CN114499684B - 一种控制mz调制器工作点稳定的方法及*** - Google Patents

一种控制mz调制器工作点稳定的方法及*** Download PDF

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Abstract

本申请提供的控制MZ调制器工作点稳定的方法及***中，首先获取电压‑电流工作曲线，在工作曲线中找到正交偏置点，将MZ调制器的工作电压调节至正交偏置点对应的电压值处，此时工作点为偏置工作点，采集MZ调制器当前状态下的偏置工作点附近的若干个电压值和光电流比值；将MZ调制器当前状态下的偏置工作点附近的若干个电压值和光电流比值进行拟合得到拟合曲线，进而得到该拟合曲线的斜率K，根据初始光电流比值、实际光电流比值和斜率K可以计算出电压偏差，进而根据电压偏差计算MZ调制器的补偿电压，将MZ调制器的工作电压调节至补偿电压可使MZ调制器处于偏置工作点状态，上述的调节可以使MZ调制器的工作点稳定在偏置工作点处。

Description

一种控制MZ调制器工作点稳定的方法及***
技术领域
本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种控制MZ调制器工作点稳定的方法及***。
背景技术
光模块是实现光电信号相互转换的工具，是光通信设备中的关键器件之一。其中，采用硅光芯片实现光电转换功能已经成为高速光模块采用的一种主流方案。
在硅光光模块中，硅光芯片内包括MZ(Mach-Zehnder，马赫-曾德尔)调制器。激光器发射的光载波信号进入MZ调制器，高速数据流以驱动电压的方式加载到光载波信号上完成对光的调制。
MZ调制器传输函数是非线性的，为了避免信号失真，必须使调制器工作在特定的偏置工作点上，但是受MZ调制器工作过程中产生的热量、环境温度变化等的影响其特性容易发生改变，使得MZ调制器的工作点从预设的偏置工作点处产生漂移。当工作点发生漂移时，MZ调制器将表现出强烈的非线性，降低光通信连接的最大动态范围，严重时导致接收到的光信号无法恢复原有信息，因此有必要实现MZ调制器工作点的稳定控制。
发明内容
本申请提供了一种控制MZ调制器工作点稳定的方法，以实现MZ调制器工作点的稳定控制。
本申请提供的控制MZ调制器工作点稳定的方法，包括如下：
获取MZ调制器的电压-电流工作曲线；
利用所述电压-电流工作曲线确定MZ调制器当前状态下的偏置工作点，并获取偏置工作点状态下的光电流比值；
采集所述MZ调制器当前状态下的偏置工作点附近的若干个电压值和光电流比值；
将所述MZ调制器当前状态下的偏置工作点附近的若干个电压值和光电流比值进行拟合得到拟合曲线；
根据所述拟合曲线和所述偏置工作点状态下的光电流比值获得电压偏差；
根据获得的所述电压偏差计算MZ调制器的补偿电压。
有益效果：
由上述技术方案可见，本申请提供的控制MZ调制器工作点稳定的方法中，当监控到MZ调制器两个输出端设置的光功率探测器采集的光功率发生变化时，MZ调制器的偏置工作点产生漂移，首先通过调整加载在MZ调制器的工作电压获取电压-电流工作曲线，在工作曲线中找到最大电流值和最小电流值所在的区间，该区间中间位置点即为正交偏置点，将MZ调制器的工作电压调节至正交偏置点对应的电压值处，此时MZ调制器的工作点为偏置工作点，采集MZ调制器当前状态下的偏置工作点附近的若干个电压值和光电流比值；将MZ调制器当前状态下的偏置工作点附近的若干个电压值和光电流比值进行拟合得到拟合曲线，进而得到该拟合曲线的斜率K，根据初始光电流比值、实际光电流比值和斜率K可以计算出电压偏差，进而根据电压偏差计算MZ调制器的补偿电压，将MZ调制器的工作电压调节至补偿电压可使MZ调制器处于偏置工作点状态，上述的调节可以使MZ调制器的工作点稳定在偏置工作点处，进而解决MZ调制器工作点漂移问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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。
