本發(fā)明涉及一種電壓處理方法及裝置，特別涉及一種用于硅光調(diào)制器自動(dòng)偏壓控制的電壓處理方法及其裝置，本發(fā)明屬于通信領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：硅光子學(xué)是采用硅作為有源、無源光學(xué)芯片的襯底基材，采用CMOS工藝，完成光芯片-電芯片的單片集成，實(shí)現(xiàn)低成本、大批量、高集成度、高速光傳輸?shù)膶W(xué)科。為實(shí)現(xiàn)海量、高速、低成本信號(hào)傳輸，硅光技術(shù)開始越來越受到通信行業(yè)和研究學(xué)者的青睞。將各種類型的光器件(探測(cè)器、MZ調(diào)制器、模斑變換器、波導(dǎo)、光柵等結(jié)構(gòu))集成在單個(gè)硅光芯片上，實(shí)現(xiàn)一定的功能，硅光DP-IQ相干調(diào)制器就是硅光應(yīng)用的典型代表之一。目前，100GDP-QPSK硅光調(diào)制器和400G雙載波DP-16QAM硅光調(diào)制器的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展迅猛，以美國(guó)硅光子公司Acacia為例，100G/400G硅光相干模塊已經(jīng)開始批量供貨，越來越多的光器件商、系統(tǒng)商也開始陸續(xù)推出硅光調(diào)制器樣機(jī)。按照現(xiàn)階段硅光產(chǎn)業(yè)化發(fā)展速度，硅光調(diào)制器很有可能取代鈮酸鋰調(diào)制器，成為下一代相干光通信的核心器件。硅光調(diào)制器雖然在成本上、尺寸和集成度上，對(duì)鈮酸鋰調(diào)制器有著比較大的優(yōu)勢(shì)，但由于材料性能的不同，導(dǎo)致兩種調(diào)制器性能上存在著比較大的差異，主要體現(xiàn)在插損、半波電壓、調(diào)制效率和調(diào)制線性度等方面。硅光調(diào)制器的自動(dòng)偏壓控制技術(shù)，和鈮酸鋰調(diào)制器也有很大不同，技術(shù)開發(fā)難度也相對(duì)增加。其中一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)在于，鈮酸鋰調(diào)制器的偏置bias電壓，是利用鈮酸鋰材料的泡克爾斯效應(yīng)進(jìn)行控制的，這種效應(yīng)是線性的，即電壓變化與相位變化成正比，因而鈮酸鋰調(diào)制器的偏置bias“電-光”曲線，變化比較規(guī)律，有著固定的直流半波電壓；而硅光調(diào)制器的bias是熱光效應(yīng)，通過電阻給波導(dǎo)加熱來改變MZ單臂的折射率，進(jìn)而改變相位差，硅波導(dǎo)熱量和相位變化是近似線性的，但是電壓-相位變化是非線性的，bias比較小的時(shí)候，電光效應(yīng)比較遲緩，bias大的時(shí)候，電光效應(yīng)相對(duì)敏感。硅光調(diào)制器的“bias-光功率”響應(yīng)的非線性，導(dǎo)致了其在自動(dòng)偏壓控制上存在兩個(gè)普遍的問題：一是在相同幅度的偏壓擾動(dòng)下，不同bias點(diǎn)控制精度不同。電壓和相位的非線性，導(dǎo)致了在自動(dòng)偏壓控制過程中，在給bias電極加上相同幅度的擾動(dòng)的條件下，在電壓較大的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生更大的相位擾動(dòng)。二是調(diào)制器工作bias偏置電壓點(diǎn)兩側(cè)電光曲線不對(duì)稱，導(dǎo)致自動(dòng)偏壓控制設(shè)置閾值時(shí)，工作點(diǎn)左右閾值設(shè)置不相等，需要針對(duì)每個(gè)周期的工作點(diǎn)設(shè)定雙閾值，增加了開發(fā)的復(fù)雜度。