CN110320680B - 可调节光衰减器及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种可调节光衰减器，包括：功率控制器、电源及加热电极；其中，所述功率控制器、所述电源及所述加热电极中任意两者之间电连接；所述功率控制器，用于控制所述电源为所述加热电极提供电压；以及，用于获取所述加热电极的功率值，并基于获取的所述功率值，控制为所述加热电极提供的电压，使得所述加热电极的功率值处于预设功率范围内。

Description

可调节光衰减器及控制方法
技术领域
本发明涉及平面光波导技术，尤其涉及一种可调节光衰减器及控制方法。
背景技术
在光波导器件领域，基于马赫曾德干涉仪(Mach-Zehnder Interferometer，MZI)结构的可调节光衰减器(Variable Optical Attenuation，VOA)、光开关(Optical Switch，OSW)、组播光开关(Multi-cast Switch，MCS)等，需要通过热光效应实现光功率的衰减。通常是在平面光波导(Planar Lightwave Circuit，PLC)的上包层上沉积加热电极，通过施加电压使加热电极发热，将热量传递到波导芯层，引起波导芯层有效折射率的变化来实现光功率的衰减。此类光波导器件在实际应用中，加热电极对波导芯层存在应力作用。按应力作用的时间长短分为两种类型：一种是短期应力作用；另外一种是长期应力作用。其中，长期应力作用是金属电极内部的残余应力导致的金属蠕变，进而对芯层波导产生的应力作用，这种应力作用将导致MZI两调制臂的初始相位差发生缓慢变化，造成器件衰减的缓慢漂移，影响长期工作的稳定性。
发明内容
本发明实施例提供一种可调节光衰减器及控制方法，能够降低加热电极对芯层波导的长期应力作用。
本发明实施例的技术方案是这样实现的：
本发明实施例提供一种可调节光衰减器，包括：功率控制器、电源及加热电极；
其中，所述功率控制器、所述电源及所述加热电极中任意两者之间电连接；
所述功率控制器，用于控制所述电源为所述加热电极提供电压；
以及，用于获取所述加热电极的功率值，并基于获取的所述功率值，控制为所述加热电极提供的电压，使得所述加热电极的功率值处于预设功率范围内。
上述方案中，所述功率控制器包括：
电流-电压转换器，用于获取所述加热电极的电流值，将获取的所述电流值转换为相应的电压值，并将所述电流值及转换得到的所述电压值发送至主控器；
主控器，用于基于所述电流值及所述电压值，确定所述加热电极的功率值；
以及，判断所述加热电极的功率值是否处于所述预设功率范围内，得到判断结果；
以及，基于所述判断结果，控制为所述加热电极提供的电压的大小，使得所述加热电极的功率值处于所述预设功率范围内。
上述方案中，所述预设功率范围由第一功率值及第二功率值构成，所述第二功率大于所述第一功率值；所述主控器，还用于当所述判断结果表征所述加热电极的功率值大于第二功率值时，控制所述电源减小为所述加热电极提供的电压，直至所述加热电极的功率值处于预设功率范围内；
当所述判断结果表征所述加热电极的功率值小于所述第一功率值时，控制所述电源增大为所述加热电极提供的电压，直至所述加热电极的功率值处于预设功率范围内。
上述方案中，所述加热电极的数量为两个，分别为上加热电极和下加热电极。
上述方案中，所述电流-电压转换器，还用于根据所述加热电极的跨阻增益，将所述电流值转换为电压值。
上述方案中，所述功率控制器还包括：
数模转换器，用于将所述主控器输出的数字信号转换为模拟信号；
模数转换器，用于将所述电流-电压转换器获取的所述电流值及转换得到的所述电压值转换为数字信号。
上述方案中，所述电源为直流电压源，所述电源的电压调节范围为0V～30V，调节精度不大于0.1V。
上述方案中，所述电流-电压转换器还用于周期性地获取所述加热电极的电流值，获取周期不大于0.5S。
上述方案中，所述可调节光衰减器还包括上调制光波导、下调制光波导，所述上调制光波导和下调制光波导分别设置有所述加热电极；
所述上调制光波导和下调制光波导均用于接收所述加热电极传递的热量，使有效折射率发生变化。
本发明实施例还提供一种可调节光衰减器的控制方法，所述可调节光衰减器包括：加热电极；
所述方法包括：为所述加热电极提供电压；
获取所述加热电极的功率值，并基于获取的所述功率值，控制为所述加热电极提供的电压，使得所述加热电极的功率值处于预设功率范围内。
本发明实施例具有以下有益效果：
