专利名称：具有超高消光比的电光调制器偏置点自动锁定装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种针对低占空比脉冲光调制的电光调制器开发的偏置电压驱动器，涉及对超高消光比光脉冲有需求的光通信和光传感等领域。
背景技术：
电光调制器是利用某些晶体的电光效应对光信号进行调制的器件，在高速光通信、光纤传感等领域应用非常广泛。电光调制根据所施加的电场方向的不同，可分为纵向电光调制和横向电光调制；根据调制类型的不同，可分为电光相位调制和电光强度调制。典型的电光调制器输出特性曲线见示意图3，由图3可见传输曲线是一个余弦函数形状的曲线。对于低占空比脉冲光调制的电光调制器，其最适合工作点在传输曲线的谷底位置，此时电光调制器的直流偏置电压为电光调制器的半波电压。电光调制器工作在此工作点下，其调制输出的光脉冲的消光比是最高的。对于一些光传感领域，如测量光纤应变和温度的BOTDR及COTDR等系统，探测脉冲光具有高消光比是很重要的。电光调制器的工作点受偏置电压的影响，可以通过对电光调制器偏置电压的控制，使电光调制器工作在合适的工作点。对于低占空比脉冲光调制的电光调制器，输出的光脉冲能量越高越好，而经过电光调制器调制的光脉冲的占空比很低，若脉冲光的消光比不够高，即电光调制器没有工作在最佳工作点，此时脉冲光基底分走的能量较大不可忽略，这样相应地提高了光脉冲基底的能量而降低了光脉冲的能量。然而，环境温度、机械扭曲、机械振动以及输入光的偏振态变化都会引起电光调制器工作点的缓慢漂移(示意见图3)，从而导致电光调制器的消光比下降、性能变坏，给电光调制器的应用带来了麻烦。因此，对电光调制器工作点进行自动跟踪和控制是十分必要的。一个优秀的电光调制器工作点控制方案，要使得电光调制器工作在最适工作点且能调制出具有高消光比的脉冲光。现有的电光调制器工作点控制方案主要有三种
1)基于锁相放大器的控制方案；
2)基于PID算法的软件控制方案；
3)基于步进跟随算法的反馈控制方案。这三种方案在系统结构上都是基于光耦合器分光的电光调制器偏置电压控制结构(示意见图2)，这种结构有一定的局限性，虽然可以实现电光调制器稳定的工作，但是高消光比脉冲光的输出实现起来较为困难，此结构有以下几方面的局限性
I)光耦合器插入带来损耗，即光耦合器只将一小部分的脉冲光基底分出进入反馈系统，使得进入反馈系统的原始信噪比低下。2 )消光比是全“0 ”时平均光功率和全“ I ”时平均光功率之比，所以这种结构脉冲光基底引入的扰动幅度不能太大，否则会限制输出光脉冲的消光比，造成原始信噪比的低下。3)光耦合器将光脉冲与光脉冲的基底信号一起分出进入反馈系统，这样会对反馈系统的判别造成影响，同时也使得输出光脉冲的能量减少。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是消除传统电光调制器工作点控制方案结构上的局限性，提供一种具有超高消光比的电光调制器偏置点自动锁定装置，利用光开关代替上述结构的光耦合器，很好的消除了上述结构的局限性，使得电光调制器可以稳定地工作，同时使得输出的脉冲光具有较高的消光比和输出能量。本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案
一种具有超高消光比的电光调制器偏置点自动锁定装置，包括激光器、电光调制器、光开关、电光调制器偏置电压控制系统、时钟同步模块；其中所述电光调制器偏置电压控制系统包括光电转换信号放大模块、模数转换模块、控制器、输出驱动电路；其中