图1为本申请实施例提供的控制MZ调制器工作点稳定的方法的流程示意图；
图2为本申请提供的一实施例中获取的MZ调制器的电压-电流工作曲线示意图；
图3为本申请提供的一实施例中获取的MZ调制器的拟合曲线示意图；
图4为本申请实施例提供的控制MZ调制器工作点稳定的***的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种控制MZ调制器工作点稳定的方法，如图1，包括:
S110：获取MZ调制器的电压-电流工作曲线。
一般来说，MZ调制器主要有三种静态工作点，分别是正交偏置点、最小传输点和最大传输点，其中最小传输点和最大传输点为非线性工作点，会造成信号失真，因此需要使MZ调制器的工作点稳定在正交偏置点处，该工作点具有最优的线性工作范围。
在分析MZ调制器的工作状态时，需要首选获取其传输特性曲线，在本申请实施例中选取电压-电流曲线作为其传输特性曲线，该步骤主要是粗略查找跟踪MZ调制器的偏置工作点的大致范围，具体是：
通过不断地调节加载在MZ调制器两端的工作电压，在调节的过程中，MZ调制器的工作点在发生变化，进而MZ调制器输出端的光功率发生变化，对应的相应电流同样会发生变化，因此可以通过不断调整加载在MZ调制器两端的工作电压，实时采取若干个电压值和光电流比值，最终获得MZ调制器的电压-电流工作曲线供后续分析所用，其中光电流比值指的是光源处光功率探测器的光电流与一输出端处光功率探测器的光电流比值,电压-电流工作曲线示意如图2所示。
S120：利用所述电压-电流工作曲线确定MZ调制器当前状态下的偏置工作点，并获取偏置工作点状态下的光电流比值。
如图2所示，MZ调制器的传输特性曲线也就是上述得到的电压-电流工作曲线为类余弦函数曲线，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。首先根据电压-电流工作曲线读取最大电流值和最小电流值，最大电流值和最小电流值所在曲线段的中间点为正交偏置点，将MZ调制器的工作电压调节至所述正交偏置点对应的电压值处，此时MZ调制器的工作点为偏置工作点。具体操作如下：
在本申请实施例中，结合图2，首先锁定曲线中曲线线性度较好的区域，在该区域内取最大电流值和最小电流值组成的曲线段为目标曲线段，锁定好目标曲线段后，该目标曲线段中间点位置对应的电压即为偏置电压，该点为正交偏置点，图2中的偏置电压为2.3V，将MZ调制器的工作电压调节至2.3V处，此时MZ调制器的工作点为偏置工作点。
同时，本申请实施例中的MZ调制器包括输入端，输入端具体可以为输入接口，输入接口连接光源，MZ调制器用于调制该光源发出的激光，输入光波经过分光器后被分成相等的两束，分别通过两光波导传输，光波导是由光材料制成的，其折射率随外加电压的大小而变化，从而使两束光信号到达输出端时产生相位差，若两束光的光程差是波长的整数倍，两束光相干抵消，调制器输出很小。因此，可以通过补偿电压使电压达到稳定进而使MZ调制器的工作点稳定。
当MZ调制器的工作点稳定时，输出端的光功率与输入端的光功率占比固定，当MZ调制器的工作点漂移时，输出端的光功率与输入端的光功率占比发生变化，因此可以通过监控输入至光功率探测器的光电流来反馈MZ调制器的输出功率的变化，进而可以表征工作点的变化情况。
在确定偏置工作点后，同时获取当前状态下光电流的比值，具体如下：
MZ调制器包括：输入端设置的第一光功率探测器和输出端设置的第二光功率探测器；
将MZ调制器的工作电压调节至所述正交偏置点对应的电压值处时，采集所述第一光功率探测器输出的光电流和所述第二光功率探测器输出的光电流；
将采集到的所述第一光功率探测器输出的光电流和所述第二光功率探测器输出的光电流求比值得到偏置工作点状态下的光电流比值。
其中第一光功率探测器就是前述的光源处的光功率探测器,第二光功率探测器就是前述的一输出端处的光功率探测器。
为了便于描述，我们将此时得到的光电流比值定义为初始光电流比值。
S130：采集所述MZ调制器当前状态下的偏置工作点附近的若干个电压值和光电流比值。
上述步骤为粗略查找偏置工作点的所在的区域，在该步骤中需要精细查找偏置工作点的位置，通过对粗略查找到的偏置工作点附件的小区域进行布局方法，来相对精准地锁定偏置工作点的位置。具体为：