本发明实施例通过功率控制器获取所述加热电极的功率值，并基于获取的所述功率值，控制为所述加热电极提供的电压，使加热电极的功率值稳定在预设范围内，能够加速加热电极内部残余应力的释放，降低了加热电极对芯层波导的长期应力作用，解决了可调节光衰减器长期工作稳定性的问题。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一个可选的可调节光衰减器结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一个可选的可调节光衰减器结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一个可选的可调节光衰减器的控制方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，所描述的实施例不应视为对本发明的限制，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。
在以下的描述中，涉及到“一些实施例”，其描述了所有可能实施例的子集，但是可以理解,“一些实施例”可以是所有可能实施例的相同子集或不同子集，并且可以在不冲突的情况下相互结合。
在以下的描述中，所涉及的术语“第一\第二”仅仅是是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序，以使这里描述的本发明实施例能够以除了在这里图示或描述的以外的顺序实施。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述本发明实施例的目的，不是旨在限制本发明。
本发明实施例提供一种可调节光衰减器，参见图1，图1是本发明实施例提供的一个可调节光衰减器的结构示意图，可调节光衰减器100包括：功率控制器110、电源120加热电极130，其中，所述功率控制器110、所述电源120及所述加热电极130中任意两者之间电连接。
功率控制器110，用于控制所述电源120为所述加热电极130提供电压；以及，用于获取所述加热电极130的功率值，并基于获取的所述功率值，控制为所述加热电极130提供的电压，使得所述加热电极130的功率值处于预设功率范围内。
需要说明的是，加热电极设置在调制光波导上，当电源120为加热电极130提供电压时，加热电极130产生热量并传递到光波导芯层，通过改变光波导的温度改变其折射率，使通过调制光波导的光信号的相位发生变化。
电源为可调节电压源，能够根据功率控制器的控制指令，对为加热电极提供的电压进行调节，以使加热电极的功率值处于预设功率范围内。
这里，可以通过目标功率值，以及可波动的范围，确定预设功率范围，如目标功率值为150mW，波动范围为±5mW，那么预设功率范围为145mW～155mW。其中，目标功率值通常大于可调节光衰减器的功率最大值，基于硅基二氧化硅MZI型的可调节光衰减器所需的功率大于150mW。
一些实施例中，功率控制器110包括：
电流-电压转换器，用于获取加热电极的电流值，将获取的电流值转换为相应的电压值，并将电流值及转换得到的电压值发送至主控器。
主控器，用于基于电流值及电压值，确定加热电极的功率值；以及，判断加热电极的功率值是否处于预设功率范围内，得到判断结果；以及，基于判断结果，控制为加热电极提供的电压的大小，使得加热电极的功率值处于预设功率范围内。
需要说明的是，由于为加热电极提供的电压值与加热电极实际的电压值不同，需要通过获取加热电极的电流值，将获取的电流值转换为相应的电压值，得到加热电极实际电压值。计算电流值和实际电压值的乘积，得到加热电极的功率值。
一些实施例中，电流-电压转换器，还用于根据所述加热电极的跨阻增益，将所述电流值转换为电压值。
需要说明的是，跨阻增益即加热电极两端的反馈电阻，使用欧姆定律V＝I×RF将电流值转换为电压值，其中，V为电压值，I为电流值，RF为跨阻增益。
一些实施例中，预设功率范围由第一功率值及第二功率值构成，所第二功率大于第一功率值；主控器，还用于当判断结果表征加热电极的功率值大于第二功率值时，控制电源减小为加热电极提供的电压，直至加热电极的功率值处于预设功率范围内；当判断结果表征加热电极的功率值小于第一功率值时，控制电源增大为加热电极提供的电压，直至加热电极的功率值处于预设功率范围内。
例如，预设功率范围为145mW～155mW，则第一功率为145mW，第二功率为155mW，当加热电极的功率值大于155mW时，主控器控制电源减小为加热电极提供的电压，当加热电极的功率值小于145mW时，主控器控制电源增大为加热电极提供的电压。
