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
【技术领域】
[OOOU 本发明设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】
[000引 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干设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、R0F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。
[0003] 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。
[0004] 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：
[0005]
【主权项】
1. 一种电光强度调制器自动偏置控制装置，电光强度调制器为M-Z型电光强度调制 器，其特征在于，包括激光器、分束器、及M-Z型电光强度调制器，所述分束器包括第一分束 器、及第二分束器； 所述第一分束器连接在激光器的出光口与M-Z型电光强度调制器入光口之间，第一分 束器连接有电光调制器输入反馈通路； 所述第二分束器连接M-Z型电光强度调制器出光口，第二分束器连接有电光调制器输 出反馈通路； 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，反馈处理器连通M-Z型电光强度调制器的控制端，M-Z型电光强度调制器 的入射光束及出射光束经反馈处理器自动校准、跟踪并通过偏压驱动控制M-Z型电光强度 调制器。
2. 根据权利要求1所述的一种电光强度调制器自动偏置控制装置，其特征在于，所述 第一分束器为1 % :99%保偏光纤分束器； 所述M-Z型电光强度调制器入射的光束经第一分束器分成两束，其中一束为1%反馈 光束，反馈光束进入电光调制器输入反馈通路的第一检测通道，另一束进入M-Z型电光强 度调制器。
3. 根据权利要求1所述的一种电光强度调制器自动偏置控制装置，其特征在于，所述 第二分束器为1% :99%保偏光纤分束器； 所述M-Z型电光强度调制器出射的光束经第一分束器分成两束，其中一束为1%反馈 光束，反馈光束进入电光调制器输出反馈通路的第二检测通道，另一束为输出调制光。
4. 根据权利要求3所述的一种电光强度调制器自动偏置控制装置，其特征在于，所述 电光调制器输入反馈通路包括光电转换模块、同相放大模块，M-Z型电光强度调制器入射的 1 %反馈光束通过校准通道进入光电转换模块，将反馈光束转换为电信号，再经同相放大由 信号采集点输出，作为基准电压V3; 电光调制器输入反馈通路设有第一级细调、第二级粗调两级数字式可调电位器，用于 调苄基准电压％的大小。
5. 根据权利要求4所述的一种电光强度调制器自动偏置控制装置，其特征在于，所述 电光调制器输出反馈通路设有校准通道，校准通道采用1X2模拟开关切换控制； 所述校准通道依次连通光电转换模块、同相放大模块，M-Z型电光强度调制器出射的 1%反馈光束通过校准通道进入光电转换模块，将反馈光束转换为电信号，再经同相放大模 块放大获得反馈电压V2。
6. 根据权利要求5所述的一种电光强度调制器自动偏置控制装置，其特征在于，所述 电光调制器输出反馈通路设有第一级细调、第二级粗调两级数字式可调电位器，用于调节 反馈电压V2的大小。
7. 电光强度调制器自动偏置控制装置的自动偏置控制方法，其特征在于，自动偏置控 制方法基于权利要求6所述的电光强度调制器自动偏置控制装置采用如下步骤： 步骤1 :采用三点定位法确定最大调节动态范围时的偏置零点位置区域； 步骤2 :当偏置控制电压输出达到最大值时，通过调节电光调制器输入反馈通路和电 光调制器输出反馈通路的两级数字式可调电位器，使得基准电压V3和反馈电压￥2的关系满 足:V3= V2/2 ; 步骤3 :在步骤2的基础上通过控制调节偏压与查找峰值点时的方向相反调节，直至满 足V3= V 2,M-Z型电光强度调制器输入与输出功率关系为：P2= P /2,完成电光调制器线性 工作点的准确定位； 步骤4 :完成工作点的准确定位后，进入跟踪模式，利用数字PID算法实现偏压的反馈 控制。
8. 根据权利要求7所述的电光强度调制器自动偏置控制装置的自动偏置控制方法，其 特征在于，所述步骤1中三点定位法先将初始电压OV设定为偏置零点Vtl，确定采样间隔，偏 置零点Vtl左侧的采样点电压为V left，偏置零点Vtl右侧的采样点电压为V Hgh; 偏置零点Vtl的位置区域根据以下关系得知： (1) V1^VciWightWci位于下降区，调节偏压减小获得输出峰值； (2) UVtlWightW ^位于上升区，调节偏压增大获得输出峰值； (3) VQ>Vlefj V Q>Vright:V。已位于峰值点； (4) Vc^Vlrft且V /IightW ^位于波谷点，调节偏压增大或减小偏压获得输出值； (5) V〇= Vleft且VtlWighiVtl位于下降区，调节偏压减小获得输出峰值； (6) Vq= V right且V 〇>Vleft:V。位于上升区，调节偏压增大获得输出峰值。
9. 根据权利要求8所述的电光强度调制器自动偏置控制装置的自动偏置控制方法，其 特征在于，所述步骤4中以基准电压V3和反馈电压V 2的差值作为反馈信号，定义两者的差 值调整阈值为Vth，直至满足IV3-V21 < Vth，利用数字PID算法实现偏压的反馈控制。
10. 根据权利要求8所述的电光强度调制器自动偏置控制装置的自动偏置控制方法， 其特征在于，所述步骤4中进入跟踪模式的同时，在PID控制基础上采用激光器抖动控制识 别算法及延迟采样法。
【专利摘要】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。
【IPC分类】H03K19-14
【公开号】CN104836569
【申请号】CN201510182397
【发明人】张爱国, 魏石磊, 李宝瑞, 汪磊
【申请人】中国电子科技集团公司第四十一研究所
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年4月17日