本发明涉及调制器控制技术领域，特别是一种m-z调制器用正交偏置点控制装置及其控制方法。
背景技术：
目前，光纤通信系统朝高速、长距离、大容量的方向发展，由于采用铌酸锂基底的m-z调制器(马赫曾德尔调制器)具有调制速率高、工作性能稳定、调制信号的频率啁啾小、光损耗较低、适用于多种码型等优势，被广泛应用于高速光通信系统、微波光子学链路等相关光传输处理系统中。由于m-z调制器的传输函数为非线形函数，所以在使用m-z调制器时需要给它加载一个直流偏置电压来保证其信号调制时可以工作在其传输函数合适的工作点上。但是工作中由于时间、环境温度、外电场、应力等因素的变化都会对m-z调制器的稳定性产生影响，m-z调制器偏置点发生漂移，导致调制信号质量变差、传输系统误码率上升。为了保证m-z调制器可以稳定工作在其传输函数合适的工作点上，需要根据输入和输出光信号情况，及时对由于各种原因导致的m-z调制器工作点漂移进行修正。
为了减小m-z调制器偏置点漂移对光通信系统性能影响，科研技术人员做了大量的研究工作，提出各种m-z调制器偏置点控制方法,主要归纳为两种：一种是功率法，一种是扰频法；前者基于调制器输入和输出的光功率比对其工作点漂移进行反馈控制补偿，然而调制器输出反馈光信号会随输入光功率波动与光路损耗变化而变化，造成偏置点控制精度差；目前工程上大都采用后一种方法，即采用一个低频抖动信号的反馈控制方法来实现调制器偏置点的锁定，然而，由于理论分析不全面、电路设计不合理等因素的影响，现有技术中抑制m-z调制器正交偏置点漂移的方法在实际应用中存在缺陷，例如工作温度范围小、控制精度低等。
技术实现要素：
针对背景技术的问题，本发明提供一种m-z调制器用正交偏置点控制装置及其控制方法，以解决现有技术中，对调制器正交偏置点漂移的控制方法适用的工作温度范围小、控制精度低的问题。
为实现本发明的目的，本发明提供了一种m-z调制器用正交偏置点控制装置，其创新点在于：所述正交偏置点控制装置包括光探测放大器、a/d转换器、微控制器、d/a转换器、低通滤波器i、全波整流器i、低通滤波器ii、带通滤波器、全波整流器ii、低通滤波器iii、乘法器、1khz正弦信号发生器和加法器；
所述光探测放大器的输出端分别与a/d转换器、低通滤波器i和带通滤波器的输入端连接；所述a/d转换器与微控制器连接，所述微控制器分别与d/a转换器、1khz正弦信号发生器和乘法器(11)连接；所述低通滤波器i的输出端与全波整流器i的输入端连接，所述全波整流器i的输出端与低通滤波器ii的输入端连接；所述带通滤波器的输出端与全波整流器ii的输入端连接，所述全波整流器ii的输出端与低通滤波器iii的输入端连接；所述低通滤波器ii和低通滤波器iii的输出端分别与乘法器的两个输入端连接；所述d/a转换器、1khz正弦信号发生器和乘法器的输出端分别与加法器的三个输入端连接；
所述加法器的输出端作为正交偏置点控制装置的输出端；
所述乘法器能对两路输入信号做除法运算；
所述加法器能对三路输入电压信号进行求和运算。
本发明还提供了一种m-z调制器正交偏置点的控制方法，所涉及的硬件包括激光器、m-z调制器、光耦合器和正交偏置点控制装置，所述正交偏置点控制装置如前所述；
m-z调制器的光载波输入端与一激光器连接，m-z调制器的输出端与一光耦合器连接，光耦合器为单输入双输出，该光耦合器的第一输出端与第二输出端分光比为99:1，所述第二输出端与光探测放大器的输入端连接，所述加法器的输出端与m-z调制器的偏置电压输入端连接；
其创新点在于：正交偏置点控制装置运行过程中：所述光探测放大器能通过所述第二输出端对m-z调制器的输出光信号进行连续采样，并将得到的采样信号分别传输给a/d转换器、低通滤波器i和带通滤波器；所述a/d转换器能对采样信号实时进行ad转换处理，并将得到的数字信号传输至微控制器；所述d/a转换器能对微控制器的输出信号实时进行da转换处理，并将得到的信号传输至加法器；所述带通滤波器、全波整流器ii和低通滤波器iii记为第一滤波模块，所述低通滤波器i、全波整流器i和低通滤波器ii记为第二滤波模块；所述第一滤波模块能对采样信号实时进行滤波处理，并将得到的滤波信号1传输至乘法器；所述第二滤波模块能对采样信号实时进行滤波处理，并将得到的滤波信号2传输至乘法器；所述乘法器能对滤波信号1和滤波信号2实时进行除法运算处理得到处理信号1；所述加法器能对乘法器、1khz正弦信号发生器和d/a转换器三者的输出信号实时进行加法处理并将得到的处理信号2加载到m-z调制器的偏置电压输入端；
