CN112564807B - 一种光调制器偏置电压的控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种光调制器的偏置电压的控制方法及装置，包括：获取光调制器的温度信息，并基于所述温度信息确定第一待调节偏置电压，根据偏置点锁定算法确定所述光调制器的第二待调节偏置电压，获取所述第一待调节偏置电压对应的第一高斯分布函数和所述第二待调节偏置电压对应的第二高斯分布函数，基于所述第一高斯分布函数和所述第二高斯分布函数的乘积，确定目标偏置电压。通过本申请实施例，能够对光调制器加载合适的偏置电压，保证其工作在合适的工作点上。

Description

一种光调制器偏置电压的控制方法及装置

技术领域

本申请涉及光通信领域，尤其涉及一种光调制器偏置电压的控制方法及装置。

背景技术

随着数据业务的迅猛发展，对光纤通信有着更高速率、更长距离和更大容量的发展要求，为了满足这些需求，相干通信应运而生，而光调制器作为相干通信中的重要器件，如何精准地控制光调制器的偏置电压是一直追求的目标。

发明内容

有鉴于此，本申请期望提供一种光调制器偏置电压的控制方法及装置，能够精准地控制光调制器的偏置电压。

为达到上述目的，本申请的技术方案的实现过程如下所述：

本申请提供一种光调制器偏置电压的控制方法，所述方法包括：

获取光调制器的温度信息，并基于所述温度信息确定第一待调节偏置电压；

根据偏置点锁定算法确定所述光调制器的第二待调节偏置电压；

获取所述第一待调节偏置电压对应的第一高斯分布函数和所述第二待调节偏置电压对应的第二高斯分布函数；

基于所述第一高斯分布函数和所述第二高斯分布函数的乘积，确定目标偏置电压。

上述方案中，所述基于所述温度信息确定第一待调节偏置电压，包括：

预先建立温度与偏置电压的对应关系；

根据所述对应关系，确定与所述光调制器的温度信息对应的所述第一待调节偏置电压。

上述方案中，所述预先建立温度与偏置电压的对应关系，包括：

预先在至少一个温度下，获取每个温度分别对应的最佳偏置电压；

根据所述温度及所述温度对应的最佳偏置电压，拟合温度与偏置电压的平方的线性关系。

上述方案中，所述根据偏置点锁定算法确定所述光调制器的第二待调节偏置电压，包括：

对所述光调制器的调相电极施加扰动信号；

获取所述光调制器输出的光信号中与所述扰动信号具有相同频率的至少一个信号分量；

基于所述至少一个信号分量确定至少一个偏置电压；

将所述至少一个偏置电压的均值作为所述第二待调节偏置电压。

上述方案中，所述基于所述至少一个信号分量确定至少一个偏置电压，包括：

确定所述信号分量的幅度最小时，对应相位π点的偏置电压。

上述方案中，所述获取所述第一待调节偏置电压对应的第一高斯分布函数，包括：

确定所述第一待调节偏置电压作为所述第一高斯分布函数的均值。

上述方案中，所述获取所述第一待调节偏置电压对应的第一高斯分布函数，包括：

在所述光调制器运行的初始阶段，根据所述温度与偏置电压的平方的线性关系，计算所述每个温度分别对应的拟合偏置电压；

确定所述拟合偏置电压与所述最佳偏置电压的差值的方差为所述第一高斯分布函数的方差。

上述方案中，所述获取所述第一待调节偏置电压对应的第一高斯分布函数，包括：

在所述光调制器运行过程中，所述第一高斯分布函数的方差等于上一次获取的第一高斯分布函数的第一方差与上一次获取的第二高斯分布函数的第二方差之积，除以所述第一方差与所述第二方差之和得到的商，以此使得所述光调制器处于迭代运行中。

上述方案中，所述获取所述第二待调节偏置电压对应的第二高斯分布函数，包括：

确定所述第二待调节偏置电压为所述第二高斯分布函数的均值；

确定所述至少一个偏置电压的方差为所述第二高斯分布函数的方差。

上述方案中，所述基于所述第一高斯分布函数和所述第二高斯分布函数的乘积，确定目标偏置电压，包括：

基于所述第一高斯分布函数和所述第二高斯分布函数的乘积，获得目标高斯分布函数；

确定所述目标高斯分布函数的均值为所述目标偏置电压。

本申请还一种光调制器偏置电压的控制装置，所述控制装置包括：

第一确定模块，用于获取光调制器的温度信息，并基于所述温度信息确定第一待调节偏置电压；

第二确定模块，用于根据偏置点锁定算法确定所述光调制器的第二待调节偏置电压；

处理模块，用于获取所述第一待调节偏置电压对应的第一高斯分布函数和所述第二待调节偏置电压对应的第二高斯分布函数，并基于所述第一高斯分布函数和所述第二高斯分布函数的乘积，确定目标偏置电压。

上述控制装置中，

所述第一确定模块，还用于预先建立温度与偏置电压的对应关系，并根据所述对应关系，确定与所述光调制器的温度信息对应的所述第一待调节偏置电压。

上述控制装置中，

所述第一确定模块，用于预先在至少一个温度下，获取每个温度分别对应的最佳偏置电压，根据所述温度及所述温度对应的最佳偏置电压，拟合温度与偏置电压的平方的线性关系。

上述控制装置中，

所述第二确定模块，用于对所述光调制器的调相电极施加扰动信号，获取所述光调制器输出的光信号中与所述扰动信号具有相同频率的至少一个信号分量，基于所述至少一个信号分量确定至少一个偏置电压，将所述至少一个偏置电压的均值确定为所述第二待调节偏置电压。

