[发明专利]一种MZ调制器偏置点控制系统及方法

说明书

本发明公开了一种MZ调制器偏置点控制系统及方法，涉及光纤通信技术领域，该系统包括：偏置电压输出模块与目标调制器连接，用于对目标调制器施加扰动信号和偏置电压；光电探测器设置在目标调制器输出的光信号的光路上，用于将目标调制器输出的光信号转换为电流信号；信号采集模块与光电探测器连接，用于将电流信号转换为设定阈值范围的电压信号；控制模块，分别与信号采集模块和偏置电压输出模块连接，用于控制偏置电压输出模块输出扰动信号和偏置电压，以及根据电压信号调整偏置电压，并根据电压信号和偏置电压确定目标调制器的偏置点位置。本发明能够使MZ调制器可靠地工作在设置的偏置点，不仅保证了控制的精度还提升了偏置点的控制效率。

技术领域

本发明涉及光纤通信技术领域，特别是涉及一种MZ调制器偏置点控制系统及方法。

背景技术

MZ电光调制器作为一种外调制器，广泛应用于现代光纤通信系统中。MZ调制器在使用前，需要根据应用领域的不同，将偏置电压设定在不同的偏置点上，但是其偏置点会随外界条件的改变而发生漂移，这将极大影响MZ调制器的正常使用。为了解决这一问题，目前最常见的控制技术是通过设计偏置点控制电路来调整偏置电压，从而将MZ调制器稳定控制在预先设定的偏置点上。而随着现代信息化战争以及高速通信的要求越来越高，研究MZ调制器更优的偏置点控制技术也十分具有工程意义。

目前针对MZ调制器偏置点的稳定控制问题，各国已经有了非常多的研究。其中，可以将这些研究大致分成两种类型，第一种是基于光功率监测的技术，第二种是基于扰动信号监测的技术。基于光功率监测的技术的实现是采集MZ调制器的输出光功率(有的技术还需采集输入光功率)，通过分析采集到的光功率变化情况，便可以得出MZ调制器偏置点的漂移情况，据此便可以相应的调整直流偏置电压的大小，以稳定MZ调制器的偏置点。基于扰动信号监测的技术的实现方案是将一个微弱的扰动信号叠加到MZ调制器偏置端的直流电压上，当偏置点处在不同的位置时，扰动信号给输出光功率带来的扰动也会有不同的变化，通过检测这部分变化并进行分析就可以得出当前偏置点的位置。

目前基于光功率监测的技术中，比较成熟的控制技术是2021年北京邮电大学的X.Yuan等提出的控制方案，他们采集了MZ调制器的输出光功率，并对其求对于偏置电压的一阶和二阶导数，将一阶导数与二阶导数求比值后发现，该比值与输入光功率以及MZ调制器的插入损耗无关，而与偏置电压呈现一一对应的关系，因此利用该比值来分析MZ调制器偏置点的漂移情况，将不会受到输入光功率以及器件插入损耗的影响，但是该比值还会受到射频信号的影响，因此在面对射频信号功率不稳定的情况下，该方案还是不够精确。

目前基于扰动信号监测的技术中，比较成熟的控制技术是2010年，美国洛克希得马丁航天系统公司的L.L.Wang所提出的，他们采用了在MZ调制器的偏置端加kHz级的扰动信号，并分析其输出光功率中该信号谐波分量的方法。此外，文中作者经过公式的推导验证了该信号一次谐波和二次谐波分量的比值是与输入光功率及器件插入损耗无关的，并且该比值与MZ调制器所处的偏置点一一对应。因此，只需要计算出所需要控制的偏置点的一二次谐波比值，便可以利用谐波比值来分析当前的漂移情况，并控制偏置电压以实现稳定偏置点的作用。该方案的成功解决了偏置点控制效果受光源及光链路不稳定的影响，同时也实现了对任意偏置点进行控制。

对于MZ调制器偏置点的控制技术前人已经做了大量的研究，并且控制技术也已经越来越成熟了，不过各方案都还是存在一定的局限性和缺点。由于基于光功率检测法的技术易受一些外界条件的影响从而导致控制的精度不佳，因此选择基于扰动信号监测的技术相对来说控制精度更高，但是此方案所需的硬件条件较高并且设计更加复杂，也会引入一个扰动信号从而会给调制信号带来影响。并且基于扰动信号监测的技术，加载的扰动信号的幅值越大，调制的误差就越大，但是减小扰动信号的幅值，将会影响偏置点的控制精确度，这个问题的产生主要是由于小信号容易受到干扰的问题，因此对电路和控制算法的要求将会更高，研究小幅度扰动信号的控制技术很有必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种MZ调制器偏置点控制系统及方法，能够使MZ调制器可靠地工作在设置的偏置点。