本發(fā)明涉及光通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于混沌信號(hào)的偏置控制裝置及方法。

背景技術(shù)：

電光調(diào)制器是利用某些晶體的電光效應(yīng)對(duì)光信號(hào)進(jìn)行調(diào)制的器件，在高速光通信、光纖傳感等領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。電光調(diào)制根據(jù)所施加的電場(chǎng)方向的不同,可分為縱向電光調(diào)制和橫向電光調(diào)制；根據(jù)調(diào)制類型的不同，可分為電光相位調(diào)制和電光強(qiáng)度調(diào)制。典型的電光調(diào)制器輸出特性曲線見示意圖2，電光調(diào)制器輸出特性曲線是一個(gè)余弦函數(shù)形狀的曲線。對(duì)于電光調(diào)制器，環(huán)境溫度、機(jī)械扭曲、機(jī)械振動(dòng)以及輸入光的偏振態(tài)變化都會(huì)引起電光調(diào)制器工作點(diǎn)的緩慢漂移（示意見圖2），從而導(dǎo)致電光調(diào)制器的性能變壞，給電光調(diào)制器的應(yīng)用帶來(lái)了麻煩。因此，對(duì)電光調(diào)制器工作點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)跟蹤和控制是十分必要的。

此外，在對(duì)電光調(diào)制器工作點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)跟蹤和控制時(shí)，傳統(tǒng)的電光調(diào)制器工作點(diǎn)控制方案往往采用在直流偏置端輸入的低頻擾動(dòng)信號(hào)作為反饋信號(hào)，這種方法會(huì)在電光調(diào)制器的輸出能量譜上帶來(lái)單音噪聲信號(hào)，而該單音噪聲信號(hào)容易在調(diào)制時(shí)由于非線性帶來(lái)雜散，進(jìn)而影響后續(xù)的處理及應(yīng)用。

但現(xiàn)有的電光調(diào)制器調(diào)控制裝置如圖5所示，往往只有通過(guò)單純的移頻正弦信號(hào)以及直流偏置低頻擾動(dòng)信號(hào)進(jìn)行控制，所以難以避免擾動(dòng)信號(hào)對(duì)輸出譜的影響，具有一定的局限性，雖然可以實(shí)現(xiàn)電光調(diào)制器穩(wěn)定的工作，但往往會(huì)引入過(guò)量的雜散。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種基于混沌信號(hào)的偏置控制裝置及方法，利用混沌信號(hào)進(jìn)行反饋調(diào)制，很好的消除了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的局限性，使得電光調(diào)制產(chǎn)生的連續(xù)光更利于后續(xù)處理，且有更廣的應(yīng)用范圍。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案：

根據(jù)本發(fā)明提出的一種基于混沌信號(hào)的偏置控制裝置，包括激光器、電光調(diào)制器、光耦合器和偏置控制模塊，所述偏置控制模塊包括光電轉(zhuǎn)換信號(hào)放大模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、控制器、直流偏置輸出電路、混沌信號(hào)發(fā)生器、正弦信號(hào)發(fā)生器和信號(hào)混合電路；其中,

激光器，用于輸出連續(xù)的激光至電光調(diào)制器；

電光調(diào)制器，用于將連續(xù)的激光移頻，輸出信號(hào)光至光耦合器；

光耦合器，用于將信號(hào)光分成兩路：第一路光作為光學(xué)本振信號(hào)輸出，第二路光作為反饋光輸出至光電轉(zhuǎn)換信號(hào)放大模塊；

光電轉(zhuǎn)換信號(hào)放大模塊，用于將第二路光轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)后并放大，輸出放大后的電壓信號(hào)至模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊；

模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，用于將放大后的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)作為反饋信號(hào)輸出至控制器；

混沌信號(hào)發(fā)生器，用于輸出兩路寬頻噪聲信號(hào)，一路輸出至信號(hào)混合電路，另一路作為參考信號(hào)輸出至控制器；

控制器，用于控制混沌信號(hào)發(fā)生器以及正弦信號(hào)發(fā)生器的工作，并對(duì)輸入的反饋信號(hào)和參考信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理，得出電光調(diào)制器工作點(diǎn)漂移情況，根據(jù)該漂移情況控制直流偏置輸出電路；

