本发明实施例涉及通信技术，尤其涉及一种相移器的相移特性的估计装置、方法以及测试设备。
背景技术
电光调制器作为光通信系统中的核心部件，可以实现将高频电信号转换为光信号的功能，因此具有重要的作用。马赫-增德尔(mz，mach-zehnder)型调制器基于马赫-增德尔干涉原理，例如由分束/合束器和电信号驱动的调制臂(或者也可以称为相移臂)构成，是电光调制器普遍采用的构型之一。
图1是mz型电光调制器的一示例图，示意性示出了基础的单个mz构型的电光调制器的情况。如图1所示，例如，该电光调制器可以包括1×2分束器101、2个电光调制臂102、2×1合束器103。其中，每个电光调制臂102中可以包括一个或多个相移器1021。
对于电光调制器，电光调制臂中相移器的相移特性，即相位随电信号的变化关系是主要影响电光调制器性能的重要因素，需要对这种关系的非线性程度进行监控和测量。
例如，对于基础的单个mz构型的电光调制器(例如，其构成有1×2分束器、2个电光调制臂、2×1合束器)，测量电光调制臂中的相移器的相移特征(例如，相位-电压特性，和/或，相位-电流特性)可以有如下思路：
例如方法一，对于臂长不相等的mz电光调制器，在不同的波长有不同的干涉状态；因此可以通过改变电光调制臂上的直流电压/电流，扫描输出光信号的光谱，记录在不同直流电压下干涉最小点的变化，从而计算出相位的大小，即相位随电压/电流的变化关系。
例如方法二，对于臂长相等的mz电光调制器，相位改变可以引起干涉位置即输出功率的变化，因此可以通过改变电光调制臂上的直流电压/电流，考察输出功率的变化，计算出相位-电压/电流曲线。
应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本发明的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
技术实现要素：
然而，发明人发现上述测试方法存在着一些弊端。例如：
首先，现有测试方法中电光调制臂上均加载直流信号进行测试，而实际情况中，电光调制臂将使用高频驱动电信号，因此测试得到的非线性关系并不一定能够应用在高频信号下。
其次，现有测试方法严重依赖于电光调制器的设计结构；例如，方法一只适用于臂长差较长的不对称臂mz结构，且方法一和方法二不能够简单地应用在多个组合的mz电光调制器上。
再次，现有测试方法受环境因素影响大；例如环境温度和局部温度的变化会导致相位变化，以及电光调制器与光纤的耦合状态如果不稳定，均会引起测试结果的不准确。
本发明实施例提供一种相移器的相移特性的估计装置、方法以及测试设备。期望测试(或者估计)结果可以应用在高频信号下，并且测试结果与电光调制器的结构设计无关；此外测试结果对温度以及耦合等外界条件不敏感。
根据本发明实施例的第一个方面，提供一种相移器的相移特性的估计装置，包括：
信号加载单元，其对一电光调制器的待测相移器加载直流电信号和交流电信号，使得所述电光调制器输出的光信号产生至少两个谐波分量；
信息计算单元，其根据不同的所述直流电信号下产生的不同谐波分量来计算所述待测相移器的相移特性信息。
根据本发明实施例的第二个方面，提供一种相移器的相移特性的估计方法，包括：
对一电光调制器的待测相移器加载直流电信号和交流电信号，使得所述电光调制器输出的光信号产生至少两个谐波分量；
根据不同的所述直流电信号下产生的不同谐波分量来计算所述待测相移器的相移特性信息。
根据本发明实施例的第三个方面，提供一种电光调制器的测试设备，其对一电光调制器中待测相移器的相移特性进行测试，所述测试设备包括：
直流信号发生器，其产生直流电信号；
交流信号发生器，其产生交流电信号；
估计装置，其对所述待测相移器加载所述直流电信号和所述交流电信号，使得所述电光调制器输出的光信号产生至少两个谐波分量；以及根据不同的所述直流电信号下产生的不同谐波分量来计算所述待测相移器的相移特性信息。