所述激光器输出连续光至电光调制器，所述电光调制器将连续光调制成脉冲光输出至光开关的输入端，所述光开关有两路输出端口 当光开关打开时，所述光开关从第一输出端口输出探测光脉冲；当光开关关闭时，所述光开关从第二输出端口输出光脉冲基底信号至光电转换信号放大模块，所述光电转换信号放大模块将光脉冲基底信号转换成电压信号输出至模数转换模块，所述模数转换模块将电压信号转换成数字信号输出至控制器，所述控制器运算处理此数字信号后得出电光调制器工作点漂移情况，根据该漂移情况控制器控制输出驱动电路输出偏置电压信号至电光调制器的直流偏置输入端口，使得电光调制器工作点向最适合工作点靠近；
所述时钟同步模块用于同步光开关的打开、电光调制器射频端调制电脉冲输入、电光调制器的直流偏置端扰动引入的时刻，该同步模块包括时钟分配器、调制脉冲输出模块；其中，所述时钟分配器根据外部时钟源产生一个时钟信号分别输入至光开关、控制器及调制脉冲输出模块，所述调制脉冲输出模块将该时钟信号转换成调制电脉冲输出至电光调制器的射频输入端口。进一步的，本发明的具有超高消光比的电光调制器偏置点自动锁定装置，在电光调制器与光开关之间还设置有延时光纤，用于匹配从调制电脉冲输入电光调制器的射频端到经电光调制器调制后的脉冲光到达光开关输入端的时间与光开关打开的延时时间。本发明还提出一种利用所述具有超高消光比的电光调制器偏置点自动锁定装置实现电光调制器偏置点自动锁定的方法，具体如下
(1)当电光调制器的射频端没有电脉冲输入时，通过电光调制器偏置电压控制系统的输出驱动电路给电光调制器的直流偏置端加入扰动；
带扰动的光脉冲基底信号从光开关的第二输出端口输出，之后进入电光调制器偏置电压控制系统的光电转换信号放大模块变为电压信号，此电压信号经模数转换模块变为数字量，由控制器运算处理此数字量得出电光调制器工作点漂移情况，根据漂移情况控制器控制输出驱动电路输出一个电光调制器驱动电压信号，使得电光调制器工作点向最适合工作点靠近；
(2)当电光调制器的射频端有电脉冲输入时，停止直流偏置端扰动的加入。进一步的，本发明的具有超高消光比的电光调制器偏置点自动锁定装置实现电光调制器偏置点自动锁定的方法，所述引入扰动方式为驱动电压步进扰动，在引入此扰动情况下，具体如下 A、先在整个电光调制器的驱动电压范围内进行扫描，找出平均光功率相对最低的工作点，此工作点在最适合工作点附近；
B、在步骤A所述平均光功率相对最低的工作点附近进行扫描，找出电光调制器的最适合工作点以及对应的平均光功率PO;在电光调制器的射频端没有电脉冲输入时，采样此最适合工作点对应的平均光功率Pl ;在电光调制器的射频端有电脉冲输入时停止采样；
C、比较PO与PI，若PO=PI，则保持工作点不变；若PO古PI，在电光调制器的射频端没有电脉冲输入的期间，在当前偏置电压值上加上一个输出驱动电路中的数模转换器可输出的最小步进电压，采样此时的平均光功率P2;在电光调制器的射频端有电脉冲输入的期间，将电光调制器的驱动电压恢复到其射频端没有电脉冲输入的期间加入扰动前的电压值，保证脉冲光没有电压步进扰动的引入；
D、比较Pl和P2，若P1>P2，则表明最适合工作点向高电压方向漂移，此时将工作点电压变为平均光功率P2对应的工作点电压；若PKP2,则表明最适工作点向低电压方向漂移，此时将平均光功率Pl对应的工作点电压减去一个输出驱动电路中的数模转换器可输出的最小步进电压，以此偏置电压值作为新的工作点；
E、重复上述步骤B至D，逐步跟踪锁定电光调制器的最适合工作点。进一步的，本发明的具有超高消光比的电光调制器偏置点自动锁定装置实现电光调制器偏置点自动锁定的方法，所述引入扰动方式为数字正弦扰动，在引入此扰动情况下，具体步骤如下
a、利用锁相放大器的原理判别电光调制器的工作点的漂移方向及大小，即在电光调制器的射频端没有电脉冲输入的期间，由控制器生成一个参考数字正弦扰动电压信号，此信号由控制器控制输出驱动电路输出到电光调制器直流偏置端；
