光调制器的偏置电压控制方法及装置 【技术领域】
本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及在进行光信号调制时，对于光调制器的偏置电压控制的方法，以及实现该方法的装置。
背景技术
由于受到环境温度的影响，光调制器的工作点会发生漂移，从而使得调制输出的光信号产生波形失真，为了消除工作点漂移而引起的波形失真，需要对光调制器进行调整，以便输出符合要求的光信号。
现有技术中先在光调制器上加入扰动信号，然后对输出光信号进行分光检测，通过光信号的变化可以测出工作点的漂移量，根据测量出的漂移量生成一个偏置电压，然后将偏置电压和调制信号相加后加载在光调制器上，这样即可消除输出光信号由于光调制器工作点漂移而引起的波形失真，所述的偏置电压可以通过偏置点自动控制电路产生。
光调制器在调制不同格式的光信号时所采用的偏置电压不同，如图1所示，横坐标为加载在光调制器上偏置电压，纵坐标为该偏置电压对应的光信号的光强，根据不同格式光信号的要求不同，其偏置电压也有所不同，有的格式需要的偏置电压是积分点电压(图中的QUAD+点和QUAD-点)，有的格式需要的偏置电压是峰点电压(图中的MAX点)或谷点电压(图中的MIN点)。
对于不同的偏置电压如果采用同一种加扰方式，则在对输出光信号进行检测时需要采用不同的检测频率。为了能够统一检测频率，对于不同的偏置电压其扰动信号所采用的加扰方式不同，常见的加扰方式包括乘性加扰方式和加性加扰方式，乘性加扰方式用于积分点电压(包括正积分点电压和负积分点电压)的加扰，加性加扰方式用于峰谷点电压(包括峰值电压和谷值电压)的加扰。其中，乘性加扰方式是将扰动信号加到驱动器的增益电压输入端上，加扰信号与数据信号是相乘关系；加性加扰方式是将扰动信号加到偏置电压输入端上，加扰信号与数据信号是相加关系。
目前的加扰方式一般是针对偏置电压为积分点电压或峰谷点电压等特殊电压进行加扰的，而对于任意点的偏置电压只能在测出输出光信号相位偏移的情况下进行加扰。
如图2所示，为对双平行调制器进行加扰的方案，该方案通过分光器对输出的光信号进行分光，并通过检测器对分出的光信号进行检测，如果其相位偏移能够检测出来，即可进行任意点的加扰。假设Hxn为检测器检测到的第n个谐波的检测幅度，相位偏移的具体值的计算公式为：θx=tan-1(ptxAdHx14Hx3).]]>
其中的ptx为耦合效率，具体计算公式为：
ptx=-4!Hx2Hx1]]>或者ptx=-2(4!)Hx4Hx3]]>
上述检测并计算出的相位偏移来调节图中的VdcR和VdcL，进而控制该双平行调制器的双臂(28R和28L)上的偏置电压，以便控制该双平行调制器的相位偏移。
在实现上述方案过程中，本发明发明人发现现有技术中至少存在如下问题：
1、现有对于任意点偏置电压进行控制时，需要检测谐波的幅度，以便准确计算出相位偏移，当输出光信号产生载波抑制信号时，其相位偏移比较难检测并计算出来，这时候则不能很好地进行任意点的控制。
2、对于出现上述相位偏移比较难检测并计算出来的情况，只能针对偏置电压为积分点电压或峰谷点电压等特殊点电压进行控制。
【发明内容】
本发明的实施例提供一种光调制器的偏置电压控制方法及装置，在不需要准确计算出相位偏移的情况下，对任意点的偏置电压进行加扰以消除因工作点漂移而引起的波形失真。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一种光调制器的偏置电压控制方法，包括：
根据和任意点最接近的特殊点偏置电压计算出所述任意点的偏置电压；