本发明实施例的有益效果在于：对待测相移器加载直流电信号和交流电信号，使得电光调制器输出的光信号产生至少两个谐波分量；根据不同的所述直流电信号下产生的不同谐波分量来计算所述待测相移器的相移特性信息。由此，不仅测试(或者估计)结果可以准确地应用在高频信号下，而且测试结果与电光调制器的结构设计无关；此外测试结果对温度以及耦合等外界条件不敏感。
参照后文的说明和附图，详细公开了本发明实施例的特定实施方式，指明了本发明实施例的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。
针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。
附图说明
所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施方式，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1是mz型电光调制器的一示例图；
图2是本发明实施例的相移特性的估计装置的一示意图；
图3是本发明实施例的光谱仪上观察到的多个谐波分量的一示意图；
图4是本发明实施例的相移特性的估计装置的另一示意图；
图5是本发明实施例的测试设备的一示意图；
图6是本发明实施例的测试结果和理论值比较的一示意图；
图7是本发明实施例的根据测试结果得到的相位-电压关系的一示意图；
图8是本发明实施例的相移特性的估计方法的一示意图；
图9是本发明实施例的相移特性的估计方法的另一示意图；
图10是本发明实施例的估计装置的另一示意图。
具体实施方式
参照附图，通过下面的说明书，本发明实施例的前述以及其它特征将变得明显。在说明书和附图中，具体公开了本发明的特定实施方式，其表明了其中可以采用本发明实施例的原则的部分实施方式，应了解的是，本发明不限于所描述的实施方式，相反，本发明实施例包括落入所附权利要求的范围内的全部修改、变型以及等同物。
在本发明实施例中，术语“第一”、“第二”等用于对不同元素从称谓上进行区分，但并不表示这些元素的空间排列或时间顺序等，这些元素不应被这些术语所限制。术语“和/或”包括相关联列出的术语的一种或多个中的任何一个和所有组合。术语“包含”、“包括”、“具有”等是指所陈述的特征、元素、元件或组件的存在，但并不排除存在或添加一个或多个其他特征、元素、元件或组件。
在本发明实施例中，单数形式“一”、“该”等包括复数形式，应广义地理解为“一种”或“一类”而并不是限定为“一个”的含义；此外术语“所述”应理解为既包括单数形式也包括复数形式，除非上下文另外明确指出。此外术语“根据”应理解为“至少部分根据……”，术语“基于”应理解为“至少部分基于……”，除非上下文另外明确指出。
在本发明实施例中，将以mz型电光调制器为例进行说明。但应该注意的是，本发明不限于此，本发明的各种实施方式可以适用于其他电光调制器的相移器，而不局限于mz型电光调制器。
实施例1
本发明实施例提供一种相移器的相移特性的估计装置。图2是本发明实施例的相移特性的估计装置的一示意图，如图2所示，相移特性的估计装置200包括：
信号加载单元201，其对一电光调制器的待测相移器加载直流电信号和交流电信号，使得所述电光调制器输出的光信号产生至少两个谐波分量；
信息计算单元202，其根据不同的所述直流电信号下产生的不同谐波分量来计算所述待测相移器的相移特性信息。
在本实施例中，以mz型电光调制器为例，在该相移特性的估计装置200的控制下，该电光调制器可以输入直流电信号和交流电信号，通过连续激光生成器，该电光调制器可以输出光信号，该光信号可以通过光谱仪进行观察等处理。
在本实施例中，所述至少两个谐波分量可以包括基频分量(也可称为一阶谐波分量，或者一次谐波分量)和二阶谐波分量(也可称为二次谐波分量)。但本发明不限于此，还可以包括更多的谐波分量。