b、经电光调制器调制后的扰动光信号依次经光电转换信号放大模块、模数转换模块转换为数字信号传输至控制器；在控制器内部，该数字信号与作为参考数字正弦扰动电压信号的正弦幅值相乘，并通过一个数字低通滤波器消除乘法产生的高频分量，得到一个反映工作点漂移情况的缓变量，然后进行如下判断
若缓变量为0，则表明此时的工作点为最适合工作点；
若缓变量为负，则表明最适合工作点向高电压方向漂移，此时将当前工作点电压加上一个输出驱动电路中的数模转换器可输出的最小步进电压，逐渐向最适合工作点靠近；
若缓变量为正，则表明最适合工作点向低电压方向漂移，此时将当前工作点电压减去一个输出驱动电路中的数模转换器可输出的最小步进电压，逐渐向最适合工作点靠近；
C、重复上述相乘滤波比较的过程，逐步锁定电光调制器的最适合工作点。本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果
本发明结构简单，易于实现。经电光调制器调制的探测脉冲光经过光开关将光脉冲与光脉冲基底分离，使得脉冲光能够以较高的能量稳定地进行后续探测。由于光脉冲的基底信号全部进入电光调制器偏置电压控制系统，可以适当增大扰动幅度，而不会限制光脉冲的消光比，这样使反馈系统的响应变快。本发明还能够有效的稳定电光调制器的工作点，同时使得光脉冲的消光比有大幅度提高。此发明具有广阔的应用领域，如光通信领域，光传感领域等等。
图1是本发明的电光调制器偏置点自动锁定装置示意图。图2是现有技术中基于光耦合器的电光调制器偏置电压控制示意图。图3是电光调制器输出特性曲线漂移示意图。图4是扰动为驱动电压步进的偏置电压控制方法示意图。图5是锁相放大器工作原理示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明
本发明是一个针对低占空比脉冲光调制的电光调制器进行偏置电压控制的闭环控制装置。主要包含三大模块分光模块、电光调制器偏置电压控制模块、同步模块。分光模块主要就是光开关，该装置所需光开关必须是一路输入两路输出的高速型光开关。此光开关主要作用是将经电光调制器调制的脉冲光的光脉冲分量与光脉冲基底分量分离，使得光脉冲以高能量稳定进行后续探测，而光脉冲基底信号全部被电光调制器偏置电压控制系统接收处理。所以需要光开关是一路输入两路输出，光开关打开时，光脉冲分量通过，关闭时光脉冲基底分量通过。为了提高反馈响应度以及匹配光脉冲到达光开关时间与光开关打开的时间，光开关的上升/下降时间应该在ns级别。综上所述这里使用的光开关为安捷讯公司的NS 1X2 SM系列光开关，产品型号NSSW-125111332，它是一种不保偏单模高速的I X 2光开关，操作波长为1550nm，响应时间(上升/下降时间)最大为300ns，这款光开关配以驱动电路即可满足上述要求。电光调制器偏置电压控制模块包括光电转换信号放大模块；模数转换模块；控制器；输出驱动电路。光电转换信号放大模块包含了光电探测器与跨阻放大电路两部分。其中光电探测器部分不需要高速的器件，光电探测器的带宽几十KHz即可满足要求；该光电探测器的暗电流应该尽量小，驱动电压为5V时，暗电流应小于InA，响应度在O. 5A/W以上。这样才能保证良好的信噪比，确保控制器接收到的信号是正确的，以避免控制器发生误判。这里使用的光电探测器的型号为GD3560J，它是一种近红外光电探测器，光谱敏感带在1550nm处；驱动电压5V时，该光电探测器的暗电流最大为InA ;响应度O. 85A/W，满足上述要求。光电探测器将光信号转换成电流信号。跨阻放大电路主要由一个运放组成。由于电光调制器工作点的漂移是一个十分缓慢的过程，因此，该运放不需要高速运放，相对于速度，低噪声是更应该注意的问题。