一种并联MZI电光调制器工作点电压的调试方法及调试装置与流程

本发明涉及一种光通信器件的调试方法及其调试装置，具体涉及一种调制器工作点电压的调试方法及其装置，特别是涉及一种并联MZ电光调制器工作点电压的调试方法及其装置，本发明属于通信领域。
背景技术：
：为实现海量高速超长距离光数据通信，基于光相位调制/解调的相干光通信系统成为主流的解决方案之一。在相干光通信系统的发射端，基于并联马赫-增德尔干涉仪(MZI)结构的正交相移键控(QPSK)电光调制器得到了广泛应用。单个MZI光学结构将输入光分成两路，两路光经一段距离的传输之后合波，发生干涉。通过外加电压来改变MZI两路传输光的相位差，可以改变输出光的强度和相位，这一特性使得MZI结构在电光调制器件领域受到了普遍青睐。对于单MZI结构，让其偏置在输出光强最小的无光偏置点，再给两臂加相反极性的偏压，周期性改变两臂偏压的极性，可以得到光强度不变、相位相差180°的周期性光信号，形成光的二相位调制(BPSK)。将两个MZI并联后，两路BPSK信号以90°的相位差进行正交合波，得到QPSK信号。100G相干光通信中，基于并联MZ结构的IQ电光调制器被写入国际标准，作为一种标准的解决方案。并联MZ电光调制器在使用之前，需要找到其偏置电压的最佳工作点电压，才能让调制器工作在最佳状态。铌酸锂调制器供应商fujitsu公司在其产品规格书上给出了铌酸锂调制器的工作点电压的调试方法，但是这一方法并不适合于所有材料的调制器的工作点电压调试，例如使用热光效应做偏置的硅基电光调制器。由于硅光调制器采用热光效应做偏置，使得在射频信号输入后，射频能量损耗产生热量让调制器工作点电压发生改变，难以使用常用的铌酸锂调制器找工作点电压的方法来调试硅光调制器的工作点电压。技术实现要素：发明克服现有技术存在的缺陷，提供一种并联MZ电光调制器工作点电压的调试方法及其调试装置，该调试方法设备装置简单，调节过程快捷高效，可以快速找到调制器的工作电压。本发明的技术方案是：一种并联MZI电光调制器工作点电压的调试方法，所述并联MZI电光调制器包括由I路子MZI和Q路子MZI并联而成的母MZI，固定I路子MZI和Q路子MZI中一个子MZI的偏置电压；逐步调节另外一个子MZI的偏置电压并测试在施加不同偏置电压时母MZI的消光比Per，找到使母MZI的消光比Per达到最小值时所对应的偏置电压以作为该另外一个子MZI的工作点电压；固定已确定工作点电压的另外一个子MZI的偏置电压，逐步调节未确定工作点电压一个子MZI的偏置电压并测试在施加不同偏置电压时母MZI的消光比Per，找到使母MZI的消光比Per达到最小值时所对应的偏置电压以作为该一个子MZI的工作点电压；将两个子MZI的偏置电压分别设定为其所对应的工作点电压，调节母MZI调相电压直至该并联MZI电光调制器的输出效果达到最佳，从而确定母MZI的调相电压。在对某一子MZI施加不同偏置电压时测量母MZI的消光比Per的方法为：逐步调节母MZI的调相电压，存储每次调相电压所对应的该并联MZI电光调制器的光功率输出，通过所获得的最大光功率与最小光功率的差值来确定母MZI消光比Per。调节母MZI调相电压直至该并联MZI电光调制器的输出效果达到最佳的方法包括：调节母MZI的调相电压，将输出该并联MZI电光调制器输出信号的光眼图调至所需的眼图形状。