这里，为加热电极130提供的电压调整的幅度可以为固定值，也可以是根据加热电极130的功率值与预设功率范围确定的。通过多次调整，使加热电极130的功率值处于预设范围内。
一些实施例中，可调节光衰减器100还包括上调制光波导、下调制光波导，所述上调制光波导和下调制光波导分别设置有所述加热电极130；所述上调制光波导和下调制光波导均用于接收所述加热电极130传递的热量，使有效折射率发生变化。
一些实施例中，加热电极130的数量为两个，分别为上加热电极和下加热电极。
在实际应用中，上加热电极设置于上调制光波导，下加热电极设置于下调制光波导，输入光进入可调节光衰减器被分为完全相等的两部分，分别通过上调制光波导和下调制光波导，再进行相干叠加，耦合成一束光。由于上调制光波导、下调制光波导吸收了加热电极传递的热量，使得上调制光波导、下调制光波导的折射率和吸收系数发生变化，导致光波分别经过上调制光波导、下调制光波导之后，光的相位会发生变化并形成相位差，使干涉耦合形成光强度的变化。
一些实施例中，功率控制器110还包括：数模转换器，用于将所述主控器输出的数字信号转换为模拟信号；模数转换器，用于将所述电流-电压转换器获取的所述电流值及转换得到的所述电压值转换为数字信号。
需要说明的是，当主控器110仅能处理数字信号时，由于电源120及电流-电压转换器均是用于对模拟信号进行处理，需要通过数模转换器，将主控器110输出的数字信号转换为模拟信号，再发送给电源120；以及通过模数转换器，将所述电流-电压转换器获取的所述电流值及转换得到的所述电压值转换为数字信号，再发送至主控器110进行处理。
这里，主控器110输出的数字信号可以携带控制信息，控制信息可以表征电源120提供电压的调整方向，即增大或减小，也可以表征电源120提供电压的调整数值，即增大或减小的具体数值。电源120接收到转换得到的模拟信号，能够对模拟信号进行解析，得到相应的控制信息。
一些实施例中，所述电源120为直流电压源，所述电源120的电压调节范围为0V～30V，调节精度不大于0.1V。
这里，电压的调节精度越小，能够使加热电极的功率稳定在一个越小的范围内，更加有利于加热电极内部残余应力的释放。
一些实施例中，所述电流-电压转换器还用于周期性地获取所述加热电极130的电流值，获取周期不大于0.5S。
这里，电流-电压转换器周期性地获取加热电极130的电流值，相应地，将获取到的电流值准换为电压值，并将电流值和电压值周期性地发送至主控器，主控器能够根据电流值和电压值计算得到功率值，并根据功率值与预设功率范围的判断结果，调整电源120提供的电压。其中，获取周期越小，就能越及时地获取到加热电极130的功率变化，以对电源120提供的电压进行更好的控制，使加热电极130更快地处于预设功率的范围内。
综上所述，本发明实施例通过功率控制器获取所述加热电极的功率值，并基于获取的所述功率值，控制为所述加热电极提供的电压，使加热电极的功率值稳定在预设范围内，能够加速加热电极内部残余应力的释放，降低了加热电极对芯层波导的长期应力作用，解决了可调节光衰减器长期工作稳定性的问题。
本发明实施例提供一种可调节光衰减器，图2是本发明实施例提供的一个可调节光衰减器的结构示意图，该可调节光衰减器200包括：加热电极210、上调制光波导221、下调制光波导222、电源电流-电压转换器230、模数转换器240、主控器250、数模转换器260和电源270。
其中，加热电极210的数量为两个，包括上加热电极211和下加热电极212，分别设置于上调制光波导221和下调制光波导222上。输入光进入可调节光衰减器被分为完全相等的两部分，分别通过上调制光波导221和下调制光波导222，再进行相干叠加，耦合成一束光。由于上调制光波导221、下调制光波导222吸收了加热电极传递的热量，使得上调制光波导221、下调制光波导222的折射率和吸收系数发生变化，导致光波分别经过上调制光波导、下调制光波导之后，光的相位会发生变化并形成相位差，使干涉耦合形成光强度的变化。
电源270，用于为上加热电极提供电压V1，为下加热电极提供电压V2。
电流-电压转换器230，用于获取上加热电极211的电流值I1，下加热电极212的电流值I2，根据上加热电极211和下加热电极212的跨阻增益，将获取的电流值I1和I2转换为电压值V1-1和V2-2，并将电流值I1和I2及转换得到的电压值V1-1和V2-2发送至模数转换器240。
