雪崩光电二极管最佳工作偏压的调优算法技术领域
本发明涉及光通信领域中的一种调优算法，特别涉及一种雪崩光电二极管最佳工作偏压的调优算法。
背景技术
雪崩光电二极管（APD）是一种p-n结型的光检测二极管。雪崩光电二极管的工作原理是，工作时施加较大的反向偏压，使其达到雪崩倍增状态，利用载流子的雪崩倍增效应来放大光电信号，以提高检测的灵敏度。雪崩光电二极管具有其最佳工作偏压，且不同雪崩光电二极管的最佳工作偏压不同。工作时通常对雪崩光电二极管施加其最佳偏压，以使其达到较高的检测灵敏度。所以，找出雪崩光电二极管的最佳工作偏压非常必要。
由于在相同的输入光功率条件下，不同的偏压会得到不同的比特误差率（如图1所示），而最小的比特误差率偏压即为APD最佳工作偏压，所以目前寻找雪崩光电二极管的最佳工作偏压的方法是，在固定的输入光功率下，扫描APD偏压，即输入变化的不同APD偏压，利用误码产生仪（HOME BERT）测试比特误差率（BER），找出最小比特误差率下APD的工作偏压即为APD的最佳工作偏压。
但是，目前APD制造工艺不能确保最佳工作偏压，灵敏度和M因子的一致性，加上即使在充足的测试时间下，如果比特误差率较小，误码产生仪HOME BERT不能准确地测试出一个固定的比特误差率。此外，如图1所示，在较小的比特误差率下，当APD的偏压扫描到最优工作电压附近时，由于比特误差率的区别较小和不稳定性，导致最小比特误差率误判，从而不能准确的找到APD最优工作偏压。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的无法准确的找出APD的最佳工作偏压的不足，提供一种雪崩光电二极管最佳工作偏压的调优算法，通过该算法可以准确的找出APD的最佳工作偏压。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种雪崩光电二极管最佳工作偏压的调优算法，其包括如下步骤：
第一步：确定最优输入光功率；
第二步：在最优输入光功率下，扫描APD偏压，直至最小BER对应的偏压即为APD最佳工作偏压。
进一步的，所述第一步中确定最优输入光功率包括步骤：
设置APD偏压初始值Vapd0和输入光功率初始值；
保持偏压Vapd0，自动调整输入光功率，直到比特误差率BER在标准BER范围内。
根据本发明实施例，所述扫描APD偏压的标准BER范围是：BER≥5E-04且BER≤5E-03。
进一步的，所述自动调整输入光功率的方法是：
当前输入功率=初始输入光功率；
在偏压初始值Vapd0和当前输入光功率下进行BER测试，如果BER>5E-03，逐渐增大输入光功率,直至BER≤5E-03;如果BER<5E-04，逐渐减小输入光功率,直至BER≥5E-04。
根据本发明的实施例，如果BER>5E-03，逐渐增大输入光功率,直至BER≤5E-03的具体操作是：当前输入光功率=当前输入光功率+光功率步进，在偏压初始值Vapd0和当前输入光功率下进行BER测试，如果BER>5E-03，则循环执行本操作；
如果BER<5E-04，逐渐减小输入光功率,直至BER≥5E-04的具体操作是：当前输入光功率=当前输入光功率-光功率步长，在偏压初始值Vapd0和当前输入光功率下进行BER测试，如果BER<5E-04，则循环执行本操作。
根据本发明实施例，所述光功率步进为0.2dbm或0.5dbm或 1dbm。优选为0.5dbm。
根据本发明实施例，所述光功率步长是可变的,随着 BER偏离5E-04越远，光功率步长取值越大。
进一步的，所述第二步中在最优输入光功率下，扫描APD偏压，找出APD最佳工作偏压的步骤包括：
步骤a：设置Vapd1=Vapd0-偏压调节值；
步骤b：扫描APD偏压，进行BER测试；
步骤c：如果BER_Vapd1＜BER_Vapd0，则逐渐减小APD偏压,直至找出最小BER对应的最优偏压Vopt; 如果BER_Vapd1＞BER_Vapd0，则逐渐增大APD偏压,直至找出最小BER对应的最优偏压Vopt, 其中，BER_Vapd1表示偏压为Vapd1时对应的BER，BER_Vapd0表示偏压为Vapd0时对应的BER。
