CN1220345C - 外调式光发射机的光调变器偏压自动校正方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种外调式光发射机的光调变器偏压自动校正方法及装置，是利用基准信号产生器、光信号接收器、二阶信号产生器、二阶信号检波器、直流放大器以及温度自动校正装置所组成的闭回路控制系统，使得光调变器偏压点保持固定且得以稳定输出光功率并达到降低失真的传输效果。避免因周围环境及温度变化，造成光输出改变，使得传输信号产生额外失真。
Description
技术领域
本发明是有关于一种外调式光发射机的光调变器的偏压控制技术及其装置，且特别是有关于一种用于外调式光发射机的光调变器的偏压控制器自动校正技术及其装置。
背景技术
近几年来，全世界光纤通讯蓬勃的发展，以互联网络和有线电视尤为惊人，在用户市场庞大的商机吸引下，光纤通信业者无不往更远的光纤传输距离、更大的频宽、以及更好的质量要求发展。请参考图1，因1550nm波长的光纤发射机110具有低失真、低插入损耗以及可搭配光放大器120、光接收器130，以形成长距离高质量的传输网络。因此被大力的推广以及应用。请参考图2A以及图2B，此光纤发射机又可分直调式光发射机与外调式光发射机。请参考图2A以及图2B。其中的最不同点在于：直调式光发射机240为直接将传送信号RF加于激光光源210上，以光的形式经光放大器230输出，而外调式光发射机280则为传送信号RF于激光光源250将光输入至于光调变器260时外加，再经由光放大器270作输出。此光调变器的特性曲线请参考图3，由图标可知利用外加偏压可改变光调变特性。就一般而言，若应用在高线性传输系统上，如有线电视的模拟信号上，就可以使光调变偏压落在Quad点上以得到较低的二阶线性失真特性。若应用在数字传送系统中，则可偏压在波峰(Peak)或是波谷(Null)上。
不过在实际使用的时候，发现应用于高线性传输系统的光调变器的偏压点会随着周遭温度而飘移，且若光调变器偏压点误差为正负1度时，将导致二阶非线性失真特性急剧恶化。因此，在一般商业用的外调式光发射机中，为了得到高线性低失真的传输特性所必须作的是除了将光调变器的偏压固定在偏压点Quad上，还有就是补偿因为温度所造成偏压点Quad的飘移。
目前在光调变器的偏压控制上，已有多人提出解决方案(如美国专利5812297、美国专利5343324...等)，请参考图4，图4是公知一种外调式光发射机的光调变器的偏压控制装置。此公知的偏压控制装置为利用一个10.85MHz信号产生器410产生一个10.85MHz的基准信号与一直流电压结合后送至光调变器的偏压输入端，当光调变器的最佳偏压点，也就是图3中的Quad点上产生偏移时，将会导致此光发射机所传输的传输光信号二阶非线性失真，而在光调变器所输出的此传输光信号中产生一个21.7MHz的信号。此传输光信号的经由一个90∶10分光光耦合器进入一个光接收器420将传输光信号成一个光电信号，并将此光电信号送到检波器430中。检波器430根据此21.7MHz信号的振幅与相位产生一个误差电压，此误差电压可能很小，所以经过窄频低通滤波器440须再经过一个直流放大器450进行直流放大。为了将放大后的噪声滤除，因此必须再通过一个窄频低通滤波器460。经过直流准位偏移器470将此误差电压偏移至微处理器490可接受的准位经过模拟/数字转换电路480输入至微处理器490中，再由微处理器490依据误差电压的大小，控制数字/模拟转换电路495输出一补偿电压(Offset)使光调变器的偏压点落Quad点上。
不过，检波器与直流放大器本身都具有产生补偿电压与零点飘移电压的特性。因此，当温度变化时，其在此偏压控制器的输出端将会产生额外的电压，而这些电压会造成偏压控制器不能提供正确的补偿电压以使光调变器的偏压维持在Quad点上。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种外调式光发射机的光调变器的偏压控制器自动校正技术及其装置，可测量出正确的补偿电压并自动校正，使得温度效应降到最低，并可调节输出电压。
