动雷射二极管与检光二极管，如此结合即组成光传输模块。
优选地方案，所述控制系统还包括光电探测器，所述光电探测器用于检测所述电信号。集成的光电探测器检测输出光电流，然后采样电路对光电流进行整形变换处理。
本发明实施例的有益效果：本发明提供的这种M-Z调制器工作点稳定的控制方法及系统，通过在载波信号上加载一个低频方波信号得到拟合信号，然后通过M-Z调制器对该拟合信号进行调制后分别输出光信号，并通过取样电路采集光信号，把取样的光信号转化为低频电信号，通过该低频电信号进行采用分析后反馈控制M-Z工作点，实现M-Z调制器的自动闭环调节功能。在不增加硬件电路的基础上，采用外调制光模块闭环控制方法解决了M-Z的工作点漂移的问题，尤其在环境温度和光功率大小发生变化时，依然具有稳定的工作点，且该方法是基于现有硬件电路本身，没有额外的硬件电路开发费用以及芯片占用空间，节约了成本。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种M-Z调制器工作点稳定的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S100：获取特定幅度和频率的低频信号，并将该信号加载在载波信号上后得到拟合信号；
S200：采用M-Z调制器对所述拟合信号进行调制后再通过多模式输出得到光信号及电信号；
S300：对所述电信号进行实时采样分析，比较所述电信号的高幅度调制所对应的光输出功率与所述电信号的低幅度调制所对应的光输出功率的差值；
S301：若所述电信号的高幅度调制所对应的光输出功率与所述电信号的低幅度调制所对应的光输出功率的差值等于零，保持所述M-Z调制器的控制输出不变，流程结束。
2.根据权利要求1所述的M-Z调制器工作点稳定的控制方法，其特征在于：若所述电信号的高幅度调制所对应的光输出功率与所述电信号的低幅度调制所对应的光输出功率的差值不等于零，根据标定参数调整所述M-Z调制器的控制输出，再进入步骤S301。
3.根据权利要求1所述的M-Z调制器工作点稳定的控制方法，其特征在于：所述低频信号包括幅度小于调制幅度的0.1％且频率小于1KHz的方波。
4.根据权利要求1所述的M-Z调制器工作点稳定的控制方法，其特征在于，所述对所述电信号进行采样分析的步骤包括：
所述电信号为光电流信号，通过运放将所述电信号转换成电压信号，然后对所述电压信号进行采样分析。
5.根据权利要求4所述的M-Z调制器工作点稳定的控制方法，其特征在于：所述运放的增益宽带不超过800Hz。
6.根据权利要求1所述的M-Z调制器工作点稳定的控制方法，其特征在于：若所述电信号的高幅度调制所对应的光输出功率与所述电信号的低幅度调制所对应的光输出功率的差值不等于零，根据标定参数调整所述M-Z调制器的控制输出步骤包括：
若所述电信号的高幅度调制所对应的光输出功率与所述电信号的低幅度调制所对应的光输出功率的差值大于零，则调高所述M-Z调制器的输出功率；
若所述电信号的高幅度调制所对应的光输出功率与所述电信号的低幅度调制所对应的光输出功率的差值小于零，则调低所述M-Z调制器的输出功率。
7.根据权利要求1所述的M-Z调制器工作点稳定的控制方法，其特征在于：所述标定参数包括M-Z调制器的电压初始值及电压偏置值，所述电压初始值为控制M-Z调制器的原始值，所述电压偏置值与所述差值成线性相关。
8.一种M-Z调制器工作点稳定的控制系统，其特征在于，包括：控制模块、低频信号产生模块、信号处理模块、M-Z调制器、多模式处理模块及采样模块；
所述控制模块用于通过所述信号处理模块对所述采样模块采取的电信号进行分析的结果来控制M-Z调制器的工作点；
所述低频信号用于产生模块输出特定幅度和频率的低频信号；
所述信号处理模块用于将所述低频信号与载波信号进行拟合后得到拟合信号；
所述M-Z调制器用于对所述拟合信号进行调制后得到调制信号；
所述多模式处理模块用于接收所述调制信号并分别输出光信号及电信号；
所述采样模块用于对所述电信号进行采样并输出给所述信号处理模块进行信号处理。
9.根据权利要求8所述的M-Z调制器工作点稳定的控制系统，其特征在于：所述控制系统还包括光电探测器，所述光电探测器用于检测所述电信号。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190122 |