專利名稱：光纖與電光調(diào)制器對準耦合的自動化控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖通信和電光調(diào)制器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種光纖與電光調(diào)制器對
準耦合的自動化控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
密集波分復(fù)用(DW匿)系統(tǒng)具有傳輸容量大、組網(wǎng)靈活等顯著特點，已成為長距離 光纖通信的主流技術(shù)。電光調(diào)制器作為DW匿系統(tǒng)關(guān)鍵之一，其作用是將連續(xù)光波(載波) 調(diào)制成攜帶有特定信息的光信號。電光調(diào)制器按照其調(diào)制原理主要可分為電光調(diào)制器、 熱光調(diào)制器、聲光調(diào)制器、全光調(diào)制器等。電光調(diào)制器的原理是利用材料折射率受外加電 場的影響而發(fā)生改變，從而使調(diào)制器的輸入光的相位發(fā)生改變，并利用光學(xué)干涉結(jié)構(gòu)如馬 赫-曾德干涉儀(MZI)實現(xiàn)對輸入光的調(diào)制，因此其具有調(diào)制速度快、功率消耗低、集成性 好等優(yōu)勢。 本發(fā)明中所用的電光調(diào)制器是以半導(dǎo)體硅為材料制作，其調(diào)制原理是基于硅材料 中自由載流子色散效應(yīng)，即當(dāng)調(diào)制器上外加周期性調(diào)制電信號時，硅材料的自由載流子濃 度將發(fā)生改變，材料的折射率隨之發(fā)生變化，入射光強將隨著折射率的變化而周期性變化， 最終實現(xiàn)對光的調(diào)制。硅基電光調(diào)制器的橫截面示意圖如圖l所示，2、4分別為接地電極 和信號電極區(qū)域，通過在此區(qū)域施加足夠強的高頻電信號，使得n型摻雜區(qū)6和p型摻雜區(qū) 7的自由載流子濃度按照一定的關(guān)系發(fā)生改變，從而使波導(dǎo)區(qū)域3的折射率發(fā)生改變，光通 過光纖耦合至波導(dǎo)區(qū)域3，傳輸一定距離后，被調(diào)制成攜帶有特定信息的光信號，從而實現(xiàn) 調(diào)制效果。 光纖與電光調(diào)制器耦合的三維立體圖如圖2所示，調(diào)制器的基本結(jié)構(gòu)為馬赫_曾 德干涉儀(MZI)，該結(jié)構(gòu)主要由五部分構(gòu)成，分別是輸入波導(dǎo)1、分束器2、兩個調(diào)制區(qū)域5、 合束器7、輸出波導(dǎo)8，入射光通過入射光纖1耦合至輸入波導(dǎo)2，并通過分束器2將入射光 分成強度相位都相同的兩束光，分別進入到結(jié)構(gòu)相同的調(diào)制區(qū)域5，經(jīng)過調(diào)制后的光再利用 合束器7疊加成一束光，由輸出波導(dǎo)8耦合至輸出光纖9。 為了對輸入光進行有效調(diào)制，獲得高的消光比，必須使進入到調(diào)制區(qū)域的光強足 夠大，即需要有足夠高的光纖與波導(dǎo)耦合效率，若耦合至波導(dǎo)區(qū)域的光強很微弱，一方面進 入光功率計的輸出調(diào)制光信號將被外界的可見光給淹沒，無法識別是否具有輸出光；另一 方面，光電探測器的靈敏度有限，若輸出調(diào)制光信號很小，則無法被探測器探測到。因此，必 須提高光纖與波導(dǎo)的耦合效率，即通過調(diào)整光纖相對于波導(dǎo)的位置，使光纖中的入射光盡 可能多的耦合至波導(dǎo)區(qū)域，并且使出射光盡可能多的耦合至輸出光纖。調(diào)整光纖的方法可 以是首先將光纖固定在調(diào)整架上，通過移動調(diào)整架來改變光纖相對波導(dǎo)的位置，傳統(tǒng)移動 調(diào)整架的方式是手動調(diào)節(jié)，即轉(zhuǎn)動調(diào)整架上不同的旋鈕，使得調(diào)整架沿不同的方向調(diào)節(jié)，但 此方法操作繁瑣、耗時長，不易控制移動位置，即無法精確定位，因此最終的耦合效果不是 很明顯。