图3是本发明实施例的光谱仪上观察到的多个谐波分量的一示意图，如图3所示，mz型电光调制器被输入直流电信号和交流电信号后，可以通过光谱仪等观察到输出的光信号至少具有两个谐波分量。
例如，如图3所示，光谱仪上可观察到的信号包括载波s0，一次谐波s1和二次谐波s2；但本发明不限于此，图3仅为本发明实施例的一个例子。
在本实施例中，信息计算单元202可以根据不同的所述直流电信号下所述至少两个谐波分量的功率值的比值，计算所述待测相移器的相位与电压的非线性关系和/或相位与电流的非线性关系。
例如，所述待测相移器的相位与电压的非线性关系和/或相位与电流的非线性关系可以通过多项式表征；信息计算单元202可以根据不同的所述直流电信号下所述至少两个谐波分量的功率值的比值，计算所述多项式的多个系数以确定所述多项式。
图4是本发明实施例的相移特性的估计装置的另一示意图，如图4所示，相移特性的估计装置200包括：信号加载单元201以及信息计算单元202，如上所述。
如图4所示，相移特性的估计装置200还可以包括：
信号改变单元401，其改变加载在所述待测相移器上的所述直流电信号的大小；
分量记录单元402，其记录随着所述直流电信号的改变而产生的所述至少两个谐波分量的功率值；以及
比值计算单元403，其计算所述至少两个谐波分量的功率值的比值。
在本实施例中，可以多次改变直流电信号的大小，对于每次改变后的直流电信号，可以获得所述至少两个谐波分量的功率值，并计算出该直流电信号下对应的所述至少两个谐波分量的功率值的比值。
通过相移特性的估计装置200，可以在待测相移器上加载直流电信号和高频交流电信号，可以观测并计算光谱仪上各阶谐波分量的大小；然后可以改变直流电信号的大小，获得不同谐波分量的比值随该直流电信号变化的情况；此外，可以使用多项式表征相位-电压(或者相位-电流)的非线性关系，可通过对谐波分量比值的计算，得到该多项式的系数，从而确定相位-电压(或者相位-电流)的非线性关系。
以下将以基频分量(也可称为一阶谐波分量)和二阶谐波分量为例，对本发明进行进一步说明。
图5是本发明实施例的测试设备的一示意图，示意性示出了对mz型电光调制器501中待测相移器的相移特性进行测试的情况。如图5所示，测试设备502可以包括：直流信号发生器5021，其产生直流电信号；交流信号发生器5022，其产生交流电信号。如图5所示，mz型电光调制器501可以与连续激光生成器503进行光学连接，此外，mz型电光调制器501还可以与光谱仪504进行光学连接。
如图5所示，测试设备502还可以包括：估计装置5023，其对所述待测相移器加载所述直流电信号和所述交流电信号，使得所述电光调制器501输出的光信号产生至少两个谐波分量；以及根据不同的所述直流电信号下产生的不同谐波分量来计算所述待测相移器的相移特性信息。例如，估计装置5023可以具有图2或图3所示的各个单元或者模块。
在本实施例中，待测器件(即待测相移器)可以是基于mz型的多种结构的电光调制器中的器件，该电光调制器不限于等臂或不等臂、也不限于分布式或集中式的相移臂、也不限于单个或平行的调制器等；例如，只要包含电光相位调制并且调制后的光信号与另一路未调制光信号进行干涉，均可采用测试设备502进行测试或估计。
在本实施例中，测试设备502中包含直流信号源和交流信号源(也可以称为射频信号源)。其中，射频信号可以选用固定频率(例如是较高频率)的正弦信号；但本发明不限于此。此外，直流信号和交流信号可以相加后，加载在待测的相移器上。
在本实施例中，可以用高分辨率的光谱仪观测调制后的光信号，光谱仪观测到的光场可以由如下公式(1)表示：
其中，e表示该光信号的光场，εω表示相移器(或者调制臂)上的正弦信号的幅度，sin(ωt)表示该正弦信号，