将扰动信号和所述任意点的偏置电压加载在光调制器上；
根据所述光调制器输出的光信号中与所述扰动信号对应地误差获取补偿电压；
在光调制器发生工作点漂移时，根据所述光调制器输出的光信号中与所述扰动信号对应的误差、以及所述补偿电压获取光调制器的反馈控制电压；
由任意点的偏置电压和反馈控制电压生成所述任意点的目标偏置电压，并将所述任意点的目标偏置电压加载在光调制器上。
一种光调制器的偏置电压控制装置，包括：
控制器，用于根据和任意点最接近的特殊点偏置电压计算出任意点的偏置电压；
振荡单元，用于生成扰动信号，并将该扰动信号加载在光调制器上；
反馈控制单元，用于根据所述光调制器输出的光信号中与所述扰动信号对应的误差获取补偿电压；
该反馈控制单元还用于在光调制器发生工作点漂移时，根据所述光调制器输出的光信号中与所述扰动信号对应的误差、以及补偿电压获取光调制器的反馈控制电压；
输入单元，用于将任意点偏置电压和反馈控制电压生成的所述任意点的目标偏置电压，并将所述任意点的目标偏置电压加载在光调制器上。
一种光发射机，包括：
激光模块，用于产生连续光源；
驱动模块，用于输入需要调制的电信号；
光调制器，用于按照需要调制的电信号将所述连续光源调制成光信号；
偏置电压控制装置，用于将扰动信号和任意点的偏置电压加载在光调制器上，根据所述光调制器输出的光信号中与所述扰动信号对应的误差获取补偿电压；在光调制器发生工作点漂移时，根据所述光调制器输出的光信号中与扰动信号对应的误差、以及补偿电压获取光调制器的反馈控制电压；将任意点偏置电压和反馈控制电压生成的所述任意点的目标偏置电压，并将所述任意点的目标偏置电压加载在光调制器上。
本发明实施例提供的光调制器的偏置电压控制方法及装置，先通过扰动信号得出光调制器在没有发生工作点漂移情况下的补偿电压，在以后工作过程中，如果光调制器发生工作点漂移，则通过扰动信号和补偿电压产生一个反馈控制电压，本实施例由反馈控制电压和任意点偏置电压生成新的任意点目标偏置电压，并将任意点目标偏置电压加载在光调制器上，实现对偏置电压的控制。由于在控制偏置电压的过程中并不需要准确计算出相位偏移，只是通过反馈控制电压完成对偏置电压的控制，故而本实施例可以运用在不能准确计算出相位偏移的情况，适用范围较广；并且由于存在反馈控制电压，所以对于每个任意点偏置电压都对应一个反馈控制电压，故而本实施例可以实现对每个任意点偏置电压都可以实现偏置电压的控制。
【附图说明】
图1为现有技术中光调制器的调制波形图；
图2为现有技术中控制偏置电压的原理图；
图3为本发明实施例1中偏置电压控制方法的流程图；
图4为本发明实施例1中偏置电压控制装置的框图；
图5为本发明实施例2中获取初始偏置电压和补偿电压的流程图；
图6为本发明实施例2中偏置电压控制方法的流程图；
图7为本发明实施例3中偏置电压控制装置的框图；
图8为本发明实施例3中获取补偿电压的原理框图；
图9为本发明实施例3中获取反馈控制电压的原理框图；
图10为本发明实施例3中输入单元的原理框图。
【具体实施方式】
下面结合附图，对本发明实施例光调制器的偏置电压控制方法及装置进行详细描述。
实施例1：
本实施例提供一种光调制器的偏置电压控制方法，如图3所示，该控制方法包括如下步骤：
301、如果要控制光调制器在某个任意点偏置电压处工作，先要估计该任意点偏置电压最接近的特殊点偏置电压作为参考电压，然后根据任意点偏置电压距离特殊点偏置电压的距离计算出任意点偏置电压。其中的特殊点偏置电压获取如下：让光调制器工作在特殊工作点上，即可在输入端得到特殊点偏置电压。