目前，各種設(shè)備儀器大都具有可編程功能，即可利用外部的控制部件(通常為專用集成電路或單片機)，通過一些標(biāo)準的命令，比如可編程儀器標(biāo)準命令(SCPI)，對設(shè)備進 行遠程控制。計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，使得計算機不僅在處理速度上得到很大的提高，而且 存儲容量也有很大的提升，因此計算機越來越多的運用到測量控制領(lǐng)域，圖3為通過計算 機控制的測試系統(tǒng)示意圖，設(shè)備儀器通過特定的接口 (比如GPIB卡、串行通信接口等)與 計算機通信，而在計算機上，通過利用高級語言編寫的程序，對設(shè)備儀器進行控制。
通?？刂瞥绦蛩褂玫拈_發(fā)環(huán)境是基于C、 C++語言或者是Basic語言，利用這些 高級語言可以開發(fā)高效、功能強大的程序，但其缺點在于因其基于文本編寫環(huán)境，因此開發(fā) 難度大，且過于復(fù)雜，可讀性不強。而由美國國家儀器(NI)推出的Labview開發(fā)環(huán)境，使用 的是圖形化編程語言G語言編寫程序，相比較其它語言，優(yōu)點在于可讀性強，易于開發(fā)，可 擴展性強。用Labview開發(fā)的程序被稱為虛擬儀器(VI)，即可以通過計算機模擬實際的儀 器，并具有實際儀器擁有的功能，這使得儀器與計算機很好的結(jié)合起來。

發(fā)明內(nèi)容
( — )要解決的技術(shù)問題 有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于解決傳統(tǒng)手動調(diào)整光纖耗時長、不易對準、從外 界容易帶來擾動而無法精確定位等問題，提供一種光纖與電光調(diào)制器對準耦合的自動化控 制系統(tǒng)。 (二)技術(shù)方案為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下 —種光纖與電光調(diào)制器對準耦合的自動化控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括可調(diào)諧激光器、 光功率計、電光調(diào)制器、保偏光纖、調(diào)整架、步進電機控制器、通用接口總線GPIB卡、GPIB線 纜、串口通信線纜和計算機，該可調(diào)諧激光器與輸入光纖相連結(jié)，該光功率計分別與輸出光 纖相連結(jié)，該電光調(diào)制器置于該輸入光纖與該輸出光纖之間，該輸入光纖與該輸出光纖固 定在調(diào)整架上，調(diào)整架連接于步進電機控制器，步進電機控制器通過GPIB線纜與計算機內(nèi) 的GPIB卡相連，光功率計通過串口通信線纜與計算機連接。 上述方案中，所述步進電機控制器支持IEEE 488. 2接口標(biāo)準，可通過GPIB線纜 通信，光功率計支持RS-232接口標(biāo)準，可通過串口線纜通信，可調(diào)諧激光器使用Yokogawa Laser,光功率計使用Thorlabs Powermeter，步進電機控制器使用Suruga Seiki Stage, GPIB卡使用ADLINK GPIB Card。 上述方案中，所述電光調(diào)制器為硅基電光調(diào)制器。 上述方案中，所述光纖為保偏光纖，以保證線偏振光偏振方向不變，提高相干信噪 比，實現(xiàn)對光功率高精度測量。 上述方案中，該自動化控制系統(tǒng)利用National Instruments公司的圖形化測量程 序開發(fā)環(huán)境LabVIEW編寫。 上述方案中，該自動化控制系統(tǒng)可對光纖X軸、Y軸、Z軸三個方向進行控制。 上述方案中，該自動化控制系統(tǒng)在控制光纖移動的過程中，可同步獲取各個位置
的輸出光功率值，并實時繪制光纖位置_光功率的曲線圖。 上述方案中，該自動化控制系統(tǒng)掃描最大功率算法包括以下步驟 步驟1、將光纖移動到指定位置x。處；
步驟2、沿x。負方向移動到x。-Ax處； 步驟3、以x。_ Ax為起點開始掃描移動，同步獲取各個掃描點的光功率值； 步驟4、實時比較各點功率值，掃描至終點x。+Ax處，并獲得最大功率值及位置 步驟5、程序自動控制光纖移動到xmax處；