在本实施例中，提取
在本实施例中，可以通过多项式表征所述待测相移器的相位与电压的非线性关系，和/或，可以通过多项式表征所述待测相移器的相位与电流的非线性关系。
例如，可以采用三次多项式在全局表征相位-电压关系，即：
对
其中，
cs1＝c1+2c2vdc+3c3vdc2
cs2＝c2+3c3vdc
cs3＝c3
(3)
在本实施例中，可以对光场e展开并化简：
以基频分量和二阶谐波分量为例，通过改变直流电信号的大小，可以同时记录基频分量和二阶谐波分量的比值变化。例如，将基频分量的大小记做s1，二阶谐波分量的大小记做s2；可以利用测试所得到的s1/s2的值，计算相位-电压/电流的非线性关系。
例如，比较一阶谐波分量和二阶谐波分量的大小：
在多个直流电信号(电压大小为vdc)下，可以得到多个s1/s2，将测量结果代入(3)(5)两式中，可以计算出三次多项式系数c1，c2和c3的大小。例如，可以通过测试得到至少三个s1/s2的比值，然后可以计算出三次多项式系数c1，c2和c3的大小。
具体的计算方法可以采用参数扫描法等，但本发明不限于此，还可以采用其他的现有方法或者未来出现的计算方法。
以参数扫描法为例，可以进行如下的操作：在一定的取值范围内，遍历所有的[c1，c2，c3]的组合，并求得对应于该[c1，c2，c3]的每一个vdc下的s1/s2的值；将该值与测试所得的每一个vdc下的s1/s2值对应地进行比较，并取绝对值后相加，获得每一组[c1，c2，c3]下理论上的s1/s2与测试所得的s1/s2之间的差距；找到差距最小的一组[c1，c2，c3]，作为该组vdc与s1/s2测量值的计算结果。
值得注意的是，以上例子中可以预先确定εω，由此使用s1/s2的至少三个值计算出c1，c2，c3；但本发明不限于此。例如，εω可以事先并不确定，可以使用s1/s2的至少四个值计算出c1，c2，c3以及εω。
图6是本发明实施例的测试结果和理论值比较的一示意图，示出了通过两次测试(每次测试均得到3个或以上的s1/s2的值)所得s1/s2随vdc变化的两条测试曲线，以及根据仿真得到的理论上s1/s2随vdc变化的一条理论曲线。如图6所示，理论仿真结果和测试结果能够良好地吻合。
图7是本发明实施例的根据测试结果得到的相位-电压关系的一示意图，示出了根据c1，c2，c3画出的相位-电压曲线。例如，如图7所示，可以根据测试结果求出c1，c2，c3，由此可以获得表征相位-电压之间非线性关系的多项式为：
y＝0.0019x3-0.02x2+0.247x。
图6和7仅示例性地对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于此。
值得注意的是，以上仅以三次多项式、基频分量和二阶谐波分量、参数扫描法等为例进行了示意性说明，但本发明不限于此。例如，还可以使用更多项的多项式或者更多阶的谐波分量。
值得注意的是，以上仅对与本发明相关的各部件进行了说明，但本发明不限于此。电光调制器的测试设备还可以包括其他部件或者模块，关于这些部件或者模块的具体内容，可以参考现有技术。
由上述实施例可知，对待测相移器加载直流电信号和交流电信号，使得电光调制器输出的光信号产生至少两个谐波分量；根据不同的所述直流电信号下产生的不同谐波分量来计算所述待测相移器的相移特性信息。由此，不仅测试(或者估计)结果可以准确地应用在高频信号下，而且测试结果与电光调制器的结构设计无关；此外测试结果对温度以及耦合等外界条件不敏感。
实施例2
本发明实施例提供一种相移器的相移特性的估计方法。本发明实施例对应于实施例1的估计装置，相同的内容不再赘述。
图8是本发明实施例的相移特性的估计方法的一示意图，如图8所示，相移特性的估计方法800包括：
步骤801，对一电光调制器的待测相移器加载直流电信号和交流电信号，使得所述电光调制器输出的光信号产生至少两个谐波分量；
