CN113395111A - 一种双平行马赫曾德调制器偏置电压快速精确定标装置 - Google Patents

一种双平行马赫曾德调制器偏置电压快速精确定标装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种双平行马赫曾德调制器偏置电压快速精确定标装置。该装置由光电探测器、前置输入放大模块、高速模数转换模块、DSP处理模块、高速数模转换模块、输出放大模块、串口通信模块构成。首先上位机发送指令给偏置电压快速精确定标装置，偏置电压快速精确定标装置通过新的定标方式扫描调节偏置电压，而双平行马赫曾德调制器调制后输出的部分光信号反馈给偏置电压快速精确定标装置进行监测。在多次对偏置电压扫描调节后，完成对双平行马赫曾德调制器偏置电压的快速定标，并将定标结果发送至上位机显示。相较于传统定标装置，其优势在于可以在不加射频信号条件下使用，同时定标速度快，定标结果精确。本发明适用于光通信等领域。

Description

一种双平行马赫曾德调制器偏置电压快速精确定标装置
技术领域
本发明涉及一种双平行马赫曾德调制器偏置电压快速精确定标装置，适用于光纤通信等领域。
背景技术
光载无线通信(Radio over Fiber,ROF)是将光纤通信和无线通信相结合的无线接入技术，它将射频信号调制到光载波上，通过光纤链路传输，以光纤代替金属导线来传送宽带无线信号。该技术能应用到如隧道、地铁、体育馆、山区、丛林等射频链路难以到达的场所，光载无线通信技术满足了无线网络的大容量高速通信的需求也加速了网络的发展迈向一个新台阶。双平行马赫曾德调制器可运用到光载无线通信技术中，而双平行马赫曾德调制器在投入实际使用前需要进行批量出厂测试，查看指标是否符合规格，因此需要对双平行马赫曾德调制器的偏置电压进行快速精确定标。而双平行马赫曾德调制器由两个马赫曾德调制器和一个相位调制器集成，其传统定标方式有两种，一是通过在I、Q分支上射频端口导入正交的幅值为两倍半波电压(2Vπ)的射频信号，扫描调节两个分支上的马赫曾德调制器的偏置电压，搜索输出光功率的最大值点，再以该最大值为基准进行多次扫描调节偏置电压来实现对双平行马赫曾德调制器偏置电压的定标，但该传统方式需要导入幅值为2Vπ的射频信号，此条件在许多实际应用场合无法满足；二是在不加射频条件下，通过控制变量法依次扫描调节三个调制器的偏置电压，设双平行马赫曾德调制器中单个调制器偏置电压需要扫描调节N次，则整个双平行马赫曾德调制器偏置电压需要扫描N3次。通过扫描双平行马赫曾德调制器所有偏置电压情况下的传输曲线并从中搜索极大值点，再以该极大值为基准进行多次扫描调节偏置电压来实现对双平行马赫曾德调制器偏置电压的定标，但该传统方式定标速度慢且数据处理复杂。为此本发明提出一种偏置电压快速精确定标装置通过一种新的定标方式在不加射频条件下实现对双平行马赫曾德调制器偏置电压的快速精确定标。本发明所述的定标方式中，设双平行马赫曾德调制器中单个调制器偏置电压需要扫描调节N次，则整个双平行马赫曾德调制器偏置电压只需要扫描N2次来实现粗略定标，再以粗略定标结果为基准多次扫描调节偏置电压进行精确定标，从而实现对双平行马赫曾德调制器偏置电压的快速精确定标，这相较于传统定标方式更加快速更加精确。
发明内容
本发明提出一种双平行马赫曾德调制器偏置电压快速精确定标装置，在不加射频条件下通过一种新的定标方式来实现对双平行马赫曾德调制器的偏置电压快速精确定标，适用于光纤通信等领域。
本发明的技术方案是一种双平行马赫曾德调制器偏置电压快速精确定标装置，其特征在于：偏置电压快速精确定标装置由光电探测器、前置输入放大模块、DSP处理模块、高速数模转换模块、串口通信模块、输出放大模块构成。DSP处理模块由MCU芯片以及其外围电路构成，通过SCI总线与串口通信模块连接；高速模数转换模块由12位的ADS1202芯片及其外围电路构成；高速数模转换模块由14位的DAC5675芯片及其外围电路构成。
