JP2018503142A

JP2018503142A - 電気光学型光変調器のデジタル自動バイアス電圧制御方法及びその装置

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Publication number: JP2018503142A
Application number: JP2017552217A
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Inventors: 陳宇奇; 房氷; 招永湛
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Current assignee: Plugtech Precision Systems Ltd (shenzhen); Plugtech Precision Systems Ltd Shenzhen
Priority date: 2015-02-14
Filing date: 2016-01-26
Publication date: 2018-02-01
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Abstract

本発明は、光変調器へ走査バイアス電圧を入力してから計算することで光変調器の半波長電圧を得て、半波長電圧からエラーフィードバック係数とディザー信号のディザー振幅を計算し、光変調器へ動作バイアス電圧とディザー信号を入力してから計算することで高調波振幅とオフセット位相を得て、オフセット位相からエラーフィードバック係数、高調波振幅および動作バイアス電圧を合わせて新しいバイアス電圧を算出して動作バイアス電圧とした後、光変調器へ動作バイアス電圧を入力するステップに戻ることを含む、電気光学型光変調器のデジタル自動バイアス電圧制御方法及びその装置が開示されている。このようにして、本発明は、光変調器が動作する中に動作バイアス電圧を修正して、光変調器の動作性能をより安定させることができる。【選択図】図１

Description

本発明は光学処理技術分野に関し、特に電気光学型光変調器のデジタル自動バイアス電圧制御方法及びその装置に関する。

光変調器は、無線周波数信号と、レーザーから出力される光キャリアとを一緒に変調して光信号を生成するためのものであり、光ファイバ通信及び光ファイバセンサの分野に非常に広く適用されている。光変調器で変調された光信号の出力曲線は波形が余弦関数状である。光変調器が異なる動作点に制御されるために、バイアス電圧を光変調器に出力しても良い。

ところが、光変調器は動作環境の変化に対して高感度であり、例えば、温度変動、湿度変動、機械的振動等のような動作環境の変化によって、光変調器の出力曲線が外れて、さらにその動作点が外れることになり維持され得ないので、環境の変化に応じて、光変調器に印加された異なるバイアス電圧を改変する必要があり、このような技術はバイアス電圧制御技術と呼ばれる。
従来技術において、バイアス制御技術は、主にアナログ回路の提案に基づいて開発されたものであり、一般的にバイアス電圧を出力すると同時にディザー信号を出力し、このディザー信号によって光変調器の動作点を微調整するものである。しかし、バイアス制御技術は主にアナログ回路の提案に基づいて開発されたので、環境ノイズに干渉されやすく、安定性が劣って、エラー比が高い。また、従来技術におけるバイアス電圧技術のエラーフィードバック係数は一定であるが、型番が異なる光変調器の半波長電圧は３倍だけ異なる可能性があり、従って、一定的なエラーフィードバック係数では、制御器を異なる型番の光変調器に応用する場合に一致している効果が得られることを確保できず、使用中にデバイスを断続的にデバッグしなければならなく、ほんとの自動制御を達成できず、工業的応用にも適しない。

本発明が主に解決しようとする技術課題は、異なる光変調器に応じて相応なバイアス電圧を自動的に出力することができる電気光学型光変調器のデジタル自動バイアス電圧制御方法及びその装置を提供することにある。

上述の技術課題を解決するために、本発明が採用している技術方案の一つは、光変調器に走査バイアス電圧を出力するステップと、前記光変調器で前記走査バイアス電圧によって変調されてから出力された第１の光信号を採集するステップと、前記第１の光学信号を第１の電気信号に変換するステップと、フィルタによって前記第１の電気信号を濾波して、第１の直流信号を出力するステップと、前記第１の直流信号から前記光変調器の動作点での動作バイアス電圧と半波長電圧を計算するステップと、前記半波長電圧からエラーフィードバック係数とディザー信号のディザー振幅を計算するステップと、前記光変調器に動作バイアス電圧と前記ディザー振幅である振幅のディザー信号を出力するステップと、前記光変調器で前記動作バイアス電圧とディザー信号によって変調されてから出力された第２の光信号を採集するステップと、前記第２の光学信号を第２の電気信号に変換するステップと、フィルタによって前記第２の電気信号を濾波して、高調波成分を出力するステップと、前記高調波成分の高調波振幅とオフセット位相を計算するステップと、前記オフセット位相から前記エラーフィードバック係数、動作バイアス電圧および高調波振幅を合わせて、新しいバイアス電圧を計算するステップと、前記新しいバイアス電圧を動作バイアス電圧として、改めて前述した前記光変調器に動作バイアス電圧と前記ディザー振幅である振幅のディザー信号を出力するステップに戻るステップとを含む、自動バイアス電圧制御方法を提供する。

ここで、前記高調波成分は、第１高調波と第２高調波とを含み、前記フィルタは、第１のローパスフィルタと、第２のローパスフィルタと、ハイパスフィルタとバンドパスフィルタとを含み、前述したフィルタによって前記第１の電気信号を濾波して、第１の直流信号を出力するステップは、前記第１のローパスフィルタによって、前記第１の電気信号から第１の直流信号をフィルタすることを含み、前述したフィルタによって前記第２の電気信号を濾波して、高調波成分を出力するステップは、前記ハイパスフィルタによって、前記第２の電気信号から交流信号をフィルタすること、前記第２のローパスフィルタによって、前記交流信号から第１高調波をフィルタし、また前記バンドパスフィルタによって、前記交流信号から第２高調波をフィルタすることを含み、前述した前記高調波成分の高調波振幅とオフセット位相を計算するステップは、前記第１高調波の高調波振幅とオフセット位相、及び前記第２高調波の高調波振幅とオフセット位相を計算することを含み、前述した光変調器に走査バイアス電圧を出力するステップの前に、前記方法は、入力される指定命令を受信するステップを更に含み、前述した前記オフセット位相から前記エラーフィードバック係数、動作バイアス電圧および高調波振幅を合わせて、新しいバイアス電圧を計算するステップは、前記指定命令に応じて、前記第１高調波または第２高調波の中の一つを選定高調波として選定すること、前記選定高調波のオフセット位相から前記エラーフィードバック係数、動作バイアス電圧および前記選定高調波の高調波振幅を合わせて、新しいバイアス電圧を計算することを含む。
ここで、前記第１の直流信号と走査バイアス電圧の数はいずれも複数個であり、前記走査バイアス電圧と第１の直流信号とは一対一の対応関係があり、前述した前記第１の直流信号から前記光変調器の動作点での動作バイアス電圧と半波長電圧を計算するステップは、複数個の前記第１の直流信号を曲線にあてはめて、前記光変調器の信号出力曲線を作成すること、前記信号出力曲線によって、前記光変調器の動作点での動作バイアス電圧と半波長電圧を計算することを含む。
ここで、前述した前記オフセット位相から前記エラーフィードバック係数、動作バイアス電圧および高調波振幅を合わせて、新しいバイアス電圧を計算するステップの後に、前記方法は、前記新しいバイアス電圧が電圧しきい値の範囲内にあるかどうかを判断するステップと、前記新しいバイアス電圧が前記電圧しきい値の範囲の最小値より小さいと、前記新しいバイアス電圧と前記半波長電圧の遇数倍との和を新しいバイアス電圧とし、前述した前記新しいバイアス電圧を動作バイアス電圧とするステップに進むステップと、前記新しいバイアス電圧が前記電圧しきい値の範囲の最大値より大きいと、前記新しいバイアス電圧と前記半波長電圧の遇数倍との差を新しいバイアス電圧とし、前述した前記新しいバイアス電圧を動作バイアス電圧とするステップに進むステップとを更に含む。