需要说明的是，跨阻增益即加热电极210两端的反馈电阻，使用欧姆定律V＝I×RF将电流值转换为电压值，其中，V为电压值，I为电流值，RF为跨阻增益。
模数转换器240，用于将电流-电压转换器获取的电流值I1和I2及转换得到的电压值V1-1和V2-2转换为数字信号，输出至主控器250。
主控器250，用于基于电流值I1和I2及电压值V1-1和V2-2，确定上加热电极211及下加热电极212的功率值P1和P2；分别判断上加热电极211的功率值P1及下加热电极212的功率值P2是否处于预设功率范围内，得到判断结果；以及，基于判断结果，通过数模转换器控制电源270为加热电极210提供的电压，使得上加热电极211及下加热电极212的功率值均处于预设功率范围内。
这里，可以通过预设目标功率值，以及波动范围，确定预设功率范围，如预设目标功率值为150mW，波动范围为±5mW，那么预设功率范围为145mW～155mW。其中，目标功率值通常大于可调节光衰减器的功率最大值，基于硅基二氧化硅MZI型的可调节光衰减器所需的功率大于150mW。
在实际应用中，预设功率范围由第一功率值及第二功率值构成，第二功率大于所述第一功率值；当判断结果表征加热电极的功率值大于第二功率值时，控制所述电源减小为加热电极提供的电压，直至加热电极的功率值处于预设功率范围内；当判断结果表征加热电极的功率值小于第一功率值时，控制电源增大为加热电极提供的电压，直至加热电极的功率值处于预设功率范围内。
数模转换器260，用于将主控器输出的数字信号转换为模拟信号。
本发明实施例提供一种可调节光衰减器的控制方法，应用于上述实施例中的可调节光衰减器，图3是本发明实施例提供的一个可调节光衰减器的控制方法的流程示意图，该方法包括：
步骤301、主控器控制电源根据初始电压值为上加热电极和下加热电极提供电压。
步骤302、电流-电压转换器获取上加热电极的电流值I1，下加热电极的电流值I2。
步骤303、电流-电压转换器根据上加热电极和下加热电极的跨阻增益，将获取的上加热电极电流值I1转换为电压值V1-1，将下加热电极的电流值I2转换为电压值V2-2。
步骤304、电流-电压转换器将电流值I1和I2及转换得到的电压值V1-1和V2-2发送至模数转换器。
步骤305、模数转换器将电流-电压转换器获取的电流值I1和I2及转换得到的电压值V1-1和V2-2转换为数字信号，输出至主控器。
步骤306、主控器基于电流值I1和I2及电压值V1-1和V2-2，确定上加热电极及下加热电极的功率值P1和P2。
步骤307、主控器判断功率值P1和P2是否处于预设功率范围内。
步骤308、主控器基于判断结果，生成两个控制信息，分别用于指示电源调节为上加热电极和下加热电极提供的电压。
其中，预设功率范围由第一功率值及第二功率值构成，第二功率大于所述第一功率值，当所述判断结果表征所述加热电极的功率值大于第二功率值，控制信息用于表征减小为所述加热电极提供的电压；当所述判断结果表征所述加热电极的功率值小于所述第一功率值时，控制信息用于表征增大为所述加热电极提供的电压。
步骤309、数模转换器将主控器生成的控制信息转换为模拟信号，输出至电源。
步骤310、电源基于模拟信号，调节为上加热电极和下加热电极提供的电压。
通过上述操作，多次调节为上加热电极和下加热电极提供的电压，直至上加热电极和下加热电极的功率值均处于预设功率范围内。
需要说明的是，在执行上述方法时，可以将可调节光衰减器设置在一个固定的环境中，即环境温度T稳定，波动范围小于±0.5度。如此，能够提高控制方法的有效性。通常环境温度T大于可调节光衰减器的环境温度，一般基于硅基二氧化硅MZI型的可调节光衰减器日常工作的环境温度在-5度至65度之间。
综上所述，本发明实施例通过调节为加热电极提供的电压，使加热电极的功率值稳定在预设范围内，能够加快加热电极内部残余应力的释放，降低加热电极对芯层波导的长期应力作用，解决了可调节光衰减器长期稳定性的问题。
本发明实施例提供一种存储有可执行指令的存储介质，其中存储有可执行指令，当可执行指令被处理器执行时，将引起处理器执行本发明实施例提供的可调节光衰减器的控制方法。
在一些实施例中，存储介质可以是FRAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、闪存、磁表面存储器、光盘、或CD-ROM等存储器；也可以是包括上述存储器之一或任意组合的各种设备。