上述控制装置中，

所述第二确定模块，用于确定所述信号分量的幅度最小时，对应相位π点的偏置电压。

上述控制装置中，

所述处理模块，用于确定所述第一待调节偏置电压作为所述第一高斯分布函数的均值。

上述控制装置中，

所述处理模块，用于在所述光调制器运行的初始阶段，根据所述温度与偏置电压的平方的线性关系，计算所述每个温度分别对应的拟合偏置电压，确定所述拟合偏置电压与所述最佳偏置电压的差值的方差为所述第一高斯分布函数的方差。

上述控制装置中，

所述处理模块，用于在所述光调制器运行过程中，确定所述第一高斯分布函数的方差等于上一次获取的第一高斯分布函数的第一方差与上一次获取的第二高斯分布函数的第二方差之积，除以所述第一方差与所述第二方差之和得到的商，以此使得所述光调制器处于迭代运行中。

上述控制装置中，

所述处理模块，用于确定所述第二待调节偏置电压为所述第二高斯分布函数的均值，并确定所述至少一个偏置电压的方差为所述第二高斯分布函数的方差。

上述控制装置中，

所述处理模块，用于基于所述第一高斯分布函数和所述第二高斯分布函数的乘积，获得目标高斯分布函数，确定所述目标高斯分布函数的均值为所述目标偏置电压。

本申请提供一种光调制器偏置电压的控制方法及装置，基于光调制器的温度信息，确定第一待调节偏置电压；确定所述光调制器的第二待调节偏置电压；基于所述第一待调节偏置电压和所述第二待调节偏置电压，确定所述光调制器的目标偏置电压。如此，能够通过精准地控制光调制器的偏置电压，保证光调制器工作在合适的工作点上，抑制频率信息监测中的噪声，降低直流偏置电压控制过程中的摆动，提高系统的控制效率，优化调制信号的质量，保证信息的传输准确性。

附图说明

图1为本申请实施例提供的光调制器偏置电压的控制方法的一种可选流程示意图；

图2为本申请实施例提供的光调制器偏置电压的控制方法的一种可选具体流程示意图；

图3为本申请实施例提供的光调制器偏置电压的控制方法的另一种可选具体流程示意图；

图4为本申请实施例提供的光调制器偏置电压的控制方法的一种可选详细流程示意图；

图5为本申请实施例提供的光调制器偏置电压的控制装置的组成结构示意图；

图6为本申请实施例提供的光调制器偏置电压的控制装置的一种具体实施示意图；

图7为本申请实施例提供的光调制器偏置电压的控制装置的硬件组成结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，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他实施例，都属于本发明保护的范围。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

随着数据业务的迅猛发展，对光纤通信有着更高速率、更长距离和更大容量的发展要求。相干通信应运而生，大量相干通信的研究如春后竹笋，其中光调制器是相干通讯中的重要器件。在光调制器使用时，需要给光调制器加载合适的直流偏置电压，保证其工作在合适的工作点上，优化调制信号以及提高系统性能。

目前工程上常采用低频扰动信号的反馈控制方法，方法主要是在光调制器的调制臂上施加低频的小幅度的正弦信号，检测输出光功率相关频率分量的信息，获取直流偏置电压的反馈信息。然而，此方法不可避免的引入了微扰信号，另外在频率提取过程中常用的正交锁定方法亦存在误差，再考虑到诸如电路噪声干扰、机械振动等情况，影响着反馈信息的质量，尤其在正交偏置点附近，低频扰动信号的二阶谐波响应衰减剧烈接近0的水平，以至于信号可能被系统噪声淹没，严重影响了光调制器偏置电压的锁定精度，最终造成调制信号质量变差、眼图劣化、传输误码率上升，因此有必要采用更有效的控制方法。

基于上述情况，本发明提出了一种光调制器偏置电压的控制方法及装置，以抑制频率信息监测中的噪声，降低直流偏置电压控制过程中的摆动，提高控制装置的控制效率，优化信号质量。

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

图1示出了本申请一实施例提供的光调制器偏置电压的控制方法的一种可选流程示意图，以下将根据各个步骤进行说明。

步骤S101，获取光调制器的温度信息，并基于所述温度信息确定第一待调节偏置电压。

在此实施例中，光调制器偏置电压的控制装置预先建立光调制器的温度与偏置电压的对应关系，并根据此对应关系，确定所述光调制器的温度信息对应的所述第一待调节偏置电压。可选地，在具体实施过程中，在保持光调制器所处环境不变的前提下，控制装置稳定当前光调制器的工作温度，并以一定的步长扫描偏置电压，找到最佳的偏置电压，以锁定π相位的工作点为例，当施加在光调制器上的偏置电压使得波的相位移动距离为π时，该偏置电压即为当前温度下的最佳偏置电压。

