[發明專利]一種馬赫-曾德爾電光外調制器的偏置控制方法及系統

有效

• 申請號: 201210384672.8
• 申請日: 2012-10-11
• 公開（公告）號: CN103728740A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發明（設計）人: 朱立新;朱曉琪;陳章淵;張誠;郭芃;孫濤;陶振寧
• 申請（專利權）人: 北京大學;富士通株式會社
• 主分類號: G02F1/01
• 分類號: G02F1/01;H04B10/25
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理事務所(普通合伙) 11200
• 代理人: 馮藝東

技術領域

本發明涉及一種馬赫-曾德爾電光外調制器的偏振控制方法及系統。通過本振光與信號光的自相干結果，數字處理后反饋控制調制器DC端的偏置，屬于光通信領域。

背景技術

馬赫-曾德爾電光外調制器(Mach-Zehnder?Modulator，簡稱MZM)是現代光通信技術中的重要器件，它在各類光技術中被廣泛地使用。近年來，光纖通信技術不斷發展，業務需求量的逐漸增加和通信手段越來越多樣化，對光纖通信系統的性能提出了嚴苛的要求。MZM在不同的應用中，有不同的DC偏置要求。比如，線性傳輸時MZM需要偏置在正交點(quad點)，高進制格式傳輸時MZM需要偏置在谷點(null點)。此外，MZM有一個非常明顯的缺陷：它的工作偏置點會隨環境(溫度，震動等)的變化而改變。這個缺點嚴重地制約了鈮酸鋰外調制器的應用。因此，研究和應用中都需要一個能夠長時間穩定工作并且有高控制精度的自動偏置控制器。下面是一些已有的關于馬赫-曾德爾調制器偏置控制的技術：

1、公開號US?6,687,451?B1方案的鏈路中帶有兩個回路，其結構如圖1所示，RF回路控制RF信號增益，DC回路控制DC偏置電壓。調制器是馬赫-曾德爾調制器。鏈路中產生一個500Hz和一個250Hz的單頻信號，分別加在調制器RF端口和DC端口，稱為射頻抖動和直流抖動。將調制器的輸出光經過PD后分為兩路，一路經過500Hz的低通濾波，一路經過250Hz的低通濾波。將兩路濾波后的信號分別與本振產生的單頻信號做減法，通過兩個差值調整RF信號增益和DC偏置電壓。

2、公開號US?7,369,290?B1的方案同樣是用了一個單頻導頻信號作為反饋信號，其結構如圖2所示，不同的是由于MZM的傳輸特性曲線是一個余弦曲線，因此偏置在正交點時，輸出光中導頻的基波信號功率最大；偏置在谷底點時，輸出光中導頻的二次諧波信號功率最大。因而選擇偏置在不同的角度時，系統會分別選擇導頻的基波或者二次諧波功率作為監測量來反饋控制，以達到最好的控制效果。

3、北京信息科技大學的方案同樣是在調制器上加入單頻信號，其結構如圖3所示，不同的是，系統檢測的不是單一的導頻基波信號或者二次諧波信號，而是基波和二次諧波的功率之比，通過該比值反饋控制直流。這方法的好處在于可以消除激光器功率與鏈路損耗帶來的影響。

4、中興通訊股份有限公司偏置控制方案，其結構如圖4所示，特點在于：啟動之前，系統對偏置電壓進行了一次線性掃描，然后在所需要的偏置電壓上啟動導頻控制方法，以縮短穩定時間。

5、烽火通信科技有限公司偏置控制方案，其結構如圖5所示，最大的特點在于輸出端PD之后接了一個對數放大器，對數放大器能夠對小信號提供高增益，以控制MZM偏置在特殊的偏置點。

6、公開號US?20110129232A1的方案是富士通提出的基于3×3耦合器的自相干方案，其結構如圖6所示，通過3路相差120°的信號，兩兩相減后求平方和，得到的輸出信號即是本振光與信號光自相干的結果，并且與兩路相干光之間的相位差無關。通過低通濾波器，可以濾除信號中的高頻分量，最后得到傳輸光中的載波分量。通過該載波分量反饋控制調制器直流偏置。

發明內容

現階段已有的馬赫-曾德爾外調制器自動偏置控制技術，總結起來可以分為兩類：基于輸出光功率的反饋控制和基于微擾基波、二次諧波功率的反饋控制，這兩種方法都有明顯的缺點。

基于光功率的反饋控制能夠適用于大部分的信號，但是它對射頻信號的輸入功率非常敏感：在射頻信號功率很小時，反饋控制非常有效，隨著射頻信號功率增大，調制器輸出的光功率與偏置角度形成的特性曲線逐漸變得平坦，甚至反向，嚴重影響了控制精度。

基于微擾的基波、二次諧波的反饋控制，由于引入了額外的單頻信號，因此會影響傳輸鏈路的性能，帶來諸如三階交調分量上升等問題，此外，它并不能保證適用于所有調制格式的信號。

針對現有技術存在的技術問題，本發明的目的在于提供一種新型的馬赫-曾德爾電光外調制器的偏置控制方法及系統，能夠適用于所有信號的調制格式，并且對射頻信號的功率不敏感。

本發明的技術方案為：

一種馬赫-曾德爾電光外調制器的偏置控制方法，其步驟為：

1)將一激光器輸出的激光分為兩路L1、L2，其中一路L1進入馬赫-曾德爾電光外調制器進行射頻信號調制后，將一部分輸出光輸入一N×N耦合器的輸入端；另一路L2經相位調制后輸入到所述N×N耦合器的另一輸入端；