本发明提出一种外调式光发射机的光调变器偏压自动校正方法，此光调变器为使用偏压控制器提供基准信号与直流电压结合的偏压控制信号至光调变器时，偏压控制器的接收端接收光调变器所输出的第一二次谐波分量信号，偏压控制器取与第一二次谐波分量信号频率相同且由基准信号衍生的第二二次谐波分量信号与第一二次谐波分量信号相比以产生直流电压用以控制光调变器的偏压，而此偏压自动校正方法包括：一个测量周期以及一个校正周期。当偏压控制器处于测量周期时，接收端接地。然后测量偏压控制器所产生的额外补偿电压以及零点飘移电压。当偏压控制器处于校正周期时，接收端接收第一二次谐波分量信号。接着以第一二次谐波分量信号与第二二次谐波分量信号相比以得到直流误差电压。再将直流误差电压减去额外补偿电压以及零点飘移电压以得到直流电压。最后使用直流误差电压以作为光调变器偏压的控制。
本发明另外提出一种外调式光发射机的光调变器偏压自动校正装置，此偏压自动校正装置于送出偏压控制信号至光调变器时，接收光调变器所输出的第一二次谐波信号，且该偏压自动校正装置根据该第一二次谐波信号产生直流电压以控制光调调变器的偏压，此偏压自动校正装置包括：基准信号产生器、结合装置、光耦合装置、光接收器、电阻、射频开关、检波器、第一窄频低通滤波器、直流放大器、第二窄频低通滤波器、直流准位偏移器、模拟/数字转换电路、微处理器、数字/模拟转换电路。其中，基准信号产生器产生基准信号以及由基准信号衍生的第二二次谐波分量信号。结合装置电连接基准信号产生器以接收基准信号以及直流电压以输出偏压控制信号至光调变器。光耦合器接收第一二次谐波信号以输出。光接收器接收由光耦合器所输出的第一二次谐波信号以输出。电阻具有第一连接端以及第二连接端，且电阻的第二连接端电连接至地。射频开关用以选择接收由光接收器输出的第一二次谐波信号或是电连接电阻。检波器电连接基准信号产生器以及射频开关以输出第一二次谐波分量信号、第二二次谐波分量信号以及一直流误差电压信号。第一窄频低通滤波器，第一窄频低通滤波器电连接该检波器。直流放大器电连接第一窄频低通滤波器。第二窄频低通滤波器电连接直流放大器。直流准位偏移电路电连接第二窄频低通滤波器。模拟/数字转换电路电连接直流准位偏移电路。微处理器电连接模拟/数字转换电路以及射频开关。数字/模拟转换器电连接微处理器以及一该结合装置以输出该直流电压。
综上所述，本发明提出一种由微处理器控制射频开关以得到偏压控制器中的循环电路所产生的额外补偿电压以及零点飘移电压，并以此二电压作为真正误差电压的校正，使得光调变器的偏压可以落在正确的偏压点上，再经由测量周期以及校正周期的循环以达到自动校正偏压控制器。使得温度造成偏压点飘移的效应降到最低，并可调节偏压控制器本身的输出电压。
附图说明
图1为公知目前的光纤传输网络；
图2A为公知的直调式光发射机的简单电路方框图；
图2B为公知的外调式光发射机的简单电路方框图；
图3为光调变器的特性曲线图；
图4为公知的外调式光发射机的光调变器的偏压控制器；
图5为根据本发明实施例的外调式光发射机的光调变器偏压自动校正装置；以及
图6为根据本发明实施例的外调式光发射机的光调变器偏压自动校正方法的流程图。
附图标记说明：
110：1550nm外调式光纤发射机
120：光放大器
130：光接收器
210、250、526：激光光源
260、524：光调变器
230、270：光放大器
240：直调式光发射机
280：外调式光发射机
410、502：信号产生器
430、504：检波器
440、460、506、510：窄频低通滤波器
450、508：直流放大器
470、512：直流准位偏移器
480、514：模拟/数字转换电路
490、516：微处理器
495、518：数字/模拟转换电路
520：结合装置
538：偏压控制器
601-609：光调变器偏压自动校正方法流程的步骤
具体实施方式
本发明是使用射频开关控制外调式光发射机之光调变器的偏压控制器，以测量出由于一般偏压控制器对于本身循环间的各级电路会因为温度变化而产生额外的补偿电压以及飘移电压并据以提供作为补偿的直流偏压，而使此光调变器的偏压能落在正确的偏压点上，并利用周期的概念达到自动校正的功能。
请参考图5，图5为根据本发明实施例的外调式光发射机的光调变器偏压自动校正装置。此偏压控制器538为由基准信号产生器502、结合装置520、光耦合装置528、光接收器530、电阻532、射频开关522、乘法检波器504、窄频低通滤波器506、直流放大器508、窄频低通滤波器510、直流准位偏移器512、模拟/数字转换电路514、微处理器516、数字/模拟转换电路518所构成。