偏置电压快速精确定标装置操作方式如下：串口通信模块接收到上位机发出的定标指令后传输给DSP处理模块，在接收到指令后，DSP处理模块生成数字信号并将其传输至高速数模转换模块进行转换，转换生成的模拟信号经输出放大模块放大后分别传输至双平行马赫曾德调制器的三个直流偏置电压输入端口，对双平行马赫曾德调制器的偏置电压进行扫描调节，双平行马赫曾德调制器调制后的输出光信号通过光电耦合器耦合出部分光，传输至光电探测器转换为电信号，电信号经过前置输入放大模块的放大后传至高速模数转换模块，高速模数转换模块将模拟信号转换为数字信号传至DSP处理模块进行监测，多次扫描调节偏置电压和监测传输曲线后完成对双平行马赫曾德调制器偏置电压的定标，DSP处理模块将定标结果通过串口通信模块的传输发送至上位机显示。
本发明的原理是：根据双平行马赫曾德调制器的传输曲线与三个偏置电压的对应关系，通过以新的扫描调节偏置电压的方式，监测双平行马赫曾德调制器的输出光功率变化并以监测扫描结果来计算得到双平行马赫增的调制器的三个调制器的各自半波电压、特殊工作点的偏置电压等参数，从而实现对双平行马赫曾德调制器偏置电压的快速精确定标。
附图说明
图1是偏置电压快速精确定标装置操作图。
图2是双平行马赫曾德调制器结构图。
图3是马赫曾德调制器的传输曲线图。
图4是定标方式流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
如图1所示，偏置电压快速精确定标装置4由光电探测器6、前置输入放大模块7、高速模数转换模块8、DSP处理模块9、高速数模转换模块10、串口通信模块11、输出放大模块12构成并集成在长90mm，宽85mm的电路板中。DSP处理模块9由MCU芯片以及其外围电路构成，通过SCI总线与串口通信模块11连接；高速模数转换模块8由12位的ADS1202芯片及其外围电路构成；高速数模转换模块10由14位的DAC5675芯片及其外围电路构成。
偏置电压快速精确定标装置操作方式如下：串口通信模块11接收到上位机5发出的定标指令后传输给DSP处理模块9，在接收到指令后，DSP处理模块9生成数字信号并将其传输至高速数模转换模块10进行转换，转换生成的模拟信号经输出放大模块12放大后分别传输至双平行马赫曾德调制器2的三个直流偏置电压输入端口，对双平行马赫曾德调制器2的偏置电压进行扫描调节，双平行马赫曾德调制器2调制后的输出光信号通过光电耦合器3耦合出部分光，传输至光电探测器6转换为电信号，电信号经过前置输入放大模块7的放大后传至高速模数转换模块8，高速模数转换模块8将模拟信号转换为数字信号传至DSP处理模块9进行监测，多次扫描调节偏置电压和监测传输曲线后完成对双平行马赫曾德调制器2偏置电压的定标，DSP处理模块9将定标结果通过串口通信模块11的传输发送至上位机5显示。
如图2所示，双平行马赫曾德调制器由两个马赫曾德调制器和一个相位调制器集成。其中两个马赫曾德调制器(MZM1和MZM2)分别嵌套在I、Q分支上对个分支的光信号进行调制，另外一个相位调制器(MZM3)将两个分支调制后的信号进行相位调制后汇合输出。
由图2、图3可得，双平行马赫曾德调制器2的传输曲线可由下式表示：
Figure BDA0003166260170000021
其中Pi为输入光功率，PO为输出光功率，α为衰减系数，VBias1为MZM1的偏置电压，Vπ1为MZM1的半波电压，VBias2为MZM2的偏置电压，Vπ2为MZM2的半波电压，
Figure BDA0003166260170000022
为MZM3调制的相位，而MZM3调制的相位会受MZM3的偏置电压变化的影响，即
Figure BDA0003166260170000031
VBias3为MZM3的偏置电压，Vπ3为MZM3的半波电压。
根据上述表达式，如图4所示，本发明的偏置电压快速精确定标装置的具体定标方法为:当固定VBias2值不变时，在大于2Vπ1的电压区间内每20ms步进调节VBias1值，且在未改变VBias1值的20ms内，步进调节
Figure BDA0003166260170000032
值，通过监测PO的极值粗略计算得到MZM1的NULL1'点、PEAK1'点；固定VBias1值在MZM1的PEAK1'点，在大于2Vπ2的电压区间内每20ms步进调节VBias2值，且在未改变值的20ms内，步进调节
Figure BDA0003166260170000033
