CN112600545B - 一种用于碎发脉冲激光的LiNbO3光开关的稳态控制方法及其系统 - Google Patents
一种用于碎发脉冲激光的LiNbO3光开关的稳态控制方法及其系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于碎发脉冲激光的LiNbO3光开关的稳态控制方法及其系统，包括：采集预设时间周期内的碎发脉冲激光的第一光功率数据；基于所述第一光功率数据生成所述碎发脉冲激光的实际脉冲周期；提取所述实际脉冲周期中的功率极大值时间点及其对应的第二光功率数据；重复采集不同偏置电压下所述功率极大值时间点的第三光功率数据并生成最佳偏置电压数据。本发明通过确定碎发脉冲激光的实际脉冲周期以提取功率极大值时间点及其对应的第二光功率数据，并通过数据处理单元控制光子采集单元重复采集不同偏置电压下所述功率极大值时间点的第三光功率数据以提取最佳偏置电压数据，从而保证了检测系统整体的高消光比、高稳定性和高检测精度。
Description
技术领域
本发明涉及光纤通信技术领域，具体涉及一种用于碎发脉冲激光的LiNbO3光开关的稳态控制方法及其系统。
背景技术
LiNbO3调制器通常用做光纤通信系统的光发射机外调制器，也可以作为高速光开关。由于LiNbO3调制器的光波导受环境影响大，工作状态不稳定，所以，实际应用中，除了使用调制信号电极作用于光波导上外，还需要增加偏置电压电极作用于光波导，调整器件到合适工作状态，以保证调制器的消光比或线性特性。传统的光纤传输数字系统或者模拟系统，都具有足够强的平均光功率，可以分出小部分光经光电转换后进行监测，通过监测信号的大小反馈控制调制器到合适状态，光纤数字传输系统一般达到15dB消光比即可满足应用需求。
但是，在光信号不是固定输出而是占空比极低的随机光脉冲时，例如：单光子探测技术的OTDR光纤测试、光纤传感、材料辐射测试等，采用传统的LiNbO3光开关的稳态控制方法无法有效捕获到监测信号。
综上所述，传统的LiNbO3光开关的稳态控制方法用于碎发脉冲激光检测时存在测试精度低、稳定性差的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种用于碎发脉冲激光的LiNbO3光开关的稳态控制方法及其系统，通过定义参考点并针对参考点进行电压扫描测试生成光开关的最佳工作点，使得光开关始终稳定在最佳状态，解决了传统的LiNbO3光开关的稳态控制方法用于碎发脉冲激光检测时存在测试精度差、消光比低的问题。
为解决以上问题，本发明的技术方案为采用一种用于碎发脉冲激光的LiNbO3光开关的稳态控制方法，包括：S1：采集预设时间周期内的碎发脉冲激光的第一光功率数据；S2：基于所述第一光功率数据生成所述碎发脉冲激光的实际脉冲周期；S3：提取所述实际脉冲周期中的功率极大值时间点及其对应的第二光功率数据；S4：重复采集不同偏置电压下所述功率极大值时间点的第三光功率数据并生成最佳偏置电压数据。
可选地，所述S4包括：在LiNbO3光开关输入的门控脉冲为关断脉冲时，控制所述偏置电压逐步增大并循环采集不同所述偏置电压下所述功率极大值时间点的所述第三光功率数据，在所述第三光功率数据中出现极小第三光功率数据时，生成所述极小第三光功率数据对应的所述最佳偏置电压数据；或，在所述LiNbO3光开关输入的所述门控脉冲为导通脉冲或所述LiNbO3光开关未输入所述门控脉冲时，控制所述偏置电压逐步增大并循环采集不同所述偏置电压下所述功率极大值时间点的所述第三光功率数据，在所述第三光功率数据中出现极大第三光功率数据时，生成所述极大第三光功率数据对应的所述最佳偏置电压数据。
可选地，所述S4还包括：基于所述极小第三光功率数据和所述第二光功率数据生成所述最佳消光比。
可选地，所述S1包括：在所述LiNbO3光开关未输入所述门控脉冲时，采集所述预设时间周期内的碎发脉冲激光的所述第一光功率数据。
可选地，所述关断脉冲为所述LiNbO3光开关的射频半波电压。