直流偏置輸出電路，用于輸出直流偏置電壓信號(hào)至電光調(diào)制器的直流偏置輸入端口，使得電光調(diào)制器的工作點(diǎn)向最佳工作點(diǎn)靠近；

正弦信號(hào)發(fā)生器，用于產(chǎn)生純凈的正弦信號(hào)并將其輸出至信號(hào)混合電路；

信號(hào)混合電路，用于將寬頻噪聲信號(hào)和純凈的正弦信號(hào)疊加，產(chǎn)生射頻控制信號(hào)并將其輸出至電光調(diào)制器的射頻控制端，射頻控制信號(hào)控制電光調(diào)制器的工作。

作為本發(fā)明所述的一種基于混沌信號(hào)的偏置控制裝置進(jìn)一步優(yōu)化方案，最佳工作點(diǎn)為電光調(diào)制器在連續(xù)光工作的條件下輸出光功率最小時(shí)所需要的直流偏置電壓大小。

作為本發(fā)明所述的一種基于混沌信號(hào)的偏置控制裝置進(jìn)一步優(yōu)化方案，控制器采用最佳工作點(diǎn)控制算法來(lái)得出電光調(diào)制器工作點(diǎn)漂移情況，將寬頻噪聲信號(hào)作為最佳工作點(diǎn)控制算法的反饋信號(hào)。

作為本發(fā)明所述的一種基于混沌信號(hào)的偏置控制裝置進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述對(duì)輸入的反饋信號(hào)和參考信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理是將反饋信號(hào)和參考信號(hào)相乘后經(jīng)濾波，即得到電光調(diào)制器工作點(diǎn)漂移情況。

基于上述的一種基于混沌信號(hào)的電光調(diào)制器偏置控制裝置的實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟：

步驟一、控制器控制混沌信號(hào)發(fā)生器和正弦信號(hào)發(fā)生器分別產(chǎn)生兩路寬頻噪聲信號(hào)以及純凈的正弦信號(hào)；

步驟二、通過(guò)信號(hào)混合電路將一路寬頻噪聲信號(hào)與純凈的正弦信號(hào)進(jìn)行疊加后產(chǎn)生射頻控制信號(hào)；

步驟三、電光調(diào)制器產(chǎn)生的信號(hào)光經(jīng)過(guò)光耦合器分為兩路，第一路光作為光學(xué)本振信號(hào)輸出，第二路光作為反饋光輸入至光電轉(zhuǎn)換信號(hào)放大模塊；

步驟四、光電轉(zhuǎn)換信號(hào)放大模塊將第二路光轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，將該電壓信號(hào)進(jìn)行放大并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)作為反饋信號(hào)與參考信號(hào)經(jīng)運(yùn)算處理得出電光調(diào)制器工作點(diǎn)漂移情況，參考信號(hào)為混沌信號(hào)發(fā)生器輸出的另一路寬頻噪聲信號(hào)；根據(jù)當(dāng)前工作點(diǎn)的漂移情況，控制器計(jì)算得到一個(gè)控制電壓，該電壓控制直流偏置輸出電路輸出一個(gè)電光調(diào)制器驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使得電光調(diào)制器工作點(diǎn)向最佳工作點(diǎn)靠近。

基于上述的一種基于混沌信號(hào)的電光調(diào)制器偏置控制裝置的實(shí)現(xiàn)電光調(diào)制器偏置點(diǎn)自動(dòng)鎖定的方法，具體如下：

a、利用相干的原理判別電光調(diào)制器的工作點(diǎn)的漂移方向及大小，由控制器控制混沌信號(hào)發(fā)生器生成一個(gè)寬頻噪聲信號(hào)，此信號(hào)輸出至電光調(diào)制器的射頻控制端；

b、經(jīng)電光調(diào)制器調(diào)制后的寬頻噪聲信號(hào)依次經(jīng)光電轉(zhuǎn)換信號(hào)放大模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳輸至控制器；在控制器內(nèi)部，該寬頻噪聲信號(hào)與作為參考信號(hào)的寬頻噪聲信號(hào)進(jìn)行相乘，并消除乘法產(chǎn)生的高頻分量，得到一個(gè)反映工作點(diǎn)漂移情況的緩變量，然后進(jìn)行如下判斷：

