专利名称：一种电光调制器的半波电压的测量方法及测量系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及光纤通信外调制技术领域，主要适用于电光调制器的半波电压的测量方法及测量系统。
背景技术：
为了满足人们日益增长的信息需求量，光纤通信系统的传输速率日益提高。未来光通信网将向着超高速率、超大容量、超长距离、超高频谱效率的光纤通信网络发展。实现高速光通信，发射机是关键。高速光信号发射机主要由产生光载波的激光器，调制电信号产生装置，及对光载波进行调制的高速电光调制器组成。相对其它类型的外调制器，铌酸锂电光调制器具有工作频率宽、稳定性好、消光比高、工作性能稳定、调制速率高、啁啾小、易于耦合、制作工艺技术成熟等优点，因而被广泛应用于高速、大容量、长距离的光传输系统。半波电压是电光调制器一个极为关键的物理参数，它表示了电光调制器输出光强从最小值到 最大值所对应的偏置电压的改变量，它在很大程度上决定了电光调制器的性能。如何准确快捷地测量电光调制器的半波电压对于优化器件性能、提高器件使用效率具有重要意义。电光调制器的半波电压包括直流(DC)半波电压和射频(RF)半波电压。现有的测量半波电压的方法有极值法和倍频法，分别可以测量出调制器的直流(DC)半波电压和射频(RF)半波电压。它们的工作原理和流程分别是(I)极值法采用极值法测量电光调制器直流半波电压，首先，在不加调制信号的情况下，通过测量直流偏压与输出光强变化，得到电光调制器的传输函数曲线，并从传输函数曲线上确定极大值点和极小值点，分别得到对应的直流电压值v_，Vfflin0最终，这两个电压值差即为电光调制器的半波电压Vn = Vmax-Vmin0(2)倍频法采用倍频法测量电光调制器射频半波电压时，将直流偏置电压和交流调制信号同时加到电光调制器上。调节直流电压，当输出光强度被调节到极大值或极小值时，在双踪示波器上可以观察到输出的调制信号将出现倍频失真。相邻两次倍频失真所对应的直流电压之差即为电光调制器的射频(RF)半波电压。极值法和倍频法从理论上讲都是可以测量电光调制器的半波电压的，但相比较而言，极值法所需的测量时间较长，较长时间的测量会因激光器输出光功率波动而引起测量误差。极值法需要以较小的步进值扫描直流偏压并同时记录调制器输出光功率，才可能获得较精确的直流半波电压数值。倍频法是通过观察倍频波形测定半波电压的方法。当所加偏压到一定值时，出现的倍频失真、波形失真的现象不是太明显，也不太便于肉眼观察。这样，势必会引起较大的误差，并且它所测量的是电光调制器的射频半波电压。以上两种方法都只是粗略地通过观察电光调制器输出光信号，而不是用精确的数学表达式来测量电光调制器的半波电压的，所以传统的测量半波电压的方法只是一种简单、粗略的方法，存在较大的误差。对于未来高速光纤通信系统，如何精确快速测量电光调制器的半波电压是一个重大挑战，因此需要寻求一种快速、精确测量电光调制器半波电压的方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种电光调制器的半波电压的测量方法及测量系统，它不仅能够消除激光器输出光功率的抖动对电光调制器传输曲线和半波电压测量的影响，使测量到的半波电压数值更加精确，而且实现了快速测量。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种电光调制器的半波电压的测量方法包括将直流偏压或射频调制信号与扰动信号合成后送入电光调制器；提取出从电光调制器输出的所述扰动信号的至少两种奇或偶谐波分量；通过所述两种谐波分量幅度的比值、扰动信号的幅度与半波电压的关系计算得到半波电压。进一步的，在所述提取出从电光调制器输出的扰动信号的至少两种奇或偶谐波分量之前，先确定电光调制器的传输函数，再在所述传输函数中加入由所述扰动信号引起的相移，接着通过公式转换将传输函数转换成关于扰动信号谐波响应的输出函数。进一步的，所述提取出从电光调制器输出的扰动信号的至少两种奇或偶谐波分量包括先通过三角函数将所述关于扰动信号谐波响应的输出函数展开，接着通过泰勒级数进一步的将关于扰动信号谐波响应的输出函数展开成多阶函数；再对所述多阶函数进行频谱分析，得到扰动信号的至少两种奇或偶谐波分量。进一步的，所述通过两种谐波分量幅度的比值、扰动信号的幅度与半波电压的关系计算得到半波电压包括将所述得到的谐波分量做除法运算，得到两种谐波分量幅度的比值、所述扰动信号的幅度与半波电压的关系表达式，将两种谐波分量幅度的比值和扰动信号的幅度代入所述关系表达式中得到半波电压。进一步的，所述提取出从电光调制器输出的扰动信号的至少两种奇或偶谐波分量中的谐波分量包括基波和三次谐波，或二次谐波和四次谐波。