鈮酸鋰外調制器的精確控制方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及微波光纖通信領域，特別涉及一種鈮酸鋰外調制器的精確控制方法。
【背景技術】
[0002] 鈮酸鋰MZM調制器是光纖通信系統(tǒng)中常用的外調制器件之一，但是MZM調制器存 在最佳偏置電壓工作點會隨著激光器輸入光功率、連接器插損和環(huán)境溫度等因素的影響而 發(fā)生漂移的問題，為了改善MZM調制器的電光調制特性以提高整個光纖通信系統(tǒng)的性能， 通常采用基于導頻信號的最佳偏置電壓控制系統(tǒng)來對MZM調制器的最佳偏置電壓點進行 檢測和偏置電壓控制。但采用基于導頻信號的最佳偏置電壓控制系統(tǒng)算法精度不高，難以 有效控制。
[0003] 傳統(tǒng)的基于導頻信號的外調制器偏置電壓控制系統(tǒng)，通?；诨ê椭C波的幅值 變化進行最佳工作點的判決，當擾動變量施加到外調制器和偏置電壓控制電路時，基波和 諧波的判決閾值將發(fā)生整體漂移，無法滿足抗環(huán)境擾動的魯棒性設計。
[0004] 傳統(tǒng)的鈮酸鋰MZM調制器偏置控制技術主要包括：基于輸入/輸出光功率比值變 化的反饋控制技術，基于RF抖動信號諧波歸零的反饋控制回路。采用以上兩種控制方式的 控制精度和控制穩(wěn)定性，都受到相應限制。對于基于輸入/輸出光功率比值變化的反饋控 制方法，通過監(jiān)測特定偏置工作點時的MZM調制器的輸入/輸出功率比，進行反饋控制，但 是，光功率比值同時受到輸入光功率波動和光路插入損耗變化的影響，并在實際工程應用 中，受到連接器重復性和光纖傳輸路由的影響。基于以上描述的限制，該技術通常應用于實 驗室場景中。對于基于抖動信號諧波歸零的反饋控制技術，低頻的抖動信號(通常在幾kHz) 附加到直流偏置電壓上，驅動MZM正常工作，并通過光探測器對其諧波信號進行檢測?；?偏置工作點的選擇，特定階數(shù)的諧波信號能夠被抑制并作為反饋歸零信號進行偏置工作點 的控制。比如，2階諧波信號在正交偏置點處消失，基頻信號在最大/最小點處歸零。
[0005] 抖動諧波信號歸零技術最終仍然依賴于MZM的輸出光功率，因此仍然受到光功率 變化和插入損耗等因素的影響，但較光功率比值技術大為改進，除了諧波信號的受環(huán)境影 響的問題，并且基于歸零算法的控制技術僅僅局限于對正交偏置點的掃描定位，無法實現(xiàn) 任意工作點的選擇。在實際的電路設計和算法設計中，諧波歸零技術通常受到電路本底噪 聲的干擾，因此無法提取有效信號，使得偏置工作點的定位無法準確實現(xiàn)，無法實現(xiàn)較高的 控制精度；另外，諧波信號的變化區(qū)間較小，使得基于歸零判決的偏置點搜索算法，需要更 長的響應時間；由于電路本底噪聲和環(huán)境擾動的影響，諧波歸零點會發(fā)生漂移從而導致對 于正交偏置點的判決失效，因此會存在控制穩(wěn)定性的問題。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術問題是：提供一種響應速度和控制精度更高、控制穩(wěn)定性 更好的鈮酸鋰外調制器的精確控制方法。
[0007] 本發(fā)明解決上述問題所采用的技術方案為：一種鈮酸鋰外調制器的精確控制方法 具體步驟如下： 步驟一：啟動連續(xù)激光器和偏置控制器，偏置控制器中的微控制器檢測出擾動基頻信 號傳輸函數(shù)、諧波信號傳輸函數(shù)； 步驟二：在算法中對基頻信號傳輸函數(shù)、諧波信號傳輸函數(shù)的比值對進行絕對值，即 微控制器記錄基頻信號與諧波信號的極值，并通過計算二次諧波抑制比的變化曲線得到Q 值； 步驟三：根據(jù)步驟二中得出的Q值來作為偏置電壓控制參考變量來確定外調制器的半 波電壓、負向正交偏置和正向正交偏置點； 步驟四：將步驟三中的特征數(shù)據(jù)寫入存儲器，并初始化Q點穩(wěn)定控制程序； 步驟五：微控制器執(zhí)行Q點穩(wěn)定控制程序，使鈮酸鋰外調制器始終工作在最佳正交偏 置點，維持外調制光傳輸?shù)姆€(wěn)定性。