进一步的，所述步骤a中所述偏压调节值为0.2V或0.4V或0.6V或1V。
进一步的，所述步骤c中，如果BER_Vapd1＜BER_Vapd0，则逐渐减小APD偏压,直至找出最小BER对应的最优偏压Vopt，其中，逐渐减小APD偏压,直至找出最小BER对应的最优偏压Vopt的方法是：
步骤c101:如果BER_Vapd1＜BER_Vapd0，则设置Vapd0=Vapd1,Vapd1=Vapd0-偏压步进，进行BER测试，循环执行步骤c101；
步骤c102: 得到较优Vapd=Vapd1，即最小比特误差率对应的APD偏压；
步骤c103:继续扫描小于且临近Vapd的至少一个偏压测试点，判断Vapd是否为最小比特误差率对应的APD偏压，如果是，则确定Vapd为最优偏压Vopt；如果不是，则确定本步骤中所测得的最小比特误差率对应的APD偏压为最优偏压Vopt，并判断BER_Vopt＞参考BER是否成立，所述参考BER为不同APD均能准确的找出最佳工作偏压的比特误差率阈值，所述BER_Vopt为偏压为Vopt时对应的BER；
步骤c104:如果BER_Vopt＞参考BER，则得到APD最佳工作偏压为：Vopt-0.5V；如果BER_Vopt≤参考BER，则将最优输入光功率调整为：最优输入光功率+1dbm；继续扫描APD偏压，直至找出最小BER对应的偏压Vopt’，则得到APD最佳工作偏压为：Vopt’-0.5V。
进一步的，所述步骤c中，如果BER_Vapd1＞BER_Vapd0，则逐渐增大APD偏压,直至找出最小BER对应的最优偏压Vopt，其中，逐渐增大APD偏压,直至找出最小BER对应的最优偏压Vopt的方法是：
步骤c201：如果BER_Vapd1＞BER_Vapd0，则设置Vapd0=Vapd1,Vapd1=Vapd0+偏压步进，进行BER测试，循环执行步骤c201；
步骤c202：得到较优Vapd= Vapd1，即最小比特误差率对应的APD偏压；
步骤c203：继续扫描大于且临近Vapd的至少一个偏压测试点，判断Vapd是否为最小比特误差率对应的APD偏压，如果是，则确定Vapd为最优偏压Vopt；如果不是，则确定本步骤中所测得的最小比特误差率对应的APD偏压为最优偏压Vopt，并判断BER_Vopt＞参考BER是否成立，所述BER_Vopt为偏压为Vopt时对应的BER；
步骤c204：判断BER_Vopt＞参考BER是否成立，如果BER_Vopt＞参考BER，则得到APD最佳工作偏压为：Vopt-0.5V；如果BER_Vopt≤参考BER，则将最优输入光功率调整为：最优输入光功率+1dbm；继续扫描APD偏压，直至找出最小BER对应的偏压Vopt’，则得到APD最佳工作偏压为：Vopt’-0.5V。
通过步骤c中步骤c101-c104或步骤c201-c204，确定最优输入光功率，得到的最优输入光功率准确度高，而且调试速度快。
进一步的，所述偏压步进为0.1V或 0.2V或0.4V或0.6V。优选为0.2V。
进一步的，所述参考BER为5E-06。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明雪崩光电二极管最佳工作偏压的调优算法，通过自动调整输入光功率，使得不同APD在最优偏压扫描过程中均是在大比特误差率下找到的最优偏压，在最优偏压附近测试到的比特误差率相差较大确保了扫描的准确性，从而准确的找出每只APD最佳工作偏压，得到最优灵敏度。
2、APD最佳工作偏压点会随环境温度的变化而变化，实际应用中需要补偿系数对不同温度点进行校准，如果在某个温度点不能准确的找到APD偏压，那么根据该点计算出的校准参数就不能准确的补偿，导致某些温度点APD灵敏度下降，补偿误差严重的会导致APD长期使用中，性能下降甚至永久性损坏。本发明调优算法能够准确的得出APD最佳工作偏压，避免了此类情况的发生，提高APD性能。
