鈮酸鋰外調(diào)制器的精確控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及微波光纖通信領(lǐng)域，特別涉及一種鈮酸鋰外調(diào)制器的精確控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鈮酸鋰MZM調(diào)制器是光纖通信系統(tǒng)中常用的外調(diào)制器件之一，但是MZM調(diào)制器存 在最佳偏置電壓工作點(diǎn)會(huì)隨著激光器輸入光功率、連接器插損和環(huán)境溫度等因素的影響而 發(fā)生漂移的問(wèn)題，為了改善MZM調(diào)制器的電光調(diào)制特性以提高整個(gè)光纖通信系統(tǒng)的性能， 通常采用基于導(dǎo)頻信號(hào)的最佳偏置電壓控制系統(tǒng)來(lái)對(duì)MZM調(diào)制器的最佳偏置電壓點(diǎn)進(jìn)行 檢測(cè)和偏置電壓控制。但采用基于導(dǎo)頻信號(hào)的最佳偏置電壓控制系統(tǒng)算法精度不高，難以 有效控制。
[0003] 傳統(tǒng)的基于導(dǎo)頻信號(hào)的外調(diào)制器偏置電壓控制系統(tǒng)，通?；诨ê椭C波的幅值 變化進(jìn)行最佳工作點(diǎn)的判決，當(dāng)擾動(dòng)變量施加到外調(diào)制器和偏置電壓控制電路時(shí)，基波和 諧波的判決閾值將發(fā)生整體漂移，無(wú)法滿(mǎn)足抗環(huán)境擾動(dòng)的魯棒性設(shè)計(jì)。
[0004] 傳統(tǒng)的鈮酸鋰MZM調(diào)制器偏置控制技術(shù)主要包括：基于輸入/輸出光功率比值變 化的反饋控制技術(shù)，基于RF抖動(dòng)信號(hào)諧波歸零的反饋控制回路。采用以上兩種控制方式的 控制精度和控制穩(wěn)定性，都受到相應(yīng)限制。對(duì)于基于輸入/輸出光功率比值變化的反饋控 制方法，通過(guò)監(jiān)測(cè)特定偏置工作點(diǎn)時(shí)的MZM調(diào)制器的輸入/輸出功率比，進(jìn)行反饋控制，但 是，光功率比值同時(shí)受到輸入光功率波動(dòng)和光路插入損耗變化的影響，并在實(shí)際工程應(yīng)用 中，受到連接器重復(fù)性和光纖傳輸路由的影響?；谝陨厦枋龅南拗?，該技術(shù)通常應(yīng)用于實(shí) 驗(yàn)室場(chǎng)景中。對(duì)于基于抖動(dòng)信號(hào)諧波歸零的反饋控制技術(shù)，低頻的抖動(dòng)信號(hào)(通常在幾kHz) 附加到直流偏置電壓上，驅(qū)動(dòng)MZM正常工作，并通過(guò)光探測(cè)器對(duì)其諧波信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)?；?偏置工作點(diǎn)的選擇，特定階數(shù)的諧波信號(hào)能夠被抑制并作為反饋歸零信號(hào)進(jìn)行偏置工作點(diǎn) 的控制。比如，2階諧波信號(hào)在正交偏置點(diǎn)處消失，基頻信號(hào)在最大/最小點(diǎn)處歸零。
[0005] 抖動(dòng)諧波信號(hào)歸零技術(shù)最終仍然依賴(lài)于MZM的輸出光功率，因此仍然受到光功率 變化和插入損耗等因素的影響，但較光功率比值技術(shù)大為改進(jìn)，除了諧波信號(hào)的受環(huán)境影 響的問(wèn)題，并且基于歸零算法的控制技術(shù)僅僅局限于對(duì)正交偏置點(diǎn)的掃描定位，無(wú)法實(shí)現(xiàn) 任意工作點(diǎn)的選擇。