正交偏置点控制装置刚开始工作时，乘法器的输出端处于关断状态，微控制器先通过d/a转换器向加法器输出扫描电压，同时，微控制器根据所述数字信号进行偏置点搜索操作，搜索到m-z调制器当前的正交偏置点后，微控制器通过d/a转换器向加法器持续输出与m-z调制器的正交偏置点相匹配的偏置电压，输出偏置电压的同时，微控制器控制1khz正弦信号发生器向加法器持续输出1khz的正弦抖动信号，输出偏置电压的同时，微控制器控制乘法器的输出端选通；
所述第一滤波模块按如下方式对采样信号进行滤波处理：
所述带通滤波器对采样信号中的2khz正弦信号分量进行提取，并将得到的信号输出至全波整流器ii；全波整流器ii对带通滤波器的输出信号进行全波整流处理，并将得到的信号输出至低通滤波器iii；低通滤波器iii对全波整流器ii的输出信号中的低频直流分量进行提取，即可得到相应的滤波信号1；
所述第二滤波模块按如下方式对采样信号进行滤波处理：
所述低通滤波器i对采样信号中的1khz一次谐波分量进行提取，并将得到的信号输出至全波整流器i；全波整流器i对低通滤波器i的输出信号进行全波整流处理，并将得到的信号输出至低通滤波器ii；低通滤波器ii对全波整流器i的输出信号中的低频直流分量进行提取，即可得到相应的滤波信号2。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：利用模拟电路处理手段获得一个偏置点修正电压反馈到m-z调制器的直流偏置端，实现对m-z调制器的正交偏置点的锁定控制，该调制器和控制方法适用的温度范围广、控制精度高。
附图说明
本发明的附图说明如下。
图1为本发明提供的m-z调制器用正交偏置点控制装置及其应用系统示意图。
图中：1、光探测放大器；2、a/d转换器；3、微控制器；4、d/a转换器；5、低通滤波器i；6、全波整流器i；7、低通滤波器ii；8、带通滤波器；9、全波整流器ii；10、低通滤波器iii；11、乘法器；12、1khz正弦信号发生器；13、加法器14、激光器；15、m-z调制器；16、光耦合器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如附图1所示的m-z调制器用正交偏置点控制装置的应用系统，包括激光器14、m-z调制器15、光耦合器16和本发明所述的m-z调制器用正交偏置点控制装置。
在本实施例中，激光器14采用emcore公司生产的dfb激光器model1782，工作波长为1550nm，输出功率光50mw；m-z调制器15采用oclaro公司生产的am20强度调制器，工作波长为1550nm，调制带宽为20ghz，半波电压为5v，偏置电压输入调节范围为±20v；光耦合器16为单输入双输出，该光耦合器16的第一输出端与第二输出端的分光比为99:1，输入输出光纤均为保偏光纤；
m-z调制器15的光载波输入端与激光器14连接，m-z调制器15的输出端与光耦合器16连接，光耦合器16为单输入双输出，该光耦合器16的第一输出端与第二输出端分光比为99:1，耦合器16的第一输出端输出99％的光波分量供后级装置使用，耦合器16的第二输出端与正交偏置点控制装置的输入端连接，正交偏置点控制装置的输出端与m-z调制器15偏置电压输入端连接；
正交偏置点控制装置包括光探测放大器1、a/d转换器2、微控制器3、d/a转换器4、低通滤波器i5、全波整流器i6、低通滤波器ii7、带通滤波器8、全波整流器ii9、低通滤波器iii10、乘法器11、1khz正弦信号发生器12、加法器13；
光探测放大器1包括光电探测和电流电压转换放大电路，可将接收到的光信号转化为电信号并放大到一定数值；
a/d转换器2用于将模拟电压信号转换为数字信号；
微控制器3作为中央处理单元，能对a/d转换器2的输出信号进行处理得到直流偏置电压信号，并将直流偏置电压信号输出到d/a转换器7，此外，微控制器3能对1khz正弦信号发生器12的动作进行控制，输出正弦扰频信号，微控制器3还能控制乘法器11输出端的选通；
d/a转换器4用于将数字信号转换成模拟信号；
1khz正弦信号发生器12能在微控制器3的控制下向加法器13输出频率为1khz、幅度为50毫伏的正弦扰频信号；
低通滤波器i5，用于滤出1khz的正弦信号分量。
全波整流器i6，用于将1khz的正弦信号全波整流。
低通滤波器ii7，用于滤出低频直流分量，抑制高频分量。
带通滤波器8，用于滤出2khz的正弦信号分量。
全波整流器ii9，用于将2khz的正弦信号全波整流。
低通滤波器iii10，用于滤出低频直流分量，抑制高频分量。
乘法器11能对两路输入信号做除法运算，得到偏移误差修正电压信号；
加法器13能对三路输入信号进行相加，得到偏置点修正电压，并将该偏置点修正电压加载到m-z调制器的偏置电压输入端。
