專利名稱：電光調(diào)制器的偏置電壓控制裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電光調(diào)制器的偏置電壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。用于給電光調(diào)制器提供合適的偏置電壓，使其工作在設(shè)定的工作區(qū)域。屬于光電自動(dòng)反饋控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
銀酸鋰馬赫-曾德電光調(diào)制器(LiNbO3 Mach-Zehnder Modulator)被廣泛應(yīng)用在光通信、光纖傳感等領(lǐng)域。其內(nèi)部由兩個(gè)相同的波導(dǎo)臂和兩個(gè)Y型分支組成。輸入光在第一個(gè)Y分支被分成兩束相等的光，然后分別沿兩個(gè)相同的波導(dǎo)臂傳輸，最后在第二個(gè)Y分支處相遇，并進(jìn)行干涉。通過(guò)調(diào)節(jié)加在波導(dǎo)臂上的電場(chǎng)可以改變波導(dǎo)晶體的折射率，使兩束光在兩波導(dǎo)臂傳輸?shù)乃俣炔煌a(chǎn)生光程差，從而使兩束光的干涉光強(qiáng)發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)光的振幅調(diào)制(AM)。電光調(diào)制器波導(dǎo)臂所加電壓(即電場(chǎng))與輸出光強(qiáng)關(guān)系曲線即電光調(diào)制器的傳輸特性曲線，如圖2所示，是一條類余弦函數(shù)曲線。由于電光調(diào)制器自身結(jié)構(gòu)的原因，外界的環(huán)境如溫度、機(jī)械拉伸及機(jī)械振動(dòng)等會(huì)引起其工作點(diǎn)的漂移，從而導(dǎo)致電光調(diào)制器工作不穩(wěn)定，使其性能受到很大影響，給實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)諸多不便。在不同應(yīng)用中，電光調(diào)制器的工作點(diǎn)是不同的。當(dāng)應(yīng)用于需要微波調(diào)制等的系統(tǒng)中，為獲得線性調(diào)制，需要電光調(diào)制器工作在傳輸曲線的斜率最大點(diǎn)或者最小的點(diǎn)處，如示意圖2中的d點(diǎn)或者b點(diǎn)，而當(dāng)應(yīng)用于需要脈沖調(diào)制等的系統(tǒng)中，為獲取高消光比，需要電光調(diào)制器工作在傳輸特性曲線的谷底，如示意圖2中的c點(diǎn)。因此，對(duì)電光調(diào)制器的工作點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)化跟蹤和控制是非常必要的。專利ZL201010173594中，公開了一種通過(guò)直接測(cè)量光功率將電光調(diào)制器的工作點(diǎn)控制在谷底的偏壓控制方法，但該方法不能夠判斷電光調(diào)制器工作點(diǎn)的漂移方向使得控制精度和反應(yīng)速度相對(duì)降低，而且由于其直接測(cè)量光功率，所以其控制精度很容易受到光源功率的波動(dòng)的影響，另外該方法不能隨意改變輸入電光調(diào)制器的光功率，使得光源的使用很不方便。J. SN0DDY, Y. LI, F. RA VET, et al. “Stabilization of electro-opticmodulator bias voltage drift using alock—in amplifier and a proportional-1ntegral-derivative controller in distributedBriIlouin sensor system，，.Applied optics，2007 :1482 1485.提出了兩種偏壓控制方法，并比較了這兩種方法的優(yōu)劣。但是這兩種方法需要用到鎖相放大器或者PC機(jī)(個(gè)人電腦)等外部大型設(shè)備，因此成本較高，且不便于移動(dòng)。Bui D Tand Journet B, “Electrooptic modulatorbias point optimization by detecting itsnonlinear behavior，，IEEE Int. Conf. onCommunications and Electronics, ICCE2010(Nha Trang, Vietnam,Il_13August 2010)paper no. 1014,pp 118-23提出了一種基于檢測(cè)探測(cè)信號(hào)的調(diào)制信號(hào)的二次諧波進(jìn)行電光調(diào)制器偏壓控制的方案，這種方案也是對(duì)電光調(diào)制器輸入一個(gè)探測(cè)信號(hào)，不同的是它檢測(cè)的是從電光調(diào)制器輸出的探測(cè)信號(hào)的調(diào)制信號(hào)的二次諧波的有無(wú)。這種方案需要用到倍頻器，結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜。本專利克服了以上方法的不足。而且以往提出的方案只能將工作點(diǎn)控制在一個(gè)點(diǎn)或者兩個(gè)點(diǎn)上，限制了電光調(diào)制器的應(yīng)用范圍。而本專利提出的方案可將工作點(diǎn)控制在多個(gè)點(diǎn)上，且實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)和解調(diào)方法簡(jiǎn)易有效。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種電光調(diào)制器偏壓控制裝置和方法，將電光調(diào)制器的工作點(diǎn)控制在所需要的不同位置，且解決了電光調(diào)制器工作點(diǎn)漂移的問(wèn)題。技術(shù)方案該電光調(diào)制器偏壓控制裝置是一個(gè)閉環(huán)控制裝置。該裝置通過(guò)控制電光調(diào)制器的直流偏置電壓來(lái)調(diào)節(jié)電光調(diào)制器的工作點(diǎn)。電光調(diào)制器的傳輸特性曲線可以用