在本发明实施例中，作法为当偏压控制器538于温度变化对光调变器524作偏压补偿时，使用微处理器516送出一控制信号给射频开关522，使得射频开关522选择电连接电阻532而接地使得从数字/模拟转换电路518、结合装置520、检波器504、窄频低通滤波器506、直流放大器508、窄频低通滤波器510、直流准位偏移器512、模拟/数字转换电路514到微处理器516的各级电路接地，再以微处理器516测量模拟/数字转换电路514所输出的电压值。此电压值即为此偏压控制器538于温度变化时所额外产生的额外补偿电压以及零点飘移电压。
当得到此额外补偿电压以及零点飘移电压后，微处理器516暂存此两电压值作为校正用并送出另一个控制信号给射频开关522，使得射频开关522选择电连接光接收器530。此时受温度变化影响的光调变器所输出的光信号便会产生一个带有基准信号两倍频率的第一二次谐波分量信号的光信号。由光耦合器528将此第一二次谐波分量信号耦合下来并送至光接收器530。此第一二次谐波分量信号从光接收器530输出并经由射频开关522送至乘法检波器504中。乘法检波器504便会根据由基准信号产生器502所产生的与第一二次谐波分量信号频率相同的一个第二二次谐波分量信号与第一二次谐波分量信号作振幅的比较以产生一个直流误差电压信号。此时检波器504并会将此第一二次谐波分量信号、第二二次谐波分量信号以及直流误差电压信号输出至窄频低通滤波器506，窄频低通滤波器506将此三信号过滤只留下此直流误差电压信号。由于此直流误差电压信号可能很小，因此必须经过直流放大器508作直流放大。而经过放大后的直流误差电压信号可能带有噪声因此必须再做一次滤波，所以通过窄频低通滤波器510输入至直流准位偏移电路512。此直流准位偏移电路512将此直流误差电压信号作准位的调整，目的是让直流误差电压信号能顺利通过模拟/数字转换电路514，也就是使得直流误差电压信号的波型能够完整的通过数字/模拟转换电路514。此直流误差电压信号经过模拟/数字转换电路514作模拟信号转换为数字信号的动作以输出至微处理器516。而微处理器516所接收的此数字信号则包含额外补偿电压、零点飘移电压以及光调变器本身所产生的误差电压。微处理器516使用减法运算将此数字信号所代表的电压值减去刚才所测量出的额外补偿电压以及零点飘移电压的电压值以得到一个光调变器本身因为温度影响所需的补偿偏压值。微处理器516再将此补偿偏压值经过数字/模拟转换电路输出，成为一个直流电压信号。此直流电压信号再经由结合装置520与基准信号结合送至光调变器524中，使得光调变器524的偏压能落在最佳的偏压点上。
如果微处理器516以射频开关522电连接电阻532后所做的动作为一个测量周期，以电连接光接收器所做的动作作为一个校正周期，并依据外界温度的变化幅度作为两个周期间隔的判断，利用两个周期的动作对偏压控制器538周期性的偏压校正。那么就可以温度造成偏压点飘移的效应降到最低，并可调节偏压控制器本身的输出电压。而达到最有效率的偏压控制方式。
本发明还提出一种外调式光发射机的光调变器偏压自动校正方法，此方法也用于当光调变器使用偏压控制器提供基准信号与直流电压结合的偏压控制信号至光调变器时，偏压控制器的接收光调变器所输出的第一二次谐波分量信号，且偏压控制器取与第一二次谐波分量信号频率相同以及由基准信号衍生的第二二次谐波分量信号与第一二次谐波分量信号相比以产生直流电压用以控制光调变器的偏压，其偏压自动校正方法流程，请参考图6。此偏压自动校正方法可分为两个周期，测量周期以及校正周期。
当偏压控制器处于测量周期时，步骤601，偏压控制器不接收第一二次谐波分量信号而选择接地。步骤603，测量偏压控制器内部各级电路由于温度产生的额外补偿电压以及零点飘移电压。步骤605，当偏压控制器处于校正周期时，接收端选择接收第一二次谐波分量信号而不接地。步骤607，以第一二次谐波分量信号与第二二次谐波分量信号相比以得到一个直流误差电压。再将直流误差电压减去额外补偿电压以及零点飘移电压以得到直流电压。步骤609，使用直流误差电压以作为光调变器偏压的控制。