该步骤中获取到的任意点偏置电压就是光调制器在该任意点的偏置电压，能够保证光调制器不会造成输出光信号出现波形失真。
302、将扰动信号和任意点偏置电压加载在光调制器上，该扰动信号的频率一般要远低于光调制器要调制的光信号频率，以避免对光信号造成干扰。
303、在光调制器刚开始工作的一段时间内，由于光调制器的环境温度等条件均处于初始状态，光调制器不会发生工作点漂移，在这个状态下，根据所述光调制器输出的光信号中与所述扰动信号对应的误差获取补偿电压。
304、当由于某种原因使得光调制器的环境温度发生变化，将会导致光调制器的工作点发生漂移，例如：光调制器工作过程中发热造成其工作温度发生变化。在光调制器发生工作点漂移之后，根据光调制器输出的光信号中与所述扰动信号对应的误差、以及补偿电压获取光调制器的反馈控制电压，其中的反馈控制电压是用来消除工作点漂移而造成的光信号的波形失真。
305、由任意点偏置电压和反馈控制电压生成任意点目标偏置电压加载在光调制器上，这样得到的任意点目标偏置电压同时考虑了光调制器需要的任意点偏置电压，以及温度发生变化后造成的工作点漂移需要的反馈控制电压，可以消除由于光调制器工作点漂移造成波形失真。
对应于上述光调制器的偏置电压控制方法，本发明实施例还提供一种光调制器的偏置电压控制装置，如图4所示，该偏置电压控制装置包括：振荡单元41、反馈控制单元42、输入单元43和控制器44。
其中，控制器44用于根据特殊点偏置电压计算出任意点偏置电压，具体为根据任意点偏置电压距离特殊点偏置电压的距离计算出任意点偏置电压；振荡单元41用于生成扰动信号，并将该扰动信号加载在光调制器上，振荡单元41的功能具体可以通过振荡器、振荡电路或晶振实现；光调制器在扰动信号的作用下会产生对应的光信号，在光调制器发生工作点漂移之前，所述反馈控制单元42用于根据所述光调制器输出的光信号中与所述扰动信号对应的误差获取补偿电压，为了消除工作点漂移而造成的光信号的波形失真，该偏置电压控制装置中的反馈控制单元42还用于在光调制器发生工作点漂移之后，根据所述光调制器输出的光信号中与所述扰动信号对应的误差、以及补偿电压获取光调制器的反馈控制电压；；所述输入单元43用于将任意点偏置电压和反馈控制电压生成任意点目标偏置电压加载在光调制器上，如果光调制器的环境温度发生变化后造成的工作点漂移，通过任意点偏置电压和反馈控制电压同时作用于光调制器上，可以消除由于光调制器工作点漂移造成波形失真。
由上述光调制器的偏置电压控制装置、激光模块、驱动电路以及光调制器可以共同构成一个光发射机，其中激光模块用于产生连续光源，驱动电路用于输入需要调制的电信号，偏置电压控制装置将偏置电压加载到光调制器后，该光调制器可以根据需要调制的电信号将连续光源调制成光信号，这个光信号的光参数特征和所述电信号的参数特征对应。
上述的偏置电压控制装置还需要用于将扰动信号和任意点的偏置电压加载在光调制器上，根据所述光调制器输出的光信号中与所述扰动信号对应的误差获取补偿电压；在光调制器发生工作点漂移时，根据所述光调制器输出的光信号中与扰动信号对应的误差、以及补偿电压获取光调制器的反馈控制电压；将任意点偏置电压和反馈控制电压生成的所述任意点的目标偏置电压，并将所述任意点的目标偏置电压加载在光调制器上。
由于本实施例在控制偏置电压的过程中并不需要准确计算出相位偏移，只是通过反馈控制电压完成对偏置电压的控制，故而本实施例可以运用在不能准确计算出相位偏移的情况，适用范围较广；并且由于存在反馈控制电压，所以对于任意点偏置电压都对应一个反馈控制电压，故而本实施例可以实现对任意点的偏置电压都可以实现偏置电压的控制。