ここで、前述した光変調器に走査バイアス電圧を出力するステップの前に、前記方法は、前記光変調器にテスト電圧を出力するステップと、前記光変調器で前記テスト電圧によって変調されてから出力された第３の光信号を採集するステップと、前記第３の光学信号を第３の電気信号に変換するステップと、前記フィルタによって前記第３の電気信号を濾波して、第２の直流信号を出力するステップと、前記第２の直流信号における最大値とプリセット直流しきい値との間の比例係数を計算するステップと、比例係数から増幅器の増幅係数を計算するステップと、前記増幅器に前記増幅係数を出力するステップとを更に含み、前述した前記第１の光学信号を第１の電気信号に変換するステップは、前記第１の光学信号を第１の電気信号に変換し、前記増幅器で前記増幅係数によって前記第１の電気信号を増幅することであり、前述したフィルタによって前記第１の電気信号を濾波して、第１の直流信号を出力するステップは、前記フィルタによって、前記増幅された第１の電気信号を濾波して第１の直流信号を出力することを含み、前述した前記第２の光学信号を第２の電気信号に変換するステップは、前記第２の光学信号を第２の電気信号に変換し、前記増幅器で前記増幅係数によって前記第２の電気信号を増幅することであり、前述したフィルタによって前記第２の電気信号を濾波して、高調波成分を出力するステップは、前記フィルタによって、前記増幅された第２の電気信号を濾波して高調波成分を出力することを含む。

上述の技術課題を解決するために、本発明が採用している技術方案のもう一つは、光変調器に走査バイアス電圧を出力するための第１の出力モジュールと、前記光変調器で前記走査バイアス電圧によって変調されてから出力された第１の光信号を採集するための第１の採集モジュールと、前記第１の光学信号を第１の電気信号に変換するための第１の光電変換モジュールと、前記第１の電気信号を濾波して、第１の直流信号を出力するための第１のフィルタモジュールと、前記第１の直流信号から前記光変調器の動作点での動作バイアス電圧と半波長電圧を計算するための第１の計算モジュールと、前記半波長電圧からエラーフィードバック係数とディザー信号のディザー振幅を計算するための第２の計算モジュールと、前記光変調器に動作バイアス電圧と前記ディザー振幅である振幅のディザー信号を出力するための第２の出力モジュールと、前記光変調器で前記動作バイアス電圧とディザー信号によって変調されてから出力された第２の光信号を採集するための第２の採集モジュールと、前記第２の光学信号を第２の電気信号に変換するための第２の光電変換モジュールと、前記第２の電気信号を濾波して、高調波成分を出力するための第２のフィルタモジュールと、前記高調波成分の高調波振幅とオフセット位相を計算するためのデジタル位相ロック増幅モジュールと、前記オフセット位相から前記エラーフィードバック係数、動作バイアス電圧および高調波振幅を合わせて、新しいバイアス電圧を計算するための第３の計算モジュールと、前記新しいバイアス電圧を動作バイアス電圧として、改めて前記第２の出力モジュールに戻るための付値モジュールとを備える、電気光学型光変調器のデジタル自動バイアス電圧制御装置を提供する。

ここで、前記高調波成分は、第１高調波と第２高調波とを含み、前記第１のフィルタモジュールは、前記第１の電気信号から第１の直流信号をフィルタするための第１のローパスフィルタを含み、前記第２のフィルタモジュールは、前記第２の電気信号から交流信号をフィルタするためのハイパスフィルタと、前記交流信号から第１高調波をフィルタするための第２のローパスフィルタと、前記交流信号から第２高調波をフィルタするためのバンドパスフィルタとを含み、前記デジタル位相ロック増幅モジュールは、具体的に前記第１高調波の高調波振幅とオフセット位相、及び第２高調波の高調波振幅とオフセット位相をそれぞれ計算することに用いられ、前記装置は、入力される指定命令を受信するための受信モジュールを更に備え、前記第３の計算モジュールは、前記指定命令に応じて、前記第１高調波または第２高調波の中の一つを選定高調波として選定するための選定手段と、前記選定高調波のオフセット位相から前記エラーフィードバック係数、動作バイアス電圧および前記選定高調波の高調波振幅を合わせて、新しいバイアス電圧を計算するための第１の計算手段とを備える。

ここで、前記走査バイアス電圧と第１の直流信号の数はいずれも複数個であり、前記走査バイアス電圧と第１の直流信号とは一対一の対応関係があり、前記第１の計算モジュールは、複数個の前記第１の直流信号を曲線にあてはめて、前記光変調器の信号出力曲線を作成するための曲線あてはめ手段と、前記信号出力曲線によって、前記光変調器の動作点での動作バイアス電圧と半波長電圧を計算するための第２の計算手段とを備える。