所述并联MZI电光调制器包括由I路子MZI和Q路子MZI并联而成的母MZI，包括如下步骤：步骤1、并联MZI电光调制器的I路子MZI和Q路子MZI均加上信号频率和幅值固定射频信号；步骤2、Q路/I路子MZI的调相电极施加保持不变的偏置电压；步骤3、在I路/Q路子MZI上施加不同的偏置电压，调节母MZI的调相电压，存储每个母MZI调相电压下该并联MZI电光调制器的光功率输出值，计算所述光功率输出值中的最大光功率值与最小光功率值的差值来确定母MZI消光比Per；步骤4、将母MZI消光比Per最小值所对应的I路/Q路子MZI的偏置电压确定为I路/Q路子MZI的工作点电压Vi/Vp；步骤5、I路/Q路子MZI的调相电极施加保持不变的偏置电压，参照步骤3～4的方式，在Q路/I路子MZI上施加保持不变的偏置电压，确定Q路/I路子MZI的工作点电压Vq/Vi；步骤6、将I路偏置电压设置为Vi、Q路偏置电压设置为Vq，调节母MZI的调相电压，将输出光眼图调至标准QPSK眼图形状，记录此时的母MZ调相电压V-90。所述步骤5具体为：步骤5-1、并联MZI电光调制器的I路子MZI和Q路子MZI均加上信号频率和幅值固定的射频信号；步骤5-2、I路/Q路子MZI的调相电极施加保持不变的偏置电压；步骤5-3、在Q路/I路子MZI上施加不同的偏置电压，调节母MZI的调相电压，存储每次母MZI调相电压下该并联MZI电光调制器的光功率输出值，计算所述光功率输出值中的最大光功率与最小光功率的差值来确定母MZI消光比Per；步骤5-4、将母MZI消光比Per最小值所对应的Q路/I路子MZI的偏置电压确定为Q路/I路子MZI的工作点电压Vq/Vi。所述并联MZI电光调制器单路子MZI施加电压的次数确定方法为：设置子MZI的DC偏置半波电压Vpi-b、扫描步长Vstepb、单路电压Vwork的初始值，由Nb＝2*Vpi-b/Vstepb计算扫描点数Nb，以Nb次对单路子MZI施加不同的偏置电压。所述母MZI施加电压的次数确定方法为：设置母MZI调相电压Vp、母MZI的DC偏置半波电压Vpi-p、扫描步长Vstep的初始值，由N＝2*Vpi-P/Vstep计算扫描点数N，以N次对母MZI施加不同的偏置电压。所述步骤6后进入步骤7：将确定工作电压Vi、Vq、V-90对应加载在所述并联MZI电光调制器的I路子MZI、Q路子MZI、母MZI的三个偏置电极上，使其能够正常输出标准的QPSK信号。一种并联MZI电光调制器工作点电压的调试装置，所述并联MZI电光调制器包括由I路子MZI和Q路子MZI并联而成的母MZI，包括：可调谐激光器、偏振控制器、并联MZI电光调制器、码型发生器、射频驱动器、光采样示波器、多通道直流电源、1×2耦合器、低速光功率计；其中，所述可调谐激光器输出的光经过偏振控制器以最佳偏振态进入并联MZI电光调制器，码型发生器输出的射频电信号经过射频驱动器放大之后分别加载在并联MZI电光调制器的I路子MZI和Q路子MZI，码型发生器输出的同步时钟信号输入到光采样示波器的采样端口，并联MZI电光调制器的直流偏置电压由多通道直流电源来提供，并联MZI电光调制器的输出光信号经过1×2耦合器，分别进入到光采样示波器和低速光功率计。本发明具有如下优点：1、本发明仅仅采用光功率监控的方式来寻找调制器工作点，不涉及复杂的反馈电路设计，使得调试设备装置简单，调节过程快捷高效；2、相比Fujitsu公司给的铌酸锂IQ调制器工作点调试方法，本发明提供的方法适用于所有材料体系的并联MZI调制器工作点的调试；3、本发明适用于实验室调制器的手动调试，也可以通过编程来实现超大批量的调制器生产过程中的工作点调试；附图说明图1是本发明并联MZI电光调制器的结构示意图；图2是本发明I路为BPSK时，IQ两路电场叠加矢量图(Q路两个态电场同向情况)；图3是本发明I路为BPSK时，IQ两路电场叠加矢量图(Q路两