综合上述，本发明提出一种由微处理器控制射频开关以得到偏压控制器中的循环电路所产生的额外补偿电压以及零点飘移电压，并以此二电压作为真正误差电压的校正，使得光调变器的偏压可以落在正确的偏压点上，再经由测量周期以及校正周期的循环以达到自动校正偏压控制器。使得温度造成偏压点飘移的效应降到最低，并可调节偏压控制器本身的输出电压。
虽然本发明已以实施例说明如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当权利要求书为准。
Claims (19)
1.一种外调式光发射机的光调变器偏压自动校正方法，其特征为：该光调变器使用一偏压控制器提供一基准信号与一直流电压结合的一偏压控制信号至该光调变器时，该偏压控制器的一接收端接收该光调变器所输出的一第一二次谐波分量信号，该偏压控制器取与该第一二次谐波分量信号频率相同且由该基准信号衍生的一第二二次谐波分量信号与该第一二次谐波分量信号相比以产生该直流电压用以控制该光调变器的偏压，其偏压自动校正方法包括：
该偏压控制器处于一测量周期时，该接收端接地；
测量该偏压控制器所产生的一额外补偿电压以及一零点飘移电压；
该偏压控制器处于一校正周期时，该接收端接收该第一二次谐波分量信号；
以该第一二次谐波分量信号与该第二二次谐波分量信号相比以得到一直流误差电压；
将该直流误差电压减去该额外补偿电压以及该零点飘移电压以得到该直流电压；以及
使用该直流电压以作为该光调变器偏压的控制。
2.如权利要求1所述的外调式光发射机的光调变器偏压自动校正方法，其特征为：其中以该第一二次谐波分量信号的振幅与该第二二次谐波分量信号的振幅相比以得到该直流误差电压。
3.如权利要求1所述的外调式光发射机的光调变器偏压自动校正方法，其特征为：其中可先将该直流误差电压作直流放大并作准位偏移，再将该直流误差电压减去该额外补偿电压以及该零点飘移电压以得到该直流电压。
4.如权利要求1所述的外调式光发射机的光调变器偏压自动校正方法，其特征为：其中可依据一温度变化程度调整该测量周期的间隔或该校正周期的间隔。
5.一种外调式光发射机的光调变器偏压自动校正装置，其特征为：该偏压自动校正装置于送出一偏压控制信号至该光调变器时，接收该光调变器所输出的一第一二次谐波信号，且该偏压自动校正装置根据该第一二次谐波信号产生一直流电压以控制该光调变器的偏压，该偏压自动校正装置包括：
一基准信号产生器，该基准信号产生器用以产生一基准信号以及由该基准信号衍生的一第二二次谐波分量信号；
一结合装置，该结合装置电连接该基准信号产生器并接收该直流电压以输出该偏压控制信号至该光调变器；
一光耦合器，该光耦合器接收该第一二次谐波信号以输出；
一光接收器，该光接收器接收由该光耦合器所输出的该第一二次谐波信号以输出；
一电阻，具有第一连接端以及第二连接端，且该电阻的第二连接端电连接至地；
一射频开关，该射频开关用以接收由光接收器输出的该第一二次谐波信号与电连接该电阻中两者择一；
一检波器，该检波器电连接该基准信号产生器以及该射频开关以输出该第一二次谐波分量信号、该第二二次谐波分量信号以及一直流误差电压信号；
一第一窄频低通滤波器，该第一窄频低通滤波器接收该第一二次谐波分量信号、该第二二次谐波分量信号以及一直流误差电压信号；
一直流放大器，该直流放大器电连接该第一窄频低通滤波器；
一第二窄频低通滤波器，该第二窄频低通滤波器电连接该直流放大器；
一直流准位偏移电路，该直流准位偏移电路电连接该第二窄频低通滤波器；
一模拟/数字转换电路，该模拟/数字转换电路电连接该直流准位偏移电路；
一微处理器，该微处理器电连接该模拟/数字转换电路以及该射频开关；以及
一数字/模拟转换器，该数字/模拟转换器电连接该微处理器以及该结合装置以输出该直流电压。
6.如权利要求5所述的外调式光发射机的光调变器偏压自动校正装置，其特征为：其中该射频开关为一半导体开关。
7.如权利要求5所述的外调式光发射机的光调变器偏压自动校正装置，其特征为：其中该射频开关为一继电器。
8.如权利要求5所述的外调式光发射机的光调变器偏压自动校正装置，其特征为：其中该检波器为一乘法检波器。
9.如权利要求5所述的外调式光发射机的光调变器偏压自动校正装置，其特征为：其中该检波器为一二极管检波器。
10.如权利要求5所述的外调式光发射机的光调变器偏压自动校正装置，其特征为：其中该检波器为一集成电路。