ここで、前記新しいバイアス電圧の値が電圧しきい値の範囲内にあるかどうかを判断するための判断モジュールと、前記判断モジュールによって前記新しいバイアス電圧が前記電圧しきい値の範囲の最小値より小さいと判断された場合、前記新しいバイアス電圧と前記半波長電圧の遇数倍との和を新しいバイアス電圧とし、前記付値モジュールに進むためのスケールアップモジュールと、前記判断モジュールによって前記新しいバイアス電圧が前記電圧しきい値の範囲の最大値より大きいと判断された場合、前記新しいバイアス電圧と前記半波長電圧の遇数倍との差を新しいバイアス電圧とし、前記付値モジュールに進むためのスケールダウンモジュールと。

ここで、前記装置は、前記光変調器にテスト電圧を出力するための第３の出力モジュールと、前記光変調器で前記テスト電圧によって変調されてから出力された第３の光信号を採集するための第３の採集モジュールと、前記第３の光学信号を第３の電気信号に変換するための第３の光電変換モジュールと、前記第３の電気信号を濾波して、第２の直流信号を出力するための第３のフィルタモジュールと、前記第２の直流信号における最大値とプリセット直流しきい値との間の比例係数を計算するための第４の計算モジュールと、比例係数から前記増幅器の増幅係数を計算するための第５の計算モジュールと、前記増幅器に前記増幅係数を出力するための増幅係数出力モジュールと、前記増幅係数によって前記第１の電気信号と第２の電気信号を増幅することにも用いられる増幅器とを更に備える。

本発明の実施態様において、光変調器へ走査バイアス電圧を入力してから計算することで光変調器の半波長電圧を得て、半波長電圧からエラーフィードバック係数とディザー信号のディザー振幅を計算し、光変調器へ動作バイアス電圧とディザー信号を入力してから計算することで高調波振幅とオフセット位相を得て、オフセット位相からエラーフィードバック係数、高調波振幅および動作バイアス電圧を合わせて新しいバイアス電圧を算出して動作バイアス電圧とした後、光変調器へ動作バイアス電圧を入力するステップに戻って、再び重複調整を行う。このようにして、本発明は、光変調器が動作する中に動作バイアス電圧を修正しつつあり、光変調器の動作性能をより安定させることができる。また、新しいバイアス電圧が電圧しきい値の範囲外にあるかどうかを判断することもでき、そして新しいバイアス電圧が電圧しきい値の範囲外にあると判断した場合にオフセット調整を行って、その後、改めて新しいバイアス電圧を動作バイアス電圧として光変調器に出力する。これにより、動作バイアス電圧が高すぎることや低すぎることを防止し、光変調器の安定性を更に確保することができる。

本発明に係る電気光学型光変調器のデジタル自動バイアス電圧制御方法の実施態様のフローチャートである。本発明に係る電気光学型光変調器のデジタル自動バイアス電圧制御方法の実施態様における半波長電圧及び動作バイアス電圧を計算するステップのフローチャートである。本発明に係る電気光学型光変調器のデジタル自動バイアス電圧制御方法の実施態様における第１高調波及び第２高調波をフィルタするステップのフローチャートである。本発明に係る電気光学型光変調器のデジタル自動バイアス電圧制御方法の実施態様における新しいバイアス電圧を計算するステップのフローチャートである。本発明に係る電気光学型光変調器のデジタル自動バイアス電圧制御方法の実施態様における新しいバイアス電圧をオフセット調整するステップのフローチャートである。本発明に係る電気光学型光変調器のデジタル自動バイアス電圧制御方法の実施態様における増幅器の増幅係数を計算するステップのフローチャートである。本発明に係る電気光学型光変調器のデジタル自動バイアス電圧制御装置の第１の実施態様の構造模式図である。本発明に係る電気光学型光変調器のデジタル自動バイアス電圧制御装置の第２の実施態様の構造模式図である。

以下、本発明について添付図面と実施態様を合わせて詳細に説明する。

図１を参照して、電気光学型光変調器のデジタル自動バイアス電圧制御方法は、以下のステップを含む。

ステップＳ１０１：光変調器に走査バイアス電圧を出力する；
レーザーから出力された光キャリアと、無線周波数信号発生器から出力された無線周波数信号は、無線周波数信号を光キャリアに付け加えて光信号となるように光変調器で変調されて、光通信を実現させる。
光変調器に走査バイアス電圧を出力することで、光変調器を対応する動作点に達させることができる。

ステップＳ１０２：光変調器で走査バイアス電圧によって変調されてから出力された第１の光信号を採集する；
光変調器で変調され出力された光信号は、光ファイバースプリッタによって採集されることができ、なお、光ファイバースプリッタは一部だけの光信号を採集しており、光信号の正常な伝送を影響することはない。

ステップＳ１０３：第１の光学信号を第１の電気信号に変換する；
ステップＳ１０４：フィルタによって第１の電気信号を濾波して、第１の直流信号を出力する；
ステップＳ１０５：第１の直流信号から光変調器の動作点での動作バイアス電圧と半波長電圧を計算する；
走査バイアス電圧の数は複数個であり、第１の直流信号と走査バイアス電圧とは一対一の対応関係があり、従って、第１の直流信号の数も複数個であり、且つその数が走査バイアス電圧の数と同じである。光変調器に一つ走査バイアス電圧を出力すると、一つ第１の直流信号が得られ、更に光変調器に次の走査バイアス電圧を出力すると、また一つ第１の直流信号が得られており、このようにして、全ての走査バイアス電圧の出力を完成するまで続ける。例えば、−１０ボルト〜１０ボルトの区間に、０．１ボルトごとに走査バイアス電圧を早速に走査し出力する。走査バイアス電圧は光変調器のバイアス電圧ポートに出力され、その改変によって光変調器の出力の変化を引き起こし、更に第１の直流信号の変化を引き起こす。

異なる走査バイアス電圧のそれぞれが光変調器の出力信号における異なる第１の直流信号に対応するので、第１の直流信号によって光変調器の出力曲線が反映されている。複数個の第１の直流信号を曲線にあてはめることで、光変調器の出力曲線を取得するとともに、出力曲線によって、光変調器の四つ動作点でのバイアス電圧及び光変調器の半波長電圧を正確に算出することができ、従って、図２に示すように、ステップＳ１０５は、
ステップＳ１０５１：複数個の第１の直流信号を曲線にあてはめて、光変調器の信号出力曲線を作成すること；
ステップＳ１０５２：信号出力曲線によって、光変調器の動作点での動作バイアス電圧と半波長電圧を計算することを更に含む。

ステップＳ１０６：半波長電圧からエラーフィードバック係数とディザー信号のディザー振幅を計算する；
具体的に、ディザー信号の振幅は半波長電圧の１００分の１または１０００分の１である。エラーフィードバック係数は半波長電圧と予定定数との乗積に等しい。

ステップＳ１０７：光変調器に動作バイアス電圧とディザー振幅である振幅のディザー信号を出力する；
動作バイアス電圧は、光変調器が指定動作点で動作するように制御し、ディザー信号は、光変調器の動作状態を感知する。

ステップＳ１０８：光変調器で動作バイアス電圧とディザー信号によって変調されてから出力された第２の光信号を採集する；
ステップＳ１０９：第２の光学信号を第２の電気信号に変換する；
ステップＳ１１０：フィルタによって第２の電気信号を濾波して、高調波成分を出力する；
ステップＳ１１１：高調波成分の高調波振幅とオフセット位相を計算する；
具体的に、直交している一対の正弦信号と余弦信号がシステムに予め記憶されてもよく、なお、この正弦信号の位相はディザー信号と同じ、この余弦信号とディザー信号との位相差は９０度である。高調波成分をそれぞれ正弦信号及び余弦信号と相乗して、一対の直交成分が得られ、この一対の直交成分からデジタルローパスフィルタによって直交している一対の直流成分をフィルタし、その値は高調波成分の高調波振幅であり、この高調波振幅からオフセット位相を計算することができる。

ステップＳ１１２：オフセット位相からエラーフィードバック係数、動作バイアス電圧および高調波振幅を合わせて、新しいバイアス電圧を計算する；
オフセット位相は新しいバイアス電圧のオフセット方向、具体的に新しいバイアス電圧の値の計算公式を決定するためのものであり、以下、：
Ｖ（ｔ）＝Ｖ（ｔ−１）±ｐ＊Ｖ_{ｆｅｅｄｂａｃｋ}
Ｖ（ｔ）は新しいバイアス電圧の値で、Ｖ（ｔ−１）は動作バイアス電圧で、ｐはエラーフィードバック係数で、Ｖ_{ｆｅｅｄｂａｃｋ}は高調波成分の高調波振幅であり、オフセット位相は、Ｖ（ｔ−１）とｐ＊Ｖ_{ｆｅｅｄｂａｃｋ}を加算するか引き算するかを決定する。

ステップＳ１１３：新しいバイアス電圧を動作バイアス電圧として、改めて光変調器に動作バイアス電圧とディザー振幅である振幅のディザー信号を出力するステップに戻る。

光変調器が動作する中に動作バイアス電圧を修正することで、光変調器の出力をより安定させ、外界からの影響を低減させる。

フィルタは、第１のローパスフィルタと、第２のローパスフィルタと、ハイパスフィルタとバンドパスフィルタとを含む。高調波成分は、第１高調波と第２高調波とを含み、受信された指定命令に応じて、これら第１高調波と第２高調波から一つを選択して処理を行う。そうすると、ステップＳ１０４は、具体的に、第１のローパスフィルタによって、第１の電気信号から第１の直流信号をフィルタすることであっても良い。図３に示すように、ステップＳ１１０は、
ステップＳ１１０１：ハイパスフィルタによって、第２の電気信号から交流信号をフィルタすること；
ステップＳ１１０２：第２のローパスフィルタによって、交流信号から第１高調波をフィルタし、またバンドパスフィルタによって、交流信号から第２高調波をフィルタすることを含む。

ステップＳ１１１は、具体的に、第１高調波の高調波振幅とオフセット位相、及び第２高調波の高調波振幅とオフセット位相を計算することであっても良い。

そうすると、ステップＳ１０１の前に、
ステップＳ１００：入力される指定命令を受信する
を更に含む。指定命令は、光変調器の動作点を表示するためのものであり、ここで、動作点は、第１高調波に対応する最高点及び最低点と、第２高調波に対応する二つ二分点とを含む。なお、指定命令は、例えば、ユーザーが表示パネルによって選択可能な動作点の中の一つを選択すると指定命令を生成するように、ユーザーの入力に応じて生成されるものであってもよく、あるいは、トグルスイッチを設置し、このトグルスイッチを動かすことで動作点を選択してもよく。

図４に示すように、ステップＳ１１３は、
ステップＳ１１３１：指定命令に応じて、第１高調波または第２高調波の中の一つを選定高調波として選定すること；
ステップＳ１１３２：選定高調波のオフセット位相からエラーフィードバック係数、動作バイアス電圧および選定高調波の高調波振幅を合わせて、新しいバイアス電圧を計算することを含む。

新しいバイアス電圧が高すぎまたは低すぎて光変調器の変調性能に影響することを回避するために、算出された新しいバイアス電圧を検出し、新しいバイアス電圧が高すぎるまたは低すぎる場合にオフセット調整を自発的に行っても良い。そうすると、図５に示すように、ステップＳ１１２とステップＳ１１３との間に、前記方法は、
ステップＳ１１５：新しいバイアス電圧が電圧しきい値の範囲内にあるかどうかを判断し、新しいバイアス電圧が電圧しきい値の範囲の最小値より小さいと、ステップＳ１１６に進み、新しいバイアス電圧が電圧しきい値の範囲の最大値より大きいと、ステップＳ１１７に進む；
ステップＳ１１６：新しいバイアス電圧と半波長電圧の遇数倍との和を新しいバイアス電圧とし、ステップ１１３に進む；
ステップＳ１１７：新しいバイアス電圧と半波長電圧の遇数倍との差を新しいバイアス電圧とし、ステップ１１３に進む；
を更に含む。

半波長電圧は光変調器の動作曲線の半周期に対応する電圧であり、従って、その遇数倍は光変調器の動作曲線の一つ周期に対応する電圧、または光変調器の動作曲線の周期倍数に対応する電圧となる。半波長電圧の遇数倍は、半波長電圧の２倍であることが好ましく、このようにして、２倍の半波長電圧を加算するまたは引き算するとは、一つ周期に対応する電圧を加算するまたは引き算することである。

フィルタが受信した電気信号を一致させて後処理を容易にするために、光信号を電気信号に変換する時、増幅器によって電気信号を増幅し、そして増幅器の増幅係数を調整することでフィルタが受信した電気信号を一致させることができる。そうすると、図６に示すように、ステップＳ１００の前に、
ステップＳ１１８：光変調器にテスト電圧を出力する；
ステップＳ１１９：光変調器で前記テスト電圧によって変調されてから出力された第３の光信号を採集する；
ステップＳ２００：第３の光学信号を第３の電気信号に変換する；
ステップＳ２０１：フィルタによって第３の電気信号を濾波して、第２の直流信号を出力する；
ステップＳ２０２：第２の直流信号における最大値とプリセット直流しきい値との間の比例係数を計算する；
ステップＳ２０３：比例係数から増幅器の増幅係数を計算する；
ステップＳ２０４：増幅器に増幅係数を出力する；
を更に含む。ここで、テスト電圧は走査バイアス電圧と同じであっても良いことが好ましい。

そうすると、ステップＳ１０３は、具体的に、第１の光学信号を第１の電気信号に変換し、増幅器で増幅係数によって第１の電気信号を増幅することであっても良い。ステップＳ１０４は、具体的に、フィルタによって、増幅された第１の電気信号を濾波して、第１の直流信号を出力することである。

ステップＳ１０９は、具体的に、第２の光学信号を第２の電気信号に変換し、増幅器で増幅係数によって第２の電気信号を増幅することであっても良い。ステップＳ１１０は、具体的に、フィルタによって、前記増幅された第２の電気信号を濾波して、高調波成分を出力することであっても良い。

本発明は、電気光学型光変調器のデジタル自動バイアス電圧制御装置の実施態様を更に提供する。図７を参照して、自動バイアス電圧制御装置３０は、第１の出力モジュール３１と、第１の採集モジュール３２と、第１の光電変換モジュール３３と、第１のフィルタモジュール３４と、第１の計算モジュール３５と、第２の計算モジュール３６と、第２の出力モジュール３７と、第２の採集モジュール３８と、第２の光電変換モジュール３９と、第２のフィルタモジュール４０と、デジタル位相ロック増幅モジュール４１と、第３の計算モジュール４２と、付値モジュール４４とを備える。

第１の出力モジュール３１は光変調器に走査バイアス電圧を出力する。第１の採集モジュール３２は光変調器で走査バイアス電圧によって変調されてから出力された第１の光信号を採集する。第１の光電変換モジュール３３は、第１の光学信号を第１の電気信号に変換する。第１のフィルタモジュール３４は第１の電気信号から第１の直流信号をフィルタすることに用いられる。第１の計算モジュール３５は第１の直流信号から光変調器の動作点での動作バイアス電圧と半波長電圧を計算する。第２の計算モジュール３６は半波長電圧からエラーフィードバック係数とディザー信号のディザー振幅を計算する。第２の出力モジュール３７は光変調器に動作バイアス電圧とディザー振幅である振幅のディザー信号を出力する。第２の採集モジュール３８は光変調器で動作バイアス電圧とディザー信号によって変調されてから出力された第２の光信号を採集する。第２の光電変換モジュール３９は第２の光学信号を第２の電気信号に変換する。第２のフィルタモジュール４０は第２の電気信号を濾波して、高調波成分を出力する。デジタル位相ロック増幅モジュール４１は高調波成分の高調波振幅とオフセット位相を計算する。第３の計算モジュール４２はフセット位相からエラーフィードバック係数、動作バイアス電圧および高調波振幅を合わせて、新しいバイアス電圧を計算する。付値モジュール４４は新しいバイアス電圧を動作バイアス電圧として、改めて第２の出力モジュール３７に戻る。

高調波成分は、第１高調波と第２高調波とを含み、第１のフィルタモジュール３４は、第１の電気信号から第１の直流信号をフィルタするための第１のローパスフィルタを含み、第２のフィルタモジュール４０は、第２の電気信号から交流信号をフィルタするためのハイパスフィルタ４０１と、交流信号から第１高調波をフィルタするための第２のローパスフィルタ４０２と、交流信号から第２高調波をフィルタするためのバンドパスフィルタ４０３とを含む。デジタル位相ロック増幅モジュール４１は、具体的に第１高調波の高調波振幅とオフセット位相、及び第２高調波の高調波振幅とオフセット位相をそれぞれ計算することに用いられる。装置３０は、入力される指定命令を受信するための受信モジュール４８を更に備える。第３の計算モジュール４２は、指定命令に応じて第１高調波または第２高調波の中の一つを選定高調波として選定するための選定手段４２１と、選定高調波のオフセット位相からエラーフィードバック係数、動作バイアス電圧および選定高調波の高調波振幅を合わせて、新しいバイアス電圧を計算するための第１の計算手段４２２とを備える。

走査バイアス電圧と第１の直流信号の数はいずれも複数個であってもよく、第１の直流信号と走査バイアス電圧とは一対一の対応関係がある。光変調器に走査バイアス電圧を逐一入力するには、例えば、０ボルト〜１０ボルトの区間に、０．１ボルトごとに走査バイアス電圧を早速に走査し出力して、光変調器のバイアス電圧ポートに出力し、そして走査バイアス電圧の改変によって光変調器の出力の変化を引き起こし、更に第１の直流信号の変化を引き起こす。従って、第１の直流信号の数は１００個となる。第１の計算モジュール３５は、複数個の第１の直流信号を曲線にあてはめて、光変調器の信号出力曲線を作成する曲線あてはめ手段３５１と、信号出力曲線によって、光変調器の動作点での動作バイアス電圧と半波長電圧を計算する第２の計算手段３５２とを備える。

新しいバイアス電圧が高すぎまたは低すぎて光変調器の変調性能に影響することを回避するために、算出された新しいバイアス電圧を検出し、新しいバイアス電圧が高すぎるまたは低すぎる場合にオフセット調整を行っても良い。そうすると、装置３０は、新しいバイアス電圧の値が電圧しきい値の範囲内にあるかどうかを判断する判断モジュール４５と、判断モジュール４５によって新しいバイアス電圧が電圧しきい値の範囲の最小値より小さいと判断された場合、新しいバイアス電圧と半波長電圧の遇数倍との和を新しいバイアス電圧とし、付値モジュール４４に進むスケールアップモジュール４７と、判断モジュール４５によって新しいバイアス電圧が電圧しきい値の範囲の最大値より大きいと判断された場合、新しいバイアス電圧と半波長電圧の遇数倍との差を新しいバイアス電圧とし、付値モジュール４４に進むためのスケールダウンモジュール４６とを更に含む。