相应地，本发明提供，一种用于碎发脉冲激光的LiNbO3光开关的稳态控制系统，包括： 脉冲激光单元，用于出射碎发脉冲激光；LiNbO3光开关，用于调制所述碎发脉冲激光；光子采集单元，用于采集预设时间周期内的碎发脉冲激光的第一光功率数据；数据处理单元，基于所述第一光功率数据生成所述碎发脉冲激光的实际脉冲周期，提取所述实际脉冲周期中的功率极大值时间点及其对应的第二光功率数据，重复采集不同偏置电压下所述功率极大值时间点的第三光功率数据并生成最佳偏置电压数据。
可选地，所述稳态控制系统还包括门控脉冲单元和偏置电压单元，所述数据处理单元生成的调制信号传输至所述门控脉冲单元和所述偏置电压单元时，所述门控脉冲单元生成门控脉冲并传输至所述LiNbO3光开关，所述偏置电压单元生成所述偏置电压并传输至所述LiNbO3光开关。
可选地，所述数据处理单元生成最佳偏置电压数据包括：所述数据处理单元控制所述门控脉冲单元输出的所述门控脉冲为关断脉冲，并控制所述偏置电压单元输出的所述偏置电压逐步增大，基于所述光子采集单元循环采集不同所述偏置电压下所述功率极大值时间点的所述第三光功率数据，在所述第三光功率数据中出现极小第三光功率数据时，生成所述极小第三光功率数据对应的所述最佳偏置电压数据；或，所述数据处理单元关闭所述门控脉冲单元或控制所述门控脉冲单元输出的所述门控脉冲为导通脉冲，并控制所述偏置电压单元输出的所述偏置电压逐步增大，所述光子采集单元循环采集不同所述偏置电压下所述功率极大值时间点的所述第三光功率数据，在所述第三光功率数据中出现极大第三光功率数据时，生成所述极大第三光功率数据对应的所述最佳偏置电压数据。
可选地，基于所述光子采集单元循环采集不同所述偏置电压下所述功率极大值时间点的所述第三光功率数据包括：在所述偏置电压改变时，所述数据处理单元控制所述脉冲激光单元重新激发且所述数据处理单元的时钟电路重新计时，在所述脉冲激光单元激发时间为所述功率极大值时间点时，所述数据处理单元控制所述光子采集单元采集所述第三光功率数据。
可选地，所述光子采集单元采集所述第一光功率数据时，所述数据处理单元关闭所述门控脉冲单元。
本发明的首要改进之处为提供的用于碎发脉冲激光的LiNbO3光开关的稳态控制方法，首先通过确定碎发脉冲激光的实际脉冲周期以提取功率极大值时间点及其对应的第二光功率数据，并通过数据处理单元控制光子采集单元重复采集不同偏置电压下所述功率极大值时间点的第三光功率数据以提取最佳偏置电压数据，从而保证了检测系统整体的高消光比、高稳定性和高检测精度，解决了传统的LiNbO3光开关的稳态控制方法用于碎发脉冲激光检测时存在测试精度差、消光比低的问题。
附图说明
图1是本发明的用于碎发脉冲激光的LiNbO3光开关的稳态控制方法的简化流程图；
图2是本发明的用于碎发脉冲激光的LiNbO3光开关的稳态控制系统的简化单元连接图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，一种用于碎发脉冲激光的LiNbO3光开关的稳态控制方法，包括：
S1：在LiNbO3光开关未输入所述门控脉冲时，采集预设时间周期内的碎发脉冲激光的第一光功率数据。
S2：基于所述第一光功率数据生成所述碎发脉冲激光的实际脉冲周期。其中，所述预设时间周期大于所述实际脉冲周期；数据处理单元基于所述第一光功率数据随时间变化趋势提取一个完整的变化周期，即所述实际脉冲周期。
S3：提取所述实际脉冲周期中的功率极大值时间点及其对应的第二光功率数据。本发明通过提取功率极大值时间点及其对应的第二光功率数据保证了后续计算最佳偏置电压数据时，系统误差对于光功率检测结果的相对影响程度最小，提升最终稳态控制效果。
S4：重复采集不同偏置电压下所述功率极大值时间点的第三光功率数据并生成最佳偏置电压数据。
进一步的，所述S4包括：在LiNbO3光开关输入的门控脉冲为关断脉冲时，控制所述偏置电压逐步增大并循环采集不同所述偏置电压下所述功率极大值时间点的所述第三光功率数据，在所述第三光功率数据中出现极小第三光功率数据时，生成所述极小第三光功率数据对应的所述最佳偏置电压数据；或，在所述LiNbO3光开关输入的所述门控脉冲为导通脉冲或所述LiNbO3光开关未输入所述门控脉冲时，控制所述偏置电压逐步增大并循环采集不同所述偏置电压下所述功率极大值时间点的所述第三光功率数据，在所述第三光功率数据中出现极大第三光功率数据时，生成所述极大第三光功率数据对应的所述最佳偏置电压数据。其中，所述关断脉冲为所述LiNbO3光开关的射频半波电压。