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明提供了一種用于硅光調(diào)制器自動(dòng)偏壓控制的電壓處理方法及其裝置，待加載在硅光調(diào)制器bias電極上的電壓(直流偏置+擾動(dòng))數(shù)值，經(jīng)過該方法處理后，輸出電壓加載在硅調(diào)制器上，這時(shí)硅調(diào)制器的“相位-電壓”響應(yīng)會(huì)變得線性，該方法能提高硅光調(diào)制器自動(dòng)偏壓控制的精度和準(zhǔn)確性。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種用于硅光調(diào)制器自動(dòng)偏壓控制的電壓處理方法，所述硅光調(diào)制器包括閉環(huán)反饋控制電路，所述閉環(huán)反饋控制電路根據(jù)硅光調(diào)制器的輸出光信號(hào)產(chǎn)生反饋控制電壓，并在所述反饋控制電壓上疊加擾動(dòng)電壓后形成待加載到硅光調(diào)制器偏置電極上的偏置電壓，將待加載到硅光調(diào)制器偏置電極上的初始偏置電壓數(shù)值進(jìn)行補(bǔ)償運(yùn)算，以獲得實(shí)際加載偏置電壓，將所述實(shí)際加載偏置電壓加載到硅光調(diào)制器偏置電極上進(jìn)行自動(dòng)偏壓控制，以使得所述硅光調(diào)制器的輸出光信號(hào)與所述初始偏置電壓數(shù)值呈線性關(guān)系變化。對(duì)所述偏置電壓進(jìn)行的補(bǔ)償運(yùn)算包括開方運(yùn)算。對(duì)所述偏置電壓進(jìn)行的補(bǔ)償運(yùn)算僅為開方運(yùn)算。所述擾動(dòng)電壓為交流擾動(dòng)電壓，所述交流擾動(dòng)電壓不超過所述反饋控制電壓的半波電壓的10％。計(jì)算半波電壓之前，確定偏置電壓的安全范圍，其方法是：根據(jù)硅光調(diào)制器能加載的直流偏置電壓范圍，對(duì)其數(shù)值進(jìn)行平方，得到初始電壓的范圍值，將該范圍值確定為偏置電壓的安全范圍。確定半波電壓的方法為：將初始電壓開方后加載在硅光調(diào)制器的偏置電極上，測(cè)量“光功率-初始電壓”變化曲線，半波電壓為“光功率-初始電壓”曲線上從最大值到相鄰最小值所跨越的電壓范圍值。所述硅光調(diào)制器的偏置電壓能承受電壓范圍為0～3000mV，將初始電壓數(shù)值化后范圍為0～9×106；則將所述硅光調(diào)制器的半波電壓設(shè)置為4×105；交流擾動(dòng)電壓的幅度為2×104。所述擾動(dòng)電壓采用正弦波或者方波。所述硅光調(diào)制器為單MZ-BPSK硅光調(diào)制器。一種用于硅光調(diào)制器自動(dòng)偏壓控制的裝置，可調(diào)諧激光器、高速碼型發(fā)生器、射頻放大器、背光探測(cè)器、自動(dòng)偏壓控制電路、控制平臺(tái)；其中，可調(diào)諧激光器發(fā)出的光進(jìn)入所述硅光調(diào)制器；高速碼型發(fā)生器發(fā)出NRZ碼型，經(jīng)過射頻放大器，加載在所述硅光調(diào)制器上，所述硅光調(diào)制器輸出的BPSK調(diào)制光信號(hào)按一定比例分光到背光探測(cè)器；背光探測(cè)器產(chǎn)生的電信號(hào)進(jìn)入自動(dòng)偏壓控制電路提取相關(guān)的信息，反饋給控制平臺(tái)；控制平臺(tái)通過檢測(cè)到的反饋，由控制平臺(tái)上的處理器中對(duì)電壓信號(hào)的直流分量偏壓與交流擾動(dòng)電壓進(jìn)行疊加，獲得疊加后的數(shù)值，經(jīng)過開方算法運(yùn)算，由控制平臺(tái)上的電壓輸出電路將處理后的電壓加載到所述硅光調(diào)制器的偏置電極上。