步驟6、以xmax為指定位置，重復(fù)步驟1至5。 上述方案中，該自動化控制系統(tǒng)在掃描最大功率值過程中，若最終所繪制的光纖 位置——光功率曲線近似于高斯分布函數(shù)，則表示此時光纖入射到電光調(diào)制器的光功率值 為最大。(三)有益效果 從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果 1、利用本發(fā)明，解決了傳統(tǒng)手動調(diào)整光纖耗時長、不易對準、從外界容易帶來擾動 而無法精確定位等問題。 2、本發(fā)明利用計算機程序遠程控制，可以自動定位光纖的位置，且可以自動掃描 光纖與波導(dǎo)耦合的最佳位置(光功率最大值位置)，實時顯示各個掃描點的光功率值。


為了清楚地解釋本發(fā)明的技術(shù)特征，下述部分附圖出現(xiàn)在發(fā)明內(nèi)容之中，并且為 進一步說明本發(fā)明的內(nèi)容及特點，以下結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作一詳細的描述，其 中 圖1是本發(fā)明硅基電光調(diào)制器橫截面示意圖。
圖2是本發(fā)明光纖與電光調(diào)制器耦合的三維立體圖。
圖3通過計算機控制的測試系統(tǒng)示意圖。 圖4是本發(fā)明提供的光纖與電光調(diào)制器對準耦合的自動化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意 圖。 圖5本發(fā)明對準耦合自動化控制系統(tǒng)算法示意圖。 圖6本發(fā)明對準耦合自動化控制系統(tǒng)前面板控制界面示意圖。 圖7本發(fā)明對準耦合自動化控制系統(tǒng)掃描移動結(jié)果示意圖。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照 附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。 如圖4所示，圖4是本發(fā)明提供的光纖與電光調(diào)制器對準耦合的自動化控制系統(tǒng) 的結(jié)構(gòu)示意圖，該系統(tǒng)包括可調(diào)諧激光器、光功率計、電光調(diào)制器、保偏光纖、調(diào)整架、步進 電機控制器、通用接口總線(GPIB)卡、GPIB線纜、串口通信線纜和計算機，該可調(diào)諧激光器 與輸入光纖相連結(jié)，該光功率計分別與輸出光纖相連結(jié)，該電光調(diào)制器置于該輸入光纖與 該輸出光纖之間，該輸入光纖與該輸出光纖固定在調(diào)整架上，調(diào)整架連接于步進電機控制 器，步進電機控制器通過GPIB線纜與計算機內(nèi)的GPIB卡相連，光功率計通過串口通信線纜 與計算機連接。
上述步進電機控制器支持IEEE 488. 2接口標(biāo)準，可通過GPIB線纜通信，光功率 計支持RS-232接口標(biāo)準，可通過串口線纜通信，可調(diào)諧激光器使用Yokogawa Laser,光功 率計使用Thorlabs Powermeter，步進電機控制器使用Suruga Seiki Stage, GPIB卡使用 ADLINK GPIB Card。 上述電光調(diào)制器為硅基電光調(diào)制器；光纖為保偏光纖，以保證線偏振光偏振方向 不變，提高相干信噪比，實現(xiàn)對光功率高精度測量。 該自動化控制系統(tǒng)利用National Instruments公司的圖形化測量程序開發(fā)環(huán)境 LabVIEW編寫，可對光纖X軸、Y軸、Z軸三個方向進行控制，在控制光纖移動的過程中，可同
步獲取各個位置的輸出光功率值，并實時繪制光纖位置——光功率的曲線圖。
該自動化控制系統(tǒng)掃描最大功率算法包括以下步驟
步驟1、將光纖移動到指定位置x。處；
步驟2 、沿x。負方向移動到x。_ A x處； 步驟3、以x。_ Ax為起點開始掃描移動，同步獲取各個掃描點的光功率值； 步驟4、實時比較各點功率值，掃描至終點x。+Ax處，并獲得最大功率值及位置 步驟5、程序自動控制光纖移動到xmax處；
步驟6、以xmax為指定位置，重復(fù)步驟1至5。 該自動化控制系統(tǒng)在掃描最大功率值過程中，若最終所繪制的光纖位置——光功 率曲線近似于高斯分布函數(shù)，則表示此時光纖入射到電光調(diào)制器的光功率值為最大。
