Mz调制器任意点偏置控制装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光通信和光传感技术领域，更具体涉及一种MZ调制器任意点偏置控 制装置及方法。
【背景技术】
[0002] 铌酸锂（LiNb03)马赫-曾德尔（Mach-Zehnder，MZ)调制器是一种在光纤通信系 统、光纤传感等领域广泛应用的光电器件。MZ调制器由两个波导臂和两个Y型分支构成，通 过调节两个波导臂上的电场使光束在两个波导臂传输的速度不同而产生光程差，从而使两 束光发生干涉，实现对光信号的调制。MZ调制器的传输特性曲线是一条类余弦函数曲线，一 般为周期性的。由于MZ调制器自身结构的原因，如环境稳定、机械振动等，传输特性曲线会 随着时间发生改变，引起调制器工作点的漂移，导致调制器工作不稳定，给实际应用带来很 大影响。因此，对MZ调制器的工作点进行偏置控制是十分必要的。
[0003] 现有的MZ调制器偏置控制方法主要分为两类：（1)基于抖动信号的方法；（2)基 于功率检测的方法。基于抖动信号的方法是在MZ调制器的输入端加入一个低频率的抖动 信号，检测MZ调制器输出信号中抖动信号的谐波信号作为反馈信号，由于需要利用抖动信 号的多次谐波信号作为反馈，因此结构相对复杂，而且通常只能将MZ调制器偏置控制在四 个常用的工作点。基于功率检测的方法使用MZ调制器输入光功率，输出光功率，或者两者 的比值作为反馈信号，基于功率检测的方法相对简单，但是反馈信号与输入光功率密切相 关，由于在实际应用当中，MZ调制器的输入光功率信号会发生波动，因此会影响反馈信号， 无法实现MZ调制器工作点偏置控制。
[0004] 在光通信和光传感系统中会需要将MZ调制器工作点控制在任意点，而现有的大 部分MZ调制器偏置控制方法只是将调制器的工作点控制在4个工作点中的1个或几个，并 且存在MZ调制器工作点漂移的问题，限制了 MZ调制器的应用范围。
【发明内容】
[0005](一）要解决的技术问题
[0006] 本发明要解决的技术问题是如何解决MZ调制器工作点漂移的问题，同时实现将 MZ调制器工作点控制在任意点。
[0007] (二）技术方案
[0008] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种MZ调制器任意点偏置控制装置，所述 装置包括光分路器、光探测器、功率检测器、模数变换器、数字信号处理控制器、数模变换 器；
[0009] MZ调制器的输出光信号由光分路器分出部分光信号作为反馈信号光，所述反馈信 号光经过光探测器变为电信号，再经过功率检测器获得输出光信号的平均光功率，经由模 数转换器变换为数字信号，送入数字信号处理控制器进行计算处理，确定偏置点，并由数模 变换器变换设置合适的偏置电压输入MZ调制器的偏置输入端。
[0010] 本发明还提出了一种MZ调制器任意点偏置控制方法，所述方法包括以下步骤：
[0011] (1)初始化数字信号处理控制器，控制偏置电压，并在整个传输曲线周期内扫描， 获得MZ调制器的半波电压的值；
[0012] (2)设置所述MZ调制器的工作点，使MZ调制器偏置到任意点；
[0013] (3)检测所述MZ调制器输出光功率，由所述数字信号处理控制器计算获得输出光 功率对偏置电压的一阶偏导数Di、二阶偏导数D2以及D2与Di的比值R，记录下当前偏置工 作点的Di和R的值；
[0014] (4)经过一段时间后，重新检测所述MZ调制器输出光功率，由所述数字信号处理 控制器计算获得输出光功率对偏置电压的一阶偏导数D/、二阶偏导数D2'以及D2'与D/的 比值R' ；
[0015] (5)比较D/和Di的正负是否一致，以及比值R'和R的大小是否相等，当D/与Di 的正负不一致，或者R'和R的大小不相等时，调整所述MZ调制器的偏置电压使D/和Di的 正负一致，并且比值R'和R的大小相等；
[0016] (6)重复步骤（4)和步骤（5)。
[0017] (三）有益效果
[0018] 本发明提供了一种MZ调制器任意点偏置控制装置及方法，基于功率检测，解决了 MZ调制器工作点漂移的问题，能够实现将MZ调制器工作点控制在任意点，与现有技术相 t匕，MZ调制器偏置控制过程不受光功率波动的影响，结构和方法相对简单。
【附图说明】
[0019] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。
[0020] 图1为MZ调制器结构示意图；
[0021] 图2为传输特性曲线图；
[0022] 图3为本发明的一个较佳实施例的MZ调制器任意点偏置控制装置结构示意图；
[0023] 图4为MZ调制器输出光功率一阶导数Di和比值R与偏置电压关系图。
[0024] 图例说明：
[0025] 1、光导波；2、射频输入端；3、偏置输入端；4、光分路器；5、光探测器；6、功率检测 器；7、模数转换器；8、数字信号处理器；9、数模转换器；10、激光器。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发 明，但不能用来限制本发明的范围。
[0027] 图1为MZ调制器结构示意图；图2为传输特性曲线图。MZ调制器包括光波导1、 偏置输入端3、射频输入端2;其中射频信号由射频输入端输入，偏置电压由偏置输入端输 入。MZ调制器的传输特性曲线如图2所示，为类余弦函数曲线，且具有周期性，因此MZ调制 器工作点的控制只需要实现一个周期内的偏置控制即可。MZ调制器输出光功率Pjt)可以 表示为：
[0029] 其中Pi为输入光功率，k为MZ调制器插入损耗，为调制器半波电压，Vs(t)为 射频输入信号，VB为直流偏置电压。
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