附图说明：
图1为目前算法中，相同的输入光功率条件下，APD偏压与比特误差率的关系示意图。
图2为不同输入光功率，APD偏压与比特误差率的关系示意图。
图3为本发明雪崩光电二极管最佳工作偏压的调优算法的工作流程图。
图4为本发明方法中确定最优输入光功率的工作流程图。
图5为本发明方法中，在最优输入光功率下，扫描APD偏压以找出APD最佳工作偏压的工作流程图。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
参考图1，目前寻找雪崩光电二极管的最佳工作偏压的方法是，在固定的输入光功率下，扫描APD偏压，找出最小比特误差率下APD的工作偏压即为APD的最佳工作偏压。但是，在较小的比特误差率下，当APD的偏压扫描到最优工作电压附近时，由于比特误差率的区别较小和不稳定性，导致最小比特误差率误判，从而不能准确的找到APD最佳工作偏压。因此，如果在APD偏压扫描过程中即使以较小步径0.1V进行扫描都能测试到差异较大的比特误差率，就能避免测试误差，可以准确的找到最小比特误差率，在大比特误差率之下扫描APD偏压，可以准确的找出APD最佳工作偏压。
参考图2，不同输入光功率，APD偏压与比特误差率的关系示意图。同一APD，不同输入光功率下，APD偏压与比特误差率BER构成的关系曲线不同。从图2中可以看出，BER在5E-06以下时，APD最佳工作偏压附件所测试的比特误差率的区别很小，很容易导致最小比特误差率的误判，从而不能准确的找出APD的最优工作偏压。BER在5E-06以上时，APD最佳工作偏压附件所测试的比特误差率的区别较大，所以可以很准确的找出APD最佳工作偏压。
经过研究发现，在满足BER>5E-06的条件下，不同APD 的最佳工作偏压附件的比特误差率的区别较大，不同APD均能准确的找出最佳工作偏压，定义不同APD均能准确的找出最佳工作偏压的比特误差率阈值为参考BER，即5E-06为参考BER。另外，每个APD之间的最佳工作偏压具有巨大的差异，在扫描过程中如果要确保BER＞5E-06，不同APD的最优输入光功率不同，因此，在实际生产调测中，固定的输入光功率无法确保每只APD均在参考比特误差率之下扫描偏压。
如果需要确保扫描到的BER是大于5E-06，由于不同ROSA有不同的响应度和不同的最佳工作偏压，所以初始APD偏压设定尤为重要，同时输入光功率不能太小，需要调整到一个最佳值。经过研究发现，在BER≥5E-04且BER≤5E-03范围内开始扫描APD偏压，能够确保BER>5E-06，并得到最优的APD偏压，故定义此范围为扫描APD偏压的标准BER范围，如果在某一输入光功率下测得的BER在标准BER范围内，则定义该输入光功率是扫描APD偏压的最优输入光功率。
例如，从图2中可以看出，在满足BER在5E-06以上的条件下，当输入光功率为-31dbm时，APD最优工作偏压对应的BER明显低于APD最优工作偏压附近偏压对应的BER，所以设置输入光功率为-31dbm时，可以很容易、很准确的找出APD最优工作偏压，此-31dbm称为最优输入光功率。
本发明雪崩光电二极管最佳工作偏压的调优算法的核心思想就是，先确定最优输入光功率，再在最优输入光功率下扫描APD偏压，如果最小BER不满足BER＞5E-06，再校准输入光功率，放大APD最佳工作偏压附近的BER，即可准确的找出APD最佳工作偏压，消除BER测试误判。
参考图3、图4、图5，本发明雪崩光电二极管最佳工作偏压的调优算法包括以下步骤：
S100：确定最优输入光功率；
S200：在最优输入光功率下，扫描APD偏压，找出最小BER对应的偏压即为APD最佳工作偏压。
其中，步骤S100中确定最优输入光功率的步骤包括：
S101：设置APD偏压的初始值Vapd0和输入光功率的初始值Power0。
APD偏压的初始值和输入光功率的初始值可配置，是根据不同APD厂家产品规格书说明而设置的。
S102：进行BER测试。