在圖4中，需要將各硬件設(shè)備連接起來ADLINK GPIB卡可直接插入到計算機主板 上，并利用GPIB線纜分別與Suruga Seiki Stage步進電機控制器1、步進電機控制器2、 Yokogawa Laser可調(diào)諧激光器連接，通過GPIB卡自帶的驅(qū)動程序，可自動識別各個儀器 GPIB地址，該卡可最多連接14臺不同的設(shè)備，Thorlabs Powermeter光功率計利用串口線 直接與計算機主板上的串口接口連接。輸入保偏光纖的一端固定在調(diào)整架1上，另一端與 可調(diào)諧激光器相連，輸出保偏光纖的一端固定在調(diào)整架2上，被測器件——電光調(diào)制器固定 在兩調(diào)整架之間的臺面上。 啟動自動化測試程序之前，首先需要對光纖手動粗調(diào)，找到光纖與調(diào)制器耦合的 大致位置可調(diào)諧激光器輸出一定功率、一定波長的激光，經(jīng)輸入光纖耦合至電光調(diào)制器輸 入波導(dǎo)部分，輸出波導(dǎo)的出射光直接利用電荷耦合器件CCD接收，再使用CCD自帶的軟件在 計算機上觀測輸出光，若調(diào)制器正常通光，手動調(diào)整光纖位置，可觀測到若隱若現(xiàn)的橢圓光 斑。 在找到光斑、確定好光纖的大致位置前提下，輸出端的出射光直接利用保偏光纖 接至光功率計上，并啟動掃描程序，進行自動化測試。 圖5描述了對準耦合自動化控制系統(tǒng)算法示意圖。該系統(tǒng)算法主要分以下幾個步 驟進行步驟l，調(diào)用自定義子模塊"指定距離移動.vi"，按指定移動距離沿x軸、y軸、z軸 方向調(diào)整光纖大致位置，調(diào)用自定義子模塊"獲取功率值.vi"，獲取掃描初始位置x。、y。、z。 及對應(yīng)的光功率值；步驟2，開始x軸掃描，沿x。負方向移動至x。_ A x位置，調(diào)用自定義子 模塊"掃描過程.vi"，開始掃描移動，獲取各個掃描電的功率值，移動至x。+Ax處，并比較各 個點的功率大小，掃描結(jié)束后移動到最大功率值位置x^，并繪制功率——位置曲線，判斷
6該曲線是否近似為高斯曲線，如果是，則開始y軸掃描，如果不是，則重復(fù)步驟2 ;步驟3，開 始y軸掃描，該過程與步驟2大致相同，不同之處在于，最后若近似為高斯曲線，則表示掃描 完成，將結(jié)束程序。 圖6、圖7為對準耦合自動化控制系統(tǒng)前面板控制界面示意圖、掃描移動結(jié)果示意 圖。圖6中，顯示坐標(biāo)位置2部分可實時顯示光纖在三個不同方向上的坐標(biāo)值，按指定距離 移動3部分可按照指定移動距離沿正負兩個方向移動，掃描過程4部分指定需要掃描的范 圍及步長，獲取光功率值5部分會實時顯示不同坐標(biāo)位置處的輸出光功率值，掃描過程曲 線圖1部分實時繪制功率-位置的曲線。圖7為最后的測試結(jié)果，由圖可知其功率-位置 曲線近似于高斯分布曲線，即可掃描移動至最大光功率位置。 以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳 細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡 在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保 護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種光纖與電光調(diào)制器對準耦合的自動化控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括可調(diào)諧激光器、光功率計、電光調(diào)制器、保偏光纖、調(diào)整架、步進電機控制器、通用接口總線GPIB卡、GPIB線纜、串口通信線纜和計算機，其特征在于，該可調(diào)諧激光器與輸入光纖相連結(jié)，該光功率計分別與輸出光纖相連結(jié)，該電光調(diào)制器置于該輸入光纖與該輸出光纖之間，該輸入光纖與該輸出光纖固定在調(diào)整架上，調(diào)整架連接于步進電機控制器，步進電機控制器通過GPIB線纜與計算機內(nèi)的GPIB卡相連，光功率計通過串口通信線纜與計算機連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光纖與電光調(diào)制器對準耦合的自動化控制系統(tǒng)，其特征在 于，所述步進電機控制器支持IEEE 488. 