实施例2：
本实施例提供一种光调制器的偏置电压控制方法，为了能够方便地对偏置电压进行控制，需要先获取光调制器在工作点无漂移时的任意点偏置电压，以及控制偏置电压时需要的补偿电压，所述获取任意点偏置电压和补偿电压的过程如图5所示，具体包括如下步骤：
501、如果要控制光调制器在某个任意点偏置电压处工作，先要估计该任意点偏置电压最接近的特殊点偏置电压作为参考电压，然后根据任意点偏置电压距离特殊点偏置电压的距离计算出任意点偏置电压。其中的特殊点偏置电压获取如下：让光调制器工作在特殊工作点上，即可在输入端得到特殊点偏置电压。
该步骤中获取到的任意点偏置电压就是光调制器的偏置电压，能够保证光调制器不会造成输出光信号出现波形失真。
502、将扰动信号加载在光调制器上，该扰动信号的频率一般要远低于光调制器要调制的光信号频率，以避免对光信号造成干扰。
在具体加载扰动信号时，需要按照偏置电压的不同区别对待，如果光调制器的所采用的偏置电压为峰谷点电压，则将扰动信号加载在光调制器的偏置电压输入端；如果光调制器的所采用的偏置电压为积分点电压，则将扰动信号加载在光调制器的驱动器增益控制端。
503、在光调制器发生工作点漂移之前，将光调制器调制出的光信号转化成交流电信号，一般是将输出光信号通过分光器分出一束光信号，以便用来转化成交流电信号。
504、由于扰动信号的频率远低于光调制器要调制的光信号频率，可以通过滤波器对所述交流电信号进行滤波，以获取与扰动信号频率对应的交流电信号。
505、将滤波得到的交流电信号与扰动信号进行相位比较得出相位差信号，这个相位差信号可以表示出光调制器的工作点漂移方向和大小。
506、将所述相位差信号转化成直流电信号。
507、设定一个预定电压。
508、判断所述预定电压和所述直流电信号相加结果是否为零；如果相加结果为零，则执行步骤509；否则返回步骤507。
509、将补偿电压取为所述预定电压。
通过图5中的流程获取了任意点偏置电压和补偿电压，在具体对光调制器的偏置电压进行控制时需要将任意点偏置电压加载到光调制器，如图6所示，该控制方法的具体步骤如下：
601、将扰动信号加载在光调制器上，该扰动信号的频率一般要远低于光调制器要调制的光信号频率，以避免对光信号造成干扰。
在具体加载扰动信号时，需要按照偏置电压的参考电压不同区别对待，如果光调制器的所采用的偏置电压的参考电压为峰谷点电压，则将扰动信号加载在光调制器的偏置电压输入端；如果光调制器的所采用的偏置电压的参考电压为积分点电压，则将扰动信号加载在光调制器的驱动器增益控制端。
602、在光调制器发生工作点漂移之后，将光调制器调制出的光信号转化成交流电信号，和获取任意点偏置电压过程一样，该步骤中一般将输出光信号通过分光器分出一束光信号，以便用来转化成交流电信号。
603、由于扰动信号的频率远低于光调制器要调制的光信号频率，可以通过滤波器对所述交流电信号进行滤波，以获取与扰动信号频率对应的交流电信号。
604、将滤波得到的交流电信号与扰动信号进行相位比较得出相位差信号，这个相位差信号可以表示出光调制器的工作点漂移方向和大小。
605、将步骤604中得出相位差信号转化成直流电信号。
606、将所述直流电信号与补偿电压相加，并对相加后的电压进行积分得出反馈控制电压，该反馈控制电压反应了光调制器由于温度的变化而产生的波形失真。
607、将上述的反馈控制电压和任意点偏置电压生成任意点目标偏置电压后加载到光调制器上，就可以消除光调制器在工作点漂移后出现的波形失真。
