專利名稱：電光調制器的偏置電壓控制裝置和方法
技術領域：
本發明涉及一種電光調制器的偏置電壓驅動系統。用于給電光調制器提供合適的偏置電壓，使其工作在設定的工作區域。屬于光電自動反饋控制領域。
背景技術：
銀酸鋰馬赫-曾德電光調制器(LiNbO3 Mach-Zehnder Modulator)被廣泛應用在光通信、光纖傳感等領域。其內部由兩個相同的波導臂和兩個Y型分支組成。輸入光在第一個Y分支被分成兩束相等的光，然后分別沿兩個相同的波導臂傳輸，最后在第二個Y分支處相遇，并進行干涉。通過調節加在波導臂上的電場可以改變波導晶體的折射率，使兩束光在兩波導臂傳輸的速度不同而產生光程差，從而使兩束光的干涉光強發生變化，實現對光的振幅調制(AM)。電光調制器波導臂所加電壓(即電場)與輸出光強關系曲線即電光調制器的傳輸特性曲線，如圖2所示，是一條類余弦函數曲線。由于電光調制器自身結構的原因，外界的環境如溫度、機械拉伸及機械振動等會引起其工作點的漂移，從而導致電光調制器工作不穩定，使其性能受到很大影響，給實際應用帶來諸多不便。在不同應用中，電光調制器的工作點是不同的。當應用于需要微波調制等的系統中，為獲得線性調制，需要電光調制器工作在傳輸曲線的斜率最大點或者最小的點處，如示意圖2中的d點或者b點，而當應用于需要脈沖調制等的系統中，為獲取高消光比，需要電光調制器工作在傳輸特性曲線的谷底，如示意圖2中的c點。因此，對電光調制器的工作點進行自動化跟蹤和控制是非常必要的。專利ZL201010173594中，公開了一種通過直接測量光功率將電光調制器的工作點控制在谷底的偏壓控制方法，但該方法不能夠判斷電光調制器工作點的漂移方向使得控制精度和反應速度相對降低，而且由于其直接測量光功率，所以其控制精度很容易受到光源功率的波動的影響，另外該方法不能隨意改變輸入電光調制器的光功率，使得光源的使用很不方便。J. SN0DDY, Y. LI, F. RA VET, et al. “Stabilization of electro-opticmodulator bias voltage drift using alock—in amplifier and a proportional-1ntegral-derivative controller in distributedBriIlouin sensor system，，.Applied optics，2007 :1482 1485.提出了兩種偏壓控制方法，并比較了這兩種方法的優劣。但是這兩種方法需要用到鎖相放大器或者PC機(個人電腦)等外部大型設備，因此成本較高，且不便于移動。Bui D Tand Journet B, “Electrooptic modulatorbias point optimization by detecting itsnonlinear behavior，，IEEE Int. Conf. onCommunications and Electronics, ICCE2010(Nha Trang, Vietnam,Il_13August 2010)paper no. 1014,pp 118-23提出了一種基于檢測探測信號的調制信號的二次諧波進行電光調制器偏壓控制的方案，這種方案也是對電光調制器輸入一個探測信號，不同的是它檢測的是從電光調制器輸出的探測信號的調制信號的二次諧波的有無。這種方案需要用到倍頻器，結構相對復雜。本專利克服了以上方法的不足。而且以往提出的方案只能將工作點控制在一個點或者兩個點上，限制了電光調制器的應用范圍。而本專利提出的方案可將工作點控制在多個點上，且實現結構和解調方法簡易有效。

發明內容
技術問題本發明解決的技術問題在于提供一種電光調制器偏壓控制裝置和方法，將電光調制器的工作點控制在所需要的不同位置，且解決了電光調制器工作點漂移的問題。技術方案該電光調制器偏壓控制裝置是一個閉環控制裝置。該裝置通過控制電光調制器的直流偏置電壓來調節電光調制器的工作點。電光調制器的傳輸特性曲線可以用