个态电场反向情况)；图4是本发明调制器工作点电压的调试设备装置连接图；图5是本发明自动测量母MZI平均光功率消光比的程序框图；图6是本发明自动寻找单路工作点电压的程序框图；其中：1：光输入端；2：母MZI；3：I路子MZI；4：Q路子MZI；5：I路调相电极；6：Q路调相电极；7：母MZI调相电极；8：光输出端；9：I路射频电极；10：Q路射频电极；11：可调谐激光器；12：偏振控制器；13：IQ电光调制器；14：1×2耦合器；15：光采样示波器；16：低速光功率计；17：码型发生器(带同步时钟)；18：射频Driver；19：多通道直流电源；具体实施方式下面结合实施例和附图对发明中的并联MZI电光调制器工作点电压的调试方法做出详细说明。图1是并联MZI电光调制器的结构示意图，并联MZI由两个子MZI(I路子MZI_3，Q路子MZI_4)并联而成一个母MZI_2，I路子MZI_3、Q路子MZI_4和母MZI_2的光路上分别制作有I路调相电极5、Q路调相电极6和母MZI调相电极7，射频信号通过行波电极(I路射频电极)9，行波电极(Q路射频电极)10分别加载在I路子MZI_3和Q路子MZI_4上，光源从光输入端1进入并联MZI结构，通过I路调相电极5，Q路调相电极6和母MZI调相电极7给I路子MZI_3、Q路子MZI_4和母MZI_2加上合适的偏置电压，高速电信号由行波电极(I路射频电极)9，行波电极(Q路射频电极)10分别加载在两个子MZI(I路子MZI_3、Q路子MZI_4)上对光进行调制，调制后的光信号由输出端8输出。如图2-3所示，加载在I路的伪随机射频信号使I路子MZI_3输出的电场为Ei1和Ei2，加载在Q路的伪随机射频信号使Q路子MZI_4输出的电场为Eq1和Eq2，IQ两路的相位差为θ，IQ两路的电场两两叠加成E1，E2，E3，E4，这四个电场在时域上等概率(p＝1/4)出现。考虑I路偏置电压已经在工作点(BPSK点)的情况，此时电场的模Ei1＝Ei2＝a，Eq1＝b，Eq2＝c。我们用速率远小于射频信号速率的低速光功率计测量从输出端8输出的平均光强：I=E12+E22+E32+E424=(a2+b2+2abcosθ)+(a2+b2-2abcosθ)+(a2+c2+2accosθ)+(a2+c2-2accosθ)4=a2+b2+c22]]>由上面结果可知，当I路调至BPSK态时，调制器输出的平均光功率与IQ两路的相位差θ无关；此时无论如何调节调相电极7的电压，平均光功率不变，平均光功率消光比为0；基于以上推论，本发明提出了一种并联MZ电光调制器工作点电压的调试方法和装置，可以快速有效地确定调制器平均光功率消光比最小值对应的偏置电压。图4是并联MZI电光调制器工作点电压的调试设备装置连接图，从可调谐激光器11输出的光经过偏振控制器12以最佳偏振态进入并联MZI型IQ电光调制器13，带同步时钟的码型发生器17输出的射频电信号经过射频Driver18放大之后加载在IQ电光调制器13的IQ两路，码型发生器17输出的同步时钟信号输入到光采样示波器15的采样端口，IQ电光调制器13的直流偏置电压由多通道直流电源19来提供，IQ电光调制器13的输出光信号经过1×2耦合器14，分别进入到光采样示波器15和低速光功率计16。