S103：自动调整输入光功率，使输入光功率达到最优输入光功率，即，在最优输入光功率下，测试所得的BER在BER≥5E-04且BER≤5E-03范围内。
自动调整输入光功率的方法为：
如果BER>5E-03，则逐渐增大输入光功率,直至BER≤5E-03；如果BER<5E-04，则逐渐减小输入光功率, 直至BER≥5E-04。例如:
如果BER>5E-03，则Power0=Power0+光功率步进，返回步骤S102，循进行环BER测试，直至BER≤5E-03；如果BER<5E-04，则Power0=Power0+光功率步长，返回步骤S102，循环进行BER测试，直至BER≥5E-04；直至BER≥5E-04且BER≤5E-03时，停止调整输入光功率，此时的输入光功率为最优输入光功率。
所述光功率步进可以为0.2dbm, 0.5dbm, 1dbm,本实施例中取光功率步进为0.5dbm,输入光功率以0.5dbm的步进频率调整，每调整一次，BER大约变化一个数量级。
当BER<5E-04时，所述光功率步长为可变的光功率步长，BER越小，即BER偏离5E-04越远，光功率步长取值越大，这样可提高测试速度，在较短时间内找到BER≥5E-04时的输入光功率。例如，光功率步长可以采取以下方式变化：
BER<5E-04，且BER∈[5E-05, 5E-04）,即BER≥5E-05且BER＜5E-04，取光功率步长为0.5dbm，则Power0=Power0-0.5dbm；
BER<5E-04，且BER∈[5E-06, 5E-05）, 即BER≥5E-06且BER＜5E-05，取光功率步长为2*0.5dbm，则 Power0=Power0-0.5*2dbm= Power0-1dbm；
BER<5E-04，且BER∈[5E-07, 5E-06）, 即BER≥5E-07且BER＜5E-06，取光功率步长为3*0.5dbm，则Power0=Power0-0.5*3dbm= Power0-1.5dbm；
依次按照上述方式选取输入光功率，循环进行BER测试，直至找到BER≥5E-04时的输入光功率。
其中，步骤S200中在最优输入光功率下，扫描APD偏压，找出APD最佳工作偏压包括步骤：
S201：扫描APD偏压，设置APD偏压Vapd1= Vapd0-偏压调节值，然后进行BER测试，如果BER_Vapd1＜BER_Vapd0，则进入步骤S202；如果BER_Vapd1＞BER_Vapd0，则进入步骤S203。其中，所述偏压调节值可以为0.2V或0.4V或0.6V或1V，通常选取0.4V。
参考图2，BER_Vapd1＜BER_Vapd0，说明BER随着APD偏压减小而减小，所以逐渐减小APD偏压,如Vapd0以一定偏压步进累减，进行不断扫描，即可找出最小BER对应的较优偏压Vapd。
S202： Vapd0以0.2V的步径累减，如Vapd0-0.2V，Vapd0-0.4V，Vapd0-0.6V，Vapd0-0.8V，直至找到较优偏压Vapd，即在最优输入光功率下，Vapd对应于最小比特误差率BER_Vapd，其中，BER_Vapd1表示偏压为Vapd1时对应的BER，BER_Vapd0表示偏压为Vapd0时对应的BER；
因为测试时是以0.2V为步进进行离散采样的，所以为了得到更准确的最优偏压，验证Vapd是否为APD最优偏压Vopt，提高APD最佳偏压的测试准确度，在找到Vapd后继续扫描几个APD偏压测试点，如Vapd-0.1V，Vapd-0.2V，Vapd-0.3V，Vapd-0.4V，Vapd-0.6V，最终确定最优偏压Vopt。例如，在偏压分别为Vapd-0.1V，Vapd-0.2V，Vapd-0.3V，Vapd-0.4V，Vapd-0.6V时，BER均大于BER_Vapd，则Vopt= Vapd，即Vapd为APD最优偏压；如果偏压为Vapd-0.1V或Vapd-0.2V或Vapd-0.3V或Vapd-0.4V或Vapd-0.6V时，其中有任一个BER小于BER_Vapd，则确定最优偏压Vopt为Vapd-0.1V或Vapd-0.2V或Vapd-0.3V或Vapd-0.4V或Vapd-0.6V，进入步骤S204。
