CN1759341A - 双二进制调制格式的自动直流偏置控制 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于控制Mach－Zehnder调制器的偏置点的装置和方法。该方法首先将一个抖动信号施加给直流偏压，该直流偏压被施加于Mach－Zehnder调制器。检测由该Mach－Zehnder调制器提供的光学输出信号的分量，该Mach－Zehnder调制器与该抖动信号同步。该抖动信号被调节以保持该检测的光学输出信号的分量处于大体上恒定的值。

Description

双二进制调制格式的自动直流偏置控制

相关申请的声明

本申请要求于2003年2月7日申请的，和称作“DuobinaryAutomatic Bias Control Circuit”的美国临时专利申请序列号No.60/445,604的优先权权益。

背景技术

Mach-Zehnder调制器基于在Mach-Zehnder调制器的二个桥臂之间的相位差来实现幅度调制，该相位差是与在施加于二个桥臂的电压信号中的差值成正比。该Mach-Zehnder结构允许这个相位调制去转换为幅度调制。当该输入电压信号是AC耦合的时候，需要一个直流偏置，以便设置该调制器的工作点。由于在该调制器中实际的处理过程，用于正常运行需要的该直流偏置电压是随时间变化的。为了保持恰当的偏置条件，需要一个控制电路监视该调制器的输出，和校正随时间变化的偏置需求。对于通断键控，这样的一种自动偏置控制(ABC)电路是公知的，并且在很多的实施例中使用着(例如，参见“Using theLithium Niobate Modulator：Electro-Optical and MechanicalConnections”Lucent技术应用说明TN98-004LWP，1998年4月)。当改进的线路代码被使用(例如，参见与此同一日期申请的美国专利申请序列号No.＿＿[代理人摘要编号2070/5]，其整体结合在此处)的时候，但是，不满足允许使用常规的ABC电路的该条件，并且需要一种新的、更多改进的ABC电路。

因此，所希望的是提供一种用于自动地偏置改进的线路代码类别的装置和方法。

发明内容

按照本发明，提供了一种用于控制Mach-Zehnder调制器的偏置点的装置和方法。该方法首先将一个抖动信号施加给直流偏压，该直流偏压被施加于Mach-Zehnder调制器。检测由该Mach-Zehnder调制器提供的光学输出信号的分量，该Mach-Zehnder调制器与该抖动信号同步。该抖动信号被调节以保持该检测的光学输出信号的分量处于大体上恒定的值。

按照本发明的一个方面，该检测步骤包括产生一个AC反馈信号的步骤。

按照本发明的另一个方面，该调节步骤包括解调该AC反馈信号以产生一个DC误差信号的步骤。

按照本发明的另一个方面，一个可变的DC偏置信号被增加给该DC误差信号以产生一个结果误差信号。

按照本发明的另一个方面，该DC误差信号被积分。

按照本发明的另一个方面，该结果误差信号被积分。

附图说明

图1示出一个在低通电滤波器的输出端上典型的电信号。

图2示出随输入电信号(在以推挽方式工作的LiNbO₃调制器中的相位差)而变的输出强度。

图3示出用于一个理想的输入二进制信号的该电力驱动信号(上面的曲线)和该调制器光学输出信号(下面的曲线)的模拟的眼状示意图，该理想的输入二进制信号具有50％的眼状交叉(最左边的曲线)和45％的眼状交叉(最右边的曲线)。

图4示出该平均的光强度和对二进制信号幅度和直流偏压的抖动的平均的光强度响应，该二进制信号幅度和直流偏压具有50％(最左边的曲线)和45％(最右边的曲线)初始二进制的眼状交叉。

图5示出对随直流偏压(曲线502)而变的直流偏压抖动平均的光强度响应，和重要的眼状参数，诸如眼状交叉(曲线504)、消光比(曲线506)和品质因数(曲线508)。

图6示出有关用于按照本发明的原理构成的双二进制的发射机的ABC电路的实施例。

具体实施方式

一个双二进制的ABC电路被提供，以控制该MZ调制器的偏置点。按照本发明，一个抖动被施加于该调制器的直流偏置。相对于该传输的比特速率，该抖动的频率是低的。来自该调制器的光被送往检测器，在这里该信号的分量被测量，其是与该抖动同步的。将这个信号保持在一个恒定的电平上，确保该调制器的偏置点不会随着时间的过去漂移。