表達(dá)式表不，為
權(quán)利要求
1.一種電光調(diào)制器偏壓控制裝置，其特征在于它由光電探測(cè)模塊、帶通濾波模塊、乘法器模塊、積分電路模塊、模數(shù)(AD)轉(zhuǎn)換模塊、正弦信號(hào)發(fā)生器模塊、控制器、數(shù)模(DA)轉(zhuǎn)換模塊、加法電路模塊組成。其連接關(guān)系是所述的光電探測(cè)器模塊的輸出端接帶通濾波器的輸入端，帶通濾波器的輸出端接乘法器的兩個(gè)輸入端中的一個(gè)，乘法器的另一輸入端接正弦信號(hào)發(fā)生器的輸出端，乘法器的輸出端接積分電路的輸入端，積分電路的輸出端接AD轉(zhuǎn)換模塊的輸入端，AD轉(zhuǎn)換模塊的輸出端接控制器，DA轉(zhuǎn)換模塊的輸入端也與控制器相連。 DA轉(zhuǎn)換模塊的輸出端接加法電路的兩個(gè)輸入端中的一個(gè)，加法電路的另一個(gè)輸入端接正弦信號(hào)發(fā)生器輸出端，加法電路的輸出端接電光調(diào)制器的偏壓輸入端。電光調(diào)制器的輸出端接一個(gè)光纖稱合器或分光器，分出少部分光輸入光電探測(cè)器模塊的輸入端。所有上述光電器件共同組成一個(gè)閉合控制回路。特別說(shuō)明的是，上述電光調(diào)制器和光纖耦合器或者分光器不包含在本發(fā)明之內(nèi)。
2.一種如權(quán)利要求1所述的電光調(diào)制器偏壓控制裝置，其特征在于所述的正弦信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的正弦信號(hào)，頻率可在lHZ-20kHZ范圍內(nèi)，振幅可在ImV-1OOmV范圍內(nèi)。
3.—種如權(quán)利要求1所述的電光調(diào)制器偏壓控制裝置，其特征在于使用乘法器模塊進(jìn)行信號(hào)處理。
4.一種如權(quán)利要求3所述的乘法器模塊，其特征在于所述的乘法器模塊實(shí)現(xiàn)將原輸入到電光調(diào)制器的探測(cè)信號(hào)與經(jīng)過(guò)電光調(diào)制器調(diào)制了的相位未移動(dòng)的探測(cè)信號(hào)相乘的功倉(cāng)泛。
5.一種如權(quán)利要求1所述的電光調(diào)制器偏壓控制裝置，其特征在于所述的積分電路模塊將如權(quán)利要求3所述的乘法器輸出的交流信號(hào)變?yōu)橹绷餍盘?hào)。
6.一種如權(quán)利要求1所述的電光調(diào)制器偏壓控制裝置，其特征在于所述的控制器通過(guò)檢測(cè)和判斷AD采集到的直流信號(hào)的符號(hào)和數(shù)值大小來(lái)設(shè)置電光調(diào)制器的工作點(diǎn)以及控制電光調(diào)制器的工作點(diǎn)穩(wěn)定在所設(shè)定的位置。
7.—種如權(quán)利要求1所述的電光調(diào)制器偏壓控制裝置，其特征在于所述的光電探測(cè)模塊中的光電二極管響應(yīng)速度在ls-50us范圍，放大電路采用交流耦合。
8.—種如權(quán)利要求6所述的控制器，其特征在于所述的控制器可以使用8位的8051 及其兼容系列微處理器或者16位的MSP430系列的微控制單元(MCU)。
9.一種如權(quán)利要求1所述的電光調(diào)制器的偏壓控制方法，其特征在于對(duì)電光調(diào)制器工作點(diǎn)的控制主要分了兩步第一步，掃描確定電光調(diào)制器的工作點(diǎn)。電光調(diào)制器偏壓控制裝置輸出探測(cè)信號(hào)—— 小幅正弦連續(xù)信號(hào)輸入到電光調(diào)制器，然后控制器控制輸出的直流偏置電壓進(jìn)行快速掃描；同時(shí)判斷和記錄AD轉(zhuǎn)換模塊采集到的，對(duì)應(yīng)電光調(diào)制器不同工作點(diǎn)的，不同直流信號(hào)值所對(duì)應(yīng)的直流偏置電壓值，最后將工作點(diǎn)設(shè)置在使用者選定的工作點(diǎn)上。第二步，控制電光調(diào)制器工作點(diǎn)的漂移。工作點(diǎn)設(shè)定好以后，再檢測(cè)AD轉(zhuǎn)換模塊采集到的不同直流信號(hào)值來(lái)判斷當(dāng)前工作點(diǎn)的漂移方向及大小，然后采用一定的算法對(duì)偏置電壓進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，保持AD采集到的直流信號(hào)在相應(yīng)范圍內(nèi)，即使電光調(diào)制器相對(duì)穩(wěn)定的工作。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于控制電光調(diào)制器偏置電壓的裝置和方法。該裝置和方法對(duì)電光調(diào)制器的偏置電壓進(jìn)行控制，不僅可以使電光調(diào)制器穩(wěn)定的工作以抵抗外界干擾而且可以根據(jù)需要控制電光調(diào)制器工作在不同的狀態(tài)。該裝置通過(guò)對(duì)電光調(diào)制器輸入一個(gè)已知周期的連續(xù)正弦偏置電壓信號(hào)，然后解調(diào)電光調(diào)制器對(duì)此信號(hào)的響應(yīng)來(lái)判斷和確定電光調(diào)制器的工作點(diǎn)及其受外界影響導(dǎo)致的工作點(diǎn)的漂移，最后對(duì)電光調(diào)制器的偏置電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，使電光調(diào)制器穩(wěn)定的工作在設(shè)定的工作點(diǎn)上。
文檔編號(hào)G05F1/46GK103019286SQ20121056235
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月18日
發(fā)明者李裔, 張彩霞, 張震偉, 馬世安 申請(qǐng)人:中國(guó)計(jì)量學(xué)院