[0008] 步驟二中的具體算法如下：
[0009] 算法包括以下步驟： (1) 快速掃描正交偏置電壓，即自動掃描外調制器的傳輸曲線，建立器件傳遞函數(shù)，并 設置正交偏置點作為最佳工作點； (2) 三點穩(wěn)定正交偏置電壓，即活動工作點偏離正交工作點時，通過變化偏置電壓向上 變化一次和向下變化一次，并與當前偏置電壓進行比較，即三點比較從而產生誤差信號，根 據(jù)當前偏置電壓所在的傳遞函數(shù)位置，調整偏置電壓值，回到理想位置； (3) 數(shù)字濾波采樣抑制本底噪聲，通過均值算法、中值濾波算法，提取基波和諧波信號 比值的有效值，提高正交偏置點的判決可靠性，增加系統(tǒng)的控制精度。
[0010] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：采用基波幅值絕對值與諧波幅值絕對值的 比值作為偏置電壓控制參考變量，將過去的線性搜索提升為非線性的正切搜索，提升了搜 索效率和定位精度，并且使用比例判決算法代替閾值判決算法，極大地提高了反饋電路和 控制程序的響應速度和控制精度。對引入導頻信號的MZM傳遞函數(shù)進行傅里葉級數(shù)展開， 選取基波分量和諧波分量作為最佳工作點的判決依據(jù)，重點是將傳統(tǒng)的基于基波或諧波的 閾值來判別工作點的位置，提升為使用基波和諧波的絕對值振幅比進行搜索參考，即比例 判決算法。
【附圖說明】
[0011] 圖1是本發(fā)明專利的外調制器傳遞函數(shù)曲線，橫坐標是偏置點的相位變化，縱坐 標是外調制器的輸出光功率。
[0012] 圖2是本發(fā)明專利的基頻擾動信號與二次諧波信號的變化曲線，橫坐標是偏置點 的相位變化，縱坐標是基頻信號和諧波信號的電壓變化。
[0013] 圖3是本發(fā)明專利的諧波抑制比變化曲線，橫坐標是偏置點相位變化，縱坐標是 諧波抑制比變化。
【具體實施方式】
[0014] 下面結合附圖對本發(fā)明的實施例作進一步描述。
[0015] -種鈮酸鋰外調制器的精確控制方法，具體步驟如下： 步驟一：啟動連續(xù)激光器和偏置控制器，偏置控制器中的微控制器檢測出擾動基頻信 號傳輸函數(shù)、諧波信號傳輸函數(shù)(如圖2所示）； 步驟二：在算法中對基頻信號傳輸函數(shù)、諧波信號傳輸函數(shù)的比值對進行絕對值，即微 控制器記錄基頻信號與諧波信號的極值，并通過計算二次諧波抑制比的變化曲線(如圖3 所示）所示得到Q值； 步驟三：根據(jù)步驟二中得出的Q值來作為偏置電壓控制參考變量來確定外調制器的半 波電壓、負向正交偏置和正向正交偏置點。
[0016] 步驟四：將步驟三中的特征數(shù)據(jù)寫入存儲器，并初始化Q點穩(wěn)定控制程序； 步驟五：微控制器執(zhí)行Q點穩(wěn)定控制程序，使鈮酸鋰外調制器始終工作在最佳正交偏 置點，維持外調制光傳輸?shù)姆€(wěn)定性。
[0017] 步驟二中的具體算法如下：
[0018] 通過MZM傳遞轉換函數(shù)對基波和諧波用泰勒級數(shù)展開4次后提取到基波和諧波分 量，即 為上述的基頻信號傳輸函數(shù)及諧波信號的傳輸函數(shù)，這部分展開運算內容為本領域技 術人員熟知的，故不在此贅述。