如果跨阻放大电路不稳定，可以考虑加电容做相位补偿，提高跨阻放大电路的相位裕度，可以有效避免跨阻放大电路自激。同时应该注意补偿电容不能取得太大，它会很大程度的影响跨阻放大电路的带宽。模数转换模块主要就是将光电转换信号放大模块产生的模拟电压信号转换为数字信号。由于电光调制器的消光比一般有30dB左右,这意味着光电探测器产生的最大电流与最小电流的大小相差1000倍，那么模数转换器的精度必须大于10位。这里使用的A/D转换器型号为Microchip公司的MCP3428，它是一款16位精度的模数转换器，完全可以满足本发明的需求。在这里用的控制器为Lattice公司的非易失性无限重构可编程逻辑器件MachXOPLD系列的LCMX01200。该可编程逻辑器件提供嵌入式存储器，方便数据的缓冲；同时它还具有内置的PLL与振荡器，可以进行集成的时钟管理。该控制器接收A/D生成的数字信号，对此数字量进行运算处理，得到电光调制器当前的工作状态，根据电光调制器的这个工作状态，调整输出驱动电路的输出。输出驱动电路包括了 D/A转换器及放大器。数模转换的精度决定了最后电光调制器偏置电压控制系统锁定的工作点与电光调制器最适合工作点的接近程度，所以D/A转换器的精度可以取得大一点，这里使用的数模转换器为TI公司的DAC8552，它是16位精度电压输出型的D/A转换器。放大器主要是增大输出驱动电路的负载驱动能力以及电光调制器直流偏置端输入电压的范围，使其大于一个半波电压。由于要匹配D/A输出电压，这里的放大器需要选择轨对轨输出高供电电压的运放，带宽达到兆赫兹即可。同步模块就是根据外部时钟信号生成的时钟分配器，用于同步光开关的打开、电光调制器射频端调制脉冲输入及电光调制器直流偏置端扰动引入的时刻。根据电光调制器射频端输入调制脉冲产生方式不同，时钟同步方式也有区别。若调制脉冲是根据外部时钟信号产生的，则需要在电光调制器与光开关之间增加延时光纤，用于匹配从调制脉冲输入电光调制器射频端到经电光调制器调制后的脉冲光到达光开关的时间与光开关打开的延时时间。若调制脉冲是时钟信号控制脉冲发生器产生的，则只需在打开光开关时，使触发脉冲发生器的时钟信号做一个延时即可。由于可编程逻辑器件LCMX01200具有内置的PLL与振荡器，可以进行集成的时钟管理，此时钟分配器可以在上述可编程逻辑器件中生成。如图1所示，本发明的一种具有超高消光比的电光调制器偏置点自动锁定装置，该装置的激光器、电光调制器、光开关顺序连接，实现连续光到脉冲光的调制以及光脉冲和光脉冲基底的分光。光电转换信号放大模块、模数转换模块、控制器、输出驱动电路顺序连接，构成电光调制器偏置电压控制系统。由光开关OUTO端口分出的脉冲光基底信号接光电转换信号放大模块；输出驱动电路的输出端接电光调制器的直流偏置输入端口。调制脉冲输出模块接电光调制器的射频输入端口，用于生成输入到电光调制器射频端的调制电脉冲。同时需要根据外部时钟源产生一个时钟分配器与光开关、控制器及调制脉冲输出模块分别相连，时钟分配器用于同步光开关的打开、电光调制器射频端调制电脉冲输入及电光调制器直流偏置端扰动引入的时刻。根据电光调制器射频端输入调制电脉冲产生方式不同，时钟同步方式也有区别。若调制电脉冲是根据外部时钟信号产生的，则需要在电光调制器与光开关之间增加延时光纤，用于匹配从调制电脉冲输入电光调制器射频端到经电光调制器调制后的脉冲光到达光开关输入端的时间与光开关打开的延时时间。若调制电脉冲是时钟信号控制脉冲发生器产生的，则只需在打开光开关时，使触发脉冲发生器的时钟信号做一个延时即可。