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)采用本發(fā)明技術(shù)方案，經(jīng)過電壓處理后，調(diào)制器bias電光曲線變得線性，相同幅度擾動(dòng)下，不同bias點(diǎn)對(duì)應(yīng)的控制精度相同。電壓和相位的非線性得到補(bǔ)償，在自動(dòng)偏壓控制過程中，給bias加上相同幅度的擾動(dòng)，在任意bias電壓值下產(chǎn)生的相位擾動(dòng)都相同。(2)采用本發(fā)明技術(shù)方案，經(jīng)過電壓處理后，調(diào)制器工作bias偏置電壓點(diǎn)兩側(cè)電光曲線變得對(duì)稱，此時(shí)自動(dòng)偏壓控制監(jiān)控物理量的左右閾值相等，每個(gè)周期的工作點(diǎn)都可以設(shè)置同一個(gè)閾值，進(jìn)行控制；(3)本發(fā)明電壓處理方法簡(jiǎn)單，不需要額外設(shè)計(jì)新的硬件電路，純軟件處理，簡(jiǎn)單高效。附圖說明圖1是單MZ硅光調(diào)制器“光功率-偏置電壓”響應(yīng)曲線；圖2是本發(fā)明鈮酸鋰調(diào)制器“光功率-偏置電壓”響應(yīng)曲線；圖3是本發(fā)明進(jìn)行電壓處理前后，調(diào)制器的“功率-初始電壓值”曲線形狀得到優(yōu)化；圖4是本發(fā)明驗(yàn)證該電壓處理方法對(duì)自動(dòng)偏壓控制影響的測(cè)試框圖；圖5是本發(fā)明初始電壓數(shù)值和經(jīng)開方處理后電壓(直流偏置+交流擾動(dòng))的波形；其中：1：可調(diào)諧激光器；2：?jiǎn)蜯Z-BPSK硅光調(diào)制器；3：BPSK光輸出4：射頻放大器Driver；5：信號(hào)源；6：MPD；7：自動(dòng)偏壓控制電路；8:處理器；9:ARM平臺(tái)；10：電壓輸出電路；具體實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)發(fā)明中的用于硅光調(diào)制器自動(dòng)偏壓控制的電壓處理方法做出詳細(xì)說明，實(shí)施例中采用了支持32G波特率的高速單MZI硅光調(diào)制器。本發(fā)明原理是：圖1是單MZ硅光調(diào)制器的bias電光響應(yīng)曲線，即輸入光功率不變的條件下，輸出光功率隨著bias電壓的變化關(guān)系。由于硅光調(diào)制器bias電壓和相位的非線性，導(dǎo)致隨著bias電壓的增加，電光響應(yīng)越來越敏感，圖中，B點(diǎn)的電光響應(yīng)比A點(diǎn)要更為敏感；圖2是單MZ鈮酸鋰調(diào)制器的bias電光響應(yīng)曲線，這個(gè)響應(yīng)曲線是線性的。本發(fā)明將待加載到硅光調(diào)制器偏置電極上的初始偏置電壓數(shù)值進(jìn)行補(bǔ)償運(yùn)算，以獲得實(shí)際加載偏置電壓，將所述實(shí)際加載偏置電壓加載到硅光調(diào)制器偏置電極上進(jìn)行自動(dòng)偏壓控制，以使得所述硅光調(diào)制器的輸出光信號(hào)與所述初始偏置電壓數(shù)值呈線性關(guān)系變化。建立一個(gè)物理模型，單MZ硅光調(diào)制器的bias電極電阻阻值為R，bias電壓為V，電阻發(fā)熱熱量加載在硅波導(dǎo)上的效率為η，則有效發(fā)熱功率P＝V2/R·η。由于發(fā)熱功率和相位關(guān)系是線性的，R和η為固定值不變，所以V2和相位關(guān)系是線性的。