更进一步的，所述S4还包括：基于所述极小第三光功率数据和所述第二光功率数据生成所述最佳消光比。使用传统LiNbO3光开关稳态控制方法的光脉冲通断的消光比为15dB，而使用本申请的LiNbO3光开关的稳态控制方法的光脉冲通断的消光比可以稳定的高于20dB。
本发明首先通过确定碎发脉冲激光的实际脉冲周期以提取功率极大值时间点及其对应的第二光功率数据，并通过数据处理单元控制光子采集单元重复采集不同偏置电压下所述功率极大值时间点的第三光功率数据以提取最佳偏置电压数据，从而保证了检测系统整体的高消光比、高稳定性和高检测精度，解决了传统的LiNbO3光开关的稳态控制方法用于碎发脉冲激光检测时存在测试精度差、消光比低的问题。并且，在光脉冲为快速窄脉冲时，对于调制器的开通和关断响应时间要求极高，需达到纳秒（ns）量级，而机械开关和声光开关相应速度无法满足要求，本发明通过使用高速LiNbO3光开关使得系统测试时间精度达到纳秒和/或亚纳秒量级。
相应的，如图2所示，本发明提供，一种用于碎发脉冲激光的LiNbO3光开关的稳态控制系统，包括： 脉冲激光单元，用于出射碎发脉冲激光；LiNbO3光开关，用于调制所述碎发脉冲激光；光子采集单元，用于采集预设时间周期内的碎发脉冲激光的第一光功率数据；数据处理单元，基于所述第一光功率数据生成所述碎发脉冲激光的实际脉冲周期，提取所述实际脉冲周期中的功率极大值时间点及其对应的第二光功率数据，重复采集不同偏置电压下所述功率极大值时间点的第三光功率数据并生成最佳偏置电压数据。其中，所述光子采集单元采集所述第一光功率数据时，所述数据处理单元关闭所述门控脉冲单元。
进一步的，所述光子采集单元可以由光子探测器和光子计数器构成，光子探测器接收由LiNbO3光开关出射的脉冲激光并生成调制信号传输至光子计数器，光子计数器统计采集到的用于表征单位时间内光子入射数量（即光功率）的电压上升沿数量传输至所述数据处理单元。本发明通过提取最佳偏置电压数据后，有效地基于应用需求控制LiNbO3光开关处于导通或关断状态，避免了光子采集单元因光子探测器因单位时间内接收的光功率过高造成堆叠饱和进而导致检测结果失真问题的出现，保证了检测系统整体的高消光比、高稳定性和高检测精度。
进一步的，所述稳态控制系统还包括门控脉冲单元和偏置电压单元，所述数据处理单元生成的调制信号传输至所述门控脉冲单元和所述偏置电压单元时，所述门控脉冲单元生成门控脉冲并传输至所述LiNbO3光开关，所述偏置电压单元生成所述偏置电压并传输至所述LiNbO3光开关。
进一步的，所述数据处理单元生成最佳偏置电压数据包括：所述数据处理单元控制所述门控脉冲单元输出的所述门控脉冲为关断脉冲，并控制所述偏置电压单元输出的所述偏置电压逐步增大，基于所述光子采集单元循环采集不同所述偏置电压下所述功率极大值时间点的所述第三光功率数据，在所述第三光功率数据中出现极小第三光功率数据时，生成所述极小第三光功率数据对应的所述最佳偏置电压数据；或，所述数据处理单元关闭所述门控脉冲单元或控制所述门控脉冲单元输出的所述门控脉冲为导通脉冲，并控制所述偏置电压单元输出的所述偏置电压逐步增大，所述光子采集单元循环采集不同所述偏置电压下所述功率极大值时间点的所述第三光功率数据，在所述第三光功率数据中出现极大第三光功率数据时，生成所述极大第三光功率数据对应的所述最佳偏置电压数据。
更进一步的，基于所述光子采集单元循环采集不同所述偏置电压下所述功率极大值时间点的所述第三光功率数据包括：在所述偏置电压改变时，所述数据处理单元控制所述脉冲激光单元重新激发且所述数据处理单元的时钟电路重新计时，在所述脉冲激光单元激发时间为所述功率极大值时间点时，所述数据处理单元控制所述光子采集单元采集所述第三光功率数据。
以上对本发明实施例所提供的用于碎发脉冲激光的LiNbO3光开关的稳态控制方法及其系统进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器（RAM）、内存、只读存储器（ROM）、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
Claims (10)
1.一种用于碎发脉冲激光的LiNbO3光开关的稳态控制方法，其特征在于，包括：