本发明还提供一种并联MZI电光调制器工作点电压的调试方法，具体操作步骤如下：步骤1、并联MZI型IQ电光调制器13的IQ两路均加上由码型发生器17输出的射频信号，射频信号的信号频率和幅值固定；步骤2、IQ电光调制器13的Q路子MZI的调相电极加上由多通道直流电源19提供的某一直流偏置电压，保持不变，使Q路子MZI处于初始状态；步骤3、在I路的单路子MZI上施加偏置电压Vb时，测试不同的I路偏置电压下母MZI消光比Per，通过采用调节母MZI的调相电极测量其平均光功率消光比，获得对应的母MZI平均光功率消光比Per；图5是自动测量母MZI平均光功率消光比的程序框图，其具体过程如下：给以下参数设置成初始值：母MZI调相电压Vp、母MZI的DC偏置半波电压Vpi-p、扫描步长Vstep、计数参数n，n初始值设为0，光功率P，光功率存储数组P[N]，消光比Per；由母MZI调相电压Vp、母MZI的DC偏置半波电压Vpi-p、扫描步长Vstep获得扫描点数N＝2*Vpi-p/Vstep。对母MZI步进增加调相电压Vp，每增加一次调相电压(即Vp＝Vp+Vstep)，均读取一次光功率计读数P，将其写入光功率存储数组P[N]，直到扫描完成；选择光功率存储数组存储的最大光功率max(P[N])和最小光功率min(P[N])，计算P[N]中最大光功率与最小光功率之差(dB为单位)，该值为在单路子MZI上施加偏置电压Vb时的母MZI消光比Per；步骤4、步进增加在I路的单路子MZI上施加的调相电压Vb，每增加一次调相电压，均运行一次步骤3中的程序1来计算对应的消光比Per，写入消光比存储数组Per[Nb]，直到扫描完成；选择Per[Nb]中最小消光比对应的偏置电压，即为该路的工作电压，程序中输出工作电压为(I路的Vwork＝Vi，Q路的Vwork＝Vq)；找到最小Per对应的I路偏置电压，即为I路的工作点电压Vi。如图6所示是自动寻找单路工作点电压的程序框图。步骤5、由于IQ两路的对称性，按照步骤1～4的方法原理，找到Q路的工作点电压Vq；具体过程如下：步骤5-1、并联MZI型IQ电光调制器13的IQ两路均加上信号频率和幅值固定的射频信号；步骤5-2、I路子MZI的调相电极施加保持不变的偏置电压，该偏置电压为步骤4中确定的I路的工作点电压Vi；步骤5-3、测试不同的Q路偏置电压下母MZI消光比Per，通过调节母MZI的调相电极电压，存储每次调相电压下的光功率输出值，计算最大光功率与最小光功率的差值而获得母MZI消光比Per；步骤5-4、找到最小母MZI消光比的Per对应的Q路偏置电压，确定Q路的工作点电压Vq。步骤6、将I路偏置电压设置为Vi，Q路偏置电压设置为Vq，调节母MZI的调相电压，将光采样示波器15输出光眼图调至标准QPSK(正交相移键控)眼图形状，记录此时的母MZI调相电压V-90；步骤7、通过以上步骤可以确定工作电压Vi、Vq、V-90，将该三个电压对应加载在并联MZI型IQ电光调制器13的三个偏置电极上，即I路调相电极5、Q路调相电极6、母MZI调相电极7，并联MZI型IQ电光调制器13就能正常输出标准的QPSK信号。上述方法中以先确定I路MZI上施加的工作点电压Vi的方式进行举例说明，本领域技术人员应当可以理解同样也可以先确定Q路MZI上施加的工作点电压Vq，再确定I路MZI上施加的工作点电压Vi。本发明提供的这种并联MZ电光调制器工作点电压的调试方法，适用于所有材料类型的并联MZ电光调制器工作点电压的调试。调试设备装置简单，调节过程快捷高效，适用于实验室调制器的手动调试，也可以通过编程来实现超大批量的调制器生产过程中的工作点调试。虽然本发明已经详细示例并描述了相关的特定实施例做参考，但对本领域的技术人员来说，在阅读和理解了该说明书和附图后，在不背离本发明的思想和范围特别是上述装置实施的功能上，可以在装置形式和细节上作出各种改变。这些改变都将落入本发明的权利要求所要求的保护范围。当前第1页1 2 3