控制装置按照上述策略测得多组温度和最佳偏置电压的数据，并根据测得的温度和最佳偏置电压的数据对温度信息和最佳偏置电压进行拟合，即控制装置预先在至少一个温度下，获取每个温度分别对应的最佳偏置电压，根据温度及所述温度对应的最佳偏置电压，拟合温度与偏置电压的平方的线性关系，例如，假定温度与最佳偏置电压满足平方线性关系(温度与最佳偏置电压的平方存在线性关系)，在使得误差最小的条件下，求出唯一的拟合函数，该拟合函数可用于对第一待调节偏置电压进行预测，不局限于此，温度与最佳偏置电压的关系也可以是其他关系类型的拟合函数，只要拟合函数能够对测得的多组温度和最佳偏置电压的数组具有较强的拟合能力即可，通过拟合函数对当前温度进行预测的预测值即为第一待调节偏置电压。

可以理解，拟合函数难以完美契合所有测得的温度和最佳偏置电压的数据，所以在本实施例中，本申请还求得最佳偏置电压的拟合值与实际值的差值的方差，称为初始方差，该初始方差能够体现出拟合函数的预测能力，能够用于后续对第一待调节偏置电压概率分布的估计。具体的，控制装置根据所述温度与偏置电压的平方的线性关系，计算所述每个温度分别对应的拟合偏置电压，确定所述拟合偏置电压与所述最佳偏置电压的差值的方差为第一待调节偏置电压对应的第一高斯分布函数的方差。

在一些实施例中，由于光调制器的工作环境可能存在一些随机的不规则的噪音或干扰，温度与最佳偏置电压的对应关系难以通过拟合函数进行拟合，此时可以通过温度与最佳偏置电压的对照表来对第一待调节偏置电压进行预估，并求得初始方差，比如，在对照表中，将在一定区间变化的温度对应于一个偏置电压，或者将上述测得的多组温度与最佳偏置电压的数据均写入对照表中，对照表中与当前温度最接近的温度所对应的最佳偏置电压即为第一待调节偏置电压。

在一些实施例中，如图2所示，步骤S101还可以通过以下步骤获取第一待调节偏置电压：

步骤S1011，获取所述光调制器的温度差值。

步骤S1012，基于所述温度差值确定相位差。

步骤S1013，基于所述相位差确定所述第一待调节偏置电压。

这里，在一些材质的光调制器中，比如硅基，通过光调制器的温度差值能够计算得出当前的相位差，如此，控制装置也可以通过拟合相位差与最佳偏置电压的对应关系，以此通过对应关系预测当前温度下的第一待调节偏置电压。

步骤S102，根据偏置点锁定算法确定所述光调制器的第二待调节偏置电压。

在此实施例中，由于步骤S101中由拟合函数或对照表所确定的第一待调节偏置电压是基于理论的预估值，可能无法较好反应当前温度下的最佳偏置电压，或者说，无法完整地拟合所有温度下的最佳偏置电压。因此，为了能够更为精确地得到目标偏置电压，在步骤S102中，控制装置通过采取基于低频扰动信号的偏置点锁定算法，测量光调制器的第二待调节偏置电压，如图3所示，第二待调节偏置电压的确定方法包括：

步骤S1021，对所述光调制器的调相电极施加扰动信号。

步骤S1022，获取所述光调制器输出的光信号中与所述扰动信号具有相同频率的至少一个信号分量。

步骤S1023，基于所述信号分量确定至少一个偏置电压。

步骤S1024，将所述至少一个偏置电压的均值作为所述第二待调节偏置电压。

这里，在光调制器偏压控制端或信号输入端对光调制器的调相电极施加一个低频率、低幅度的扰动信号(扰动信号的频率选取应小于调制器的热光移相器的3dB截止频率，扰动幅度约为热光移相器的半波电压的10％)，控制装置在光调制器输出端对调制后的信号进行谐波分析，获得一次谐波和二次谐波的幅值，之后控制装置对谐波幅值信号进行运算，根据反馈的谐波幅值信号在光调制器的偏压控制端进行补偿。

具体地，在此实施例中，假设控制装置对光调制器的调相电极施加的扰动信号的频率为f，控制装置采集施加扰动信号后的光调制器的输出信号，并检测与所述扰动信号的频率相同的信号分量，当检测到的所述信号分量的幅度最小时，即频率为f的一次谐波分量最小时对应为相位π点的偏置电压，频率为2f的二次谐波分量最小时对应为相位π/2点的偏置电压，之后，在保持光调制器所处环境不变的情况下，控制装置多次检测光调制器的输出信号，从而得到至少一个偏置电压，并将获取的至少一个偏置电压的均值作为第二待调节偏置电压，其中，在多次测试过程中，扰动信号的频率可以是固定值，也可以不是固定值，可以从一个信号分量中确定一个偏置电压，也可以从一个信号分量中确定多组偏置电压。因此，本申请实施例中，光调制器偏置电压的控制装置根据光调制器的频响反馈，确定所述光调制器的第二待调节偏置电压。

在一些实施例中，控制装置也可以根据基于光功率值的偏置点锁定算法确定第二待调节偏置电压，在光调制器光信号的输入和输出端口按相同的百分比取样光信号，之后通过光电转换电路将两路光信号转化成电压信号，转化后的电压信号先经过不同增益的放大器，之后输入差动放大器，初始状态下调节增益使差动放大器的输出值为0，当偏置点发生漂移时，差动放大器输出值不为零，此时控制装置取样差动放大器的输出值作为误差信号，从而实现偏压补偿。