若緩變量為0，則表明此時(shí)的工作點(diǎn)為最佳工作點(diǎn)；

若緩變量為負(fù)，則表明最佳工作點(diǎn)向高電壓方向漂移，此時(shí)將當(dāng)前工作點(diǎn)電壓加上一個(gè)最小步進(jìn)電壓，逐漸向最佳工作點(diǎn)靠近；

若緩變量為正，則表明最佳工作點(diǎn)向低電壓方向漂移，此時(shí)將當(dāng)前工作點(diǎn)電壓減去一個(gè)最小步進(jìn)電壓，逐漸向最佳工作點(diǎn)靠近；

c、重復(fù)上述相乘濾波比較的過(guò)程，逐步鎖定電光調(diào)制器的最佳工作點(diǎn)。

作為本發(fā)明所述的一種基于混沌信號(hào)的電光調(diào)制器偏置控制裝置的實(shí)現(xiàn)電光調(diào)制器偏置點(diǎn)自動(dòng)鎖定的方法進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述b中消除乘法產(chǎn)生的高頻分量是通過(guò)一個(gè)數(shù)字低通濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：

（1）本發(fā)明采用正弦調(diào)制波實(shí)現(xiàn)了電光調(diào)制器的移頻作用，使得輸出連續(xù)光位于非基頻位置，便于后續(xù)的處理；

（2）本發(fā)明用寬頻噪聲信號(hào)代替低頻擾動(dòng)信號(hào)進(jìn)行最佳工作點(diǎn)控制，防止了直流偏置端引入低頻擾動(dòng)信號(hào)帶來(lái)的單音噪聲，使得電光調(diào)制器的輸出噪聲譜更加平坦，有效降低了雜散信號(hào)對(duì)光學(xué)移頻質(zhì)量的影響。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖2是現(xiàn)有技術(shù)中基于光耦合器的電光調(diào)制器偏置電壓控制示意圖。

圖3是寬頻噪聲信號(hào)波形示意圖。

圖4是寬頻噪聲信號(hào)作為反饋信號(hào)的最佳工作點(diǎn)控制原理示意圖；其中，（a）為工作點(diǎn)電壓漂移至低于最佳工作點(diǎn)電壓時(shí)的情況，（b）為工作點(diǎn)電壓位于最佳工作點(diǎn)電壓時(shí)的情況，（c）為工作點(diǎn)電壓漂移至高于最佳工作點(diǎn)電壓時(shí)的情況。

圖5是現(xiàn)有的電光調(diào)制器調(diào)控制裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明：

為了減少該低頻擾動(dòng)信號(hào)，則在本裝置中提供一個(gè)寬頻噪聲信號(hào)代替低頻擾動(dòng)信號(hào)作為反饋信號(hào)。寬頻噪聲信號(hào)的能量可看做是對(duì)寬頻噪聲信號(hào)進(jìn)行全波整流。寬頻噪聲信號(hào)類似于隨機(jī)信號(hào)，其波形如圖3所示。將一個(gè)寬頻噪聲信號(hào)加載在射頻控制端口上，以此作為最佳工作點(diǎn)控制的反饋信號(hào)。這樣eom調(diào)制出來(lái)的連續(xù)光上就會(huì)調(diào)制上一個(gè)寬頻噪聲信號(hào)，經(jīng)過(guò)探測(cè)器變?yōu)殡妷盒盘?hào)。將獲得的反饋信號(hào)和參考信號(hào)即寬頻噪聲信號(hào)相乘，并通過(guò)低通濾波器濾波后即可得得到電光調(diào)制器輸出特性曲線的漂移情況，進(jìn)而確定工作點(diǎn)的漂移狀況。eom工作在特性曲線的最小值處即最佳工作點(diǎn)，如圖4中的（b）所示，調(diào)制信號(hào)頻率為生成寬頻噪聲信號(hào)的兩倍，此時(shí)反饋信號(hào)與參考信號(hào)相乘結(jié)果為0；若eom工作點(diǎn)向低偏置電壓方向移動(dòng)，則反饋信號(hào)與參考信號(hào)相位同向，如圖4中的（a）所示，此時(shí)反饋信號(hào)與參考信號(hào)乘積近似為正的直流量；eom工作點(diǎn)往高偏置電壓方向移動(dòng)，如圖4中的（c）所示，則反饋信號(hào)與參考信號(hào)相位相反，此時(shí)反饋信號(hào)與參考信號(hào)乘積近似為負(fù)的直流量。通過(guò)分辨反饋信號(hào)與參考信號(hào)的乘積結(jié)果，即可直接分辨工作點(diǎn)的偏移方向，并通過(guò)控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)工作點(diǎn)的控制。

