CN110609400A - 一种高集成度的电光调制器及电光调制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电光调制器及电光调制方法，调制器将载波信号调制到线偏振光上，可以完成光纤与波导的耦合，在光纤与波导耦合的过程中，在光波导第二个Y分支耦合点处会有小部分光从耦合点处泄漏出来，这些泄漏光作为偏压控制的输入经过信号处理后输入控制模块，控制模块输出调制电压并进行信号处理，以加载到调制器上并改变调制器的偏置电压，实现偏置调制。本发明是一个高度集成的电光调制器，将偏压电路集成到调制器内部，同时不再使用分束器进行分光处理，而是通过光纤与波导耦合过程中的泄漏光作为偏压控制的输入进行检测分析，缩小了体积，减少了插入损耗，提高了输出功率。

Description

一种高集成度的电光调制器及电光调制方法

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，尤其是一种高集成度的电光调制器及电光调制方法。

背景技术

铌酸锂电光调制器主要采用光纤与波导的耦合来实现信号的调制，由于其具有高带宽、低插损、低电压以及稳定的工作性能等优点，成为目前应用于射频毫米波通信、高速长距离光通信等领域的主流调制器。然而由于铌酸锂电光调制器的非线性特性，调制器易受外界环境温度以及外加电场等因素的影响，导致传输特性曲线发生漂移，此时调制信号将会偏离最佳工作点，最终影响调制器调制信号的稳定性。为了保证调制信号的稳定性，常用的技术就是在调制器外端加一个偏压控制装置，通过偏压控制装置来保证信号的稳定性。目前常用的偏压控制方法是分光法，此方法是在调制器的输出端外加一个具有一定比例分光功能的分束器，分束器占比较大(99％)的一束作为输出信号，占比较小(1％)的一束作为检测信号连接到电控组件，再配合相应的算法从而实现偏置点的自动控制。这种方法虽然简单直观，但是插入损耗和体积都比较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高集成度的电光调制器及电光调制方法，以解决现有的偏压控制方法插入损耗过高以及体积过大的问题。

为了达到上述目的，本发明提供了一种高集成度的电光调制器，包括调制模块及偏置电路；

所述调制模块包括：

光源、射频连接器以及调制器，所述光源输出的线偏振光输入所述调制器中，所述射频连接器对所述线偏振光进行光电转换形成载波信号，所述调制器将所述载波信号调制到所述线偏振光上，完成光纤和波导的耦合；

所述偏置电路集成在所述调制器内，包括：

第一信号处理模块，位于所述调制器第二个Y分支耦合点处，以探测所述耦合点处的泄露光，并对所述泄露光进行信号处理以形成检测信号；

控制模块，与所述第一信号处理模块连接，用于接收所述模数转换后的检测信号，并判断出所述调制器是否工作在最佳工作点，在所述调制器未工作在最佳工作点时输出调制电压；

第二信号处理模块，与所述控制模块和所述调制器连接，用于接收所述调制电压并进行信号处理，以将所述调制电压加载到所述调制器上并改变所述调制器的偏置电压。

可选的，所述射频连接器为V型连接器。

可选的，所述线偏振光通过所述调制器的第一个Y分支，被分成频率和相位都相同的两路信号，再经过所述第二个Y分支耦合输出。

可选的，所述第二信号处理模块包括振荡器、数模转换器、加法器和放大器，所述振荡器与所述控制模块连接，用于产生1KHz、0.1V的导频信号，所述导频信号用于调节所述调制器的最佳工作点，所述数模转换器与所述控制模块连接，用于接收所述调制电压并对所述调制电压进行数模转换，所述加法器将数模转换后的所述调制电压与所述导频信号进行叠加，所述放大器将叠加后的信号进行放大并加载到所述调制器的电极上。

可选的，所述第一信号处理模块包括探测器、滤波器及模数转换器，所述探测器用于探测所述泄露光并对所述泄露光进行光电转换以形成电信号，所述滤波器及所述模数转换器顺次对所述电信号进行滤波和模数转换以形成所述检测信号。

本发明还提供了一种利用所述的高集成度的电光调制器进行电光调制的方法，包括：

获取调制器的最佳偏置点，并测出所述最佳偏置点对应的理想平均光功率值，并通过变步长算法确定所述调制器的理想偏置电压，计算出所述理想平均光功率对应理想偏置电压的一阶偏导和二阶偏导的比值R；