不局限于此，步骤S102的目的在于获取基于测量值的第二待调节偏置电压，其他的用于获取偏置电压的偏置点锁定算法都能被应用在步骤S102的实施方式中。

步骤S103，获取所述第一待调节偏置电压对应的第一高斯分布函数和所述第二待调节偏置电压对应的第二高斯分布函数。

同样地，步骤S102可能也会由于一些难以避免的因素导致获取的第二待调节偏置电压无法较好稳定光调节器的输出信号质量，比如控制装置向光调制器的调相电极施加低频扰动信号，就会不可避免地对调制信号产生干扰，且低频扰动信号很容易被噪音吞没，根据光功率值调整偏置电压的方法也受到输入、输出光功率波动、驱动电压和系统插入损耗的影响，导致控制精度较差。

基于此，步骤S103综合考量了第一待调节偏置电压和第二待调节偏置电压，以此得到最终的目标偏置电压。由于客观世界中很多变量都服从或近似服从高斯分布，所以在本申请的此实施例中，控制装置将第一待调节偏置电压和第二待调节偏置电压分别进行高斯分布的拟合，然后计算二者高斯分布的交叠区域，即概率较高的一部分，由此得出目标偏置电压。

在此实施例中，第一待调节偏置电压为第一高斯分布函数的均值，第二待调节偏置电压为第二高斯分布函数的均值。

在此实施例中，在控制装置运行的初始阶段，第一高斯分布函数的方差可设定为上述所述的初始方差，即在所述光调制器运行的初始阶段，根据所述温度与偏置电压的平方的线性关系，计算所述每个温度分别对应的拟合偏置电压，确定所述拟合偏置电压与所述最佳偏置电压的差值的方差为所述第一高斯分布函数的方差。可选地，控制装置在确定第二高斯分布函数时，可在保持光调制器所处环境不变的前提下，测量多次求得至少一个偏置电压，将此至少一个偏置电压求平均得到第二待调节偏置电压，将此至少一个偏置电压求方差即为第二高斯分布函数的方差。

在一些实施例中，控制装置可以从上一次获取的第一高斯分布函数的方差和上一次获取的第二高斯分布函数的方差中获取到当前的第一待调节偏置电压对应的第一高斯分布函数的方差，可选地，在所述光调制器运行过程中，所述第一高斯分布函数所对应的方差等于上一次获取的第一高斯分布函数的第一方差与上一次获取的第二高斯分布函数的第二方差之积，除以所述第一方差与所述第二方差之和得到的商。之后，进入下一次的第一高斯分布函数的确定，其中，下一次的第一高斯分布函数的方差由当前的第一高斯分布函数和第二高斯分布函数按照上述方案确定，如此不断迭代，以此使得所述光调制器处于迭代运行中。

步骤S104，基于所述第一高斯分布函数和所述第二高斯分布函数的乘积，确定目标偏置电压。

在此实施例中，在获取到第一高斯分布函数和第二高斯分布函数之后，控制装置就能够根据这两个高斯分布函数确定当前需要施加在光调制器上的偏置电压，具体地，通过第一高斯分布函数和第二高斯分布函数的乘积，获得目标高斯分布函数，目标高斯分布函数的均值即为目标偏置电压。

由此可见，通过获取光调制器的温度信息，得出基于理论值的第一待调节偏置电压，再通过对光调制器的调相电极施加扰动信号，测量出第二待调节偏置电压，并对第一待调节偏置电压和第二待调节偏置电压分别进行高斯分布的拟合，得到各自对应的第一高斯分布函数和第二高斯分布函数，最后基于第一高斯分布函数和第二高斯分布函数的乘积，获取目标高斯分布函数，基于目标高斯分布函数确定目标偏置电压，该目标偏置电压能够保证光调制器工作在合适的工作点上，本申请能够抑制频率信息监测中的噪声，降低直流偏置电压控制过程中的摆动，提高控制装置的控制效率，优化调制信号的质量，保证信息的传输准确性。

图4是本申请提供的光调制器偏置电压的控制方法的一种可选流程示意图，如图所示，该控制方法分为两个阶段：预备工作阶段和正式流程阶段。

在预备工作阶段，主要是进行第一高斯分布函数和第二高斯分布函数的拟合：控制装置在拟合第一高斯分布函数的时候，首先在不同温度下，以一定的步长扫描找到最佳偏置电压，以探索温度与偏置电压平方的关系，然后确定基于预测值的均值和方差，其中，如果该控制装置处于初始运行的阶段，即第一次获取目标偏置电压的阶段，方差由探索温度与偏置电压平方关系的时候，数据的拟合值和实际值的差值计算得出，如果控制装置处于其他阶段，方差由上一次获取的基于预测的方差(第一高斯分布函数的方差)和基于测量的方差(第二高斯分布函数的方差)计算得出；控制装置在拟合第二高斯分布函数的时候，首先在向光调制器施加偏置电压的基础上，再对光调制器的调相电极施加扰动信号，然后控制装置在光调制器的输出信号中提取相关频率信息，确定需要调节的偏置电压值，最后确定基于测量的调节值的均值和方差，其中，可以在保持光调制器所处环境不变的前提下，多次测量需要调节的偏置电压值，从多组偏置电压值中确定基于测量的调节值的均值和方差。

在正式流程阶段，根据预备工作阶段得出的第一高斯分布函数(控制装置测量光调制器的当前温度，给出的基于预测的调节值)和第二高斯分布函数(控制装置向光调制器的调相电极施加扰动，提取与扰动信号相关的信号分量信息，给出的基于测量的调节值)，计算二者交叉区域的均值，将此均值作为调节量，即目标偏置电压。