因此，可以將待加載在硅光調(diào)制器bias電極上的電壓(直流偏置+擾動(dòng))數(shù)值，進(jìn)行開方之后，再輸出實(shí)際電壓加載在硅光調(diào)制器的bias電極上，此時(shí)，開方前的初始電壓數(shù)值和調(diào)制器的相位響應(yīng)是線性的。這也可以看成一種補(bǔ)償機(jī)制，補(bǔ)償了硅光調(diào)制器bias電極電光響應(yīng)的非線性。圖4是驗(yàn)證該電壓處理方法對(duì)硅光調(diào)制器自動(dòng)偏壓控制影響的測(cè)試框圖，可調(diào)諧激光器1發(fā)出的光進(jìn)入單MZ-BPSK硅光調(diào)制器2，高速碼型發(fā)生器5發(fā)出NRZ碼型，經(jīng)過射頻放大器driver4，加載在單MZ-BPSK硅光調(diào)制器2上，BPSK調(diào)制光信號(hào)在3輸出，輸出光分一定的百分比給背光探測(cè)器6，背光探測(cè)器6產(chǎn)生的電信號(hào)進(jìn)入自動(dòng)偏壓控制電路7提取相關(guān)的信息，反饋給ARM平臺(tái)9，ARM平臺(tái)9通過檢測(cè)到的反饋，處理器8中對(duì)電壓信號(hào)的直流分量bias與交流擾動(dòng)dither疊加后的數(shù)值，經(jīng)過開方算法運(yùn)算，電壓輸出電路10將處理后的電壓加載在單MZ-BPSK硅光調(diào)制器2的bias電極上，形成閉環(huán)控制。圖5是初始電壓數(shù)值和處理后電壓(直流偏置+交流擾動(dòng))的波形；按照?qǐng)D4搭建驗(yàn)證該電壓處理方法對(duì)硅光調(diào)制器自動(dòng)偏壓控制影響的測(cè)試平臺(tái)，實(shí)施例中，選取的新飛通的ITLA模塊，出光功率15.5dBm，波長(zhǎng)1550.12nm；單MZ-BPSK硅光調(diào)制器為自研芯片封裝成的調(diào)制器器件，RF半波電壓6.5V；采用SHF碼型發(fā)生器發(fā)生32G波特率的非歸零碼，幅度500mV，經(jīng)過centallax公司的限幅射頻放大driver將射頻幅值放大到6V輸出，加載在調(diào)制器上；調(diào)制器出光50％分給內(nèi)置鍺硅MPD，該MPD響應(yīng)度1A/W，0V偏壓下常溫暗電流70nA；自控偏壓控制電路給bias加上方波擾動(dòng)，光的反饋波形幅值低于設(shè)置閾值時(shí)，對(duì)應(yīng)調(diào)制器最佳工作點(diǎn)；bias直流電壓和擾動(dòng)，以及開方算法，由ARM芯片及其外圍電路產(chǎn)生和處理。一種用于硅光調(diào)制器自動(dòng)偏壓控制的電壓處理方法，包括如下步驟：步驟1、確定偏置電壓的安全范圍：根據(jù)硅光調(diào)制器能加載的直流bais電壓范圍，對(duì)其數(shù)值進(jìn)行平方，得到初始電壓的范圍值；將初始電壓控制在這個(gè)安全范圍，能確保經(jīng)開方處理后加載在調(diào)制器上的電壓，不超出調(diào)制器bias電極能承受的最大電壓值；實(shí)施例中，硅光調(diào)制器的bias能承受電壓范圍為0～3000mV，將初始電壓數(shù)值范圍(十進(jìn)制，無量綱)進(jìn)行數(shù)值化處理，例如設(shè)置為0～9×106；步驟2、獲得半波電壓：不加擾動(dòng)的前提下，給初始電壓開方后加載在調(diào)制器的偏置電極上，測(cè)量“光功率-初始電壓”變化曲線，如圖2所示，計(jì)算半波電壓；半波電壓為“光功率-初始電壓”曲線上從最大值到相鄰最小值所跨越的電壓范圍值；通過該方法測(cè)得所設(shè)計(jì)的硅光調(