其整体工作过程为激光器输出连续光至电光调制器输入端，经过电光调制器调制变为基底带扰动的脉冲光；电光调制器输出脉冲光至光开关输入端，光开关有两路输出OUTO与0UT1，光开关打开时，OUTl输出探测光脉冲；光开关关闭时，OUTO输出光脉冲基底信号至光电转换信号放大模块输入端，带扰动的光脉冲基底由光开关的OUTO端口进入电光调制器偏置电压控制系统的光电转换信号放大模块，转化为易于检测的电压信号；光电转换信号放大模块输出电压信号至模数转换模块输入端，模数转换模块输出数字量至控制器输入端，使控制器获知电光调制器当前的工作状态，并根据电光调制器的这个工作状态，相应地调整输出驱动电路输入到电光调制器直流偏置端的电压信号；控制器输出数字信号至输出驱动电路输入端，输出驱动电路输出偏置电压信号至电光调制器的直流偏置输入端口。调制脉冲输出模块输出调制电脉冲至电光调制器的射频输入端口。由外部时钟信号生成的时钟分配器与光开关、控制器及调制脉冲输出模块分别相连，构成装置的同步系统。电光调制器偏置点自动锁定的过程如下电光调制器射频端没有电脉冲输入时，通过电光调制器偏置电压控制系统的输出驱动电路给电光调制器直流偏置端加入扰动；电光调制器射频端有电脉冲输入时，停止直流偏置端扰动的加入。这样经电光调制器调制以后的脉冲光基底引入了扰动，而光脉冲则没有引入扰动，基底带扰动的脉冲光经过光开关，光脉冲与带扰动的光脉冲基底分离。光脉冲在光开关打开时从OUTl端口输出，此输出光脉冲具有超高消光比且能量较高，造成此效果的原因是光开关自身具有一定的消光比；进入反馈系统的光脉冲基底能量高，使得锁定的电光调制器工作点更精确和更稳定；引入到光脉冲的扰动很小可忽略。在光开关关闭时，带扰动的光脉冲基底信号从OUTO端口输出，之后进入电光调制器偏置电压控制系统的光电转换信号放大模块变为电压信号，此电压信号经模数转换模块变为数字量，由控制器运算处理此数字量得出电光调制器工作点漂移情况，根据漂移情况控制器控制输出驱动电路输出一个电光调制器驱动电压信号，使得电光调制器工作点向最适合工作点靠近。重复上述过程，最终将找到离最适合工作点非常接近的工作点，接近程度取决于所引入扰动的类型与精度。在本发明中，对于电光调制器，把电光调制器射频端没有电脉冲输入时的状态定为off态，把电光调制器射频端有电脉冲输入时的状态定为on态。在电光调制器的off态引入扰动；on态时，停止扰动的加入。电光调制器偏置点自动锁定过程中所引入的扰动可以是驱动电压步进，也可以是数字正弦扰动，加入扰动后的偏置电压控制方法可以分为如下两种
I)所引入扰动为驱动电压步进，在引入此扰动情况下，可以先在整个驱动电压范围内进行粗扫描(步进较大)，找出平均光功率相对最低的工作点，此工作点在最适工作点附近，之后在此工作点附近进行细扫描(步进较小)，找出电光调制器的最适工作点以及对应的平均光功率PO。在电光调制器的off态时，采样此最适合工作点对应的平均光功率Pl ;在电光调制器的on态时停止采样。比较PO与Pl，若PO=Pl,则保持工作点不变；若PO古P1，在电光调制器的off态期间，在当前偏置电压值上加上一个输出驱动电路中的数模转换器可输出的最小步进电压，采样此时的平均光功率P2;在电光调制器的on态期间，将电光调制器的驱动电压恢复到off态期间加入扰动前的电压值，保证脉冲光没有电压步进扰动的引入。比较Pl和P2，若P1>P2，则表明最适合工作点向右(高电压方向)漂移，此时将工作点电压变为平均光功率P2对应的工作点电压；若P1〈P2，则表明最适合工作点向左(低电压方向)漂移，此时将平均光功率Pl对应的工作点电压减去一个输出驱动电路中的数模转换器可输出的最小步进电压，以此偏置电压值作为新的工作点。重复上述“采样一比较输出光功率大小”的最适合工作点跟随的过程，不但可以跟踪锁定电光调制器的最适工作点，同时引入的扰动对光脉冲不产生影响，具体如图4所示。