[发明专利]电光强度调制器自动偏置控制装置及其自动偏置控制方法

说明书

本发明公开了电光强度调制器自动偏置控制装置及其自动偏置控制方法。电光强度调制器自动偏置控制装置包括激光器、分束器、及M‑Z型电光强度调制器。电光调制器输入反馈通路及电光调制器输出反馈通路经反馈处理器汇合形成双路跟踪反馈控制系统。本发明采用数字PID算法，由偏压驱动电路配合调节，实现电光调制器线性工作点的自动准确定位和跟踪，同时还可以克服因激光器输出功率抖动导致的控制器误动作问题。

技术领域

本发明涉及电光强度调制领域，尤其是一种M-Z型电光强度调制器自动偏置控制装置及其自动偏置控制方法。

背景技术

目前常用的Mach-Zehnder结构电光调制器利用线性电光效应调节材料的折射率，利用M-Z干涉使输出光功率随着外加电压变化。但由于电光调制器的调制特性会随环境温度变化等原因发生变化，使得静态工作点偏离调制特性曲线的线性区中点，进而导致调制光波信号失真。在CATV、ROF系统应用中，常采用加微扰动的控制方式，而该方式下会混入低频信号，影响调制信号质量，该种装置结构、控制算法比较复杂；而采用现有单反馈或双反馈方式，不能有效克服激光器输出功率抖动引起的反馈处理器误动作，在对工作点进行预设时，需要人工参与和辅助仪器，手动调节偏压至线性区，使得操作繁琐不便。

目前针对电光调制器的偏置控制方式主要有低频扰动法、输出功率反馈法等方式，上述方式都能根据各自的控制特点、算法及操作程序实现电光调制器正交工作点的定位与跟踪，能达到最终的控制目的，但是上述方式中一般有着各自的缺点。

其中，低频扰动法是将一低频信号通过直流端注入到调制器，其表达式为：

其中，P₁为输入光功率，θ为初始相位，V_π为半波电压，V_b为直流电压，V(t)＝V₀cos(ωt)，为输入调制信号。由Φ_T＝θ+(πV_b)/V_π进行归一化后并展开表达式，得到出调制信号的基波和二次谐波的表达式为：

若电光调制器处于其他非线性区，如峰值点Φ_T＝90°，带入式(2)、式(3)，可知输出光解调后将不会存在基波，二次谐波达到最大值；若电光调制器处于线性工作区，Φ_T＝180°或360°，输出光解调后将不含有低频信号的高次谐波分量。其原理如图1所示，低频扰动正弦信号通过直流端接入到调制器，低频信号幅度和频率已知，电光调制器的输出端通过1：99的光分束器，分出部分反馈光，通过光电探测器变为电信号，送入到滤波电路滤除高频调制信号，仅获得低频扰动信号及其高频谐波分量，送入到处理器进行谐波分析，计算得到是否存在低频扰动信号的高频分量，若存在扰动信号，调整偏压，调节电光调制器工作点，直至检测不到高频分量。

其中，平均功率法通过在电光调制器的输入和输出端或者单端引入光分束器，通过一定的分光作为反馈信号，在双端反馈的情况下，利用输入和输出光功率为一半的关系，获取电光调制器的线性工作点；单端反馈是仅在电光调制器的输出端加入光分束器，此时的反馈仅靠输出的恒定值来维持。其中双端反馈形式原理如图1所示。

该装置原理：通过在输入和输出端加入反馈信号，输入反馈信号P1，输出反馈信号为P2，为达到电光调制器工作在线性工作点的目的，首先要测试所用的电光调制器的半波电压值，利用光功率计进行人工实时监测，记录相关数据；待粗略测到半波电压值后，同时了解到线性工作点的大体位置，然后在反馈端加入电压表进行监测，调节电光调制器的偏压，监测输出的反馈电压达到输入电压的一半后，就认为此时的工作点为该电光调制器的线性工作点。

随着现代光通信技术的发展，对电光调制器线性不失真调制的稳定性及功能提出越来越多的要求，尤其随着M-Z型强度电光调制器大带宽、高速调制等技术的发展，需要一种性能稳定、具有自动适应功能的装置或技术，实现在大带宽、高速调制下的线性不失真输出。