本發明涉及一種電壓處理方法及裝置，特別涉及一種用于硅光調制器自動偏壓控制的電壓處理方法及其裝置，本發明屬于通信領域。
背景技術：
：硅光子學是采用硅作為有源、無源光學芯片的襯底基材，采用CMOS工藝，完成光芯片-電芯片的單片集成，實現低成本、大批量、高集成度、高速光傳輸的學科。為實現海量、高速、低成本信號傳輸，硅光技術開始越來越受到通信行業和研究學者的青睞。將各種類型的光器件(探測器、MZ調制器、模斑變換器、波導、光柵等結構)集成在單個硅光芯片上，實現一定的功能，硅光DP-IQ相干調制器就是硅光應用的典型代表之一。目前，100GDP-QPSK硅光調制器和400G雙載波DP-16QAM硅光調制器的產業化發展迅猛，以美國硅光子公司Acacia為例，100G/400G硅光相干模塊已經開始批量供貨，越來越多的光器件商、系統商也開始陸續推出硅光調制器樣機。按照現階段硅光產業化發展速度，硅光調制器很有可能取代鈮酸鋰調制器，成為下一代相干光通信的核心器件。硅光調制器雖然在成本上、尺寸和集成度上，對鈮酸鋰調制器有著比較大的優勢，但由于材料性能的不同，導致兩種調制器性能上存在著比較大的差異，主要體現在插損、半波電壓、調制效率和調制線性度等方面。硅光調制器的自動偏壓控制技術，和鈮酸鋰調制器也有很大不同，技術開發難度也相對增加。其中一個技術難點在于，鈮酸鋰調制器的偏置bias電壓，是利用鈮酸鋰材料的泡克爾斯效應進行控制的，這種效應是線性的，即電壓變化與相位變化成正比，因而鈮酸鋰調制器的偏置bias“電-光”曲線，變化比較規律，有著固定的直流半波電壓；而硅光調制器的bias是熱光效應，通過電阻給波導加熱來改變MZ單臂的折射率，進而改變相位差，硅波導熱量和相位變化是近似線性的，但是電壓-相位變化是非線性的，bias比較小的時候，電光效應比較遲緩，bias大的時候，電光效應相對敏感。硅光調制器的“bias-光功率”響應的非線性，導致了其在自動偏壓控制上存在兩個普遍的問題：一是在相同幅度的偏壓擾動下，不同bias點控制精度不同。電壓和相位的非線性，導致了在自動偏壓控制過程中，在給bias電極加上相同幅度的擾動的條件下，在電壓較大的時候，會產生更大的相位擾動。二是調制器工作bias偏置電壓點兩側電光曲線不對稱，導致自動偏壓控制設置閾值時，工作點左右閾值設置不相等，需要針對每個周期的工作點設定雙閾值，增加了開發的復雜度。技術實現要素：本發明提供了一種用于硅光調制器自動偏壓控制的電壓處理方法及其裝置，待加載在硅光調制器bias電極上的電壓(直流偏置+擾動)數值，經過該方法處理后，輸出電壓加載在硅調制器上，這時硅調制器的“相位-電壓”響應會變得線性，該方法能提高硅光調制器自動偏壓控制的精度和準確性。本發明采用的技術方案是：一種用于硅光調制器自動偏壓控制的電壓處理方法，所述硅光調制器包括閉環反饋控制電路，所述閉環反饋控制電路根據硅光調制器的輸出光信號產生反饋控制電壓，并在所述反饋控制電壓上疊加擾動電壓后形成待加載到硅光調制器偏置電極上的偏置電壓，將待加載到硅光調制器偏置電極上的初始偏置電壓數值進行補償運算，以獲得實際加載偏置電壓，將所述實際加載偏置電壓加載到硅光調制器偏置電極上進行自動偏壓控制，以使得所述硅光調制器的輸出光信號與所述初始偏置電壓數值呈線性關系變化。對所述偏置電壓進行的補償運算包括開方運算。對所述偏置電壓進行的補償運算僅為開方運算。所述擾動電壓為交流擾動電壓，所述交流擾動電壓不超過所述反饋控制電壓的半波電壓的10％。計算半波電壓之前，確定偏置電壓的安全范圍，其方法是：根據硅光調制器能加載的直流偏置電壓范圍，對其數值進行平方，得到初始電壓的范圍值，將該范圍值確定為偏置電壓的安全范圍。確定半波電壓的方法為：將初始電壓開方后加載在硅光調制器的偏置電極上，測量“光功率-初始電壓”變化曲線，半波電壓為“光功率-初始電壓”曲線上從最大值到相鄰最小值所跨越的電壓范圍值。所述硅光調制器的偏置電壓能承受電壓范圍為0～3000mV，將初始電壓數值化后范圍為0～9×106；則將所述硅光調制器的半波電壓設置為4×105；交流擾動電壓的幅度為2×104。