2)所引入扰动为数字正弦扰动，在引入此扰动情况下，利用锁相放大器的原理即可判别工作点的漂移方向及大小，如图5所示，即在电光调制器的off态期间，控制器生成一个参考数字正弦扰动电压信号，此信号由控制器控制输出驱动电路输出到电光调制器直流偏置端。而在电光调制器的on态期间，输出驱动电路输出到电光调制器直流偏置端的电压为静态直流信号，没有正弦扰动加入。经电光调制器调制后的扰动光信号经光电转换信号放大模块的信号调理以及模数转换模块的采集变换为控制器可以处理的数据。在控制器内部该数据与作为参考信号的正弦幅值相乘，并通过一个数字低通滤波器消除乘法产生的高频分量，可以得到一个反映工作点漂移情况的缓变量。若缓变量为0，则表明此时的工作点为最适合工作点；若缓变量为负，则表明最适合工作点向高电压方向漂移，此时将当前工作点电压加上一个输出驱动电路中的数模转换器可输出的最小步进电压，逐渐向最适合工作点靠近；若缓变量为正，则表明最适合工作点向低电压方向漂移，此时将当前工作点电压减去一个输出驱动电路中的数模转换器可输出的最小步进电压，逐渐向最适合工作点靠近。重复上述相乘滤波比较的过程，既可以锁定电光调制器的最适合工作点，又不会将正弦扰动引入到光脉冲上去。相较于扰动方式I)，扰动方式2)的操作过程相对较复杂,但锁定的电光调制器最适工作点的精度较高，反馈响应更快。本发明供给电光调制器合适的偏置电压，使电光调制器工作在合适的工作点，通过电光调制器与光开关的级联实现超高消光比脉冲光输出，输出的光脉冲能量较高且稳定。
权利要求
1.一种具有超高消光比的电光调制器偏置点自动锁定装置，其特征在于，包括激光器、 电光调制器、光开关、电光调制器偏置电压控制系统、时钟同步模块；其中所述电光调制器偏置电压控制系统包括光电转换信号放大模块、模数转换模块、控制器、输出驱动电路；其中所述激光器输出连续光至电光调制器，所述电光调制器将连续光调制成脉冲光输出至光开关的输入端，所述光开关有两路输出端口 当光开关打开时，所述光开关从第一输出端口输出探测光脉冲；当光开关关闭时，所述光开关从第二输出端口输出光脉冲基底信号至光电转换信号放大模块，所述光电转换信号放大模块将光脉冲基底信号转换成电压信号输出至模数转换模块，所述模数转换模块将电压信号转换成数字信号输出至控制器，所述控制器运算处理此数字信号后得出电光调制器工作点漂移情况，根据该漂移情况控制器控制输出驱动电路输出偏置电压信号至电光调制器的直流偏置输入端口，使得电光调制器工作点向最适合工作点靠近；所述时钟同步模块用于同步光开关的打开、电光调制器射频端调制电脉冲输入、电光调制器的直流偏置端扰动引入的时刻，该同步模块包括时钟分配器、调制脉冲输出模块；其中，所述时钟分配器根据外部时钟源产生一个时钟信号分别输入至光开关、控制器及调制脉冲输出模块，所述调制脉冲输出模块将该时钟信号转换成调制电脉冲输出至电光调制器的射频输入端口。
2.如权利要求1所述的具有超高消光比的电光调制器偏置点自动锁定装置，其特征在于，在电光调制器与光开关之间还设置有延时光纤，用于匹配从调制电脉冲输入电光调制器的射频端到经电光调制器调制后的脉冲光到达光开关输入端的时间与光开关打开的延时时间。
3.一种利用权利要求1或2所述的具有超高消光比的电光调制器偏置点自动锁定装置实现电光调制器偏置点自动锁定的方法，其特征在于，具体如下(O当电光调制器的射频端没有电脉冲输入时，通过电光调制器偏置电压控制系统的输出驱动电路给电光调制器的直流偏置端加入扰动；带扰动的光脉冲基底信号从光开关的第二输出端口输出，之后进入电光调制器偏置电压控制系统的光电转换信号放大模块变为电压信号，此电压信号经模数转换模块变为数字量，由控制器运算处理此数字量得出电光调制器工作点漂移情况，根据漂移情况控制器控制输出驱动电路输出一个电光调制器驱动电压信号，使得电光调制器工作点向最适合工作点靠近；(2)当电光调制器的射频端有电脉冲输入时，停止直流偏置端扰动的加入。