所述光探测放大器1的输出端分别与a/d转换器2、低通滤波器i5和带通滤波器8的输入端连接；所述a/d转换器2与微控制器3连接，所述微控制器3分别与d/a转换器4、1khz正弦信号发生器12和乘法器11连接；所述低通滤波器i5的输出端与全波整流器i6的输入端连接，所述全波整流器i6的输出端与低通滤波器ii7的输入端连接；所述带通滤波器8的输出端与全波整流器ii9的输入端连接，所述全波整流器ii9的输出端与低通滤波器iii10的输入端连接；所述低通滤波器ii7和低通滤波器iii10的输出端分别与乘法器11的两个输入端连接；所述d/a转换器4、1khz正弦信号发生器12和乘法器11的输出端分别与加法器13的三个输入端连接；
光探测放大器1的输入端作为正交偏置点控制装置的输入端；加法器13的输出端作为正交偏置点控制装置的输出端。
针对上述m-z调制器用正交偏置点控制装置，本发明还提出了一种控制方法，包括：
正交偏置点控制装置运行过程中：所述光探测放大器1能通过所述第二输出端对m-z调制器15的输出光信号进行连续采样，并将得到的采样信号分别传输给a/d转换器2、低通滤波器i5和带通滤波器8；所述a/d转换器2能对采样信号实时进行ad转换处理，并将得到的数字信号传输至微控制器3；所述d/a转换器4能对微控制器3的输出信号实时进行da转换处理，并将得到的信号传输至加法器13；所述带通滤波器8、全波整流器ii9和低通滤波器iii10记为第一滤波模块，所述低通滤波器i5、全波整流器i6和低通滤波器ii7记为第二滤波模块；
所述第一滤波模块能按如下方式对采样信号实时进行滤波处理：所述带通滤波器8对采样信号中的2khz正弦信号分量进行提取，并将得到的信号输出至全波整流器ii9；全波整流器ii9对带通滤波器8的输出信号进行全波整流处理，并将得到的信号输出至低通滤波器iii10；低通滤波器iii10对全波整流器ii9的输出信号中的低频直流分量进行提取，即可得到相应的滤波信号1，并将得到的滤波信号1传输至乘法器11；
所述第二滤波模块能按如下方式对采样信号实时进行滤波处理：所述低通滤波器i5对采样信号中的1khz一次谐波分量进行提取，并将得到的信号输出至全波整流器i6；全波整流器i6对低通滤波器i5的输出信号进行全波整流处理，并将得到的信号输出至低通滤波器ii7；低通滤波器ii7对全波整流器i6的输出信号中的低频直流分量进行提取，即可得到相应的滤波信号2，并将得到的滤波信号2传输至乘法器11；
所述乘法器11能对滤波信号1和滤波信号2实时进行除法运算处理得到处理信号1；所述加法器13能对乘法器11、1khz正弦信号发生器12和d/a转换器4三者的输出信号实时进行加法处理并将得到的处理信号2加载到m-z调制器15的偏置电压输入端；
正交偏置点控制装置刚开始工作时，乘法器11的输出端处于关断状态，微控制器3先通过d/a转换器4向加法器13输出扫描电压，同时，微控制器3根据所述数字信号进行偏置点搜索操作，搜索到m-z调制器15当前的正交偏置点后，微控制器3通过d/a转换器4向加法器13持续输出与m-z调制器15的正交偏置点相匹配的偏置电压，输出偏置电压的同时，微控制器3控制1khz正弦信号发生器12向加法器13持续输出1khz的正弦抖动信号，输出偏置电压的同时，微控制器3控制乘法器11的输出端选通；；
1khz正弦信号发生器12输出1khz的正弦抖动信号之前，乘法器11的输出端处于关断状态，此时没有信号从乘法器11输出到加法器13；只有当1khz正弦信号发生器12持续输出1khz的正弦抖动信号的同时，微控制器3才控制乘法器11的输出端选通，当正交偏置点发生漂移时，滤波信号1和滤波信号2均不为零，此时乘法器11对滤波信号1与滤波信号2进行除法运算得到的处理信号1即为正交偏置点的偏移误差修正电压，并将该偏移误差修正电压输出到加法器13；加法器13对偏移误差修正电压、1khz的正弦抖动信号和偏置电压实时进行加法处理得到的处理信号2加载到m-z调制器15的偏置电压输入端。
本发明的工作原理在于：正交偏置点控制装置通过模拟电路处理技术对m-z调制器输出信号光的1％分量持续进行处理，得到正交偏置点的修正电压持续反馈加载到m-z调制器的偏置电压输入端，从而实现对m-z调制器的正交偏置点的锁定控制。
本发明的m-z调制器用正交偏置点控制装置经过在高速光通信传输系统中的大量实验证明，该装置可以在-55℃－+80℃的温度范围内实现m-z调制器的正交偏置点稳定控制，而现有技术的m-z调制器正交偏置点控制装置只能在0℃－+70℃的温度范围内工作；且本发明的m-z调制器用正交偏置点控制装置控制精度高，谐波抑制比大于55db；且该正交偏置点控制装置体积非常小，易于集成。本发明的m-z调制器用正交偏置点控制装置还广泛可应用于微波光子学或分布式光纤传感系统。