利用二进制电信号的低通电滤波器的双二进制的调制格式给出对于LiNbO₃调制器的自动偏置控制特定的问题集合。图1示出一个典型的低通滤波的电信号。这个信号被使用该电光效应转换为一个相位差，然后被使用Mach-Zehnder结构转换为幅度调制。在图1中，该电信号被示出在低通电滤波器的输出端上。这个信号是对称的和AC耦合的。如果该滤波器或者该初始二进制信号不是理想的，这个信号可能容易地背离理想的对称性。这是在图1(右边)中的情况，在这里，在该眼图的上面部分(参见箭头102)中，该轨道和跃迁被略微地分裂，但是在该眼图的下面部分(参见箭头104)中没有分裂。如在下面考虑的，这种不对称性将是重要的。

以推挽方式(X切割或者推挽激励Z切割))工作的LiNbO₃调制器具有一个如下随相位和输入电压信号而变的电场和强度：

[Φ₁(t)-Φ₂(t)]＝ΔΦ∝V(t)

$E_{\mathrm{out}}=E_{\mathrm{in}}\cos \left(\frac{{\mathrm{\Φ}}_1\left(t\right)-{\mathrm{\Φ}}_2\left(t\right)}{2}\right)$ 和 $I_{\mathrm{out}}=I_{\mathrm{in}}\mathrm{co}{s}^2\left(\frac{{\mathrm{\Φ}}_1\left(t\right)-{\mathrm{\Φ}}_2\left(t\right)}{2}\right)----\left(1\right)$

如在图2中举例说明的，双二进制的操作依靠一个三个电平的电场信号。

如可以从图2看到的，用于一个AC耦合的双二进制的电信号的该直流偏置应该被选择在“零”或者断路状态。

本发明人已经使用用于电滤波器的标准程序开发了一种Labview6.0的数字模型，和一种使用等式1的理想化的推挽式的LiNbO₃调制器模型。在这种模型中，具有梯形脉冲波形(相等的30ps的起落时间)的初始二进制的电子脉冲(来自该放大器输出端)被穿过第四或者第五阶低通贝塞耳滤波器。一个在Labview中用于该低通贝塞耳滤波器截止频率的值被选择，其将合理地产生窥电子和光学眼状示意图。这个电子波形被施加于一个X切割LiNbO₃调制器(等式1)的电极。然后，随直流偏置而变的该平均的光强度被计算。对于该直流偏置抖动，那么，该误差信号仅仅是该平均信号对直流偏置的导数。

图3示出用于一个理想的输入二进制信号的该电力驱动信号(上面的示意图)和该调制器光学输出信号(下面的示意图)的模拟的眼状示意图，该理想的输入二进制信号具有50％的眼状交叉(最左边的示意图)和45％的眼状交叉(最右边的示意图)。具有45％的二进制的眼状交叉的情况被示出，以强调在该初始电信号中高对称度的重要性。在该初始二进制的电信号的眼状交叉值中具有很小的下降，该双二进制的电信号也略微地变化，并且这导致在结果光信号中值得注意的变化。人们期望的是，如果在这种结构中该直流偏置是抖动的，该响应曲线(如果有的话)也将是精密地取决于该输入二进制信号对称性。

图4示出该平均的光强度、对二进制信号幅度抖动的该平均的光强度响应，和用于二种情况的直流偏置，其对应于在图3中的二种情况。如可以在图4中看到的，该光强度在最理想的直流偏置(Vπ)上是最大的，并且当该直流偏置背离最理想时匀称地下降。这指的是该直流偏置抖动将会产生一个可以用于ABC操作的信号。问题是如果该初始二进制信号的对称性被打破，该错误的偏置量将会被引入该反馈信号中，导致直流偏置出错。如在图4中最上的曲线所示，二进制信号幅度抖动是该直流偏置量的二次函数，因此，其不能直接用于ABC反馈。其二次谐波可以被使用，但是，对称性消除据说是更实用的。

除了前述的数值结果之外，执行科学试验，这里在LiNbO₃调制器上的该直流偏置是随着一个小信号正弦波(频率1kHz，幅度0.025V)抖动的。在该调制器的输出端上，有关p-I-n监视光电二极管的端子的该同相电压响应被使用标准锁定放大器来测量。这个响应幅度被作为随同该光信号的眼状示意图一起的直流偏置的函数在该调制器输出端上测量。这个眼状示意图的属性和该响应的幅度对直流偏置被绘制在图5中。

如预知的，对与直流偏置(曲线502)有关的直流偏置抖动的该光强度响应可以被用作一个用于ABC电路(参见图5)的反馈信号。此外如预知的，通过改变该输入二进制信号，一个错误能够被引入这个反馈信号。