在一些实施例中，可执行指令可以采用程序、软件、软件模块、脚本或代码的形式，按任意形式的编程语言(包括编译或解释语言，或者声明性或过程性语言)来编写，并且其可按任意形式部署，包括被部署为独立的程序或者被部署为模块、组件、子例程或者适合在计算环境中使用的其它单元。
作为示例，可执行指令可以但不一定对应于文件系统中的文件，可以可被存储在保存其它程序或数据的文件的一部分，例如，存储在超文本标记语言(HTML，Hyper TextMarkup Language)文档中的一个或多个脚本中，存储在专用于所讨论的程序的单个文件中，或者，存储在多个协同文件(例如，存储一个或多个模块、子程序或代码部分的文件)中。
作为示例，可执行指令可被部署为在一个计算设备上执行，或者在位于一个地点的多个计算设备上执行，又或者，在分布在多个地点且通过通信网络互连的多个计算设备上执行。
以上所述，仅为本发明的实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和范围之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可调节光衰减器，其特征在于，所述可调节光衰减器包括：功率控制器、电源及加热电极；
其中，所述功率控制器、所述电源及所述加热电极中任意两者之间电连接；
所述功率控制器，用于控制所述电源为所述加热电极提供电压；
以及，用于获取所述加热电极的功率值，并基于获取的所述功率值，控制为所述加热电极提供的电压，使得所述加热电极的功率值处于预设功率范围内；
其中，所述功率控制器包括:
电流-电压转换器，用于获取所述加热电极的电流值，将获取的所述电流值转换为相应的电压值，并将所述电流值及转换得到的所述电压值发送至主控器；
主控器，用于基于所述电流值及所述电压值，确定所述加热电极的功率值；
以及，判断所述加热电极的功率值是否处于所述预设功率范围内，得到判断结果；
以及，基于所述判断结果，控制为所述加热电极提供的电压的大小，使得所述加热电极的功率值处于所述预设功率范围内。
2.根据权利要求1所述的可调节光衰减器，其特征在于，
所述预设功率范围由第一功率值及第二功率值构成，所述第二功率大于所述第一功率值；
所述主控器，还用于当所述判断结果表征所述加热电极的功率值大于第二功率值时，控制所述电源减小为所述加热电极提供的电压，直至所述加热电极的功率值处于预设功率范围内；
当所述判断结果表征所述加热电极的功率值小于所述第一功率值时，控制所述电源增大为所述加热电极提供的电压，直至所述加热电极的功率值处于预设功率范围内。
3.根据权利要求1所述的可调节光衰减器，其特征在于，所述加热电极的数量为两个，分别为上加热电极和下加热电极。
4.根据权利要求1所述的可调节光衰减器，其特征在于，所述电流-电压转换器，还用于根据所述加热电极的跨阻增益，将所述电流值转换为电压值。
5.根据权利要求1所述的可调节光衰减器，其特征在于，所述功率控制器还包括：
数模转换器，用于将所述主控器输出的数字信号转换为模拟信号；
模数转换器，用于将所述电流-电压转换器获取的所述电流值及转换得到的所述电压值转换为数字信号。
6.根据权利要求1所述的可调节光衰减器，其特征在于，所述电源为直流电压源，所述电源的电压调节范围为0V～30V，调节精度不大于0.1V。
7.根据权利要求1所述的可调节光衰减器，其特征在于，所述电流-电压转换器还用于周期性地获取所述加热电极的电流值，获取周期不大于0.5S。
8.根据权利要求1所述的可调节光衰减器，其特征在于，所述可调节光衰减器还包括上调制光波导、下调制光波导，所述上调制光波导和下调制光波导分别设置有所述加热电极；
所述上调制光波导和下调制光波导均用于接收所述加热电极传递的热量，使有效折射率发生变化。
9.一种可调节光衰减器的控制方法，其特征在于，所述可调节光衰减器包括：加热电极；
所述方法包括：为所述加热电极提供电压；
获取所述加热电极的功率值，并基于获取的所述功率值，控制为所述加热电极提供的电压，使得所述加热电极的功率值处于预设功率范围内；
所述方法还包括：获取所述加热电极的电流值，将获取的所述电流值转换为相应的电压值；
基于所述电流值和电压值，确定所述加热电极的功率值；
判断所述加热电极的功率值是否处于所述预设功率范围内，得到判断结果；
基于所述判断结果，控制为所述加热电极提供的电压的大小，使得所述加热电极的功率值处于所述预设功率范围内。
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