在下面的实施例，将以单个硅基马赫-曾德尔(Mach-Zehnder，MZ)调制器(以下简称MZ调制器)为例，对上文提出的光调制器偏置电压的控制方法进行具体的说明。

硅基调制器的偏置工作点产生的相位变化是基于硅的热光效应，是非线性电光效应，即调制器相位变化与偏置电压的平方成正比。尽管外界因素如温度、机械振动、波长等对偏置电压有着诸多影响，但是在实际使用中，温度影响处于主要地位，且调制器中温度对波长没有影响。MZ调制器在使用的过程中会对其中一个臂施加偏置电压，另一个臂不加电压，从而产生温度差，进而产生相位差，假设外界变化的温度为△T，不考虑热串扰的影响，则理想情况下造成MZ调制器的上下臂的温度差也为△T，故造成的相位差可推：

在公式(1)中，

表示硅的热光系数，L表示MZ调制器的相移臂的长度，△T表示调制区域的温度变化，λ表示光的波长。

由公式(1)可知，相位的变化与温度的变化呈线性关系，同时相位的变化与偏置电压的平方呈线性关系，于是对此进行线性化处理，当调制器达到热平衡时，有

其中，T表示当前调制器的温度值，K表示温度和偏置电压平方的比例系数，V_b表示MZ调制器的一条调制臂上施加的偏置电压，△e表示其他残项误差值。

由上述的线性比例关系，可推出：

其中，K'表示中间比例系数，K”表示最终比例系数，V_b'表示温度变化之前施加在MZ调制器上的偏置电压，由此可知，在该实施例中，需要按照公式(3)预先对系数K”进行拟合，用于拟合的数据可以为在不同温度下，以一定的步长扫描偏置电压，获取得到的满足预期的最佳偏置电压。在拟合完成之后就可以根据MZ调制器的当前温度信息预测需要调节的第一待调节偏置电压。

在控制装置运行过程中，确定第二待调节偏置电压的步骤如下所述：控制装置对MZ调制器的调相电极施加频率为f的扰动信号，其中，所述扰动信号为时变周期性的电压信号，一般对所述调相电极施加的扰动信号为小幅低频微扰信号，扰动信号的频率选取应小于调制器的热光移相器的3dB截止频率，扰动幅度约为热光移相器的半波电压的10％；控制装置采集MZ调制器的输出信号，输出信号经过光电转换器后，控制装置检测与所述扰动信号的频率相同或相关的信号分量，所述信号分量的幅度最小时，即频率为f的一次谐波分量最小时对应为相位π点的偏置电压，频率为2f的二次谐波分量最小时对应为相位π/2点的偏置电压。

预测的偏置电压和测量的偏置电压都有一定的不确定性，需要充分利用二者的不确定性来得到更加准确的偏置电压估计，假设预测的偏置电压服从高斯分布N(μ₁,σ₁ ²)，测量的偏置电压服从高斯分布N(μ₂,σ₂ ²)，其中两者的交叠部分为预测和观测高斯分布的重合部分，亦为概率比较高的部分。根据高斯概率密度函数的乘积公式有：

其中，

乘积公式中的其他参数表示为

由上述的乘积公式可以看出，两个高斯分布函数的乘积仍然属于一个高斯分布函数，对于纠正后新的高斯概率密度函数，在新的均值和方差计算公式中，令

则有μ'＝μ₀+k(μ₁-μ₀)，

其中，μ'表示目标偏置电压，σ'表示下一次预测的偏置电压的标准差，以此迭代，调节MZ调制器的偏置电压。

由此可见，在本申请实施例中，目标偏置电压能够从基于理论值的第一偏置电压和基于测量值的第二偏置电压中得到补正，以此抑制频率信息监测中的噪声，降低直流偏置电压控制过程中的摆动，提高控制装置的控制效率，优化信号的质量。

根据上文所述的光调制器偏置电压的控制方法，本申请给出一种具体的实施方式。

以锁定π相位的工作点为目标，该光调制器由硅光材料构成，其内设置有温度传感器。

相位偏置点的锁定方法包括以下步骤：

步骤S201，预先，控制装置在不同温度下，以一定的步长扫描偏置电压，并将锁定π相位工作点的偏置电压设为最佳偏置电压，求得多组温度与偏置电压的相关数据后，控制装置对温度与偏置电压平方进行线性拟合，并计算拟合值与实际值的差值的方差σ_p ²。

步骤S202，控制装置通过温度传感器，确定当前工作温度，并根据温度与偏置电压平方线性关系，获取基于预测值的第一待调节偏置电压μ_p，并认为此第一待调节偏置电压服从N(μ_p,σ_p ²)的高斯分布。

步骤S203，控制装置通过数模转换器对光调制器的调相电极施加频率为f的扰动信号，其中，所述扰动信号为时变周期性的电压信号，一般对所述调相电极施加的扰动信号为小幅低频微扰信号，扰动信号的频率选取应小于调制器的热光移相器的3dB截止频率，扰动幅度约为热光移相器的半波电压的10％。

步骤S204，控制装置利用滤波器或者数据处理设备经光电转换器转换的光调制器的输出信号，检测出与扰动信号频率相同的信号分量，进一步提取该信号分量的幅度。控制装置通过检测调制器输出的扰动信号的幅度可以判断偏置电压是否漂移，以作为调节偏置电压的测量反馈信息，具体地，在锁定π相位的实施例中，需要检测频率为f的信号分量，当此分量幅度最小时，即表明偏置电压很靠近相位为π的工作点。