11.如权利要求5所述的外调式光发射机的光调变器偏压自动校正装置，其特征为：其中该检波器为一离散电路。
12.如权利要求5所述的外调式光发射机的光调变器偏压自动校正装置，其特征为：其中该直流放大器的组成为一晶体管、一场效应晶体管以及一运算放大器中三者择一。
13.如权利要求5所述的外调式光发射机的光调变器偏压自动校正装置，其特征为：其中该模拟/数字转换电路为一集成电路。
14.如权利要求5所述的外调式光发射机的光调变器偏压自动校正装置，其特征为：其中该模拟/数字转换电路为一离散电路。
15.如权利要求5所述的外调式光发射机的光调变器偏压自动校正装置，其特征为：其中该数字/模拟转换器为一集成电路。
16.如权利要求5所述的外调式光发射机的光调变器偏压自动校正装置，其特征为：其中该数字/模拟转换器为一离散电路。
17.如权利要求11所述的外调式光发射机的光调变器偏压自动校正装置，其特征为：其中该离散电路的组成为一晶体管、一场效晶体管以及一运算放大器中三者择一。
18.如权利要求14所述的外调式光发射机的光调变器偏压自动校正装置，其特征为：其中该离散电路的组成为一晶体管、一场效晶体管以及一运算放大器中三者择一。
19.如权利要求16所述的外调式光发射机的光调变器偏压自动校正装置，其特征为：其中该离散电路的组成为一晶体管、一场效晶体管以及一运算放大器中三者择一。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: HONGYA PHOTOELECTRIC CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: XINYILI SCIENCE + TECHNOLOGY CO., LTD. Effective date: 20041126 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20041126 Address after: 5 floor, No. five, 6 road, Hsinchu Science Industrial Park, Taiwan, China Applicant after: Infomax Optical Technology Corp. Address before: Floor 6, No. five, 5 Science Road, Hsinchu Science Park, Taiwan, China Applicant before: Xinyili Science & Technology Co., Ltd. |
|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: OPLINK SIA O., LTD. Free format text: FORMER OWNER: INFOMAX OPTICAL TECHNOLOGY CORP. Effective date: 20130216 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20130216 Address after: Science Park, Taiwan, China, nine East Road, No. seven, third floor, Hsinchu Patentee after: European Limited by Share Ltd Address before: Science and Technology Industrial Park, Hsinchu, China five Taiwan Road, No. 6, 5 floor Patentee before: Infomax Optical Technology Corp. |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20050921 Termination date: 20200220 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |