MZ光强度调制器任意偏置点控制装置及其控制方法制造方法及图纸

技术编号:20874828 阅读:62 留言:0更新日期:2019-04-17 11:12
本发明专利技术属于光通信技术领域,具体公开了一种MZ光强度调制器任意偏置点控制装置及其控制方法,在传统MZ光强度调制器偏置控制理论的基础上,提出一种新型无扰动的MZ光强度调制器偏置点控制方法及装置,可以实现光调制器任意偏置点稳定控制,且适用于多种调制格式,对输入光功率波动以及光路插损变化没有任何影响,控制精度高。利用本发明专利技术采用的方法研制的MZ光强度调制器任意偏置点控制装置可以应用于高速光通信传输系统中,其对光通信系统性能影响非常小。

【技术实现步骤摘要】
MZ光强度调制器任意偏置点控制装置及其控制方法
本专利技术涉及光通信
,特别是指光通信领域外调制技术中MZ光强度调制器任意偏置点控制装置及其控制方法,为光强度调制器偏置点控制提供合适的直流偏置电压。
技术介绍
光纤通信系统朝高速、长距离、大容量的方向发展,由于MZ光强度调制器具有调制速率高、工作性能稳定、调制信号的频率啁啾小、光损耗较低、适用于多种码型等优势,被广泛应用于高速光通信系统、微波光子学链路等相关光传输处理系统中。MZ光强度调制器的传输函数为非线形函数,所以在使用MZ光强度调制器时需要给它加载一个直流偏置电压来保证其信号调制时可以工作在其传输函数合适的工作点上。但是MZ光强度调制器在工作中会随时间、环境温度、外电场、应力等因素的变化对调制器稳定性产生影响,至使调制器偏置点发生漂移,造成调制信号质量变差、传输系统误码率上升,因此为了保证MZ光强度调制器可以工作在其传输函数合适的工作点上,根据输入和输出光信号情况,及时对由于各种原因导致的工作点漂移进行修正。为了减小MZ光强度调制器偏置点漂移对光通信系统性能影响,科研技术人员做了大量的研究工作,提出各种调制器偏置点控制方法。主要归纳为两种方法:一种是功率法,一种是导频法。前者基于调制器输入和输出的光功率比对其工作点漂移进行反馈控制补偿,然而调制器输出反馈光信号会随输入光功率波动与光路损耗变化而变化,造成偏置点控制精度差。目前工程上大都采用后一种方法,即采用一个低频抖动信号的反馈控制方法来实现调制器偏置点的锁定。在工程应用中,目前应用的不管是功率法还是导频法的MZ光强度调制器偏置控制产品,或多或少都存在一定的缺陷。对于功率法,更多工程师是基于MZ光强度调制器输入与输出的平均光功率比作为控制变量对其偏置点漂移进行反馈控制补偿,不能避免光路损耗变化的影响,造成偏置点控制精度不高。对于导频法,因为在偏置端加入了导频信号,对于调制信号来说就是给传输系统主动引入了噪声信号,至使光调制器输出信号有杂散,在雷达等高精度系统中使用受到限制。
技术实现思路
鉴于现有技术存在的问题,本专利技术在传统MZ光强度调制器偏置控制理论的基础上,提出一种新型的MZ光强度调制器偏置点控制方法及装置,可以实现MZ光强度调制器任意偏置点稳定控制,对输入光功率波动以及光路插损变化没有任何影响,控制精度高。本专利技术公开了一种MZ光强度调制器任意偏置点控制装置及其控制方法,MZ光强度调制器任意偏置点控制装置是一种闭环控制系统。如图1所示:所述任意偏置点控制装置包括DFB激光器、MZ光强度调制器、光耦合器,以及集成于同一电路板内的光探测放大器、A/D转换器、微控制器和D/A转换放大器;所述DFB激光器的输出端连接MZ光强度调制器的光源输入端;所述MZ光强度调制器的输出端连接光耦合器的输入端;所述光耦合器的第二输出端连接光探测放大器的输入端,所述光耦合器的第一输出端连接后续光路;所述光探测放大器的输出端连接A/D转换器的输入端;所述A/D转换器的数据输出端连接微控制器的输入端;所述微控制器的控制输出端连接D/A转换放大器的控制输入端;所述D/A转换放大器输出端连接MZ光强度调制器的偏置电压输入端。进一步的,所述DFB激光器用于输出稳定的激光光功率;所述MZ光强度调制器用于将高频载波信号调制到光波上;所述光耦合器用于将输入光按分光比分路输出光到后续光路;所述光探测放大器用于将光耦合器输出的1%光信号转化为电信号并放大;所述A/D转换器用于将模拟电压信号转换为数字信号;所述微控制器用于监视反馈MZ光强度调制器输出平均光功率变化情况,并相应通过D/A转换放大器输出偏置电压加载到MZ光强度调制器的偏置电压输入端,实现MZ光强度调制器的偏置点稳定;所述D/A转换及放大器用于将数字信号转换成模拟信号并放大。进一步的,所述光耦合器的第一输出端和第二输出端的分光比为99:1,其中,第一输出端输出99%的光信号,第二输出端输出1%的光信号。其中,装置各部分的功能如下:(1)DFB激光器,输出稳定的激光光功率。(2)MZ光强度调制器,用于将高频载波信号调制到光波上。(3)99:1光耦合器,其99%的光输出到后续光路,1%的光被探测器转化为电信号经放大器放大,监测光调制器偏置点漂移情况。(4)光探测放大器,将光调制器输出1%的光信号转化为电信号并放大到一定数值。(5)A/D转换器,用于将模拟电压信号转换为数字信号。(6)微控制器,作为微控制中央处理单元,通过监视反馈光调制器输出平均光功率变化情况并相应通过数模转换器输出偏置电压加载到调制器偏置端,即MZ光强度调制器的偏置电压输入端;实现光调制器偏置点稳定。(7)D/A转换及放大器,用于将数字信号转换成模拟信号并放大。在本专利技术的MZ光强度调制器任意偏置点控制装置的基础上,本专利技术的一种用于控制该装置的方法,具体为一种MZ光强度调制器任意偏置点控制装置的控制方法,如图2所示,本专利技术的方法包括以下步骤:S1、微控制器进行预处理,设置工程应用初始偏置控制点;S2、微控制器获取该偏置点对应的平均光功率值;S3、微控制器获取该偏置点对应平均光功率的二阶导数值和其一阶导数值的比值;S4、微控制器通过监测MZ光强度调制器输出平均光功率值是否改变,若改变,则进行步骤S5,否则重复步骤S4;S5、微控制器判断平均光功率的二阶导数值和其一阶导数值的比值是否改变,若改变,则进行步骤S6,否则重复步骤S4;S6、微控制器通过预测算法与变步长算法输出合适偏置电压,并加载到MZ光强度调制器的偏置控制端,实现偏置点稳定控制,然后重复步骤S4。进一步的,所述控制变量值的获取方法包括:S101、将初始的偏置电压加载到MZ光强度调制器的偏置电压输入端,微控制器测出该初始的偏置电压对应的平均光功率值;S102、通过两次合适小步长连续改变偏置电压,获取另两个平均光功率值,根据这三个平均光功率值计算出两个初始的一阶导数值和一个初始的二阶导数值;S103、将该二阶导数值和第一个一阶导数值之间的比值作为控制变量值。进一步的,所述步骤S4具体包括:判断MZ光强度调制器实时输出的平均光功率值与初始的偏置电压对应的平均光功率值是否相同,若一致,则重复该步骤,否则进行步骤S5。进一步的,所述步骤S5具体包括:通过两次合适小步长连续改变偏置电压,获取另两个平均光功率值,根据这三个平均光功率值计算出两个一阶导数值和一个二阶导数值;将该二阶导数值和第一个一阶导数值之间的比值作为控制变量值与初始值比较是否相同,若一致则返回S4,否则进行步骤S6。进一步的,所述步骤S6包括微控制器根据预测算法判断出MZ光强度调制器偏置点漂移的方向;所述微控制器通过变步长算法快速调整偏置驱动电压,实现偏置点高精度稳定控制。进一步的,所述预测算法包括预先给偏置电压在一个方向增加或者减少一定数值作为尝试电压,通过对反馈信号的检测来判断该尝试电压是否应该保留,如果反馈信号逼近目标值,则保留该尝试电压;否则反馈信号远离目标值,则将该尝试电压退回到初始偏置电压值,接下来向相反方向改变偏置电压值。进一步的,所述变步长算法包括:若反馈信号远离目标值,则加大尝试步长,以便快速达到目标值,如果反馈信号接近目标值,则减小步长,以便提高控制精度。本专利技术的有益效果:本本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种MZ光强度调制器任意偏置点控制装置,其特征在于,所述任意偏置点控制装置包括DFB激光器、MZ光强度调制器、光耦合器,以及集成于同一电路板内的光探测放大器、A/D转换器、微控制器和D/A转换放大器;所述DFB激光器的输出端连接MZ光强度调制器的光源输入端;所述MZ光强度调制器的输出端连接光耦合器的输入端;所述光耦合器的第二输出端连接光探测放大器的输入端,所述光耦合器的第一输出端连接后续光路;所述光探测放大器的输出端连接A/D转换器的输入端;所述A/D转换器的数据输出端连接微控制器的输入端;所述微控制器的控制输出端连接D/A转换放大器的控制输入端;所述D/A转换放大器输出端连接MZ光强度调制器的偏置电压输入端。

【技术特征摘要】
1.一种MZ光强度调制器任意偏置点控制装置,其特征在于,所述任意偏置点控制装置包括DFB激光器、MZ光强度调制器、光耦合器,以及集成于同一电路板内的光探测放大器、A/D转换器、微控制器和D/A转换放大器;所述DFB激光器的输出端连接MZ光强度调制器的光源输入端;所述MZ光强度调制器的输出端连接光耦合器的输入端;所述光耦合器的第二输出端连接光探测放大器的输入端,所述光耦合器的第一输出端连接后续光路;所述光探测放大器的输出端连接A/D转换器的输入端;所述A/D转换器的数据输出端连接微控制器的输入端;所述微控制器的控制输出端连接D/A转换放大器的控制输入端;所述D/A转换放大器输出端连接MZ光强度调制器的偏置电压输入端。2.根据权利要求1所述的一种MZ光强度调制器任意偏置点控制装置,其特征在于,所述DFB激光器用于输出稳定的激光光功率;所述MZ光强度调制器用于将高频载波信号调制到光波上;所述光耦合器用于将输入光按分光比分路输出光到后续光路;所述光探测放大器用于将光耦合器输出的1%光信号转化为电信号并放大;所述A/D转换器用于将模拟电压信号转换为数字信号;所述微控制器用于监视反馈MZ光强度调制器输出平均光功率变化情况,并相应通过D/A转换放大器输出偏置电压加载到MZ光强度调制器的偏置电压输入端,实现MZ光强度调制器的偏置点稳定;所述D/A转换及放大器用于将数字信号转换成模拟信号并放大。3.根据权利要求2所述的一种MZ光强度调制器任意偏置点控制装置,其特征在于,所述光耦合器的第一输出端和第二输出端的分光比为99:1,其中,第一输出端输出99%的光信号,第二输出端输出1%的光信号。4.一种用于如权利要求1~3所述的一种MZ光强度调制器任意偏置点控制装置的控制方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:S1、微控制器进行预处理,设置工程应用初始偏置控制点;S2、微控制器获取该偏置点对应的平均光功率值;S3、微控制器获取该偏置点对应平均光功率的二阶导数值和其一阶导数值的比值;S4、微控制器通过监测MZ光强度调制器输出平均光功率值是否改变,若改变,则进行步骤S5,否则重复步骤S4;S5、微控制器判断平均光功率的二阶导数值和其一阶导数值的比值是否改变,若改变,则进行步骤S6,否则重复步骤S4;S6、微控制...

【专利技术属性】
技术研发人员:谭敬孙力军陈行
申请(专利权)人:中国电子科技集团公司第四十四研究所
类型:发明
国别省市:重庆,50

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