所述擾動電壓采用正弦波或者方波。所述硅光調制器為單MZ-BPSK硅光調制器。一種用于硅光調制器自動偏壓控制的裝置，可調諧激光器、高速碼型發生器、射頻放大器、背光探測器、自動偏壓控制電路、控制平臺；其中，可調諧激光器發出的光進入所述硅光調制器；高速碼型發生器發出NRZ碼型，經過射頻放大器，加載在所述硅光調制器上，所述硅光調制器輸出的BPSK調制光信號按一定比例分光到背光探測器；背光探測器產生的電信號進入自動偏壓控制電路提取相關的信息，反饋給控制平臺；控制平臺通過檢測到的反饋，由控制平臺上的處理器中對電壓信號的直流分量偏壓與交流擾動電壓進行疊加，獲得疊加后的數值，經過開方算法運算，由控制平臺上的電壓輸出電路將處理后的電壓加載到所述硅光調制器的偏置電極上。本發明具有如下優點：(1)采用本發明技術方案，經過電壓處理后，調制器bias電光曲線變得線性，相同幅度擾動下，不同bias點對應的控制精度相同。電壓和相位的非線性得到補償，在自動偏壓控制過程中，給bias加上相同幅度的擾動，在任意bias電壓值下產生的相位擾動都相同。(2)采用本發明技術方案，經過電壓處理后，調制器工作bias偏置電壓點兩側電光曲線變得對稱，此時自動偏壓控制監控物理量的左右閾值相等，每個周期的工作點都可以設置同一個閾值，進行控制；(3)本發明電壓處理方法簡單，不需要額外設計新的硬件電路，純軟件處理，簡單高效。附圖說明圖1是單MZ硅光調制器“光功率-偏置電壓”響應曲線；圖2是本發明鈮酸鋰調制器“光功率-偏置電壓”響應曲線；圖3是本發明進行電壓處理前后，調制器的“功率-初始電壓值”曲線形狀得到優化；圖4是本發明驗證該電壓處理方法對自動偏壓控制影響的測試框圖；圖5是本發明初始電壓數值和經開方處理后電壓(直流偏置+交流擾動)的波形；其中：1：可調諧激光器；2：單MZ-BPSK硅光調制器；3：BPSK光輸出4：射頻放大器Driver；5：信號源；6：MPD；7：自動偏壓控制電路；8:處理器；9:ARM平臺；10：電壓輸出電路；具體實施方式下面結合實施例和附圖對發明中的用于硅光調制器自動偏壓控制的電壓處理方法做出詳細說明，實施例中采用了支持32G波特率的高速單MZI硅光調制器。本發明原理是：圖1是單MZ硅光調制器的bias電光響應曲線，即輸入光功率不變的條件下，輸出光功率隨著bias電壓的變化關系。由于硅光調制器bias電壓和相位的非線性，導致隨著bias電壓的增加，電光響應越來越敏感，圖中，B點的電光響應比A點要更為敏感；圖2是單MZ鈮酸鋰調制器的bias電光響應曲線，這個響應曲線是線性的。本發明將待加載到硅光調制器偏置電極上的初始偏置電壓數值進行補償運算，以獲得實際加載偏置電壓，將所述實際加載偏置電壓加載到硅光調制器偏置電極上進行自動偏壓控制，以使得所述硅光調制器的輸出光信號與所述初始偏置電壓數值呈線性關系變化。建立一個物理模型，單MZ硅光調制器的bias電極電阻阻值為R，bias電壓為V，電阻發熱熱量加載在硅波導上的效率為η，則有效發熱功率P＝V2/R·η。由于發熱功率和相位關系是線性的，R和η為固定值不變，所以V2和相位關系是線性的。因此，可以將待加載在硅光調制器bias電極上的電壓(直流偏置+擾動)數值，進行開方之后，再輸出實際電壓加載在硅光調制器的bias電極上，此時，開方前的初始電壓數值和調制器的相位響應是線性的。這也可以看成一種補償機制，補償了硅光調制器bias電極電光響應的非線性。圖4是驗證該電壓處理方法對硅光調制器自動偏壓控制影響的測試框圖，可調諧激光器1發出的光進入單MZ-BPSK硅光調制器2，高速碼型發生器5發出NRZ碼型，經過射頻放大器driver4，加載在單MZ-BPSK硅光調制器2上，BPSK調制光信號在3輸出，輸出光分一定的百分比給背光探測器6，背光探測器6產生的電信號進入自動偏壓控制電路7提取相關的信息，反饋給ARM平臺9，ARM平臺9通過檢測到的反饋，處理器8中對電壓信號的直流分量bias與交流擾動dither疊加后的數值，經過開方算法運算，電壓輸出電路10將處理后的電壓加載在單MZ-BPSK硅光調制器2的bias電極上，形成閉環控制。