CN112600622A - Mz调制器偏置电压的控制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本说明书一个或多个实施例提供一种MZ调制器偏置电压的控制方法及装置，所述控制方法包括通过MZ调制器将待调制电信号调制到固定波长的连续光信号上；再对已调制光信号进行分光，获得第一光信号；将第一光信号转换为第一电信号；利用比例‑积分‑微分PID控制算法对第一电信号进行处理，获得适应MZ调制器的工作点的偏置电压信号；将偏置电压信号施加到MZ调制器上，以调节MZ调制器的工作点。本发明实施例中，通过将电信号调制到光信号上进行电信号的传输，再将所述电信号进行PID控制算法进行调整，不仅简化了调制的步骤，还能有效的减少调制信号在调制的过程中所受的干扰，有效的解决了MZ调制器偏置点直流漂移问题，稳定了MZ调制器的工作点。

Description

MZ调制器偏置电压的控制方法及装置
技术领域
本说明书一个或多个实施例涉及光纤通信技术领域，尤其涉及一种MZ调制器偏置电压的控制方法及装置。
背景技术
随着科技的发展，光纤通信已经成为现代网络的主流，其中偏置电压的控制调节具有重要作用，偏置电压是指晶体管放大电路中使晶体管处于放大状态时，基极-射极之间，集电极-基极之间应该设置的电压。
目前，市场上成熟的、大规模使用的偏置电压的控制方法为导频法，主要将导频信号(低频信号)和调制信号进行强度调制，再进行谐波分析，对于调制信号也为低频信号时，两信号将产生相互的干扰，从而使导频法无效，难以解决偏置点的直流漂移，导致偏置电压不可控。
发明内容
有鉴于此，本说明书一个或多个实施例的目的在于提出一种MZ调制器偏置电压的控制方法及装置，以解决偏置点直流漂移的问题。
基于上述目的，本说明书一个或多个实施例提供了一种MZ调制器偏置电压的控制方法，包括：
通过MZ调制器将待调制电信号调制到固定波长的连续光信号上，获得已调制光信号；
通过光耦合器对所述已调制光信号进行分光，获得第一光信号；
通过光电检测器将所述第一光信号转换为第一电信号；
利用比例-积分-微分PID控制算法对所述第一电信号进行处理，获得适应所述MZ调制器的工作点的偏置电压信号；
将所述偏置电压信号施加到所述MZ调制器上，以调节所述MZ调制器的工作点。
作为一种可选的实施方式，所述电信号为脉冲信号。
作为一种可选的实施方式，所述第一光信号的功率为所述已调制光信号的10％。
作为一种可选的实施方式，所述PID控制算法为双向PID控制算法。
与所述控制方法相对应的，本发明实施例还提供了一种MZ调制器偏置电压的控制装置，包括光耦合器、光电检测器以及偏置控制器；
其中，所述MZ调制器将电信号调制到固定波长的连续光信号上，获得已调制光信号；
所述光耦合器对所述已调制光信号进行分光，获得第一光信号；
所述光电检测器将所述第一光信号转换为第一电信号；
所述偏置控制器利用比例-积分-微分PID控制算法对所述第一电信号进行处理，获得适应所述MZ调制器的工作点的偏置电压信号，并将所述偏置电压信号施加到所述MZ调制器上，以调节所述MZ调制器的工作点。
作为一种可选的实施方式，所述电信号为脉冲信号。
作为一种可选的实施方式，所述第一光信号的功率为所述已调制光信号的10％。
作为一种可选的实施方式，所述PID控制算法为双向PID控制算法。
从上面所述可以看出，本说明书一个或多个实施例提供的一种MZ调制器偏置电压的控制方法及装置，通过将电信号调制到光信号上进行电信号的传输，再将所述电信号进行PID控制算法进行调整，较现有的导频法，不仅简化了调制的步骤，还能有效的减少调制信号在调制的过程中所受的干扰，有效的解决了MZ调制器偏置点直流漂移问题，稳定了MZ调制器的工作点。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书一个或多个实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书一个或多个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本说明书一个或多个实施例的控制方法示意图；
图2为本说明书一个或多个实施例的MZ调制器的工作原理示意图；
图3为本说明书一个或多个实施例的输出光强与偏置电压的关系图；
图4为本说明书一个或多个实施例的脉冲信号调制特性示意图；
图5为本说明书一个或多个实施例的电压与光功率的闭环关系示意图；
图6为本说明书一个或多个实施例的双向PID算法工作流程图示意图；
图7为本说明书一个或多个实施例的控制装置意图。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本公开进一步详细说明。
为了实现上述发明目的，本发明实施例提供了一种MZ调制器偏置电压的控制方法，包括：
通过MZ调制器将待调制电信号调制到固定波长的连续光信号上，获得已调制光信号；
通过光耦合器对所述已调制光信号进行分光，获得第一光信号；
通过光电检测器将所述第一光信号转换为第一电信号；