フィルタが受信した電気信号を一致させて後処理を容易にするために、装置は、増幅係数によって電気信号を増幅するための増幅器６０を更に含んでも良い。当然ながら、光変調器のバイアス電圧を変調する前に、まず増幅器６０の増幅係数を調整してもよく、すると、装置３０は、第３の出力モジュール４９と、第３の採集モジュール５０と、第３の光電変換モジュール５１と、第３のフィルタモジュール５２と、第４の計算モジュール５３と、第５の計算モジュール５４と、増幅係数出力モジュール５５とを更に備える。

第３の出力モジュール４９は光変調器にテスト電圧を出力する。第３の採集モジュール５０は光変調器でテスト電圧によって変調されてから出力された第３の光信号を採集する。、第３の光電変換モジュール５１は第３の光学信号を第３の電気信号に変換する。第３のフィルタモジュール５２は第３の電気信号を濾波して、第２の直流信号を出力する。第４の計算モジュール５３は第２の直流信号における最大値とプリセット直流しきい値との間の比例係数を計算する。第５の計算モジュール５４は比例係数から増幅器の増幅係数を計算する。増幅係数出力モジュール５５は増幅器６０に増幅係数を出力することに用いられる。増幅器６０は、増幅係数によって第１の電気信号と第２の電気信号を増幅することにも用いられる。

本発明は、自動バイアス電圧制御装置の実体構造の実施態様を更に提供する。図８に示すように、電気光学型光変調器のデジタル自動バイアス電圧制御装置７０は、光電変換器７２と、フィルタ７３と、デジタル位相ロック増幅器７４と、プロセッサー７５と、出力機器７６とを備える。

出力機器７６は光変調器８０へ走査バイアス電圧を入力する。光ファイバースプリッタ７１は光変調器８０で走査バイアス電圧によって変調されてから出力された第１の光信号を採集し、光電変換器７２へ入力する。光電変換器７２は、第１の光学信号を第１の電気信号に変換する。フィルタ７３は第１の電気信号を濾波して、第１の直流信号を出力する。プロセッサー７５は第１の直流信号から、光変調器の動作点での動作バイアス電圧と半波長電圧を計算し、更に半波長電圧からエラーフィードバック係数とディザー信号のディザー振幅を計算する。出力機器７６は光変調器８０に動作バイアス電圧とディザー振幅である振幅のディザー信号を出力する。さらに、光ファイバースプリッタ７１は光変調器８０で動作バイアス電圧とディザー信号によって変調されてから出力された第２の光信号を採集し、光電変換器７２へ入力する。光電変換器７２は第２の光学信号を第２の電気信号に変換する。フィルタ７３は第２の電気信号を濾波して、高調波成分を出力する。デジタル位相ロック増幅器７４は高調波成分の高調波振幅とオフセット位相を計算し、そしてプロセッサー７５はフセット位相から、エラーフィードバック係数、動作バイアス電圧および高調波振幅を合わせて、新しいバイアス電圧を計算して動作バイアス電圧とする。出力機器７６は、更に光変調器に動作バイアス電圧とディザー振幅である振幅のディザー信号を繰り返して出力することで、光変調器の動作性能をより安定させる。

高調波成分は、第１高調波と第２高調波とを含み、フィルタ７３は、第１のローパスフィルタ７３１と、第２のローパスフィルタ７３３と、ハイパスフィルタ７３２と、バンドパスフィルタ７３４とを含む。第１のローパスフィルタ７３１は第１の電気信号から第１の直流信号をフィルタする。ハイパスフィルタ７３２は第２の電気信号から交流信号をフィルタする。装置７０は入力機器７７を更に含む。

第２のローパスフィルタ７３３は交流信号から第１高調波をフィルタする。バンドパスフィルタ７３４は交流信号から第２高調波をフィルタする。デジタル位相ロック増幅器７４が前記高調波成分の高調波振幅とオフセット位相を計算するステップは、デジタル位相ロック増幅器７４が第１高調波の高調波振幅とオフセット位相、及び第２高調波の高調波振幅とオフセット位相を計算することを含む。説明すべきは、デジタル位相ロック増幅器７４は別の機器であっても良いし、プロセッサー７５におけるプロセスモジュールであり、つまり、デジタル位相ロック増幅器７４が実行する動作をプロセッサー７５で実行しても良いことである。

入力機器７７は、入力される指定命令を受信する。プロセッサー７５がオフセット位相から前記エラーフィードバック係数、動作バイアス電圧および選定高調波の高調波振幅を合わせて新しいバイアス電圧を計算するステップは、プロセッサー７５が指定命令に応じて第１高調波または第２高調波の中の一つを選定高調波として選定すること、及び選定高調波のオフセット位相から、エラーフィードバック係数、動作バイアス電圧および選定高調波の高調波振幅を合わせて新しいバイアス電圧を計算することを含む。

第１の直流信号と走査バイアス電圧の数はいずれも複数個であり、走査バイアス電圧と第１の直流信号とは一対一の対応関係がある。

プロセッサー７５が第１の直流信号から光変調器の動作点での動作バイアス電圧と半波長電圧を計算するステップは、プロセッサーが複数個の第１の直流信号を曲線にあてはめて、光変調器の信号出力曲線を作成すること、及び信号出力曲線によって、光変調器の動作点での動作バイアス電圧と半波長電圧を計算することを含む。

新しいバイアス電圧が高すぎるまたは低すぎることを回避するために、新しいバイアス電圧を検出しても良く、すると、プロセッサー７５がオフセット位相から、エラーフィードバック係数、動作バイアス電圧および選定高調波の高調波振幅を合わせて新しいバイアス電圧を計算するステップの後に、プロセッサー７５は新しいバイアス電圧が電圧しきい値の範囲内にあるかどうかを判断し、新しいバイアス電圧が電圧しきい値の範囲の最小値より小さいと、プロセッサー７５は新しいバイアス電圧と半波長電圧の遇数倍との和を新しいバイアス電圧とし、新しいバイアス電圧が電圧しきい値の範囲の最大値より大きいと、プロセッサー７５は新しいバイアス電圧と半波長電圧の遇数倍との差を新しいバイアス電圧とする。