在實(shí)際的電路設(shè)計(jì)和算法設(shè)計(jì)中，諧波歸零技術(shù)通常受到電路本底噪 聲的干擾，因此無(wú)法提取有效信號(hào)，使得偏置工作點(diǎn)的定位無(wú)法準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)較高的 控制精度；另外，諧波信號(hào)的變化區(qū)間較小，使得基于歸零判決的偏置點(diǎn)搜索算法，需要更 長(zhǎng)的響應(yīng)時(shí)間；由于電路本底噪聲和環(huán)境擾動(dòng)的影響，諧波歸零點(diǎn)會(huì)發(fā)生漂移從而導(dǎo)致對(duì) 于正交偏置點(diǎn)的判決失效，因此會(huì)存在控制穩(wěn)定性的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種響應(yīng)速度和控制精度更高、控制穩(wěn)定性 更好的鈮酸鋰外調(diào)制器的精確控制方法。
[0007] 本發(fā)明解決上述問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為：一種鈮酸鋰外調(diào)制器的精確控制方法 具體步驟如下： 步驟一：?jiǎn)?dòng)連續(xù)激光器和偏置控制器，偏置控制器中的微控制器檢測(cè)出擾動(dòng)基頻信 號(hào)傳輸函數(shù)、諧波信號(hào)傳輸函數(shù)； 步驟二：在算法中對(duì)基頻信號(hào)傳輸函數(shù)、諧波信號(hào)傳輸函數(shù)的比值對(duì)進(jìn)行絕對(duì)值，即 微控制器記錄基頻信號(hào)與諧波信號(hào)的極值，并通過(guò)計(jì)算二次諧波抑制比的變化曲線(xiàn)得到Q 值； 步驟三：根據(jù)步驟二中得出的Q值來(lái)作為偏置電壓控制參考變量來(lái)確定外調(diào)制器的半 波電壓、負(fù)向正交偏置和正向正交偏置點(diǎn)； 步驟四：將步驟三中的特征數(shù)據(jù)寫(xiě)入存儲(chǔ)器，并初始化Q點(diǎn)穩(wěn)定控制程序； 步驟五：微控制器執(zhí)行Q點(diǎn)穩(wěn)定控制程序，使鈮酸鋰外調(diào)制器始終工作在最佳正交偏 置點(diǎn)，維持外調(diào)制光傳輸?shù)姆€(wěn)定性。
[0008] 步驟二中的具體算法如下：
[0009] 算法包括以下步驟： (1) 快速掃描正交偏置電壓，即自動(dòng)掃描外調(diào)制器的傳輸曲線(xiàn)，建立器件傳遞函數(shù)，并 設(shè)置正交偏置點(diǎn)作為最佳工作點(diǎn)； (2) 三點(diǎn)穩(wěn)定正交偏置電壓，即活動(dòng)工作點(diǎn)偏離正交工作點(diǎn)時(shí)，通過(guò)變化偏置電壓向上 變化一次和向下變化一次，并與當(dāng)前偏置電壓進(jìn)行比較，即三點(diǎn)比較從而產(chǎn)生誤差信號(hào)，根 據(jù)當(dāng)前偏置電壓所在的傳遞函數(shù)位置，調(diào)整偏置電壓值，回到理想位置； (3) 數(shù)字濾波采樣抑制本底噪聲，通過(guò)均值算法、中值濾波算法，提取基波和諧波信號(hào) 比值的有效值，提高正交偏置點(diǎn)的判決可靠性，增加系統(tǒng)的控制精度。
[0010] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：采用基波幅值絕對(duì)值與諧波幅值絕對(duì)值的 比值作為偏置電壓控制參考變量，將過(guò)去的線(xiàn)性搜索提升為非線(xiàn)性的正切搜索，提升了搜 索效率和定位精度，并且使用比例判決算法代替閾值判決算法，極大地提高了反饋電路和 控制程序的響應(yīng)速度和控制精度。對(duì)引入導(dǎo)頻信號(hào)的MZM傳遞函數(shù)進(jìn)行傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)， 選取基波分量和諧波分量作為最佳工作點(diǎn)的判決依據(jù)，重點(diǎn)是將傳統(tǒng)的基于基波或諧波的 閾值來(lái)判別工作點(diǎn)的位置，提升為使用基波和諧波的絕對(duì)值振幅比進(jìn)行搜索參考，即比例 判決算法。