利用比例-积分-微分PID控制算法对所述第一电信号进行处理，获得适应所述MZ调制器的工作点的偏置电压信号；
将所述偏置电压信号施加到所述MZ调制器上，以调节所述MZ调制器的工作点。
本发明实施例中，针对待调制电信号，通过MZ调制器调制到固定波长的连续光信号上，在进行分光获得第一光信号，对第一光信号进行转换得到第一电信号，在通过PID控制算法对所述第一电信号进行处理，获得适应所述MZ调制器的工作点的偏置电压信号，利用所述偏置电压信号调节所述MZ调制器的工作点。本发明实施例中，不同于传统的导频法，通过将电信号调制到光信号上进行电信号的传输，再将所述电信号进行PID控制算法进行调整，不仅简化了调制的步骤，还能有效的减少调制信号在调制的过程中所受的干扰，有效的解决了MZ调制器偏置点直流漂移问题，稳定了MZ调制器的工作点。
请参考图1，本发明实施例提供了一种MZ调制器偏置电压的控制方法，包括：
S100、通过MZ调制器将待调制电信号调制到固定波长的连续光信号上，获得已调制光信号。
作为一种可选的实施方式，所述电信号为脉冲信号。
可选的，由激光器产生所述固定波长的连续光信号，所述固定波长为C波段波长。
如图2所示，MZ调制器的工作原理如下：
单臂MZ调制器的工作原理可以看做两个一分二耦合器反向连接，第一个耦合器起分光作用，光载波从输入端进入调制器后经过耦合器分为两路光信号分别进入上下两路波导，上下两路波导起到压控移相的作用，由于上下两路波导所外加的电压不同，其对各自所传光信号附加的相位差也不同，第二个耦合器起到合光作用，将两路附加有不同相位的光载波信号合为一路光信号输出，若上下两路光信号的相位差为0，则发生相干加强，若上下两路光信号的相位差为π，则发生相干抵消。
设加载在调制器两偏置电极上的电压为V1和V2，在电光效应的作用下，附加在光载波信号上的相位移为：
Figure BDA0002842345980000041
Figure BDA0002842345980000042
其中，neff为晶体对光信号的固有折射率，L为波导的长度，Vπ为半波电压，从上述公式可知，两路波导对光信号的附加相位与所加电压有关，因此，上下两路附加的额外相位的光信号可以表示为：
Figure BDA0002842345980000051
Figure BDA0002842345980000052
通过耦合器后，输出光场可以表示为：
Figure BDA0002842345980000053
将公式(1.1)带入公式(1.3)，可得：
Figure BDA0002842345980000054
根据输出光强与光场的关系，得到调制器的输出光强的表达式为：
Figure BDA0002842345980000055
令V1-V2＝Vbias，则输出光强与Vbias的关系图如图3所示，称为MZ调制器的传输函数。
如图3所示，在传输函数的最小传输点时，Vbias＝Vπ，此时输出光强最小，理想情况下为0mW，该工作点称为最小传输点，简称最小点，脉冲信号调制特性如图4所示，在最小点的消光比较高。
故对于脉冲信号，上升沿是衡量脉冲信号质量的关键指标，为了使所传输脉冲信号不失真，则要求在传输时调制器具有较高消光比，因此其工作点应设置在最小处。
S200、通过光耦合器对所述已调制光信号进行分光，获得第一光信号。
可选的，所述光耦合器为10:90光耦合器，将所述光信号分为功率分别为10％和90％的光信号，以功率为10％的光信号为反馈信号。
作为一种可选的实施方式，所述第一光信号的功率为所述已调制光信号的10％。
S300、通过光电检测器将所述第一光信号转换为第一电信号。
S400、利用比例-积分-微分PID控制算法对所述第一电信号进行处理，获得适应所述MZ调制器的工作点的偏置电压信号；
可选的，通过模数转换器采集所述第一电信号，利用PID控制算法进行运算，获得运算结果，使用数模转换器将为数字信号的运算结果换转为适应调制器偏置控制的模拟信号。
作为一种可选的实施方式，所述PID控制算法为双向PID控制算法。
双向PID算法是对传统PID算法的优化，能够同时满足精度与稳定度，使其同时取得较好的效果:在双向PID自动控制算法中，将目标值Ui的值设置为系统正常运行无法达到的值，对于调制器最小点的控制来说可以将其设置为理想值0mW。本操作可以最大程度地保证系统的精确性，然后根据电压与光功率的关系将控制系统的运行状态分为四种情况，电压与光功率的闭环关系如图5所示，此时整个系统为一个闭环a→a'→b→b'→a，如此循环可以解决传统PID算法的不稳定性。
PID算法为核心的控制系统，其运行方向由负反馈的差值信号Ue决定：当Ue为正值时，控制系统将向着Ud增大的方向运行，反映在图3中，即为向着X轴正方向运行；当Ue为负值时，控制系统将向着Ud减小的方向运行，即为向着X轴负方向运行。因此，上述循环实际上为两个不稳定PID程序间的切换，从而达到一种新的稳定状态。通过在调制器最小点附近对其所处状态进行判别，决定PID程序间的切换，这样做既能满足控制程序的稳定度，同时又能满足高精度，将调制器工作点准确稳定地控制在最小点。