实时获取所述调制器输出的平均光功率值，并计算得到此时平均光功率对应偏置电压的一阶偏导和二阶偏导的比值R’；

判断所述平均光功率值与所述理想平均光功率值是否相等以及R和R’是否相等，若任一个不相等，则通过变步长算法输出调整电压，并将所述调整电压加载到调制器上。

在本发明提供的电光调制器及电光调制方法中，调制器将载波信号调制到线偏振光上，可以完成光纤与波导的耦合，在光纤与波导耦合的过程中，在光波导第二个Y分支耦合点处会有小部分光从耦合点处泄漏出来，这些泄漏光作为偏压控制的输入经过信号处理后输入控制模块，控制模块输出调制电压并进行信号处理，以加载到调制器上并改变调制器的偏置电压，实现偏置调制。本发明将偏压电路集成到调制器内部，同时不再使用分束器进行分光处理，而是通过光纤与波导耦合过程中的泄漏光作为偏压控制的输入进行检测分析，可以自动跟踪和锁定电光调制器最佳工作点，使输出信号不随外界环境温度的变化而变化，缩小了体积，减少了插入损耗，提高了输出功率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的高集成度的电光调制器的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

如图1所示，本实施例提供了一种高集成度的电光调制器MZM，包括调制模块及偏置电路；

所述调制模块包括光源LD、射频连接器RF以及调制器MZM，所述光源LD为保偏光源LD，其可以输出高稳定度窄线宽的线偏振光并将线偏振光通过输入所述调制器MZM中，所述射频连接器RF采用V型连接器，对所述线偏振光进行光电转换形成载波信号，所述调制器MZM将所述载波信号调制到所述线偏振光上，完成光纤和波导的耦合；在光纤与波导耦合的过程中，所述线偏振光通过所述调制器MZM的第一个Y分支，被分成频率和相位都相同的两路信号，再经过所述第二个Y分支耦合输出，经过光波导第二个Y分支耦合点处会有小部分光从耦合点处泄漏出来；

所述偏置电路集成在所述调制器内，包括：

第一信号处理模块，位于所述调制器MZM第二个Y分支耦合点处，包括探测器PD、滤波器BMF及模数转换器A/D，所述探测器PD用于探测所述泄露光并对所述泄露光进行光电转换以形成电信号，所述滤波器BMF及所述模数转换器A/D顺次对所述电信号进行滤波(滤除掉混杂的信号)和模数转换以形成所述检测信号；

控制模块CPU，与所述第一信号处理模块连接，作为中央处理单元完成整个系统功能的调控，用于接收所述模数转换后的检测信号，并判断出所述调制器MZM是否工作在最佳工作点，如果经信号工作在最佳工作点，此时不再对偏压控制进行调制，如果经判断没有工作在最佳工作点，所述控制模块CPU输出调制电压，具体通过对调制器MZM输出光功率的变化情况的监测，实现电光调制器MZM偏置点的稳定控制；

第二信号处理模块，与所述控制模块CPU和所述调制器MZM连接，包括振荡器OSC、数模转换器D/A、加法器SUM和放大器AMP，所述振荡器OSC与所述控制模块CPU连接，用于产生1KHz、0.1V的导频信号，所述导频信号用于调节所述调制器MZM的最佳工作点，所述数模转换器D/A与所述控制模块CPU连接，用于接收所述调制电压(所述调制电压也可以理解为是一调整值)并对所述调制电压进行数模转换，所述加法器SUM将数模转换后的所述调制电压与所述导频信号(脉冲信号)进行叠加，所述放大器AMP将叠加后的信号进行放大并加载到所述调制器MZM的电极上，以改变所述调制器MZM的偏置电压。

由于将偏压电路集成到调制器内部，在调制器内部完成整个偏压控制的工作，所以要充分保证外部条件对偏压控制的影响，需要注意的是在第二Y分支耦合点泄漏处，可能会存在自然光、外围光等杂散光从泄漏点处照射进来，这些杂散光会影响系统对信号的检测，因此需要在泄漏点处通过结构密封对该点进行遮光处理，防止杂散光对系统的影响。

本实施例还提供了一种所述高集成度的电光调制器MZM进行电光调制的方法，包括：

步骤1：对控制模块CPU进行初始化处理；

步骤2：控制模块CPU获取调制器MZM的最佳偏置点，并测出所述最佳偏置点对应的理想平均光功率值，并通过变步长算法确定所述调制器MZM的理想偏置电压，计算出所述理想平均光功率对应理想偏置电压的一阶偏导和二阶偏导的比值R；

控制模块CPU主要通过扫描得到调制器MZM的各偏置电压，且扫描电压分为粗略扫描和细致扫描两步进行。粗略扫描即控制器选用0.002-0.02V(大步长)为步长，从最大偏置电压扫描到最小偏置电压；然后在选用步长为0.001-0.002V(小步长)进行细致扫描，确定比较精确的最佳偏置电压值。