2接口標(biāo)準，可通過GPIB線纜通信，光功率計支持 RS-232接口標(biāo)準，可通過串口線纜通信，可調(diào)諧激光器使用Yokogawa Laser,光功率計使用 ThorlabsPowermeter，步進電機控制器使用Suruga Seiki Stage， GPIB卡使用ADLINK GPIB Card。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖與電光調(diào)制器對準耦合的自動化控制系統(tǒng)，其特征在 于，所述電光調(diào)制器為硅基電光調(diào)制器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖與電光調(diào)制器對準耦合的自動化控制系統(tǒng)，其特征在 于，所述光纖為保偏光纖，以保證線偏振光偏振方向不變，提高相干信噪比，實現(xiàn)對光功率 高精度測量。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光纖與電光調(diào)制器對準耦合的自動化控制系統(tǒng)，其特征 在于，該自動化控制系統(tǒng)利用National Instruments公司的圖形化測量程序開發(fā)環(huán)境 LabVIEW編寫。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖與電光調(diào)制器對準耦合的自動化控制系統(tǒng)，其特征在 于，該自動化控制系統(tǒng)可對光纖X軸、Y軸、Z軸三個方向進行控制。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖與電光調(diào)制器對準耦合的自動化控制系統(tǒng)，其特征在 于，該自動化控制系統(tǒng)在控制光纖移動的過程中，可同步獲取各個位置的輸出光功率值，并 實時繪制光纖位置-光功率的曲線圖。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖與電光調(diào)制器對準耦合的自動化控制系統(tǒng)，其特征在 于，該自動化控制系統(tǒng)掃描最大功率算法包括以下步驟步驟1、將光纖移動到指定位置x。處； 步驟2、沿x。負方向移動到x。-Ax處；步驟3、以x。-Ax為起點開始掃描移動，同步獲取各個掃描點的光功率值；步驟4、實時比較各點功率值，掃描至終點x。+ A x處，并獲得最大功率值及位置xmax ;步驟5、程序自動控制光纖移動到xmax處；步驟6、以xmax為指定位置，重復(fù)步驟1至5。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖與電光調(diào)制器對準耦合的自動化控制系統(tǒng)，其特征在 于，該自動化控制系統(tǒng)在掃描最大功率值過程中，若最終所繪制的光纖位置——光功率曲 線近似于高斯分布函數(shù)，則表示此時光纖入射到電光調(diào)制器的光功率值為最大。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光纖與電光調(diào)制器對準耦合的自動化控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括可調(diào)諧激光器、光功率計、電光調(diào)制器、保偏光纖、調(diào)整架、步進電機控制器、通用接口總線(GPIB)卡、GPIB線纜、串口通信線纜和計算機，該可調(diào)諧激光器與輸入光纖相連結(jié)，該光功率計分別與輸出光纖相連結(jié)，該電光調(diào)制器置于該輸入光纖與該輸出光纖之間，該輸入光纖與該輸出光纖固定在調(diào)整架上，調(diào)整架連接于步進電機控制器，步進電機控制器通過GPIB線纜與計算機內(nèi)的GPIB卡相連，光功率計通過串口通信線纜與計算機連接。利用本發(fā)明，解決了傳統(tǒng)手動調(diào)整光纖耗時長、不易對準、從外界容易帶來擾動而無法精確定位等問題。
文檔編號G02B6/42GK101726806SQ20081022410
公開日2010年6月9日 申請日期2008年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月15日
發(fā)明者余金中, 徐學(xué)俊, 徐海華, 陳少武 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所