步骤802，根据不同的所述直流电信号下产生的不同谐波分量来计算所述待测相移器的相移特性信息。
在本实施例中，所述至少两个谐波分量可以包括基频分量和二阶谐波分量；但本发明不限于此，例如还可以包括更多的谐波分量。
图9是本发明实施例的相移特性的估计方法的另一示意图，如图9所示，相移特性的估计方法900包括：
步骤901，对一电光调制器的待测相移器加载直流电信号和交流电信号，使得所述电光调制器输出的光信号产生至少两个谐波分量；
步骤902，改变加载在所述待测相移器上的所述直流电信号的大小；
步骤903，记录随着所述直流电信号的改变而产生的所述至少两个谐波分量的功率值；以及
步骤904，计算所述至少两个谐波分量的功率值的比值。
在本实施例中，可以多次执行步骤902至步骤904，从而可以获得多个比值。
如图9所示，相移特性的估计方法900还包括：
步骤905，根据不同的所述直流电信号下产生的不同谐波分量来计算所述待测相移器的相移特性信息。
具体地，可以根据不同的所述直流电信号下所述至少两个谐波分量的功率值的比值，计算所述待测相移器的相位与电压的非线性关系，和/或，计算所述待测相移器的相位与电流的非线性关系。
例如，所述待测相移器的相位与电压的非线性关系和/或相位与电流的非线性关系可以通过多项式表征；可以根据不同的所述直流电信号下所述至少两个谐波分量的功率值的比值，计算所述多项式的多个系数以确定所述多项式。
值得注意的是，以上附图仅示意性地对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于此。例如可以适当地调整各个步骤之间的执行顺序，此外还可以增加其他的一些步骤或者减少其中的某些步骤。本领域的技术人员可以根据上述内容进行适当地变型，而不仅限于上述附图的记载。
以上仅对与本发明相关的各步骤或过程进行了说明，但本发明不限于此。相移器的相移特性的估计方法还可以包括其他步骤或者过程，关于这些步骤或者过程的具体内容，可以参考现有技术。
由上述实施例可知，对待测相移器加载直流电信号和交流电信号，使得电光调制器输出的光信号产生至少两个谐波分量；根据不同的所述直流电信号下产生的不同谐波分量来计算所述待测相移器的相移特性信息。由此，不仅测试(或者估计)结果可以准确地应用在高频信号下，而且测试结果与电光调制器的结构设计无关；此外测试结果对温度以及耦合等外界条件不敏感。
实施例3
本发明实施例提供一种电光调制器的测试设备，其对一电光调制器中待测相移器的相移特性进行测试。所述测试设备可以包括：
直流信号发生器，其产生直流电信号；
交流信号发生器，其产生交流电信号；
估计装置，其对所述待测相移器加载所述直流电信号和所述交流电信号，使得所述电光调制器输出的光信号产生至少两个谐波分量；以及根据不同的所述直流电信号下产生的不同谐波分量来计算所述待测相移器的相移特性信息。
在本实施例中，该估计装置可以对电光调制器等各个器件进行控制、存储和计算等操作，例如可以是计算机、服务器、工作站等等，或者是这些设备的一个或多个组成部分；但本发明不限于此。
图10是本发明实施例的估计装置的一示意图。如图10所示，估计装置1000可以包括：处理器1010和存储器1020；存储器1020耦合到处理器1010。其中该存储器1020可存储各种数据；此外还存储信息处理的程序1021，并且在处理器1010的控制下执行该程序1021。
在一个实施方式中，相移特性的估计装置200的功能可以被集成到处理器1010中。其中，处理器1010可以被配置为实现如实施例2所述的相移特性的估计方法。
在另一个实施方式中，相移特性的估计装置200可以与处理器1010分开配置，例如可以将相移特性的估计装置200配置为与处理器1010连接的芯片，通过处理器1010的控制来实现相移特性的估计装置200的功能。