[0019] 本發(fā)明的控制算法包括： (1) 快速掃描正交偏置電壓，即自動掃描外調制器的傳輸曲線(如圖1所示)，建立器件 傳遞函數(shù)，并設置正交偏置點作為最佳工作點； (2) 三點穩(wěn)定正交偏置電壓，即活動工作點偏離正交工作點時，通過變化偏置電壓向上 變化一次和向下變化一次，并與當前偏置電壓進行比較，即三點比較從而產生誤差信號，根 據(jù)當前偏置電壓所在的傳遞函數(shù)位置，調整偏置電壓值，回到理想位置； (3)數(shù)字濾波采樣抑制本底噪聲，通過均值算法、中值濾波算法，提取基波和諧波信號 比值的有效值，提高正交偏置點的判決可靠性，增加系統(tǒng)的控制精度。
[0020] 以上僅就本發(fā)明的最佳實施例作了說明，但不能理解為是對權利要求的限制。本 發(fā)明不僅局限于以上實施例，其具體結構允許有變化。凡在本發(fā)明獨立權利要求的保護范 圍內所作的各種變化均在本發(fā)明保護范圍內。
【主權項】
1. 一種鈮酸鋰外調制器的精確控制方法，其特征在于，具體步驟如下： 步驟一：啟動連續(xù)激光器和偏置控制器，偏置控制器中的微控制器檢測出擾動基頻信 號傳輸函數(shù)、諧波信號傳輸函數(shù)； 步驟二：在算法中對基頻信號傳輸函數(shù)、諧波信號傳輸函數(shù)的比值對進行絕對值運算， 即微控制器記錄基頻信號與諧波信號的極值，并通過計算二次諧波抑制比的變化曲線得到 Q值； 步驟三：根據(jù)步驟二中得出的Q值來作為偏置電壓控制參考變量來確定外調制器的半 波電壓、負向正交偏置和正向正交偏置點。2. 根據(jù)權利要求1所述的鈮酸鋰外調制器的精確控制方法，其特征在于：步驟四：將步 驟三中的特征數(shù)據(jù)寫入存儲器，并初始化Q點穩(wěn)定控制程序； 步驟五：微控制器執(zhí)行Q點穩(wěn)定控制程序，使鈮酸鋰外調制器始終工作在最佳正交偏 置點，維持外調制光傳輸?shù)姆€(wěn)定性。3. 根據(jù)權利要求1所述的鈮酸鋰外調制器的精確控制方法，其特征在于：步驟二中的 具體算法如下：其中為基頻信號傳輸函數(shù)，為諧波信號的傳輸函數(shù)。4. 根據(jù)權利要求1所述的鈮酸鋰外調制器的精確控制方法，其特征在于：控制算法包 括以下步驟： (1) 快速掃描正交偏置電壓，即自動掃描外調制器的傳輸曲線，建立器件傳遞函數(shù)，并 設置正交偏置點作為最佳工作點； (2) 三點穩(wěn)定正交偏置電壓，即活動工作點偏離正交工作點時，通過變化偏置電壓向上 變化一次和向下變化一次，并與當前偏置電壓進行比較，即三點比較從而產生誤差信號，根 據(jù)當前偏置電壓所在的傳遞函數(shù)位置，調整偏置電壓值，回到理想位置； (3) 數(shù)字濾波采樣抑制本底噪聲，通過均值算法、中值濾波算法，提取基波和諧波信號 比值的有效值，提高正交偏置點的判決可靠性，增加系統(tǒng)的控制精度。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鈮酸鋰外調制器的精確控制方法，具體步驟如下：步驟一：偏置控制器中的微控制器檢測出擾動基頻信號傳輸函數(shù)、諧波信號傳輸函數(shù)；步驟二：微控制器記錄基頻信號與諧波信號的極值，并通過計算二次諧波抑制比的變化曲線得到Q值；步驟三：根據(jù)步驟二中得出的Q值來作為偏置電壓控制參考變量。本發(fā)明的鈮酸鋰外調制器的精確控制方法的響應速度和控制精度更高、控制穩(wěn)定性更好。
【IPC分類】G02F1/03
【公開號】CN105334644
【申請?zhí)枴緾N201510828144
【發(fā)明人】楊江, 孫堯豐, 汪濱波, 黃維
【申請人】寧波中物東方光電技術有限公司
【公開日】2016年2月17日
【申請日】2015年11月25日