[发明专利]新的MZ外调制器平衡检测偏置控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光通信外调制技术，尤其涉及一种新的MZ外调制器平衡检测偏置控 制方法。

背景技术

由于信息时代对信息的需求呈爆炸式增长，特别是在因特网对全社会信息需求的推 动下，光通信因为具有带宽大、可靠性高、成本低、抗干扰能力强等特点，向高速、大 容量方向取得了飞速的发展。光通信系统和光网络飞速发展也给信息时代带来新的革 命，光通信将逐步取代传统的交换、传输、接入技术，最终实现全光联网。

高速光通信系统主要由高速光发射机、光纤传输链路和光接收机三个部分组成。在 高速光发射机中主要包括了产生光通信载波的激光器、源信号产生电路和实现高速信号 对光载波进行调制的光调制器。现在光调制器的发展趋势是实现更高数据率和增加集成 度，随着光传输系统和网络的复杂性继续增长，光调制器技术将进一步得到发展和提 高，并将在光通信中发挥重要的作用。

在高速光发射机中，核心部分是利用高速光调制技术实现高速电信号对光纤所载光 波的调制。

目前，主流的高速光调制技术分为直接调制技术和外调制技术两种。直接调制技术 采用高速电信号直接驱动半导体激光器来实现对激光器输出光的调制；外调制技术通过 使用单独的光调制器实现高速电信号对激光器输出光载波的调制。

直接强度调制经济、实用，但是存在啁啾效应，难以胜任长距离信号传输；而外调 制技术的优点在于啁啾效应很小，系统性能稳定，色散受限距离远大于直接调制。所以 外调制技术将大量应用于高速率(＞10Gb/s)长距离的光通信传输系统中，而且将来会成 为微波光调制的主流技术。

外调制光调制器在工作原理上主要分为两种：半导体电吸收调制器(EAM)和应用铌酸 锂(LiNbO₃)等较大电光系数材料的Mach-Zehnder结构电光调制器(LiNbO₃-MZ外调制 器)。

LiNbO₃-MZ外调制器是高速光通信系统中最有前途的器件，它具有以下优点：频带 宽、稳定性好、信噪比高、光传输损耗小、电光系数高、调制信号频率啁啾小，易于光 波导与光纤的有效耦合，工作性能不依赖于波长，可用于WDM系统。所以在高速、大容 量、长距离的传输中，LiNbO₃光调制器应用前景很好。

MZ外调制器在使用中的关键问题是最佳直流偏置电压的检测与控制。根据调制器输 出信号的频率分量与直流偏置电压的关系，在实际应用中可以选择一路或者多路确定频 率的周期信号作为导频信号。

现有的基于抖动信号的LiNbO₃-MZ外调制器偏置控制技术一般选择一个正弦信号作为 导频信号，然后检测其二次谐波分量，根据导频信号二次谐波分量的大小来确定直流偏 置电压的调整量。

其工作流程是：

激光器产生的激光载波进入调制器，经调制器调制后的光信号进入光纤，通过分光 器一部分调制后的光信号进入光电探测器转换成电信号，然后由滤波器把导频信号的二 次谐波分量提取出来，与参考信号对比得到反映调制器直流偏置点的误差信号，以此调 整直流电压，使调制器的直流偏置电压工作在最佳直流偏置点上。经过不断的调整，导 频信号的二次谐波分量接近为零，此时的调制器就处于最佳直流偏置工作点。

上述这种方法要求：激光器的稳定激光输出；实现微弱二次谐波信号的检测。

上述现有技术至少存在以下缺点：

1.受激光器输出光功率波动的影响大：

上述这种方法的缺点在于它对激光器输出光功率的稳定性有严格的要求。因为接近 最佳直流偏置点时，导频信号的二次谐波分量特别小，如果激光器的输出光功率不稳 定，那么导频信号的二次谐波分量受激光功率变化的影响特别大，严重时会淹没反映调 制器直流偏置点的信息，从而大大降低了调制器的直流偏置控制精度。虽然可以通过措 施稳定激光源的光输出，但是代价昂贵，而且不可避免的存在一定的功率波动。这并没 有从根本上解决该直流偏置控制方法的精度受激光器光功率变化影响的问题。

2.受链路损耗的影响大：

为了不影响射频RF信号，导频信号的幅度一般不能太大，在输出端检测到的二次谐 波分量就更小了。链路的损耗随时间、温度会发生改变，由此会影响二次谐波分量的测 试精度与准确度。

3.同一时刻只有一个反映直流偏置电压的量：