將寬頻噪聲信號(hào)作為反饋信號(hào)可以使引入的噪聲在頻譜上分散到寬譜范圍內(nèi)，去除低頻擾動(dòng)信號(hào)在某些頻率上的集中影響，使得電光調(diào)制器的輸出能量譜更加穩(wěn)定，有利于后續(xù)的頻譜處理。

一個(gè)優(yōu)秀的電光調(diào)制器工作點(diǎn)控制方案，要使得電光調(diào)制器工作在最適工作點(diǎn)且能輸出適當(dāng)頻率的信號(hào)光，此外直流偏置端輸入的擾動(dòng)電壓對(duì)于輸出譜的影響要盡可能小。

本發(fā)明是一個(gè)針對(duì)連續(xù)光調(diào)制的電光調(diào)制器進(jìn)行偏置電壓控制的閉環(huán)控制裝置。如圖1所示，主要包含兩大模塊：分光模塊、電光調(diào)制器偏置控制模塊。

分光模塊主要就是光耦合器。

電光調(diào)制器偏置控制模塊如圖1所示包括：光電轉(zhuǎn)換信號(hào)放大模塊；模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊；控制器；直流偏置輸出電路；混沌信號(hào)發(fā)生器；正弦信號(hào)發(fā)生器；信號(hào)混合電路。

光電轉(zhuǎn)換信號(hào)放大模塊包含了光電探測(cè)器與跨阻放大電路兩部分。這里使用的光電探測(cè)器的型號(hào)為gd3560j，它是一種近紅外光電探測(cè)器，光譜敏感帶在1550nm處；驅(qū)動(dòng)電壓5v時(shí)，該光電探測(cè)器的暗電流最大為1na；響應(yīng)度0.85a/w，滿足裝置要求。光電探測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)?？缱璺糯箅娐分饕蛇\(yùn)放ad8000組成。該運(yùn)放為低能，低噪，以及1.58ghz的帶寬，可以滿足裝置要求。

模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊主要就是將光電轉(zhuǎn)換信號(hào)放大模塊產(chǎn)生的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。這里使用的a/d轉(zhuǎn)換器型號(hào)為microchip公司的mcp3428，它是一款具有16位精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，完全可以滿足本發(fā)明消光比約有30db的要求。

在這里用的控制器為lattice公司的非易失性無(wú)限重構(gòu)可編程邏輯器件machxopld系列的lcmxo1200。該可編程邏輯器件提供嵌入式存儲(chǔ)器，方便數(shù)據(jù)的緩沖；同時(shí)它還具有內(nèi)置的pll與振蕩器，可以進(jìn)行集成的時(shí)鐘管理。該控制器接收a/d生成的數(shù)字信號(hào)，對(duì)此數(shù)字量進(jìn)行運(yùn)算處理，得到電光調(diào)制器當(dāng)前的工作狀態(tài)，根據(jù)電光調(diào)制器的這個(gè)工作狀態(tài)，調(diào)整輸出驅(qū)動(dòng)電路的輸出。

直流偏置輸出電路包括了d/a轉(zhuǎn)換器及放大器。數(shù)模轉(zhuǎn)換的精度決定了最后電光調(diào)制器偏置電壓控制系統(tǒng)鎖定的工作點(diǎn)與電光調(diào)制器最佳工作點(diǎn)的接近程度，所以d/a轉(zhuǎn)換器的精度可以取得大一點(diǎn)，這里使用的數(shù)模轉(zhuǎn)換器為ti公司的dac8552，它是16位精度電壓輸出型的d/a轉(zhuǎn)換器。放大器主要是增大輸出驅(qū)動(dòng)電路的負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力以及電光調(diào)制器直流偏置端輸入電壓的范圍，使其大于一個(gè)半波電壓。由于要匹配d/a輸出電壓，這里的放大器位ad8000具有軌對(duì)軌輸出高供電電壓的特點(diǎn)，帶寬達(dá)到1.58ghz。