值，通过监测PO的极值可粗略计算得到MZM2的NULL2'点、PEAK2'点。
再者，分别固定VBias1值在MZM1的PEAK1'点、VBias2值在MZM2的PEAK2'点，在大于2Vπ3的电压区间，对VBias3值步进扫描，监测PO并将PO最大值时VBias3的值记为VPEAK3，以VPEAK3为扫描初始值，根据VPEAK3值是否小于零来确定对VBias3进行递增或递减的扫描调节，通过监测PO，以上次扫描监测得到的PO最大值与最小值之和的一半作为搜索MZM3的QUAD3'点的依据，当搜索到MZM3的QUAD3'点后便停止扫描调节，将MZM3的QUAD3'点的VBias3值记为VQUAD3以及通过本次VBias3扫描调节范围计算出MZM3的半波电压记为VP'，即VP'＝2(VPEAK3-VQUAD3)，然后再以VQUAD3±0.75VP'为电压区间，对VBias3进行步进扫描，通过监测PO的极值来精确计算MZM3的半波电压Vπ3以及MZM3的PEAK3点、NULL3点、QUAD3点的VBias3值；固定VBias2值在MZM2的NULL2'点，VBias3值在MZM3的QUAD3点，在大于2Vπ1的电压区间，对VBias1值步进扫描，监测PO并将PO最大值时VBias1的值记为VPEAK1，以VPEAK1为扫描初始值，根据VPEAK1值是否小于零来确定对VBias1进行递增或递减的扫描调节，通过监测PO，以上次扫描监测得到的PO最大值与最小值之和的一半作为搜索MZM1的QUAD1'点的依据，当搜索到MZM1的QUAD1'点后便停止扫描调节，将MZM1的QUAD1'点的VBias1值记为VQUAD1以及通过本次VBias1扫描调节范围计算出MZM1的半波电压记为VI'，即VI'＝2(VPEAK1-VQUAD1)，然后再以VQUAD1±0.75VI'为电压区间，对VBias1进行步进扫描，通过监测PO的极值来精确计算MZM1的半波电压Vπ1以及MZM1的PEAK1点、NULL1点、QUAD1点的VBias1值；固定VBias1值在MZM1的NULL1点，VBias3值在MZM3的QUAD3点，在大于2Vπ2的电压区间，对VBias2值步进扫描，监测PO并将PO最大值时VBias2的值记为VPEAK2，以VPEAK2为扫描初始值，根据VPEAK2值是否小于零来确定对VBias2进行递增或递减的扫描调节，通过监测PO，以上次扫描监测得到的PO最大值与最小值之和的一半作为搜索MZM2的QUAD2'点的依据，当搜索到MZM2的QUAD2'点后便停止扫描调节，将MZM2的QUAD2'点的VBias2值记为VQUAD2以及通过本次VBias2扫描调节范围计算出MZM2的半波电压记为VQ'，即VQ'＝2(VPEAK2-VQUAD2)，然后再以VQUAD2±0.75VQ'为电压区间，对VBias2进行步进扫描，通过监测PO的极值来精确计算MZM2的半波电压Vπ2以及MZM2的PEAK2点、NULL2点、QUAD2点的VBias2值；最后再次固定VBias1值在MZM1的PEAK1点、固定VBias2值在MZM2的PEAK2点，对
Figure BDA0003166260170000034
值步进扫描，通过监测PO的最值来精确参数，从而实现对双平行马赫曾德调制器偏置电压的快速精确定标。在实际操作中，在不加射频信号条件下，偏置电压快速精确定标装置能在不超过10s的时间内完成对双平行马赫曾德调制器偏置电压的快速精确定标，有效地减少定标时间同时还确保了定标精度。

Claims (5)