由于光调制器出现的波形失真可能出现正向偏置和负向偏置，只有反馈控制电压极性正确才能消除光调制器由于温度的变化而产生的相位偏移，如果极性相反，可能导致光调制器产生的相位偏移更加严重。故而，本实施例在光调制器任意点偏置电压的参考电压为正积分点电压或者峰值电压时，将任意点偏置电压和反馈控制电压相加作为任意点目标偏置电压加载在光调制器上；在光调制器任意点偏置电压的参考电压为负积分点电压或者谷值电压时，将任意点偏置电压和反馈控制电压相减作为任意点目标偏置电压加载在光调制器上。
本实施例对于任意点的偏置电压都可以适用，只需要在使用本实施例之前确定该偏置电压接近的特殊偏置电压，如：积分点电压或峰谷点电压。如果该任意点偏置电压更接近积分点电压，则将扰动信号加载在光调制器的驱动器增益控制端，即采用乘性加扰方式；如果该任意点偏置电压更接近峰谷点电压，则将扰动信号加载在光调制器的偏置电压输入端，即采用加性加扰方式。
实施例3：
对应于上述实施例2，本实施例提供一种光调制器的偏置电压控制装置，如图7所示，该偏置电压控制装置包括：振荡单元71、选择单元72、反馈控制单元73、输入单元74和控制器75。
其中，控制器75用于根据特殊点偏置电压计算出任意点偏置电压，根据任意点偏置电压距离特殊点偏置电压的距离可以计算出任意点偏置电压；振荡单元71用于生成扰动信号，并将该扰动信号加载在光调制器上，振荡单元71的功能具体可以通过振荡器、振荡电路或晶振实现；选择单元72用于将振荡单元71生成的扰动信号选择加载在光调制器的偏置电压输入端，或者加载在光调制器的驱动器增益控制端，该选择单元72可以通过一个单输入双输出的电子开关实现。
光调制器在上述扰动信号的作用下会产生对应的光信号，在光调制器发生工作点漂移之前，所述反馈控制单元73用于根据所述扰动信号获取光调制器的任意点偏置电压，并获取补偿电压，具体的说：从光调制器在扰动信号的作用下产生对应的光信号中可以获取到所述的补偿电压；为了消除工作点漂移而造成的光信号的相位偏移，该偏置电压控制装置中的反馈控制单元73还用于在光调制器发生工作点漂移之后，根据所述扰动信号和补偿电压获取光调制器的反馈控制电压；所述输入单元74用于将任意点偏置电压和反馈控制电压一起作为任意点目标偏置电压加载在光调制器上，如果光调制器的环境温度发生变化后造成的工作点漂移，通过任意点偏置电压和反馈控制电压同时作用于光调制器上，可以消除由于光调制器工作点漂移造成相位偏移。
如图7所示，本实施例中的反馈控制单元73主要包括以下器件：光电转换器731、带通滤波器732、同步检测器733和低通滤波器734，通过这些器件和控制器75可以获取到任意点偏置电压，具体工作原理描述如下：
首先在光调制器上加载一个初始偏置电压，光电转换器731用于在光调制器发生工作点漂移之前，将光调制器调制出的光信号转化成交流电信号，一般情况下，输入到光电转换器731的光信号是通过分光器分出的光信号。带通滤波器732用于对所述交流电信号进行滤波获取与扰动信号频率对应的交流电信号，该带通滤波器732的通带需要与扰动信号频率对应。同步检测器733用于将滤波得到的交流电信号与扰动信号进行相位比较，并输出相位差信号。低通滤波器734用于将所述相位差信号转化成直流电信号，该直流信号经过积分以后可以得到特殊点反馈电压，该特殊点反馈电压加上初始偏置电压就是特殊点偏置电压，然后有控制器75根据任意点偏置电压距特殊点偏置电压的距离来计算出任意点偏置电压。
为了能够保证信号强度足够大，可以在光电转换器731和带通滤波器732之间设置放大器738，将光信号转化成交流电信号进行放大