混沌信號(hào)發(fā)生器用于產(chǎn)生寬頻噪聲信號(hào)，所以采用飽和二極管式噪聲發(fā)生器。

正弦信號(hào)發(fā)生器包括直接數(shù)字式頻率合成器，可用于合成移頻用的正弦電壓，所以這里使用ad公司的ad9915，能夠產(chǎn)生高達(dá)1ghz的正弦波，并且自帶d/a轉(zhuǎn)換器。

信號(hào)混合電路包括合路器，用于將混沌信號(hào)發(fā)生器和正弦信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)生成為射頻調(diào)制波。

結(jié)合器件參數(shù)的具體步驟如下：

步驟一，混沌信號(hào)發(fā)生器通過(guò)飽和二極管式噪聲發(fā)生器產(chǎn)生寬頻噪聲信號(hào)，正弦信號(hào)發(fā)生器通過(guò)ad8000產(chǎn)生純凈的500mhz的正弦信號(hào)；

步驟二，通過(guò)信號(hào)混合電路中的合路器將寬頻噪聲信號(hào)與純凈的正弦信號(hào)進(jìn)行調(diào)制后產(chǎn)生射頻控制信號(hào)；

步驟三，電光調(diào)制器產(chǎn)生的光信號(hào)經(jīng)過(guò)90:10光耦合器分為兩路，90%的激光作為應(yīng)用光輸出，10%作為反饋光信號(hào)輸入光電轉(zhuǎn)換信號(hào)放大模塊；

步驟四，光電轉(zhuǎn)換信號(hào)放大模塊中的gd3560j將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并經(jīng)由ad8000放大至伏級(jí)別。由控制器lcmxo1200運(yùn)算處理反饋信號(hào)和參考信號(hào)得出電光調(diào)制器工作點(diǎn)漂移情況。根據(jù)漂移情況lcmxo1200輸出一個(gè)數(shù)字控制量，經(jīng)過(guò)d/a轉(zhuǎn)換器dac8552及放大器ad8000，得到一個(gè)模擬控制電壓，使得電光調(diào)制器工作點(diǎn)向最佳工作點(diǎn)靠近；

本發(fā)明中電光調(diào)制器的最佳工作點(diǎn)控制方法具體如下：

經(jīng)電光調(diào)制器調(diào)制后的寬頻噪聲信號(hào)依次經(jīng)光電轉(zhuǎn)換信號(hào)放大模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳輸至控制器；在控制器內(nèi)部，該寬頻噪聲信號(hào)與作為參考的寬頻噪聲信號(hào)進(jìn)行相乘，并通過(guò)一個(gè)數(shù)字低通濾波器消除乘法產(chǎn)生的高頻分量，得到一個(gè)反映工作點(diǎn)漂移情況的緩變量，然后進(jìn)行如下判斷：若緩變量為0，則表明此時(shí)的工作點(diǎn)為最佳工作點(diǎn)；若緩變量為負(fù)，則表明最佳工作點(diǎn)向高電壓方向漂移，此時(shí)將當(dāng)前工作點(diǎn)電壓加上一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)電路中的數(shù)模轉(zhuǎn)換器可輸出的最小步進(jìn)電壓，逐漸向最佳工作點(diǎn)靠近；若緩變量為正，則表明最佳工作點(diǎn)向低電壓方向漂移，此時(shí)將當(dāng)前工作點(diǎn)電壓減去一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)電路中的數(shù)模轉(zhuǎn)換器可輸出的最小步進(jìn)電壓，逐漸向最佳工作點(diǎn)靠近；重復(fù)上述相乘濾波比較的過(guò)程，逐步鎖定電光調(diào)制器的最佳工作點(diǎn)。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替代，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。