S1：采集预设时间周期内的碎发脉冲激光的第一光功率数据；
S2：基于所述第一光功率数据生成所述碎发脉冲激光的实际脉冲周期；
S3：提取所述实际脉冲周期中的功率极大值时间点及其对应的第二光功率数据；
S4：重复采集不同偏置电压下所述功率极大值时间点的第三光功率数据并生成最佳偏置电压数据。
2.根据权利要求1所述的LiNbO3光开关的稳态控制方法，其特征在于，所述S4包括：
在LiNbO3光开关输入的门控脉冲为关断脉冲时，控制所述偏置电压逐步增大并循环采集不同所述偏置电压下所述功率极大值时间点的所述第三光功率数据，在所述第三光功率数据中出现极小第三光功率数据时，生成所述极小第三光功率数据对应的所述最佳偏置电压数据；或，
在所述LiNbO3光开关输入的所述门控脉冲为导通脉冲或所述LiNbO3光开关未输入所述门控脉冲时，控制所述偏置电压逐步增大并循环采集不同所述偏置电压下所述功率极大值时间点的所述第三光功率数据，在所述第三光功率数据中出现极大第三光功率数据时，生成所述极大第三光功率数据对应的所述最佳偏置电压数据。
3.根据权利要求2所述的LiNbO3光开关的稳态控制方法，其特征在于，所述S4还包括：基于所述极小第三光功率数据和所述第二光功率数据生成最佳消光比。
4.根据权利要求2所述的LiNbO3光开关的稳态控制方法，其特征在于，所述S1包括：在所述LiNbO3光开关未输入所述门控脉冲时，采集所述预设时间周期内的碎发脉冲激光的所述第一光功率数据。
5.根据权利要求2所述的LiNbO3光开关的稳态控制方法，其特征在于，所述关断脉冲为所述LiNbO3光开关的射频半波电压。
6.一种用于碎发脉冲激光的LiNbO3光开关的稳态控制系统，其特征在于，包括：
脉冲激光单元，用于出射碎发脉冲激光；
LiNbO3光开关，用于调制所述碎发脉冲激光；
光子采集单元，用于采集预设时间周期内的碎发脉冲激光的第一光功率数据；
数据处理单元，基于所述第一光功率数据生成所述碎发脉冲激光的实际脉冲周期，提取所述实际脉冲周期中的功率极大值时间点及其对应的第二光功率数据，重复采集不同偏置电压下所述功率极大值时间点的第三光功率数据并生成最佳偏置电压数据。
7.根据权利要求6所述的LiNbO3光开关的稳态控制系统，其特征在于，所述稳态控制系统还包括门控脉冲单元和偏置电压单元，
所述数据处理单元生成的调制信号传输至所述门控脉冲单元和所述偏置电压单元时，所述门控脉冲单元生成门控脉冲并传输至所述LiNbO3光开关，所述偏置电压单元生成所述偏置电压并传输至所述LiNbO3光开关。
8.根据权利要求7所述的LiNbO3光开关的稳态控制系统，其特征在于，所述数据处理单元生成最佳偏置电压数据包括：
所述数据处理单元控制所述门控脉冲单元输出的所述门控脉冲为关断脉冲，并控制所述偏置电压单元输出的所述偏置电压逐步增大，基于所述光子采集单元循环采集不同所述偏置电压下所述功率极大值时间点的所述第三光功率数据，在所述第三光功率数据中出现极小第三光功率数据时，生成所述极小第三光功率数据对应的所述最佳偏置电压数据；或，
所述数据处理单元关闭所述门控脉冲单元或控制所述门控脉冲单元输出的所述门控脉冲为导通脉冲，并控制所述偏置电压单元输出的所述偏置电压逐步增大，所述光子采集单元循环采集不同所述偏置电压下所述功率极大值时间点的所述第三光功率数据，在所述第三光功率数据中出现极大第三光功率数据时，生成所述极大第三光功率数据对应的所述最佳偏置电压数据。
9.根据权利要求8所述的LiNbO3光开关的稳态控制系统，其特征在于，基于所述光子采集单元循环采集不同所述偏置电压下所述功率极大值时间点的所述第三光功率数据包括：
在所述偏置电压改变时，所述数据处理单元控制所述脉冲激光单元重新激发且所述数据处理单元的时钟电路重新计时，在所述脉冲激光单元激发时间为所述功率极大值时间点时，所述数据处理单元控制所述光子采集单元采集所述第三光功率数据。
10.根据权利要求9所述的LiNbO3光开关的稳态控制系统，其特征在于，所述光子采集单元采集所述第一光功率数据时，所述数据处理单元关闭所述门控脉冲单元。
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