【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1是本發(fā)明專(zhuān)利的外調(diào)制器傳遞函數(shù)曲線(xiàn)，橫坐標(biāo)是偏置點(diǎn)的相位變化，縱坐 標(biāo)是外調(diào)制器的輸出光功率。
[0012] 圖2是本發(fā)明專(zhuān)利的基頻擾動(dòng)信號(hào)與二次諧波信號(hào)的變化曲線(xiàn)，橫坐標(biāo)是偏置點(diǎn) 的相位變化，縱坐標(biāo)是基頻信號(hào)和諧波信號(hào)的電壓變化。
[0013] 圖3是本發(fā)明專(zhuān)利的諧波抑制比變化曲線(xiàn)，橫坐標(biāo)是偏置點(diǎn)相位變化，縱坐標(biāo)是 諧波抑制比變化。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步描述。
[0015] -種鈮酸鋰外調(diào)制器的精確控制方法，具體步驟如下： 步驟一：?jiǎn)?dòng)連續(xù)激光器和偏置控制器，偏置控制器中的微控制器檢測(cè)出擾動(dòng)基頻信 號(hào)傳輸函數(shù)、諧波信號(hào)傳輸函數(shù)(如圖2所示）； 步驟二：在算法中對(duì)基頻信號(hào)傳輸函數(shù)、諧波信號(hào)傳輸函數(shù)的比值對(duì)進(jìn)行絕對(duì)值，即微 控制器記錄基頻信號(hào)與諧波信號(hào)的極值，并通過(guò)計(jì)算二次諧波抑制比的變化曲線(xiàn)(如圖3 所示）所示得到Q值； 步驟三：根據(jù)步驟二中得出的Q值來(lái)作為偏置電壓控制參考變量來(lái)確定外調(diào)制器的半 波電壓、負(fù)向正交偏置和正向正交偏置點(diǎn)。
[0016] 步驟四：將步驟三中的特征數(shù)據(jù)寫(xiě)入存儲(chǔ)器，并初始化Q點(diǎn)穩(wěn)定控制程序； 步驟五：微控制器執(zhí)行Q點(diǎn)穩(wěn)定控制程序，使鈮酸鋰外調(diào)制器始終工作在最佳正交偏 置點(diǎn)，維持外調(diào)制光傳輸?shù)姆€(wěn)定性。
[0017] 步驟二中的具體算法如下：
[0018] 通過(guò)MZM傳遞轉(zhuǎn)換函數(shù)對(duì)基波和諧波用泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)4次后提取到基波和諧波分 量，即 為上述的基頻信號(hào)傳輸函數(shù)及諧波信號(hào)的傳輸函數(shù)，這部分展開(kāi)運(yùn)算內(nèi)容為本領(lǐng)域技 術(shù)人員熟知的，故不在此贅述。
[0019] 本發(fā)明的控制算法包括： (1) 快速掃描正交偏置電壓，即自動(dòng)掃描外調(diào)制器的傳輸曲線(xiàn)(如圖1所示)，建立器件 傳遞函數(shù)，并設(shè)置正交偏置點(diǎn)作為最佳工作點(diǎn)； (2) 三點(diǎn)穩(wěn)定正交偏置電壓，即活動(dòng)工作點(diǎn)偏離正交工作點(diǎn)時(shí)，通過(guò)變化偏置電壓向上 變化一次和向下變化一次，并與當(dāng)前偏置電壓進(jìn)行比較，即三點(diǎn)比較從而產(chǎn)生誤差信號(hào)，根 據(jù)當(dāng)前偏置電壓所在的傳遞函數(shù)位置，調(diào)整偏置電壓值，回到理想位置； (3)數(shù)字濾波采樣抑制本底噪聲，通過(guò)均值算法、中值濾波算法，提取基波和諧波信號(hào) 比值的有效值，提高正交偏置點(diǎn)的判決可靠性，增加系統(tǒng)的控制精度。