圖5是初始電壓數值和處理后電壓(直流偏置+交流擾動)的波形；按照圖4搭建驗證該電壓處理方法對硅光調制器自動偏壓控制影響的測試平臺，實施例中，選取的新飛通的ITLA模塊，出光功率15.5dBm，波長1550.12nm；單MZ-BPSK硅光調制器為自研芯片封裝成的調制器器件，RF半波電壓6.5V；采用SHF碼型發生器發生32G波特率的非歸零碼，幅度500mV，經過centallax公司的限幅射頻放大driver將射頻幅值放大到6V輸出，加載在調制器上；調制器出光50％分給內置鍺硅MPD，該MPD響應度1A/W，0V偏壓下常溫暗電流70nA；自控偏壓控制電路給bias加上方波擾動，光的反饋波形幅值低于設置閾值時，對應調制器最佳工作點；bias直流電壓和擾動，以及開方算法，由ARM芯片及其外圍電路產生和處理。一種用于硅光調制器自動偏壓控制的電壓處理方法，包括如下步驟：步驟1、確定偏置電壓的安全范圍：根據硅光調制器能加載的直流bais電壓范圍，對其數值進行平方，得到初始電壓的范圍值；將初始電壓控制在這個安全范圍，能確保經開方處理后加載在調制器上的電壓，不超出調制器bias電極能承受的最大電壓值；實施例中，硅光調制器的bias能承受電壓范圍為0～3000mV，將初始電壓數值范圍(十進制，無量綱)進行數值化處理，例如設置為0～9×106；步驟2、獲得半波電壓：不加擾動的前提下，給初始電壓開方后加載在調制器的偏置電極上，測量“光功率-初始電壓”變化曲線，如圖2所示，計算半波電壓；半波電壓為“光功率-初始電壓”曲線上從最大值到相鄰最小值所跨越的電壓范圍值；通過該方法測得所設計的硅光調制器的半波電壓為4×105(無量綱)；步驟3、確定用于自動偏壓控制的擾動幅度：確定調制器的擾動幅度，不超過步驟2中半波電壓的10％，擾動可以是正弦波、方波或其他任意波形；實施例中，我們采用了幅度為2×104(無量綱)的方波擾動；步驟4、將直流bias電壓和擾動電壓疊加成初始電壓數值，進行開方運算后，按運算結果驅動輸出電壓加載在硅光調制器的bias電極上，進行自動偏壓控制；實施例中，測試了加電壓處理和不加電壓處理的自動偏壓控制情況，結果如下：表1、12mV方波擾動在不同bias電壓下產生的相位擾動Bias引腳直流電壓(mV)5001000150020002500不加電壓處理30/5033/5039/5047/5049/50加電壓處理50/5050/5050/5050/5050/50表2、12mV方波擾動在不同bias電壓下需要設置的左/右閾值由實施例中的實驗結果可以看出，在采用了發明中提供的電壓處理方法之后，同一擾動幅度在不同bias電壓下產生的相位擾動相同，解決了硅光調制器不同bias電壓下控制精度不同的問題；采用了發明中提供的電壓處理方法之后，同一擾動幅度在不同bias電壓下不再需要設置不同的雙閾值，設置唯一的單閾值，就能在所有bias電壓周期下，實現自動偏壓控制；由實施例測試結果可以看出，本發明提出的一種用于硅光調制器自動偏壓控制的電壓處理方法，對于硅光調制器自動偏壓那控制精度和準確度的優化，有明顯的改善作用。如圖3是進行電壓處理前后，調制器的“功率-電壓”曲線形狀，待加載在調制器bias上的電壓數值，先經過開方處理后再輸出電壓加載在調制器上，調制器的“功率-電壓”曲線變成類似鈮酸鋰調制器的周期性曲線，bias電極的半波電壓變得固定，這會提高調制器的自動偏壓控制精度和準確性。本發明提出了一種用于硅光調制器自動偏壓控制的電壓處理方法，將待加載在硅光調制器bias電極上的電壓數值(直流偏置+擾動)，經過該方法運算處理后，輸出電壓加載在硅調制器上，這時硅調制器的“相位-電壓”響應會變得線性，上述兩個硅光調制器自動偏壓控制普遍存在的問題，得到解決。雖然本發明已經詳細示例并描述了相關的特定實施例做參考，但對本領域的技術人員來說，在閱讀和理解了該說明書和附圖后，在不背離本發明的思想和范圍特別是上述裝置實施的功能上，可以在裝置形式和細節上作出各種改變。這些改變都將落入本發明的權利要求所要求的保護范圍。當前第1頁1 2 3