本实施例需要通过反馈控制单元73中的反馈控制模块739获取补偿电压，如图8所示，本实施例中的反馈控制模块739包括：可调电压源735、加法器736。
所述可调电压源735用于输出预定电压；加法器736用于将预定电压和所述低通滤波器734输出直流电信号相加；该加法器736输出的相加结果直接控制可调电压源735，当加法器736输出的相加结果为零时，可调电压源735还用于将所述预定电压输出为补偿电压，即可获得补偿电压。
在获得补偿电压和任意点偏置电压后，即可对所述光调制器的偏置电压进行控制，即：通过反馈控制单元73获取到反馈控制电压后，即可实现对偏置电压的控制，本实施例中的反馈控制单元73通过反馈控制模块739来得到反馈控制电压，如图9所示，当需要获取反馈控制电压时，反馈控制模块739还包括加法器737和积分器740，并且低通滤波器734的直流电信号不再输出到加法器736，而是输出到加法器737，具体获取反馈控制电压的具体描述如下：
光电转换器731用于在光调制器发生工作点漂移之后，将光调制器调制出的光信号转化成交流电信号，并且输入到光电转换器731的光信号是通过分光器分出的光信号。带通滤波器732用于对所述交流电信号进行滤波获取与扰动信号频率对应的交流电信号，该带通滤波器732的通带频率与扰动信号频率对应。同步检测器733用于将滤波得到的交流电信号与扰动信号进行相位比较，并输出相位差信号。低通滤波器734用于将所述相位差信号转化成直流电信号，加法器737用于将所述直流电信号与可调电压源735输出的补偿电压相加，然后将相加后电压通过积分器740积分得出反馈控制电压。
如果将上述的反馈控制电压和任意点偏置电压一起加载到光调制器上，就可以消除光调制器在工作点漂移后出现的波形失真。由于光调制器出现的波形失真可能出现正向偏置和负向偏置，为了保证输入反馈控制电压的极性正确，如图10所示，所述输入单元74包括控制开关741和加法器742。
所述控制开关741用于当光调制器任意点偏置电压的参考电压为正积分点电压或者峰值电压时，将反馈控制电压加载在所述加法器742的正向输入端；当光调制器任意点偏置电压的参考电压为负积分点电压或者谷值电压时，将反馈控制电压加载在所述加法器742的反向输入端；所述任意点偏置电压加载在所述加法器的正向输入端742。所述加法器742的输出端将运算后的电压输出到光调制器的输入端。本实施例通过反馈控制电压在不同情况下输入加法器742的输入端不同，保证输入反馈控制电压的极性正确。
上述的正积分点电压、峰值电压、负积分点电压和谷值电压具体位置见图1，图1中的MAX点对应的横坐标为峰值电压，MIN点对应的横坐标为谷值电压，QUAD+点对应的横坐标为正积分点电压，QUAD-点对应的横坐标为负积分点电压。
在本实施例具体使用时，若光调制器采用的偏置电压为任意点电压，首先将光调制器的偏置电压设置在与任意点电压最接近的特殊点电压(包括：MAX点、MIN点、QUAD+点和QUAD+点)，得出此时输出的任意点偏置电压和补偿电压；然后断开输入到加法器736的直流电信号，直接将可调电压源735输出的补偿电压输入到加法器737，并将直流信号源输入到加法器737，即可得到反馈控制电压。将上述反馈控制电压和任意点偏置电压通过输入单元输入到光调制器，即消除了对光调制器输出光信号的波形失真。
本发明实施例主要用于对光调制器的偏置电压进行调整，特别时光调制器的工作点发生漂移后，对任意点的偏置电压进行调整控制。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。