应用双向PID算法后的偏置控制系统工作流程图如图6所示。在对系统遍历得到调制器传输曲线的信息后，调节程序中的各个参数，其中目标值应设为系统无法取到的值。在PID算法的控制过程中，单个PID程序最终会失控，此时若探测到光功率增大，则应该切换PID程序，使之反向运行，以此达到稳定控制的目的。同样，当工作点控制在最小点后，可以增加程序运行延迟，以此来达到降低功耗的目的。
S500、将所述偏置电压信号施加到所述MZ调制器上，以调节所述MZ调制器的工作点。
需要说明的是，本说明书一个或多个实施例的方法可以由单个设备执行，例如一台计算机或服务器等。本实施例的方法也可以应用于分布式场景下，由多台设备相互配合来完成。在这种分布式场景的情况下，这多台设备中的一台设备可以只执行本说明书一个或多个实施例的方法中的某一个或多个步骤，这多台设备相互之间会进行交互以完成所述的方法。
基于上面所述MZ调制器偏置电压的控制方法的任意一个实施例，本发明还提供了一种MZ调制器偏置电压的控制装置，如图7所示，包括：
光耦合器、光电检测器以及偏置控制器；
其中，所述MZ调制器将电信号调制到固定波长的连续光信号上，获得已调制光信号；
所述光耦合器对所述已调制光信号进行分光，获得第一光信号；
所述光电检测器将所述第一光信号转换为第一电信号；
所述偏置控制器利用比例-积分-微分PID控制算法对所述第一电信号进行处理，获得适应所述MZ调制器的工作点的偏置电压信号，并将所述偏置电压信号施加到所述MZ调制器上，以调节所述MZ调制器的工作点。
本发明实施例中，针对待调制电信号，通过MZ调制器调制到固定波长的连续光信号上，在进行分光获得第一光信号，对第一光信号进行转换得到第一电信号，在通过PID控制算法对所述第一电信号进行处理，获得适应所述MZ调制器的工作点的偏置电压信号，利用所述偏置电压信号调节所述MZ调制器的工作点。本发明实施例中，不同于传统的导频法，通过将电信号调制到光信号上进行电信号的传输，再将所述电信号进行PID控制算法进行调整，不仅简化了调制的步骤，还能有效的减少调制信号在调制的过程中所受的干扰，有效的解决了MZ调制器偏置点直流漂移问题，稳定了MZ调制器的工作点。
作为一种可选的实施方式，所述电信号为脉冲信号。
作为一种可选的实施方式，所述第一光信号的功率为所述已调制光信号的10％。
作为一种可选的实施方式，所述PID控制算法为双向PID控制算法。
需要说明的是，除非另外定义，本说明书一个或多个实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书一个或多个实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本说明书一个或多个实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
本说明书一个或多个实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种MZ调制器偏置电压的控制方法，其特征在于，包括：
通过MZ调制器将待调制电信号调制到固定波长的连续光信号上，获得已调制光信号；
通过光耦合器对所述已调制光信号进行分光，获得第一光信号；
通过光电检测器将所述第一光信号转换为第一电信号；
利用比例-积分-微分PID控制算法对所述第一电信号进行处理，获得适应所述MZ调制器的工作点的偏置电压信号；
将所述偏置电压信号施加到所述MZ调制器上，以调节所述MZ调制器的工作点。
2.根据权利要求1所述的MZ调制器偏置电压的控制方法，其特征在于，所述电信号为脉冲信号。
3.根据权利要求1所述的MZ调制器偏置电压的控制方法，其特征在于，所述第一光信号的功率为所述已调制光信号的10％。
4.根据权利要求1所述的MZ调制器偏置电压的控制方法，其特征在于，所述PID控制算法为双向PID控制算法。
5.一种MZ调制器偏置电压的控制装置，其特征在于，包括光耦合器、光电检测器以及偏置控制器；
其中，所述MZ调制器将电信号调制到固定波长的连续光信号上，获得已调制光信号；
所述光耦合器对所述已调制光信号进行分光，获得第一光信号；
所述光电检测器将所述第一光信号转换为第一电信号；
所述偏置控制器利用比例-积分-微分PID控制算法对所述第一电信号进行处理，获得适应所述MZ调制器的工作点的偏置电压信号，并将所述偏置电压信号施加到所述MZ调制器上，以调节所述MZ调制器的工作点。
6.根据权利要求5所述的MZ调制器偏置电压的控制装置，其特征在于，所述电信号为脉冲信号。
7.根据权利要求5所述的MZ调制器偏置电压的控制装置，其特征在于，所述第一光信号的功率为所述已调制光信号的10％。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的MZ调制器偏置电压的控制装置，所述PID控制算法为双向PID控制算法。
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