例如，处理器1010可以被配置进行如下的控制：对一电光调制器的待测相移器加载直流电信号和交流电信号，使得所述电光调制器输出的光信号产生至少两个谐波分量；根据不同的所述直流电信号下产生的不同谐波分量来计算所述待测相移器的相移特性信息。
处理器1010还可以被配置进行如下的控制：改变加载在所述待测相移器上的所述直流电信号的大小；记录随着所述直流电信号的改变而产生的所述至少两个谐波分量的功率值；以及计算所述至少两个谐波分量的功率值的比值。
例如，所述至少两个谐波分量可以包括基频分量和二阶谐波分量。
处理器1010还可以被配置进行如下的控制：根据不同的所述直流电信号下所述至少两个谐波分量的功率值的比值，计算所述待测相移器的相位与电压的非线性关系和/或相位与电流的非线性关系。
例如，所述待测相移器的相位与电压的非线性关系和/或相位与电流的非线性关系通过多项式表征；可以根据不同的所述直流电信号下所述至少两个谐波分量的功率值的比值，计算所述多项式的多个系数以确定所述多项式。
此外，如图10所示，估计装置1000还可以包括：输入输出(i/o)设备1030等；其中，上述部件的功能与现有技术类似，此处不再赘述。值得注意的是，估计装置1000也并不是必须要包括图10中所示的所有部件；此外，估计装置1000还可以包括图10中没有示出的部件，可以参考现有技术。
本发明以上的装置和方法可以由硬件实现，也可以由硬件结合软件实现。本发明涉及这样的计算机可读程序，当该程序被逻辑部件所执行时，能够使该逻辑部件实现上文所述的装置或构成部件，或使该逻辑部件实现上文所述的各种方法或步骤。本发明还涉及用于存储以上程序的存储介质，如硬盘、磁盘、光盘、dvd、flash存储器等。
结合本发明实施例描述的方法/装置可直接体现为硬件、由处理器执行的软件模块或二者组合。例如，图2中所示的功能框图中的一个或多个和/或功能框图的一个或多个组合(例如，信号加载单元、信息计算单元等)，既可以对应于计算机程序流程的各个软件模块，亦可以对应于各个硬件模块。这些软件模块，可以分别对应于图8所示的各个步骤。这些硬件模块例如可利用现场可编程门阵列(fpga)将这些软件模块固化而实现。
软件模块可以位于ram存储器、闪存、rom存储器、eprom存储器、eeprom存储器、寄存器、硬盘、移动磁盘、cd-rom或者本领域已知的任何其它形式的存储介质。可以将一种存储介质耦接至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息；或者该存储介质可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于asic中。该软件模块可以存储在移动终端的存储器中，也可以存储在可插入移动终端的存储卡中。例如，若设备(如移动终端)采用的是较大容量的mega-sim卡或者大容量的闪存装置，则该软件模块可存储在该mega-sim卡或者大容量的闪存装置中。
针对附图中描述的功能方框中的一个或多个和/或功能方框的一个或多个组合，可以实现为用于执行本申请所描述功能的通用处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或者其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件或者其任意适当组合。针对附图描述的功能方框中的一个或多个和/或功能方框的一个或多个组合，还可以实现为计算设备的组合，例如，dsp和微处理器的组合、多个微处理器、与dsp通信结合的一个或多个微处理器或者任何其它这种配置。
以上结合具体的实施方式对本发明进行了描述，但本领域技术人员应该清楚，这些描述都是示例性的，并不是对本发明保护范围的限制。本领域技术人员可以根据本发明原理对本发明做出各种变型和修改，这些变型和修改也在本发明的范围内。