1.一种双平行马赫曾德调制器偏置电压快速精确定标装置，其特征在于：偏置电压快速精确定标装置(4)由光电探测器(6)、前置输入放大模块(7)、高速模数转换模块(8)、DSP处理模块(9)、高速数模转换模块(10)、串口通信模块(11)、输出放大模块(12)构成。DSP处理模块(9)由MCU芯片以及其外围电路构成，通过SCI总线与串口通信模块(11)连接；高速模数转换模块(8)由12位的ADS1202芯片及其外围电路构成；高速数模转换模块(10)由14位的DAC5675芯片及其外围电路构成。偏置电压快速精确定标装置操作方式如下：串口通信模块(11)接收到上位机(5)发出的定标指令后传输给DSP处理模块(9)，在接收到指令后，DSP处理模块(9)生成数字信号并将其传输至高速数模转换模块(10)进行转换，转换生成的模拟信号经输出放大模块(12)放大后分别传输至双平行马赫曾德调制器(2)的三个直流偏置电压输入端口，对双平行马赫曾德调制器(2)的偏置电压进行扫描调节，双平行马赫曾德调制器(2)调制后的输出光信号通过光电耦合器(3)耦合出部分光，传输至光电探测器(6)转换为电信号，电信号经过前置输入放大模块(7)的放大后传至高速模数转换模块(8)，高速模数转换模块(8)将模拟信号转换为数字信号传至DSP处理模块(9)进行监测，多次扫描调节偏置电压和监测传输曲线后完成对双平行马赫曾德调制器(2)偏置电压的定标，DSP处理模块(9)将定标结果通过串口通信模块(11)的传输发送至上位机(5)显示。
2.根据权利要求1所述的一种双平行马赫曾德调制器偏置电压快速精确定标装置，其特征在于：所述的对双平行马赫曾德调制器(2)偏置电压的扫描调节，偏置电压快速精确定标装置(4)根据双平行马赫曾德调制器(2)的传输原理采用如下定标方式：首先，通过固定Q分支的调制器(MZM2)的偏置电压,在一定电压区间内，每20ms步进扫描I分支调制器(MZM1)的偏置电压，且在I分支调制器(MZM1)偏置电压未改变的20ms内，对相位调制器(MZM3)的偏置电压进行步进扫描，DSP处理模块(9)监测双平行马赫曾德调制器(2)的传输曲线并记录此次扫描传输曲线在极值点时I分支调制器(MZM1)的偏置电压，粗略计算出I分支调制器(MZM1)的NULL1'点、PEAK1'点；然后固定I分支调制器(MZM1)工作在PEAK1'点，在一定电压区间内，每20ms步进扫描Q分支调制器(MZM2)的偏置电压，且在Q分支调制器(MZM2)偏置电压未改变的20ms内，对相位调制器(MZM3)的偏置电压进行步进扫描，DSP处理模块(9)监测双平行马赫曾德调制器(2)的传输曲线并记录此次扫描传输曲线在极值点时Q分支调制器(MZM2)的偏置电压，粗略计算出Q分支调制器(MZM2)的NULL2'点、PEAK2'点。再者，固定I分支调制器(MZM1)工作在PEAK1'点，Q分支调制器(MZM2)工作在PEAK2'点，在一定电压区间内，对相位调制器(MZM3)的偏置电压进行步进扫描，DSP处理模块(9)监测双平行马赫曾德调制器(2)的传输曲线并将此次扫描传输曲线在最大值点时相位调制器(MZM3)的偏置电压记为VPEAK3，以VPEAK3为扫描初始值，根据VPEAK3是否小于零来确定对相位调制器(MZM3)的偏置电压进行递增或递减的扫描调节，DSP处理模块(9)通过监测双平行马赫曾德调制器(2)的传输曲线，以上次扫描监测得到的传输曲线最大值与最小值之和的一半作为搜索相位调制器(MZM3)的QUAD3'点的依据，当搜索到相位调制器(MZM3)的QUAD3'点后便停止扫描调节，将相位调制器(MZM3)的QUAD3'点的偏置电压记为VQUAD3以及根据本次偏置电压扫描调节范围计算出相位调制器(MZM3)的半波电压记为VP'，即VP'＝2(VPEAK3-VQUAD3)，然后再以VQUAD3±0.75VP'为电压区间，对相位调制器(MZM3)的偏置电压进行步进扫描，DSP处理模块(9)监测双平行马赫曾德调制器(2)的传输曲线并记录此次扫描传输曲线在极值点时相位调制器(MZM3)的偏置电压，精确确定相位调制器(MZM3)的半波电压以及PEAK3点、NULL3点、QUAD3点的偏置电压；固定Q分支调制器(MZM2)工作在NULL2'点，相位调制器(MZM3)工作在QUAD3点，在一定电压区间内，对I分支调制器(MZM1)的偏置电压进行步进扫描，DSP处理模块(9)监测双平行马赫曾德调制器(2)的传输曲线并将此次扫描传输曲线最大值时I分支调制器(MZM1)的偏置电压记为VPEAK1，以VPEAK1为扫描初始值，根据VPEAK1值是否小于零来确定对I分支调制器(MZM1)的偏置电压进行递增或递减的扫描调节，DSP处理模块(9)通过监测双平行马赫曾德调制器(2)的传输曲线，以上次扫描监测得到的传输曲线最大值与最小值