步骤S205，在保持光调制器所处环境不变的情况下，重复执行步骤S204的操作，直至得到预定数量的基于测量值的温度与偏置电压的数据，并对获取到的温度与偏置电压的数据进行高斯分布的拟合，假设其服从N(μ_m,σ_m ²)，其中，μ_m表示测量值数据的平均值，σ_m表示测量值数据的标准差。

步骤S206，通过公式计算

则此次调节量的正态分布参数的平均值为μ'＝μ_p+k(μ_m-μ_p)，μ'为本次调节的目标偏置电压；继续执行步骤S202的操作，获取下一次的偏置电压的估计值μ'_p，此时估计值的标准差为

再进入后续的步骤，计算得出下一次的目标偏置电压，如此不断迭代。

由此可见，在本申请实施例中，目标偏置电压能够从基于理论值的第一偏置电压和基于测量值的第二偏置电压中得到补正，以此抑制频率信息监测中的噪声，降低直流偏置电压控制过程中的摆动，提高控制装置的控制效率，优化信号调制的质量。

如图5所示，本申请还提供一种光调制器偏置电压的控制装置，用于执行上文所述的光调制器偏置电压的控制方法，包括第一确定模块110，第二确定模块120，处理模块130。

所述第一确定模块110用于获取光调制器的温度信息，并基于所述温度信息确定第一待调节偏置电压。在另一具体实施例中，第一确定模块110还获取所述光调制器的温度差值，然后基于所述温度差值确定相位差，并基于所述相位差确定所述第一待调节偏置电压。可选地，第一确定模块110预先建立温度与偏置电压的对应关系，并根据所述对应关系，确定与所述光调制器的温度信息对应的所述第一待调节偏置电压，具体地，所述第一确定模块110预先在至少一个温度下，获取每个温度分别对应的最佳偏置电压，根据所述温度及所述温度对应的最佳偏置电压，拟合温度与偏置电压的平方的线性关系。

所述第二确定模块120用于根据偏置点锁定算法确定所述光调制器的第二待调节偏置电压。在一具体实施例中，第二确定模块120对所述光调制器的调相电极施加扰动信号，获取与所述扰动信号具有相同频率的至少一个信号分量，并基于所述至少一个信号分量确定至少一个偏置电压，将所述至少一个偏置电压的均值确定为所述第二待调节偏置电压，其中，所述第二确定模块120确定所述信号分量的幅度最小时，对应相位π点的偏置电压。具体地，设第二确定模块120对光调制器的调相电极施加的扰动信号的频率为f，第二确定模块120采集经光电转换器处理后的光调制器的输出信号，并检测与所述扰动信号的频率相同的信号分量，所述信号分量的幅度最小时，即频率为f的一次谐波分量最小时对应为相位π点的偏置电压，频率为2f的二次谐波分量最小时对应为相位π/2点的偏置电压，之后，在保持光调制器所处环境不变的情况下，控制装置多次检测光调制器的输出信号，从而得到至少一个偏置电压，并将获取的至少一个偏置电压的均值作为第二待调节偏置电压，可以理解，在多次测试过程中，扰动信号的频率可以是固定值，也可以不是固定值。

所述处理模块130用于获取所述第一待调节偏置电压对应的第一高斯分布函数和所述第二待调节偏置电压对应的第二高斯分布函数，并基于所述第一高斯分布函数和所述第二高斯分布函数的乘积，确定目标偏置电压。在一些实施例中，所述处理模块130还用于确定第一待调节偏置电压作为第一高斯分布函数的均值和在所述光调制器运行的初始阶段，根据所述温度与偏置电压的平方的线性关系，计算所述每个温度分别对应的拟合偏置电压，确定所述拟合偏置电压与所述最佳偏置电压的差值的方差为所述第一高斯分布函数的方差，所述处理模块130还用于确定所述第二待调节偏置电压作为的第二高斯分布函数的均值和确定所述至少一个偏置电压的方差为所述第二高斯分布函数的方差，其中，至少一个偏置电压为在保持光调制器所处环境不变的情况下，控制装置多次检测光调制器的输出信号，从而得到的至少一个偏置电压。在一些实施例中，所述处理模块130，还用于在所述光调制器运行过程中，确定所述第一高斯分布函数所对应的方差等于上一次获取的第一高斯分布函数的第一方差与上一次获取的第二高斯分布函数的第二方差之积，除以所述第一方差与所述第二方差之和得到的商，以此使得所述光调制器处于迭代运行中。

所述处理模块130还用于基于所述第一高斯分布函数和所述第二高斯分布函数的乘积，获得目标高斯分布函数，确定所述目标高斯分布函数的均值为所述目标偏置电压。

图6是本申请光调制器偏置电压的控制装置的一种具体实施示意图，包括光调制器210，光电转换器220，模数转换器230，数据处理设备240，数模转换器250以及温度传感器260。