本发明还提供了一种电光调制器的半波电压的测量系统包括信号合成模块，将直流偏压或射频调制信号与扰动信号经偏置器合成后送入电光调制器；信号转换模块，将由电光调制器输出的光信号通过光I禹合器，其中的一部分光信号进入光电探测器，光电探测器将该部分光信号转换成电信号；信号处理模块，对所述电信号进行放大和模数转换，并输入到FPGA模块中；信号运算模块，通过快速傅里叶变换将在所述FPGA模块中扰动信号的至少两种奇或偶谐波分量提取出来，并对所述谐波分量的幅度做除法运算，通过谐波分量幅度的比值、扰动信号的幅度与半波电压的关系得到半波电压。进一步的，所述通过快速傅里叶变换将在FPGA模块中扰动信号的至少两种奇或偶谐波分量提取出来中的谐波分量包括基波和三次谐波，或二次谐波和四次谐波。进一步的，所述扰动信号为低频扰动信号。
进一步的，还包括显示模块，将得到的半波电压显示出来。本发明的有益效果在于本发明不需要像传统极值法那样通过不断的调整电光调制器的直流偏置电压值来测量半波电压，整个测量过程只需要给定低频扰动信号电压就可一次性完成测量、计算及显示。本发明还消除了在电光调制器的半波电压的测量过程中，由于激光源输出功率抖动、调制器插入损耗变化对测量结果造成的不良影响，提高了测量的精度。同时，由于本发明是基于一个解析表达式来直接计算电光调制器的半波电压的，而传统方法是通过判断电光调制器的传输函数的极值来间接求取半波电压，或通过判断波形倍频失真的方法来测量半波电压的。因此，本发明具有十分明显的优势，更快速，也更精确。另外，由于低频扰动信号与在进行高速光调制时加载的高速射频调制信号互不干扰，故本发明还可以为高速光发射机提供一个辅助功能，即完成电光调制器工作点漂移的实时监测。通过测量电光调制器的半波电压数值来判断电光调制器工作点处应该加载的偏置电压的大小，便于调制器偏置电压的控制和锁定。此外，本发明不仅可以测量电光调制器的直流半波电压， 还可测量其射频半波电压。
图I为本发明提供的电光调制器的半波电压的测量方法的流程图。图2为本发明提供的电光调制器的半波电压的测量系统的结构框图。图3为本发明实施例一提供的电光调制器的半波电压的测量方法中电光调制器的传输函数的波形图。其中，A-输入的电信号，B-输出的光信号。
具体实施例方式为进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的电光调制器的半波电压的测量方法的具体实施方式
及工作原理进行详细说明。由图I可知，本发明提供的电光调制器的半波电压的测量方法包括将直流偏压或射频调制信号与低频扰动信号合成后送入电光调制器对应的直流偏压输入端或射频信号输入端；确定电光调制器的传输函数，再在传输函数中加入由低频扰动信号引起的相移，接着通过公式转换将传输函数转换成关于扰动信号谐波响应的输出函数；从关于扰动信号谐波响应的输出函数中提取出从电光调制器输出的扰动信号的至少两种奇或偶谐波分量；具体方法如下先通过三角函数将关于扰动信号谐波响应的输出函数展开；接着通过泰勒级数进一步的将关于扰动信号谐波响应的输出函数展开成多阶函数；再对多阶函数进行频谱分析，得到扰动信号的至少两种奇或偶谐波分量。将得到的谐波分量做除法运算，得到两种谐波分量幅度的比值、扰动信号的幅度与半波电压的关系表达式，将两种谐波分量幅度的比值和扰动信号的幅度代入关系表达式中得到半波电压。由图2可知，本发明还提供了一种电光调制器的半波电压的测量系统，包括信号合成模块，将直流偏压或射频调制信号与低频扰动信号经偏置器合成后送入电光调制器；信号转换模块，将由电光调制器输出的光信号通过光I禹合器，其中的一部分光信号进入光电探测器，光电探测器将该部分光信号转换成电信号；信号处理模块，对电信号进行放大和模数转换，并输入到FPGA模块中；信号运算模块，通过快速傅里叶变换将在FPGA模块中低频扰动信号的至少两种奇或偶谐波分量提取出来，并对谐波分量的幅度做除法运算，通过谐波分量幅度的比值、低频扰动信号的幅度与半波电压的关系得到半波电压；
显示模块，将得到的半波电压显示出来。优选的，提取出来的低频扰动信号的谐波分量可以是基波和三次谐波，也可以是二次和四次等更高阶次谐波分量。实施例一通过本发明提供的电光调制器的半波电压的测量方法对电光调制器的直流半波电压进行测量，首先将直流偏压与低频扰动信号经偏置器合成后送入电光调制器的直流偏压输入端；确定电光调制器的传输函数，由图3可知，电光调制器的传输函数如下Pout=\PmTd[l + COS^dc +^iif-)]( I )其中，Ptjut为电光调制器的输出光功率；Pin为电光调制器的输入光功率；Td为电光调制器的插入损耗；=1一是电光调制器的直流偏压输入端所加电压V对应的偏置相位。其中，