图6示出一个按照本发明的ABC电路的实施例。当该Mach-Zehnder偏置是通过将一个很小的交流电压或者施加给该偏置/RF端子的一个，或者差动地施加给两个端子而“抖动的”的时候，由光电检测器602产生一个AC反馈或者误差信号：叠加在该Mach-Zehnder光电二级管输出端上感知的该信号上。该示意图借助于虚线举例说明在二种B1AS-抖动注入方法之间的差别。响应在来自该最理想的Mach-Zehnder偏置中该错误的幅值和方向，这个交流电压在幅度和相位两个方面变化。与在该光电探测器上的该噪声和该宽带RF信号的低频分量两者相比较，这个误差信号是相对很小的。这使通过滤波器604的增益和窄带滤波两者成为必需，以便恢复该交流信号。该滤波和放大的信号是由解调器606借助于该扩展频谱源610同步地解调的，该扩展频谱源610产生该抖动。该结果DC误差项由积分器608积分、缓存，和施加于Mach-Zehnder调制器的一个端子。这是“+”或者正偏置端子616。在感知中，该信号被反相器614反转、缓存，并且施加于该Mach-Zehnder调制器的“-”或者负偏置端子618。这生成一个没有DC内容的差动偏置驱动力。该交流偏置抖动信号是该原始扩展频谱源的光谱地限制的版本，该交流偏置抖动信号被由加法器620与该偏置输出求和，该原始扩展频谱源可以源自于一个脉冲形成器和密封层612，其可以被以硬件或者软件或者其组合来实施。

该AC误差信号随后被解调和积分，由于该Mach-Zehnder调制器的结构，其常遭受错误。理论上，该AC误差信号在最佳偏压上流过一个零，这个作为Vpi一小部分的零通常出现在不同于该最佳偏置的点上。这个错误在开关键控传输中通常是不合理的，虽然在启闭键控系统中，在光学消光比方面的纠错可以得到改进。由于该滤波的电子眼睛的光学“交迭”，双的二进制传输要求这个错误被校正，以便保持该光学“0”轨道的完整性。如该示意图所示，由偏移电压补偿器622产生的一个稳态，但是可变的直流信号被与该解调器606的输出求和。这产生一个新的偏置点：由一个Vpi的固定部分从该原始误差信号零中置换。

Claims (12)

1.一种用于控制Mach-Zehnder调制器的偏置点的方法，所述方法包括步骤：

将一个抖动信号施加给直流偏压，该直流偏压施加于Mach-Zehnder调制器；

检测由该Mach-Zehnder调制器提供的光学输出信号的分量，该Mach-Zehnder调制器与该抖动信号同步；和

调节该抖动信号以保持该检测的光学输出信号的分量处于大体上恒定的值。

2.根据权利要求1的方法，其中该检测步骤包括产生一个AC反馈信号的步骤。

3.根据权利要求2的方法，其中该调节步骤包括解调该AC反馈信号以产生一个DC误差信号的步骤。

4.根据权利要求3的方法，进一步包括增加一个可变DC偏置信号给该DC误差信号，以产生一个结果误差信号的步骤。

5.根据权利要求3的方法，进一步包括求该DC误差信号积分的步骤。

6.根据权利要求4的方法，进一步包括求该结果误差信号积分的步骤。

7.一种用于控制Mach-Zehnder调制器的偏置点的装置，包括：

用于将一个抖动信号施加给直流偏压的装置，该直流偏压施加于Mach-Zehnder调制器；

用于检测由该Mach-Zehnder调制器提供的光学输出信号的分量的装置，该Mach-Zehnder调制器与该抖动信号同步；和

用于调节该抖动信号以保持该检测的光学输出信号的分量处于大体上恒定的值的装置。

8.根据权利要求7的装置，其中该检测装置包括一个产生AC反馈信号和增益的光电检测器，和一个滤除该AC反馈信号的窄带滤波器。

9.根据权利要求7的装置，其中该施加装置包括用于产生该抖动信号的装置。

10.根据权利要求9的装置，其中该抖动信号产生装置包括一个扩展频谱源。

11.根据权利要求8的装置，其中该调节装置包括一个同步解调器，用于解调从该增益和窄带滤波器接收的该AC反馈信号，以产生一个误差信号，和一个用于求该误差信号积分的积分器。

12.根据权利要求11的装置，进一步包括一个偏置电压补偿器，用于将一个可变DC偏置信号增加给该误差信号。

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