如图6所示，温度传感器260用于检测光调制器的温度信息，数模转换器250用于对光调制器施加偏置电压和扰动信号，光调制器210的输出信号的一部分进入光电转换器220，将光调制器210输出的光信号转换为电信号，模数转换器230用于将电信号转换为数字信号，或者根据分压电路的电压变化确定光调制器的温度变化，数据处理模块240通过温度信息确定第一待调节偏置电压，通过扰动信号确定第二待调节偏置电压，并基于所述第一待调节偏置电压和所述第二待调节偏置电压，确定所述光调制器的目标偏置电压，目标偏置电压能够通过数模转换器250施加在光调制器210上，以此形成一个闭环反馈系统。

根据上文所述，第一确定模块110的功能能够由温度传感器260，模数转换器230，数据处理设备240实现。在一实施例中，温度传感器260可以是热敏电阻，接有分压电路，模数转换器230采样电压的变化以获取温度的变化，并将温度变化值传输给数据处理设备240，数据处理设备240根据温度的变化确定光调制器的当前温度，并将根据当前温度确定第一待调节偏置电压。

第二确定模块120的功能能够由数模转换器250，光电转换器220，模数转换器230和数据处理设备240实现。在一实施例中，数模转换器250对光调制器210的调相电极施加扰动信号，光调制器210输出的光信号的一部分进入光电转换器220转换为电信号，数据处理设备240处理光电转换器220的输出，检测出与扰动信号频率相同的信号分量，提取信号分量的幅度，确定第二待调节偏置电压。

处理模块130的功能能够由数据处理设备240实现。在一实施例中，数据处理设备240对第一待调节偏置电压和第二待调节偏置电压分别进行高斯分布的拟合，得到各自对应的第一高斯分布函数和第二高斯分布函数，最后基于第一高斯分布函数和第二高斯分布函数的乘积，获取目标高斯分布函数，基于目标高斯分布函数的均值确定目标偏置电压。

由此可见，在本申请实施例中，目标偏置电压能够从基于理论值的第一偏置电压和基于测量值的第二偏置电压中得到补正，以此给光调制器加载合适的直流偏置电压，保证其工作在合适的工作点上，优化调制信号以及提高系统性能，抑制频率信息监测中的噪声，降低直流偏置电压控制过程中的摆动，提高系统的控制效率，优化信号调制的质量和稳定性。

图7为本申请实施例提供的设备(数据处理设备，光调制器偏置电压的控制装置)的硬件组成结构示意图，设备400包括：至少一个处理器401、存储器402和至少一个网络接口404。设备400中的各个组件通过总线系统405耦合在一起。可理解，总线系统405用于实现这些组件之间的连接通信。总线系统405除包括数据总线之外，还包括电源总线、控制总线和状态信号总线。但是为了清楚说明起见，在图7中将各种总线都标为总线系统405。

可以理解，存储器402可以是易失性存储器或非易失性存储器，也可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是ROM、可编程只读存储器(ProgrammableRead-Only Memory，PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read-OnlyMemory，EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable ProgrammableRead-Only Memory，EEPROM)、磁性随机存取存储器(Ferromagnetic Random AccessMemory，FRAM)、快闪存储器(Flash Memory)、磁表面存储器、光盘、或只读光盘(CompactDisc Read-Only Memory，CD-ROM)；磁表面存储器可以是磁盘存储器或磁带存储器。易失性存储器可以是随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(Static RandomAccess Memory，SRAM)、同步静态随机存取存储器(Synchronous Static Random AccessMemory，SSRAM)、动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)、同步动态随机存取存储器(Synchronous Dynamic Random Access Memory，SDRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(Double Data Rate Synchronous Dynamic Random AccessMemory，DDRSDRAM)、增强型同步动态随机存取存储器(Enhanced Synchronous DynamicRandom Access Memory，ESDRAM)、同步连接动态随机存取存储器(SyncLink DynamicRandom Access Memory，SLDRAM)、直接内存总线随机存取存储器(Direct Rambus RandomAccess Memory，DRRAM)。本申请实施例描述的存储器402旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。

本申请实施例中的存储器402用于存储各种类型的数据以支持设备400的操作。这些数据的示例包括：用于在设备400上操作的任何计算机程序，如应用程序4022。实现本申请实施例方法的程序可以包含在应用程序4022中。

上述本申请实施例揭示的方法可以应用于处理器401中，或者由处理器401实现。处理器401可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器401中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器401可以是通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)，或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。处理器401可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者任何常规的处理器等。结合本申请实施例所公开的方法的步骤，可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于存储介质中，该存储介质位于存储器402，处理器401读取存储器402中的信息，结合其硬件完成前述方法的步骤。

在示例性实施例中，设备400可以被一个或多个应用专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuit，ASIC)、DSP、可编程逻辑器件(Programmable LogicDevice，PLD)、复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic Device，CPLD)、FPGA、通用处理器、控制器、MCU、MPU、或其他电子元件实现，用于执行前述方法。

本申请实施例还提供了一种存储介质，用于存储计算机程序。

可选的，该存储介质可应用于本申请实施例中的终端设备，并且该计算机程序使得计算机执行本申请实施例的各个方法中的相应流程，为了简洁，在此不再赘述。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (18)