采集所述MZ调制器当前状态下的偏置工作点附近的若干个电压值和光电流比值，结合图2中获得的偏置电压为2.3V，则对2.3V附近进行精细扫描，可以在2.3V左右范围内各取10个扫描点，本申请实施例中可以取2.244V、2.252V、2.26V、2.268V、2.276V、2.284V、2.292V、2.3V、2.308V、2.316V、2.324V、2.332V、2.34V、2.348V、2.356V、2.364V、2.372V、2.38V、2.388V、2.396V及2.404V，共20个电压值，并扫描其对应的光电流比值，20个光电流比值分别为0.397、0.41、0.423、0.437、0.451、0.466、0.48、0.4913、0.5036、0.5166、0.5286、0.54、0.5525、0.5637、0.5762、0.5892、0.6012、0.6142、0.6262、0.6382及0.65。
S140：将所述MZ调制器当前状态下的偏置工作点附近的若干个电压值和光电流比值进行拟合得到拟合曲线。
图3为本申请实施例中对上述取的20个扫描点对应的电压值和光电流比值进行拟合后得到的拟合曲线。
S150：根据所述拟合曲线、所述光电流比值获得电压偏差。
获取上述步骤中获得的拟合曲线后读取其斜率K；
将偏置工作点状态下的光电流比值作为初始光电流比值Rinit，将采集到的所述第一光功率探测器输出的光电流和所述第二光功率探测器输出的光电流求比值得到偏置工作点状态下的光电流比值。为了便于描述，我们将此时得到的光电流比值定义为初始光电流比值。
将任一时刻的光电流比值作为实时光电流比值R，将采集到的任一时刻的第一光功率探测器输出的光电流和第二光功率探测器输出的光电流求比值得到实时光电流比值R。
则电压偏差Verr＝(R-Rinit)/K。
S160：根据获得的所述电压偏差计算MZ调制器的补偿电压。
根据上述获取的电压偏差Verr计算MZ调制器的补偿电压。
当Verr大于0时，补偿电压Vnew＝V-min(A*Verr，Vstep)；
当Verr小于0时，补偿电压Vnew＝V-max(A*Verr，-Vstep)；
其中Vstep为单位补偿电压幅度，可取固定值，为了避免在进行电压补偿时，电压浮动过大，因此在本申请中设置单位补偿电压幅度了这一参数，在进行补偿时以该参数为单位进行补偿，避免电压浮动过大。
当电压偏差Verr为0时，所述MZ调制器的工作点处于偏置工作点。
将MZ调制器的工作电压调节至所述补偿电压可使所述MZ调制器处于偏置工作点状态。
第二方面，本申请还提供了一种控制MZ调制器工作点稳定的***，如图4所示，包括:
工作曲线获取模块，用于获取MZ调制器的实时电压-电流工作曲线；
偏置工作点获取模块，用于利用所述电压-电流工作曲线确定MZ调制器当前状态下的偏置工作点，并获取偏置工作点状态下的光电流比值；
数据采集模块，用于采集所述MZ调制器当前状态下的偏置工作点附近的若干个电压值和光电流比值；
拟合曲线获取模块，用于将所述MZ调制器当前状态下的偏置工作点附近的若干个电压值和光电流比值进行拟合得到拟合曲线；
电压偏差获取模块，用于根据所述拟合曲线、所述光电流比值获得电压偏差；
补偿电压获取模块，用于根据获得的所述电压偏差计算MZ调制器的补偿电压。
综上，本申请提供的控制MZ调制器工作点稳定的方法中，当监控到MZ调制器两个输出端设置的光功率探测器采集的光功率发生变化时，MZ调制器的偏置工作点产生漂移，首先通过调整加载在MZ调制器的工作电压获取电压-电流工作曲线，在工作曲线中找到最大电流值和最小电流值所在的区间，该区间中间位置点即为正交偏置点，将MZ调制器的工作电压调节至正交偏置点对应的电压值处，此时MZ调制器的工作点为偏置工作点，采集MZ调制器当前状态下的偏置工作点附近的若干个电压值和光电流比值；将MZ调制器当前状态下的偏置工作点附近的若干个电压值和光电流比值进行拟合得到拟合曲线，进而得到该拟合曲线的斜率K，根据初始光电流比值、实际光电流比值和斜率K可以计算出电压偏差，进而根据电压偏差计算MZ调制器的补偿电压，将MZ调制器的工作电压调节至补偿电压可使MZ调制器处于偏置工作点状态，上述的调节可以使MZ调制器的工作点稳定在偏置工作点处，进而解决MZ调制器工作点漂移问题。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种控制MZ调制器工作点稳定的方法，其特征在于，包括:
获取MZ调制器的电压-电流工作曲线；
利用所述电压-电流工作曲线确定MZ调制器当前状态下的偏置工作点，并获取偏置工作点状态下的光电流比值；
采集所述MZ调制器当前状态下的偏置工作点附近的若干个电压值和光电流比值；
将所述MZ调制器当前状态下的偏置工作点附近的若干个电压值和光电流比值进行拟合得到拟合曲线；
根据所述拟合曲线和所述偏置工作点状态下的光电流比值获得电压偏差；
根据获得的所述电压偏差计算MZ调制器的补偿电压。
2.根据权利要求1所述的控制MZ调制器工作点稳定的方法，其特征在于，将所述MZ调制器的工作电压调节至所述补偿电压可使所述MZ调制器处于偏置工作点状态。
3.根据权利要求1所述的控制MZ调制器工作点稳定的方法，其特征在于，通过多次调整加载在所述MZ调制器上的电压获取MZ调制器的实时电压-电流工作曲线。
4.根据权利要求1所述的控制MZ调制器工作点稳定的方法，其特征在于，所述利用所述电压-电流工作曲线确定MZ调制器当前状态下的偏置工作点，包括：
选取所述电压-电流工作曲线内以最大电流值和最小电流值为端点的区间中间点为正交偏置点；
最大电流值和最小电流值所在曲线段的中间点为正交偏置点；
将MZ调制器的工作电压调节至所述正交偏置点对应的电压值处，此时MZ调制器的工作点为偏置工作点。
5.根据权利要求4所述的控制MZ调制器工作点稳定的方法，其特征在于，所述获取偏置工作点状态下的光电流比值，包括：
所述MZ调制器包括：输入端设置的第一光功率探测器和输出端设置的第二光功率探测器；
将MZ调制器的工作电压调节至所述正交偏置点对应的电压值处时，采集所述第一光功率探测器输出的光电流和所述第二光功率探测器输出的光电流；
将采集到的所述第一光功率探测器输出的光电流和所述第二光功率探测器输出的光电流求比值得到偏置工作点状态下的光电流比值。
6.根据权利要求1所述的控制MZ调制器工作点稳定的方法，其特征在于，所述根据所述拟合曲线、所述光电流比值获得电压偏差，包括：
获取所述拟合曲线的斜率K；
将偏置工作点状态下的光电流比值作为初始光电流比值Rinit；
将任一时刻的光电流比值作为实时光电流比值R；
所述电压偏差Verr＝(R-Rinit)/K。
7.根据权利要求1所述的控制MZ调制器工作点稳定的方法，其特征在于，所述根据获得的所述电压偏差计算MZ调制器的补偿电压，包括：
当Verr大于0时，补偿电压Vnew＝V-min(A*Verr，Vstep)；
当Verr小于0时，补偿电压Vnew＝V-max(A*Verr，-Vstep)；
其中Vstep为单位补偿电压幅度，可取固定值。
8.根据权利要求7所述的控制MZ调制器工作点稳定的方法，其特征在于，当电压偏差Verr为0时，所述MZ调制器的工作点处于偏置工作点。
9.根据权利要求5所述的控制MZ调制器工作点稳定的方法，其特征在于，所述MZ调制器包括还包括第三光功率探测器，设于所述MZ调制器的另一输出端。
10.一种控制MZ调制器工作点稳定的***，其特征在于，包括:
工作曲线获取模块，用于获取MZ调制器的实时电压-电流工作曲线；
偏置工作点获取模块，用于利用所述电压-电流工作曲线确定MZ调制器当前状态下的偏置工作点，并获取偏置工作点状态下的光电流比值；
数据采集模块，用于采集所述MZ调制器当前状态下的偏置工作点附近的若干个电压值和光电流比值；
拟合曲线获取模块，用于将所述MZ调制器当前状态下的偏置工作点附近的若干个电压值和光电流比值进行拟合得到拟合曲线；
电压偏差获取模块，用于根据所述拟合曲线、所述光电流比值获得电压偏差；
补偿电压获取模块，用于根据获得的所述电压偏差计算MZ调制器的补偿电压。
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