4.如权利要求3所述的具有超高消光比的电光调制器偏置点自动锁定装置实现电光调制器偏置点自动锁定的方法，其特征在于所述引入扰动方式为驱动电压步进扰动，在引入此扰动情况下，具体如下A、先在整个电光调制器的驱动电压范围内进行扫描，找出平均光功率相对最低的工作点，此工作点在最适合工作点附近；B、在步骤A所述平均光功率相对最低的工作点附近进行扫描，找出电光调制器的最适合工作点以及对应的平均光功率PO ;在电光调制器的射频端没有电脉冲输入时，采样此最适合工作点对应的平均光功率Pl ;在电光调制器的射频端有电脉冲输入时停止采样；C、比较PO与PI，若PO=PI，则保持工作点不变；若PO古PI，在电光调制器的射频端没有电脉冲输入的期间，在当前偏置电压值上加上一个输出驱动电路中的数模转换器可输出的最小步进电压，采样此时的平均光功率P2;在电光调制器的射频端有电脉冲输入的期间， 将电光调制器的驱动电压恢复到其射频端没有电脉冲输入的期间加入扰动前的电压值，保证脉冲光没有电压步进扰动的引入；D、比较Pl和P2，若P1>P2，则表明最适合工作点向高电压方向漂移，此时将工作点电压变为平均光功率P2对应的工作点电压；若PKP2,则表明最适工作点向低电压方向漂移，此时将平均光功率Pl对应的工作点电压减去一个输出驱动电路中的数模转换器可输出的最小步进电压，以此偏置电压值作为新的工作点；E、重复上述步骤B至D，逐步跟踪锁定电光调制器的最适合工作点。
5.如权利要求3所述的具有超高消光比的电光调制器偏置点自动锁定装置实现电光调制器偏置点自动锁定的方法，其特征在于所述引入扰动方式为数字正弦扰动，在引入此扰动情况下，具体步骤如下a、利用锁相放大器的原理判别电光调制器的工作点的漂移方向及大小，即在电光调制器的射频端没有电脉冲输入的期间，由控制器生成一个参考数字正弦扰动电压信号，此信号由控制器控制输出驱动电路输出到电光调制器直流偏置端；b、经电光调制器调制后的扰动光信号依次经光电转换信号放大模块、模数转换模块转换为数字信号传输至控制器；在控制器内部，该数字信号与作为参考数字正弦扰动电压信号的正弦幅值相乘，并通过一个数字低通滤波器消除乘法产生的高频分量，得到一个反映工作点漂移情况的缓变量，然后进行如下判断若缓变量为0，则表明此时的工作点为最适合工作点；若缓变量为负，则表明最适合工作点向高电压方向漂移，此时将当前工作点电压加上一个输出驱动电路中的数模转换器可输出的最小步进电压，逐渐向最适合工作点靠近；若缓变量为正，则表明最适合工作点向低电压方向漂移，此时将当前工作点电压减去一个输出驱动电路中的数模转换器可输出的最小步进电压，逐渐向最适合工作点靠近；C、重复上述相乘滤波比较的过程，逐步锁定电光调制器的最适合工作点。
全文摘要
本发明公开了一种具有超高消光比的电光调制器偏置点自动锁定装置及方法，包括激光器、电光调制器、光开关、电光调制器偏置电压控制系统、时钟同步模块；其中所述电光调制器偏置电压控制系统包括光电转换信号放大模块、模数转换模块、控制器、输出驱动电路；时钟同步模块用于同步光开关的打开、电光调制器射频端调制电脉冲输入、电光调制器的直流偏置端扰动引入的时刻。所述方法通过电光调制器与光开关的级联实现超高消光比脉冲光输出，通过对电光调制器的偏置电压的控制，使得电光调制器稳定的工作在合适的工作点。本发明实现了电光调制器偏置电压的自动控制，该装置输出的脉冲光消光比有大幅度提升，且能量更高更稳定。
文档编号G02F1/03GK103048810SQ20131002665
公开日2013年4月17日 申请日期2013年1月24日 优先权日2013年1月24日
发明者张益昕, 张旭苹, 武学林, 应宙锋 申请人:南京大学