1.一种光调制器偏置电压的控制方法，其特征在于，所述方法包括：

获取光调制器的温度信息，并基于所述温度信息确定第一待调节偏置电压；

根据偏置点锁定算法确定所述光调制器的第二待调节偏置电压；

所述根据偏置点锁定算法确定所述光调制器的第二待调节偏置电压，包括：

对所述光调制器的调相电极施加扰动信号；

获取所述光调制器输出的光信号中与所述扰动信号具有相同频率的至少一个信号分量；

基于所述至少一个信号分量确定至少一个偏置电压；

将所述至少一个偏置电压的均值作为所述第二待调节偏置电压；

获取所述第一待调节偏置电压对应的第一高斯分布函数和所述第二待调节偏置电压对应的第二高斯分布函数；

基于所述第一高斯分布函数和所述第二高斯分布函数的乘积，确定目标偏置电压。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述温度信息确定第一待调节偏置电压，包括：

预先建立温度与偏置电压的对应关系；

根据所述对应关系，确定与所述光调制器的温度信息对应的所述第一待调节偏置电压。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预先建立温度与偏置电压的对应关系，包括：

预先在至少一个温度下，获取每个温度分别对应的最佳偏置电压；

根据所述温度及所述温度对应的最佳偏置电压，拟合温度与偏置电压的平方的线性关系。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述至少一个信号分量确定至少一个偏置电压，包括：

确定所述信号分量的幅度最小时，对应相位π点的偏置电压。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述第一待调节偏置电压对应的第一高斯分布函数，包括：

确定所述第一待调节偏置电压作为所述第一高斯分布函数的均值。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述获取所述第一待调节偏置电压对应的第一高斯分布函数，包括：

在所述光调制器运行的初始阶段，根据所述温度与偏置电压的平方的线性关系，计算所述每个温度分别对应的拟合偏置电压；

确定所述拟合偏置电压与所述最佳偏置电压的差值的方差为所述第一高斯分布函数的方差。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述第一待调节偏置电压对应的第一高斯分布函数，包括：

在所述光调制器运行过程中，所述第一高斯分布函数所对应的方差等于上一次获取的第一高斯分布函数的第一方差与上一次获取的第二高斯分布函数的第二方差之积，除以所述第一方差与所述第二方差之和得到的商，以此使得所述光调制器处于迭代运行中。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述第二待调节偏置电压对应的第二高斯分布函数，包括：

确定所述第二待调节偏置电压为所述第二高斯分布函数的均值；

确定所述至少一个偏置电压的方差为所述第二高斯分布函数的方差。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述第一高斯分布函数和所述第二高斯分布函数的乘积，确定目标偏置电压，包括：

基于所述第一高斯分布函数和所述第二高斯分布函数的乘积，获得目标高斯分布函数；

确定所述目标高斯分布函数的均值为所述目标偏置电压。

10.一种光调制器偏置电压的控制装置，其特征在于，所述控制装置包括：

第一确定模块，用于获取光调制器的温度信息，并基于所述温度信息确定第一待调节偏置电压；

第二确定模块，用于根据偏置点锁定算法确定所述光调制器的第二待调节偏置电压；所述根据偏置点锁定算法确定所述光调制器的第二待调节偏置电压，包括：对所述光调制器的调相电极施加扰动信号；获取所述光调制器输出的光信号中与所述扰动信号具有相同频率的至少一个信号分量；基于所述至少一个信号分量确定至少一个偏置电压；将所述至少一个偏置电压的均值作为所述第二待调节偏置电压

处理模块，用于获取所述第一待调节偏置电压对应的第一高斯分布函数和所述第二待调节偏置电压对应的第二高斯分布函数，并基于所述第一高斯分布函数和所述第二高斯分布函数的乘积，确定目标偏置电压。

11.根据权利要求10所述的控制装置，其特征在于，

所述第一确定模块，还用于预先建立温度与偏置电压的对应关系，并根据所述对应关系，确定与所述光调制器的温度信息对应的所述第一待调节偏置电压。

12.根据权利要求11所述的控制装置，其特征在于，

所述第一确定模块，用于预先在至少一个温度下，获取每个温度分别对应的最佳偏置电压，根据所述温度及所述温度对应的最佳偏置电压，拟合温度与偏置电压的平方的线性关系。

13.根据权利要求10所述的控制装置，其特征在于，

所述第二确定模块，用于确定所述信号分量的幅度最小时，对应相位π点的偏置电压。

14.根据权利要求10所述的控制装置，其特征在于，

所述处理模块，用于确定所述第一待调节偏置电压作为所述第一高斯分布函数的均值。

15.根据权利要求12所述的控制装置，其特征在于，

所述处理模块，用于在所述光调制器运行的初始阶段，根据所述温度与偏置电压的平方的线性关系，计算所述每个温度分别对应的拟合偏置电压，确定所述拟合偏置电压与所述最佳偏置电压的差值的方差为所述第一高斯分布函数的方差。

16.根据权利要求10所述的控制装置，其特征在于，

所述处理模块，用于在所述光调制器运行过程中，确定所述第一高斯分布函数所对应的方差等于上一次获取的第一高斯分布函数的第一方差与上一次获取的第二高斯分布函数的第二方差之积，除以所述第一方差与所述第二方差之和得到的商，以此使得所述光调制器处于迭代运行中。

17.根据权利要求10所述的控制装置，其特征在于，

所述处理模块，用于确定所述第二待调节偏置电压为所述第二高斯分布函数的均值，并确定所述至少一个偏置电压的方差为所述第二高斯分布函数的方差。

18.根据权利要求10所述的控制装置，其特征在于，

所述处理模块，用于基于所述第一高斯分布函数和所述第二高斯分布函数的乘积，获得目标高斯分布函数，确定所述目标高斯分布函数的均值为所述目标偏置电压。

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