步骤3：实时获取所述调制器MZM输出的平均光功率值，并计算得到此时平均光功率对应偏置电压的一阶偏导和二阶偏导的比值R’；

步骤4：判断所述平均光功率值与所述理想平均光功率值是否相等以及R和R’是否相等，若任一个不相等，则通过变步长算法输出调整电压，并将所述调整电压加载到调制器MZM上；若都不相等，证明此时调制器MZM在最佳工作点。

可以理解的是，变步长算法是通过选择合适的步长，来获得准确的目标值。当所测信号远离目标值的时候，可以选取比较大的步长来测量，这样方便快速接近目标值，如果所测信号距离目标值比较近时，则给定一个小的步长，从而提高控制的精度。

综上，在本发明实施例提供的电光调制器及电光调制方法中，调制器将载波信号调制到线偏振光上，可以完成光纤与波导的耦合，在光纤与波导耦合的过程中，在光波导第二个Y分支耦合点处会有小部分光从耦合点处泄漏出来，这些泄漏光作为偏压控制的输入经过信号处理后输入控制模块，控制模块输出调制电压并进行信号处理，以加载到调制器上并改变调制器的偏置电压，实现偏置调制。本发明将偏压电路集成到调制器内部，同时不再使用分束器进行分光处理，而是通过光纤与波导耦合过程中的泄漏光作为偏压控制的输入进行检测分析，可以自动跟踪和锁定电光调制器最佳工作点，使输出信号不随外界环境温度的变化而变化，缩小了体积，减少了插入损耗，提高了输出功率。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高集成度的电光调制器，其特征在于，包括调制模块及偏置电路；

所述调制模块包括：

光源、射频连接器以及调制器，所述光源输出的线偏振光输入所述调制器中，所述射频连接器对所述线偏振光进行光电转换形成载波信号，所述调制器将所述载波信号调制到所述线偏振光上，完成光纤和波导的耦合；

所述偏置电路集成在所述调制器内，包括：

第一信号处理模块，位于所述调制器第二个Y分支耦合点处，以探测所述耦合点处的泄露光，并对所述泄露光进行信号处理以形成检测信号；

控制模块，与所述第一信号处理模块连接，用于接收所述模数转换后的检测信号，并判断出所述调制器是否工作在最佳工作点，在所述调制器未工作在最佳工作点时输出调制电压；

第二信号处理模块，与所述控制模块和所述调制器连接，用于接收所述调制电压并进行信号处理，以将所述调制电压加载到所述调制器上并改变所述调制器的偏置电压。

2.如权利要求1所述的高集成度的电光调制器，其特征在于，所述射频连接器为V型连接器。

3.如权利要求1所述的高集成度的电光调制器，其特征在于，所述线偏振光通过所述调制器的第一个Y分支，被分成频率和相位都相同的两路信号，再经过所述第二个Y分支耦合输出。

4.如权利要求1所述的高集成度的电光调制器，其特征在于，所述第二信号处理模块包括振荡器、数模转换器、加法器和放大器，所述振荡器与所述控制模块连接，用于产生1KHz、0.1V的导频信号，所述导频信号用于调节所述调制器的最佳工作点，所述数模转换器与所述控制模块连接，用于接收所述调制电压并对所述调制电压进行数模转换，所述加法器将数模转换后的所述调制电压与所述导频信号进行叠加，所述放大器将叠加后的信号进行放大并加载到所述调制器的电极上。

5.如权利要求1所述的高集成度的电光调制器，其特征在于，所述第一信号处理模块包括探测器、滤波器及模数转换器，所述探测器用于探测所述泄露光并对所述泄露光进行光电转换以形成电信号，所述滤波器及所述模数转换器顺次对所述电信号进行滤波和模数转换以形成所述检测信号。

6.一种利用如权利要求1-5中任一项所述的高集成度的电光调制器进行电光调制的方法，其特征在于，包括：

获取调制器的最佳偏置点，并测出所述最佳偏置点对应的理想平均光功率值，并通过变步长算法确定所述调制器的理想偏置电压，计算出所述理想平均光功率对应理想偏置电压的一阶偏导和二阶偏导的比值R；

实时获取所述调制器输出的平均光功率值，并计算得到此时平均光功率对应偏置电压的一阶偏导和二阶偏导的比值R’；

判断所述平均光功率值与所述理想平均光功率值是否相等以及R和R’是否相等，若任一个不相等，则通过变步长算法输出调整电压，并将所述调整电压加载到调制器上。