表達式表不，為
權利要求
1.一種電光調制器偏壓控制裝置，其特征在于它由光電探測模塊、帶通濾波模塊、乘法器模塊、積分電路模塊、模數(AD)轉換模塊、正弦信號發生器模塊、控制器、數模(DA)轉換模塊、加法電路模塊組成。其連接關系是所述的光電探測器模塊的輸出端接帶通濾波器的輸入端，帶通濾波器的輸出端接乘法器的兩個輸入端中的一個，乘法器的另一輸入端接正弦信號發生器的輸出端，乘法器的輸出端接積分電路的輸入端，積分電路的輸出端接AD轉換模塊的輸入端，AD轉換模塊的輸出端接控制器，DA轉換模塊的輸入端也與控制器相連。 DA轉換模塊的輸出端接加法電路的兩個輸入端中的一個，加法電路的另一個輸入端接正弦信號發生器輸出端，加法電路的輸出端接電光調制器的偏壓輸入端。電光調制器的輸出端接一個光纖稱合器或分光器，分出少部分光輸入光電探測器模塊的輸入端。所有上述光電器件共同組成一個閉合控制回路。特別說明的是，上述電光調制器和光纖耦合器或者分光器不包含在本發明之內。
2.一種如權利要求1所述的電光調制器偏壓控制裝置，其特征在于所述的正弦信號發生器產生的正弦信號，頻率可在lHZ-20kHZ范圍內，振幅可在ImV-1OOmV范圍內。
3.—種如權利要求1所述的電光調制器偏壓控制裝置，其特征在于使用乘法器模塊進行信號處理。
4.一種如權利要求3所述的乘法器模塊，其特征在于所述的乘法器模塊實現將原輸入到電光調制器的探測信號與經過電光調制器調制了的相位未移動的探測信號相乘的功倉泛。
5.一種如權利要求1所述的電光調制器偏壓控制裝置，其特征在于所述的積分電路模塊將如權利要求3所述的乘法器輸出的交流信號變為直流信號。
6.一種如權利要求1所述的電光調制器偏壓控制裝置，其特征在于所述的控制器通過檢測和判斷AD采集到的直流信號的符號和數值大小來設置電光調制器的工作點以及控制電光調制器的工作點穩定在所設定的位置。
7.—種如權利要求1所述的電光調制器偏壓控制裝置，其特征在于所述的光電探測模塊中的光電二極管響應速度在ls-50us范圍，放大電路采用交流耦合。
8.—種如權利要求6所述的控制器，其特征在于所述的控制器可以使用8位的8051 及其兼容系列微處理器或者16位的MSP430系列的微控制單元(MCU)。
9.一種如權利要求1所述的電光調制器的偏壓控制方法，其特征在于對電光調制器工作點的控制主要分了兩步第一步，掃描確定電光調制器的工作點。電光調制器偏壓控制裝置輸出探測信號—— 小幅正弦連續信號輸入到電光調制器，然后控制器控制輸出的直流偏置電壓進行快速掃描；同時判斷和記錄AD轉換模塊采集到的，對應電光調制器不同工作點的，不同直流信號值所對應的直流偏置電壓值，最后將工作點設置在使用者選定的工作點上。第二步，控制電光調制器工作點的漂移。工作點設定好以后，再檢測AD轉換模塊采集到的不同直流信號值來判斷當前工作點的漂移方向及大小，然后采用一定的算法對偏置電壓進行相應的調節，保持AD采集到的直流信號在相應范圍內，即使電光調制器相對穩定的工作。
全文摘要
本發明公開了一種用于控制電光調制器偏置電壓的裝置和方法。該裝置和方法對電光調制器的偏置電壓進行控制，不僅可以使電光調制器穩定的工作以抵抗外界干擾而且可以根據需要控制電光調制器工作在不同的狀態。該裝置通過對電光調制器輸入一個已知周期的連續正弦偏置電壓信號，然后解調電光調制器對此信號的響應來判斷和確定電光調制器的工作點及其受外界影響導致的工作點的漂移，最后對電光調制器的偏置電壓進行調節，使電光調制器穩定的工作在設定的工作點上。
文檔編號G05F1/46GK103019286SQ20121056235
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月18日 優先權日2012年12月18日
發明者李裔, 張彩霞, 張震偉, 馬世安 申請人:中國計量學院