参考图2，BER_Vapd1>BER_Vapd0，说明BER随着APD偏压减小而增大，即BER随着APD偏压增大而减小,所以逐渐增大APD偏压,如Vapd0以一定偏压步进累加，进行不断扫描，即可找出最小BER对应的较优偏压Vapd。
S203：Vapd1以0.2V的步进累加，如Vapd1+0.2V，Vapd1+0.4V，Vapd1+0.6V，直至找到较优的Vapd，即，在最优输入光功率下，Vapd对应于最小比特误差率BER_Vapd。同样的，在找到Vapd后继续扫描几个APD偏压测试点，如Vapd+0.1V，Vapd+0.2V，Vapd+0.3V，Vapd+0.4V，Vapd+0.6V，最终确定最优偏压Vopt，进入步骤S205。
所述偏压步进可以为0.1V ，0.2V，0.4V，0.6V，偏压步进越小，测试所得的精度也越高，但是测试的速度却较低。偏压步进为0.2V时，测试精度已经很高，所以选取0.2V的偏压步进累减或累加，提高测试速度。
S204：判断BER_Vopt＞5E-06是否成立，如果BER_Vopt＞5E-06，进入S210，如果不成立，进入步骤S206，其中BER_Vopt表示偏压为Vopt时对应的BER。
S205：判断BER_Vopt＞5E-06是否成立，如果BER_Vopt＞5E-06，进入S210，如果不成立，进入步骤S207，其中BER_Vopt表示偏压为Vopt时对应的BER。
S206：将最优输入光功率调整为：最优输入光功率+1dbm，进入步骤S208。
经过研究发现,参考图2,在步骤S100中确定的最优输入光功率的基础上,加上1dbm,修正后的输入光功率能够准确找出APD最佳工作偏压的最优输入光功率。
S207：将最优输入光功率调整为：最优输入光功率+1dbm，进入步骤S209。
S208：继续扫描APD偏压，此时只需扫描少量的几个Vopt附近的少量偏压测试点，如Vopt +0.4V，Vopt +0.2V，Vopt，Vopt -0.2V，Vopt -0.4V，Vopt -0.6V，以提高测试速度。找出上述偏压测试点中，最小BER对应的偏压，即，将步骤S202中得到最优偏压修改为本步骤所得的最优偏压Vopt’，进入步骤S211。
因为经过步骤S202、S204后，已经找出Vopt，此时只需扫描Vopt附近的少量偏压测试点即可得到准确的最优偏压，所以此时只需扫描Vopt附近的少量偏压测试点，通过测试速度。
S209：继续扫描APD偏压，此时只需扫描Vopt附近少量的几个偏压测试点即可，如Vopt+0.4V，Vopt+0.2V，Vopt，Vopt-0.2V，Vopt-0.4V，Vopt-0.6V，找出上述偏压测试点中，最小BER对应的偏压，即，将步骤S203中得到最优偏压修改为本步骤所得的最优偏压Vopt’，进入步骤S211。
S210：得到APD最佳工作偏压为Vopt-0.5V。
需要强调说明的是，本说明书中所述最优偏压不是APD最佳工作偏压，APD最佳工作偏压是在最优偏压的基础上减去0.5V，即 APD最佳工作偏压=最优偏压-0.5V。考虑ROSA使用在长距离光纤传输之后和LOS判断，并且ROSA实际生产中最优灵敏度和M因子=10的偏差，确定APD最佳工作偏压=最优偏压-0.5V，进一步提高APD最佳工作偏压的准确度，在该APD最佳工作偏压下，APD性能更好。
S211：得到APD最佳工作偏压为Vopt’-0.5V。
本发明雪崩光电二极管最佳工作偏压的调优算法，通过自动调整输入光功率，使得不同APD在最优偏压扫描过程中均是在大比特误差率下找到的最优偏压，在最优偏压附近测试到的比特误差率相差较大确保了扫描的准确性，从而准确的找出每只APD最佳工作偏压，得到最优灵敏度。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。