diào)制器的半波電壓為4×105(無量綱)；步驟3、確定用于自動(dòng)偏壓控制的擾動(dòng)幅度：確定調(diào)制器的擾動(dòng)幅度，不超過步驟2中半波電壓的10％，擾動(dòng)可以是正弦波、方波或其他任意波形；實(shí)施例中，我們采用了幅度為2×104(無量綱)的方波擾動(dòng)；步驟4、將直流bias電壓和擾動(dòng)電壓疊加成初始電壓數(shù)值，進(jìn)行開方運(yùn)算后，按運(yùn)算結(jié)果驅(qū)動(dòng)輸出電壓加載在硅光調(diào)制器的bias電極上，進(jìn)行自動(dòng)偏壓控制；實(shí)施例中，測(cè)試了加電壓處理和不加電壓處理的自動(dòng)偏壓控制情況，結(jié)果如下：表1、12mV方波擾動(dòng)在不同bias電壓下產(chǎn)生的相位擾動(dòng)Bias引腳直流電壓(mV)5001000150020002500不加電壓處理30/5033/5039/5047/5049/50加電壓處理50/5050/5050/5050/5050/50表2、12mV方波擾動(dòng)在不同bias電壓下需要設(shè)置的左/右閾值由實(shí)施例中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，在采用了發(fā)明中提供的電壓處理方法之后，同一擾動(dòng)幅度在不同bias電壓下產(chǎn)生的相位擾動(dòng)相同，解決了硅光調(diào)制器不同bias電壓下控制精度不同的問題；采用了發(fā)明中提供的電壓處理方法之后，同一擾動(dòng)幅度在不同bias電壓下不再需要設(shè)置不同的雙閾值，設(shè)置唯一的單閾值，就能在所有bias電壓周期下，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)偏壓控制；由實(shí)施例測(cè)試結(jié)果可以看出，本發(fā)明提出的一種用于硅光調(diào)制器自動(dòng)偏壓控制的電壓處理方法，對(duì)于硅光調(diào)制器自動(dòng)偏壓那控制精度和準(zhǔn)確度的優(yōu)化，有明顯的改善作用。如圖3是進(jìn)行電壓處理前后，調(diào)制器的“功率-電壓”曲線形狀，待加載在調(diào)制器bias上的電壓數(shù)值，先經(jīng)過開方處理后再輸出電壓加載在調(diào)制器上，調(diào)制器的“功率-電壓”曲線變成類似鈮酸鋰調(diào)制器的周期性曲線，bias電極的半波電壓變得固定，這會(huì)提高調(diào)制器的自動(dòng)偏壓控制精度和準(zhǔn)確性。本發(fā)明提出了一種用于硅光調(diào)制器自動(dòng)偏壓控制的電壓處理方法，將待加載在硅光調(diào)制器bias電極上的電壓數(shù)值(直流偏置+擾動(dòng))，經(jīng)過該方法運(yùn)算處理后，輸出電壓加載在硅調(diào)制器上，這時(shí)硅調(diào)制器的“相位-電壓”響應(yīng)會(huì)變得線性，上述兩個(gè)硅光調(diào)制器自動(dòng)偏壓控制普遍存在的問題，得到解決。雖然本發(fā)明已經(jīng)詳細(xì)示例并描述了相關(guān)的特定實(shí)施例做參考，但對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在閱讀和理解了該說明書和附圖后，在不背離本發(fā)明的思想和范圍特別是上述裝置實(shí)施的功能上，可以在裝置形式和細(xì)節(jié)上作出各種改變。這些改變都將落入本發(fā)明的權(quán)利要求所要求的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3