[0020] 以上僅就本發(fā)明的最佳實(shí)施例作了說(shuō)明，但不能理解為是對(duì)權(quán)利要求的限制。本 發(fā)明不僅局限于以上實(shí)施例，其具體結(jié)構(gòu)允許有變化。凡在本發(fā)明獨(dú)立權(quán)利要求的保護(hù)范 圍內(nèi)所作的各種變化均在本發(fā)明保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種鈮酸鋰外調(diào)制器的精確控制方法，其特征在于，具體步驟如下： 步驟一：?jiǎn)?dòng)連續(xù)激光器和偏置控制器，偏置控制器中的微控制器檢測(cè)出擾動(dòng)基頻信 號(hào)傳輸函數(shù)、諧波信號(hào)傳輸函數(shù)； 步驟二：在算法中對(duì)基頻信號(hào)傳輸函數(shù)、諧波信號(hào)傳輸函數(shù)的比值對(duì)進(jìn)行絕對(duì)值運(yùn)算， 即微控制器記錄基頻信號(hào)與諧波信號(hào)的極值，并通過(guò)計(jì)算二次諧波抑制比的變化曲線(xiàn)得到 Q值； 步驟三：根據(jù)步驟二中得出的Q值來(lái)作為偏置電壓控制參考變量來(lái)確定外調(diào)制器的半 波電壓、負(fù)向正交偏置和正向正交偏置點(diǎn)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈮酸鋰外調(diào)制器的精確控制方法，其特征在于：步驟四：將步 驟三中的特征數(shù)據(jù)寫(xiě)入存儲(chǔ)器，并初始化Q點(diǎn)穩(wěn)定控制程序； 步驟五：微控制器執(zhí)行Q點(diǎn)穩(wěn)定控制程序，使鈮酸鋰外調(diào)制器始終工作在最佳正交偏 置點(diǎn)，維持外調(diào)制光傳輸?shù)姆€(wěn)定性。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈮酸鋰外調(diào)制器的精確控制方法，其特征在于：步驟二中的 具體算法如下：其中為基頻信號(hào)傳輸函數(shù)，為諧波信號(hào)的傳輸函數(shù)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈮酸鋰外調(diào)制器的精確控制方法，其特征在于：控制算法包 括以下步驟： (1) 快速掃描正交偏置電壓，即自動(dòng)掃描外調(diào)制器的傳輸曲線(xiàn)，建立器件傳遞函數(shù)，并 設(shè)置正交偏置點(diǎn)作為最佳工作點(diǎn)； (2) 三點(diǎn)穩(wěn)定正交偏置電壓，即活動(dòng)工作點(diǎn)偏離正交工作點(diǎn)時(shí)，通過(guò)變化偏置電壓向上 變化一次和向下變化一次，并與當(dāng)前偏置電壓進(jìn)行比較，即三點(diǎn)比較從而產(chǎn)生誤差信號(hào)，根 據(jù)當(dāng)前偏置電壓所在的傳遞函數(shù)位置，調(diào)整偏置電壓值，回到理想位置； (3) 數(shù)字濾波采樣抑制本底噪聲，通過(guò)均值算法、中值濾波算法，提取基波和諧波信號(hào) 比值的有效值，提高正交偏置點(diǎn)的判決可靠性，增加系統(tǒng)的控制精度。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種鈮酸鋰外調(diào)制器的精確控制方法，具體步驟如下：步驟一：偏置控制器中的微控制器檢測(cè)出擾動(dòng)基頻信號(hào)傳輸函數(shù)、諧波信號(hào)傳輸函數(shù)；步驟二：微控制器記錄基頻信號(hào)與諧波信號(hào)的極值，并通過(guò)計(jì)算二次諧波抑制比的變化曲線(xiàn)得到Q值；步驟三：根據(jù)步驟二中得出的Q值來(lái)作為偏置電壓控制參考變量。本發(fā)明的鈮酸鋰外調(diào)制器的精確控制方法的響應(yīng)速度和控制精度更高、控制穩(wěn)定性更好。
【IPC分類(lèi)】G02F1/03
【公開(kāi)號(hào)】CN105334644
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510828144
【發(fā)明人】楊江, 孫堯豐, 汪濱波, 黃維
【申請(qǐng)人】寧波中物東方光電技術(shù)有限公司
【公開(kāi)日】2016年2月17日
【申請(qǐng)日】2015年11月25日