フィルタが受信した電気信号を一致させて後処理を容易にするために、光信号を電気信号に変換する時、増幅器によって電気信号を増幅してもよく、そして増幅器の増幅係数を調整することでフィルタが受信した電気信号を一致させることができ、すると、装置７０は増幅器７８を更に備える。

光変調器８０の動作バイアス電圧を変調する前に、まず増幅器７８の増幅係数を調整し、出力機器７６が光変調器８０に走査バイアス電圧を出力するステップの前に、出力機器７６は更に光変調器８０へテスト電圧を出力する。光ファイバースプリッタ７１は光変調器でテスト電圧によって変調されてから出力された第３の光信号を採集する。光電変換器７２は第３の光学信号を第３の電気信号に変換する。第１のローパスフィルタ７３１は第３の電気信号を濾波して、第２の直流信号を出力する。プロセッサー７５は第２の直流信号における最大値とプリセット直流しきい値との間の比例係数を計算し、比例係数から増幅器７８の増幅係数を計算して、増幅器７８に出力する。光電変換器７２が第１の光学信号を第１の電気信号に変換した後及び第２の光学信号を第２の電気信号に変換した後に、増幅器７８は、増幅係数によって第１の電気信号と第２の電気信号を増幅し、フィルタ７３は、増幅された第１の電気信号と第２の電気信号を処理する。

以上は本発明の実施態様に過ぎず、それによって本発明の特許範囲が制限されることなく、本発明の明細書及び図面内容によってなされた同等構造または同等手順変更や、直接的または間接的に他の関連技術分野に応用されることの全ては、同理に本発明の特許保護範囲に含まれる。