之和的一半作为搜索I分支调制器(MZM1)的QUAD1'点的依据，当搜索到I分支调制器(MZM1)的QUAD1'点后便停止扫描调节，将I分支调制器(MZM1)的QUAD1'点的偏置电压记为VQUAD1以及根据本次偏置电压扫描调节范围计算出I分支调制器(MZM1)的半波电压记为VI',即VI'＝2(VPEAK1-VQUAD1)，然后再以VQUAD1±0.75VI'为电压区间，对I分支调制器(MZM1)的偏置电压进行步进扫描，DSP处理模块(9)监测双平行马赫曾德调制器(2)的传输曲线并记录此次扫描传输曲线在极值点时I分支调制器(MZM1)的偏置电压，精确确定I分支调制器(MZM1)的半波电压以及PEAK1点、NULL1点、QUAD1点的偏置电压；固定I分支调制器(MZM1)工作在NULL1点、相位调制器(MZM3)工作在QUAD3点，在一定电压区间内，对Q分支调制器(MZM2)的偏置电压进行步进扫描，DSP处理模块(9)监测双平行马赫曾德调制器(2)的传输曲线并将此次扫描传输曲线在最大值点时Q分支调制器(MZM2)的偏置电压记为VPEAK2，以VPEAK2为扫描初始值，根据VPEAK2值是否小于零来确定对Q分支调制器(MZM2)的偏置电压进行递增或递减的扫描调节，DSP处理模块(9)通过监测双平行马赫曾德调制器(2)的传输曲线，以上次扫描监测得到的传输曲线最大值与最小值之和的一半作为搜索Q分支调制器(MZM2)的QUAD2'点的依据，当搜索到Q分支调制器(MZM2)的QUAD2'点后便停止扫描调节，将Q分支调制器(MZM2)的QUAD2'点的偏置电压记为VQUAD2以及根据本次偏置电压扫描调节范围计算出Q分支调制器(MZM2)的半波电压记为VQ'，即VQ'＝2(VPEAK2-VQUAD2)，然后再以VQUAD2±0.75VQ'为电压区间，对Q分支调制器(MZM2)的偏置电压进行步进扫描，DSP处理模块(9)监测双平行马赫曾德调制器(2)的传输曲线并记录此次扫描传输曲线在极值点时Q分支调制器(MZM2)的偏置电压，精确确定Q分支调制器(MZM2)的半波电压以及PEAK2点、NULL2点、QUAD2点的偏置电压；最后再次固定I分支调制器(MZM1)工作在PEAK1点、Q分支调制器(MZM2)工作在PEAK2点，在一定电压区间内，对相位调制器(MZM3)的偏置电压进行步进扫描，DSP处理模块(9)监测双平行马赫曾德调制器(2)的传输曲线并记录传输曲线在最值点时相位调制器(MZM3)的偏置电压，再次精确相位调制器(MZM3)的半波电压等参数，从而实现对双平行马赫曾德调制器(2)偏置电压的定标。上述的一定电压区间需大于调制器半波电压的两倍，从而保证能完整扫描双平行马赫曾德调制器(2)中单个调制器传输曲线的全部值。
3.根据权利要求2所述的一种双平行马赫曾德调制器偏置电压快速精确定标装置，其特征在于：所述的20ms扫描时间，是由于偏置电压快速精确定标装置(4)采用高速DA芯片进行转换以及高速AD芯片进行采样。这样缩短了扫描采样的时间，从而实现快速定标。
4.根据权利要求2所述的一种双平行马赫曾德调制器偏置电压快速精确定标装置，其特征在于：所述的NULL1'点、PEAK1'点、QUAD1'点是前期扫描粗略算出I分支调制器(MZM1)的工作点；所述的NULL2'点、PEAK2'点、QUAD2'点是前期扫描粗略算出Q分支调制器(MZM2)的工作点；所述的QUAD3'点是前期扫描粗略算出相位调制器(MZM3)的工作点；所述的NULL1点、PEAK1点、QUAD1点是后期扫描精确算出的I分支调制器(MZM1)的工作点；所述的NULL2点、PEAK2点、QUAD2点是后期扫描精确算出的Q分支调制器(MZM2)的工作点；所述的NULL3点、PEAK3点、QUAD3点是后期扫描精确算出的相位调制器(MZM3)的工作点。
5.根据权利要求1所述的一种双平行马赫曾德调制器偏置电压快速精确定标装置，其特征在于：所述的上位机(5)是根据偏置电压快速精确定标装置的功能用LabView软件设计的操作界面，通过串口收发数据和指令。
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