^ TrrDC
Vn,DC为电光调制器的直流半波电压，V是电光调制器的直流偏压输入端所加电压，它可以包含直流偏置电压Vdc和低频扰动信号电压Vm即V = VDC+V『对应的，可以是由直
流偏置相移為和低频扰动信号引起的相移=两部分组成，即=
* M.DC^ ^1DC
^0+^LF ;其中，低频扰动信号的频率为…幅度为L ；[是射频调制信号(RF)引起的相移，其中，^,为电光调制器的射频信
1 n,RF
号的半波电压，Vkf是电光调制器的射频信号输入端所加的调制信号电压。需要说明的是，当电光调制器上不加直流偏压时，Vkf也可以包含调制信号电压和低频扰动信号电压。对应的，可以是由射频调制信号(RF)引起的相移和低频扰动信号引起的相移两部分组成。为了便于计算，假设电光调制器上不加射频(RF)调制信号，只在其直流偏压输入端加入一个恒定的直流电压和一个低频扰动信号。设所加直流电压为VDC，低频扰动信号是
V
频率为(O，幅度为Vlf的正弦信号，则此时^Kf = O, ^dc=小。+&，其中旄=为直流
VTi,DC偏置相移，
权利要求
1.一种电光调制器的半波电压的测量方法，其特征在于，包括 将直流偏压或射频调制信号与扰动信号合成后送入电光调制器； 提取出从电光调制器输出的所述扰动信号的至少两种奇或偶谐波分量； 通过所述两种谐波分量幅度的比值、扰动信号的幅度与半波电压的关系计算得到半波电压。
2.如权利要求I所述的电光调制器的半波电压的测量方法，其特征在于，在所述提取出从电光调制器输出的扰动信号的至少两种奇或偶谐波分量之前，先确定电光调制器的传输函数，再在所述传输函数中加入由所述扰动信号引起的相移，接着通过公式转换将传输函数转换成关于扰动信号谐波响应的输出函数。
3.如权利要求2所述的电光调制器的半波电压的测量方法，其特征在于，所述提取出从电光调制器输出的扰动信号的至少两种奇或偶谐波分量包括先通过三角函数将所述关于扰动信号谐波响应的输出函数展开，接着通过泰勒级数进一步的将关于扰动信号谐波响应的输出函数展开成多阶函数；再对所述多阶函数进行频谱分析，得到扰动信号的至少两种奇或偶谐波分量。
4.如权利要求3所述的电光调制器的半波电压的测量方法，其特征在于，所述通过两种谐波分量幅度的比值、扰动信号的幅度与半波电压的关系计算得到半波电压包括将所述得到的谐波分量做除法运算，得到两种谐波分量幅度的比值、所述扰动信号的幅度与半波电压的关系表达式，将两种谐波分量幅度的比值和扰动信号的幅度代入所述关系表达式中得到半波电压。
5.如权利要求1-4中任意一项所述的电光调制器的半波电压的测量方法，其特征在于，所述提取出从电光调制器输出的扰动信号的至少两种奇或偶谐波分量中的谐波分量包括基波和三次谐波，或二次谐波和四次谐波。
6.一种电光调制器的半波电压的测量系统，其特征在于，包括 信号合成模块，将直流偏压或射频调制信号与扰动信号经偏置器合成后送入电光调制器； 信号转换模块，将由电光调制器输出的光信号通过光耦合器，其中的一部分光信号进入光电探测器，光电探测器将该部分光信号转换成电信号； 信号处理模块，对所述电信号进行放大和模数转换，并输入到FPGA模块中； 信号运算模块，通过快速傅里叶变换将在所述FPGA模块中扰动信号的至少两种奇或偶谐波分量提取出来，并对所述谐波分量的幅度做除法运算，通过谐波分量幅度的比值、扰动信号的幅度与半波电压的关系得到半波电压。
7.如权利要求6所述的电光调制器的半波电压的测量系统，其特征在于，所述通过快速傅里叶变换将在FPGA模块中扰动信号的至少两种奇或偶谐波分量提取出来中的谐波分量包括基波和三次谐波，或二次谐波和四次谐波。
8.如权利要求6所述的电光调制器的半波电压的测量系统，其特征在于，所述扰动信号为低频扰动信号。
9.如权利要求6所述的电光调制器的半波电压的测量系统，其特征在于，还包括显示模块，将得到的半波电压显示出来。
全文摘要
本发明涉及光纤通信外调制技术领域，公开了一种电光调制器的半波电压的测量方法及测量系统。本发明不仅能够消除激光器输出光功率的抖动对电光调制器传输曲线和半波电压测量的影响，使测量到的半波电压数值更加精确，而且实现了快速测量。本发明不仅可以测量电光调制器的直流半波电压，还可测量其射频半波电压。
文档编号G01R19/00GK102798750SQ20121029288
公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月17日 优先权日2012年8月17日
发明者付松年, 冯振华, 唐明, 沈平, 刘德明 申请人:华中科技大学