[发明专利]基于SoC FPGA的电光调制器偏置电压控制及校准方法

权利要求书

1.一种基于SoC FPGA的电光调制器偏置电压控制及校准方法，基于SoC FPGA的电光调制器偏置电压控制系统进行控制和校准，其特征在于，所述基于SoC FPGA的电光调制器偏置电压控制系统包括：SoC FPGA片上硬核协同处理芯片、DDS正弦信号发生器模块、三路线性加法器、高精度低纹波的可调恒压源、电光调制器、光电探测器、锁相放大器和DA转换模块；

其中，SoC FPGA片上硬核协同处理芯片的DDS正弦信号发生器模块连接DA转换模块，将产生的DDS正弦信号进行数模转换，转换为模拟信号，输入三路线性加法器的第一输入端；通过调控可调恒压源，产生基准电压，并输入三路线性加法器的第二输入端；三路线性加法器的输出接入到电光调制器偏置电压输入端，将电光调制器的输出的光信号输入到光电探测器，光电探测器的输出结果输入锁相放大器的检测输入端，锁相放大器的同步输入端连接DA转换模块，锁相放大器的输出端连接三路线性加法器的第三输入端；

所述基于SoC FPGA的电光调制器偏置电压控制及校准方法包括以下步骤：

S1、在SoC FPGA的PS侧设计DDS正弦信号发生器模块，并将DDS信号的数值作为16bit高精度双极性DA转换模块的待转换量；由于相敏检测的最佳频率点为1KHz，故需要将DDS信号的频率控制字进行设置，使得数模转换结果为1Khz的正弦信号，该正弦信号作为偏置电压的扰动信号，为尽量避免对系统稳定性的影响，控制DDS的数值，使其幅度为100mV，最终输出的正弦信号电压表达式为：

其中，φ₀为输出正弦信号的初始相位；

S2、调整可调恒压源滑动变阻器生成4.5V恒压V_s，将恒压源提供的电压作为基准电压；

S3、将步骤S1、S2中的电压作为三路线性加法器的输入，将三路线性加法器的输出连接到电光调制器的偏置电压端口，三路线性加法器的输出电压V_o为：

S4、将三路线性加法器的输出电压连接到电光调制器的偏置电压输入端，电光调制器的输出光功率受到基准电压和调制电压的双重作用，根据电光调制特性输出功率公式其中P_in代表输入光功率，α为电光调制器的固定参数，V_π为半波电压，为本征相位，P₀为电光调制器在最低工作点时的输出功率，V表示电光调制器偏置电压端口所加电压，即为S3中的V_o，包含基准电压和调制电压两部分，则电光调制器的输出功率：

S5、为使电光调制器工作点固定在输出所需的功率，采取固定功率点的方法，令输出功率相对于偏置端口电压的微分为0，即

此时可以根据输出功率的增大与减小实时的判断出工作点的左右偏移；

S6、将电光调制器的输出光经过光耦合器耦合之后接入光电探测器，设光电探测器的转换效率为T，光电探测器的输出电压为：

由于锁相放大器的检测模块仅会与参考电压频率相同的部分发生作用，从待测信号中检测出与参考信号同频同相的信号，并将其转换为直流，将其它信号转换为交流信号，通过低通滤波器将输出信号中的交流分量滤除，最终的输出电压U_m为：

由式(6)可见，锁相放大器的检测模块的输出电压与光电探测器的输出电压以及相位差成正比，为锁相放大器内部积分器的直流增益；U_m的大小表示偏移的范围，U_m的正负表示偏移的方向，且偏移方向与修正量大小相反，即当三路线性加法器的输出电压小于最佳工作点的所需电压时，U_m的电压极性为正，当三路线性加法器的输出电压大于最佳工作点时，U_m的电压极性为负；将U_m接入到三路线性加法器的第三输入端，最终可实现偏置电压的修正与校准。

2.根据权利要求1所述的基于SoC FPGA的电光调制器偏置电压控制及校准方法，其特征在于，所述DA转换模块和三路线性加法器的第一输入端之间设置一滤波电路，以对DA转换模块输入到三路线性加法器的第一输入端的模拟信号进行低频滤波。

3.根据权利要求1所述的基于SoC FPGA的电光调制器偏置电压控制及校准方法，其特征在于，所述DA转换模块为16bit高精度双极性DA转换模块DAC8562。