Claims

光変調器に走査バイアス電圧を出力するステップと、
前記光変調器で前記走査バイアス電圧によって変調されてから出力された第１の光信号を採集するステップと、
前記第１の光学信号を第１の電気信号に変換するステップと、
フィルタによって前記第１の電気信号を濾波して、第１の直流信号を出力するステップと、
前記第１の直流信号から前記光変調器の動作点での動作バイアス電圧と半波長電圧を計算するステップと、
前記半波長電圧からエラーフィードバック係数とディザー信号のディザー振幅を計算するステップと、
前記光変調器に動作バイアス電圧と前記ディザー振幅である振幅のディザー信号を出力するステップと、
前記光変調器で前記動作バイアス電圧とディザー信号によって変調されてから出力された第２の光信号を採集するステップと、
前記第２の光学信号を第２の電気信号に変換するステップと、
フィルタによって前記第２の電気信号を濾波して、高調波成分を出力するステップと、
前記高調波成分の高調波振幅とオフセット位相を計算するステップと、
前記オフセット位相から前記エラーフィードバック係数、動作バイアス電圧および高調波振幅を合わせて、新しいバイアス電圧を計算するステップと、
前記新しいバイアス電圧を動作バイアス電圧として、改めて前述した前記光変調器に動作バイアス電圧と前記ディザー振幅である振幅のディザー信号を出力するステップに戻るステップとを含むことを特徴とする、電気光学型光変調器のデジタル自動バイアス電圧制御方法。
前記高調波成分は、第１高調波と第２高調波とを含み、
前記フィルタは、第１のローパスフィルタと、第２のローパスフィルタと、ハイパスフィルタとバンドパスフィルタとを含み、
前述したフィルタによって前記第１の電気信号を濾波して、第１の直流信号を出力するステップは、
前記第１のローパスフィルタによって、前記第１の電気信号から第１の直流信号をフィルタすることを含み、
前述したフィルタによって前記第２の電気信号を濾波して、高調波成分を出力するステップは、
前記ハイパスフィルタによって、前記第２の電気信号から交流信号をフィルタすること、
前記第２のローパスフィルタによって、前記交流信号から第１高調波をフィルタし、また前記バンドパスフィルタによって、前記交流信号から第２高調波をフィルタすることを含み、
前述した前記高調波成分の高調波振幅とオフセット位相を計算するステップは、
前記第１高調波の高調波振幅とオフセット位相、及び前記第２高調波の高調波振幅とオフセット位相を計算することを含み、
前述した光変調器に走査バイアス電圧を出力するステップの前に、前記方法は、
入力される指定命令を受信するステップを更に含み、
前述した前記オフセット位相から前記エラーフィードバック係数、動作バイアス電圧および高調波振幅を合わせて、新しいバイアス電圧を計算するステップは、
前記指定命令に応じて、前記第１高調波または第２高調波の中の一つを選定高調波として選定すること、
前記選定高調波のオフセット位相から前記エラーフィードバック係数、動作バイアス電圧および前記選定高調波の高調波振幅を合わせて、新しいバイアス電圧を計算することを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
前記第１の直流信号と走査バイアス電圧の数はいずれも複数個であり、前記走査バイアス電圧と第１の直流信号とは一対一の対応関係があり、
前述した前記第１の直流信号から前記光変調器の動作点での動作バイアス電圧と半波長電圧を計算するステップは、
複数個の前記第１の直流信号を曲線にあてはめて、前記光変調器の信号出力曲線を作成すること、
前記信号出力曲線によって、前記光変調器の動作点での動作バイアス電圧と半波長電圧を計算することを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
前述した前記オフセット位相から前記エラーフィードバック係数、動作バイアス電圧および高調波振幅を合わせて、新しいバイアス電圧を計算するステップの後に、前記方法は、
前記新しいバイアス電圧が電圧しきい値の範囲内にあるかどうかを判断するステップと、
前記新しいバイアス電圧が前記電圧しきい値の範囲の最小値より小さいと、前記新しいバイアス電圧と前記半波長電圧の遇数倍との和を新しいバイアス電圧とし、前述した前記新しいバイアス電圧を動作バイアス電圧とするステップに進むステップと、
前記新しいバイアス電圧が前記電圧しきい値の範囲の最大値より大きいと、前記新しいバイアス電圧と前記半波長電圧の遇数倍との差を新しいバイアス電圧とし、前述した前記新しいバイアス電圧を動作バイアス電圧とするステップに進むステップとを更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
前述した光変調器に走査バイアス電圧を出力するステップの前に、前記方法は、
前記光変調器にテスト電圧を出力するステップと、
前記光変調器で前記テスト電圧によって変調されてから出力された第３の光信号を採集するステップと、
前記第３の光学信号を第３の電気信号に変換するステップと、
前記フィルタによって前記第３の電気信号を濾波して、第２の直流信号を出力するステップと、
前記第２の直流信号における最大値とプリセット直流しきい値との間の比例係数を計算するステップと、
比例係数から増幅器の増幅係数を計算するステップと、
前記増幅器に前記増幅係数を出力するステップとを更に含み、
前述した前記第１の光学信号を第１の電気信号に変換するステップは、前記第１の光学信号を第１の電気信号に変換し、前記増幅器で前記増幅係数によって前記第１の電気信号を増幅することであり、
前述したフィルタによって前記第１の電気信号を濾波して、第１の直流信号を出力するステップは、
前記フィルタによって、前記増幅された第１の電気信号を濾波して第１の直流信号を出力することを含み、
前述した前記第２の光学信号を第２の電気信号に変換するステップは、前記第２の光学信号を第２の電気信号に変換し、前記増幅器で前記増幅係数によって前記第２の電気信号を増幅することであり、
前述したフィルタによって前記第２の電気信号を濾波して、高調波成分を出力するステップは、
前記フィルタによって、前記増幅された第２の電気信号を濾波して高調波成分を出力することを含むことを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の方法。
光変調器に走査バイアス電圧を出力するための第１の出力モジュールと、
前記光変調器で前記走査バイアス電圧によって変調されてから出力された第１の光信号を採集するための第１の採集モジュールと、
前記第１の光学信号を第１の電気信号に変換するための第１の光電変換モジュールと、
前記第１の電気信号を濾波して、第１の直流信号を出力するための第１のフィルタモジュールと、
前記第１の直流信号から前記光変調器の動作点での動作バイアス電圧と半波長電圧を計算するための第１の計算モジュールと、
前記半波長電圧からエラーフィードバック係数とディザー信号のディザー振幅を計算するための第２の計算モジュールと、
前記光変調器に動作バイアス電圧と前記ディザー振幅である振幅のディザー信号を出力するための第２の出力モジュールと、
前記光変調器で前記動作バイアス電圧とディザー信号によって変調されてから出力された第２の光信号を採集するための第２の採集モジュールと、
前記第２の光学信号を第２の電気信号に変換するための第２の光電変換モジュールと、
前記第２の電気信号を濾波して、高調波成分を出力するための第２のフィルタモジュールと、
前記高調波成分の高調波振幅とオフセット位相を計算するためのデジタル位相ロック増幅モジュールと、
前記オフセット位相から前記エラーフィードバック係数、動作バイアス電圧および高調波振幅を合わせて、新しいバイアス電圧を計算するための第３の計算モジュールと、
前記新しいバイアス電圧を動作バイアス電圧として、改めて前記第２の出力モジュールに戻るための付値モジュールとを備えることを特徴とする、電気光学型光変調器のデジタル自動バイアス電圧制御装置。
前記高調波成分は、第１高調波と第２高調波とを含み、
前記第１のフィルタモジュールは、
前記第１の電気信号から第１の直流信号をフィルタするための第１のローパスフィルタを含み、
前記第２のフィルタモジュールは、
前記第２の電気信号から交流信号をフィルタするためのハイパスフィルタと、
前記交流信号から第１高調波をフィルタするための第２のローパスフィルタと、
前記交流信号から第２高調波をフィルタするためのバンドパスフィルタとを含み、
前記デジタル位相ロック増幅モジュールは、具体的に前記第１高調波の高調波振幅とオフセット位相、及び第２高調波の高調波振幅とオフセット位相をそれぞれ計算することに用いられ、
前記装置は、
入力される指定命令を受信するための受信モジュールを更に備え、
前記第３の計算モジュールは、
前記指定命令に応じて、前記第１高調波または第２高調波の中の一つを選定高調波として選定するための選定手段と、
前記選定高調波のオフセット位相から、前記エラーフィードバック係数、動作バイアス電圧および前記選定高調波の高調波振幅を合わせて、新しいバイアス電圧を計算するための第１の計算手段とを備えることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
前記走査バイアス電圧と第１の直流信号の数はいずれも複数個であり、前記走査バイアス電圧と第１の直流信号とは一対一の対応関係があり、
前記第１の計算モジュールは、
複数個の前記第１の直流信号を曲線にあてはめて、前記光変調器の信号出力曲線を作成するための曲線あてはめ手段と、
前記信号出力曲線によって、前記光変調器の動作点での動作バイアス電圧と半波長電圧を計算するための第２の計算手段とを備えることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
前記新しいバイアス電圧の値が電圧しきい値の範囲内にあるかどうかを判断するための判断モジュールと、
前記判断モジュールによって前記新しいバイアス電圧が前記電圧しきい値の範囲の最小値より小さいと判断された場合、前記新しいバイアス電圧と前記半波長電圧の遇数倍との和を新しいバイアス電圧とし、前記付値モジュールに進むためのスケールアップモジュールと、
前記判断モジュールによって前記新しいバイアス電圧が前記電圧しきい値の範囲の最大値より大きいと判断された場合、前記新しいバイアス電圧と前記半波長電圧の遇数倍との差を新しいバイアス電圧とし、前記付値モジュールに進むためのスケールダウンモジュールとを更に含むことを特徴とする、請求項６に記載の装置。
前記装置は、
増幅器と、
前記光変調器にテスト電圧を出力するための第３の出力モジュールと、
前記光変調器で前記テスト電圧によって変調されてから出力された第３の光信号を採集するための第３の採集モジュールと、
前記第３の光学信号を第３の電気信号に変換するための第３の光電変換モジュールと、
前記第３の電気信号を濾波して、第２の直流信号を出力するための第３のフィルタモジュールと、
前記第２の直流信号における最大値とプリセット直流しきい値との間の比例係数を計算するための第４の計算モジュールと、
比例係数から前記増幅器の増幅係数を計算するための第５の計算モジュールと、
前記増幅器に前記増幅係数を出力するための増幅係数出力モジュールとを更に備え、
増幅器は、前記増幅係数によって前記第１の電気信号と第２の電気信号を増幅することに用いられることを特徴とする、請求項６〜請求項９のいずれか一項に記載の装置。