本發(fā)明涉及光通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于混沌信號的偏置控制裝置及方法。

背景技術(shù)：

電光調(diào)制器是利用某些晶體的電光效應(yīng)對光信號進(jìn)行調(diào)制的器件，在高速光通信、光纖傳感等領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。電光調(diào)制根據(jù)所施加的電場方向的不同,可分為縱向電光調(diào)制和橫向電光調(diào)制；根據(jù)調(diào)制類型的不同，可分為電光相位調(diào)制和電光強(qiáng)度調(diào)制。典型的電光調(diào)制器輸出特性曲線見示意圖2，電光調(diào)制器輸出特性曲線是一個余弦函數(shù)形狀的曲線。對于電光調(diào)制器，環(huán)境溫度、機(jī)械扭曲、機(jī)械振動以及輸入光的偏振態(tài)變化都會引起電光調(diào)制器工作點(diǎn)的緩慢漂移（示意見圖2），從而導(dǎo)致電光調(diào)制器的性能變壞，給電光調(diào)制器的應(yīng)用帶來了麻煩。因此，對電光調(diào)制器工作點(diǎn)進(jìn)行自動跟蹤和控制是十分必要的。

此外，在對電光調(diào)制器工作點(diǎn)進(jìn)行自動跟蹤和控制時，傳統(tǒng)的電光調(diào)制器工作點(diǎn)控制方案往往采用在直流偏置端輸入的低頻擾動信號作為反饋信號，這種方法會在電光調(diào)制器的輸出能量譜上帶來單音噪聲信號，而該單音噪聲信號容易在調(diào)制時由于非線性帶來雜散，進(jìn)而影響后續(xù)的處理及應(yīng)用。

但現(xiàn)有的電光調(diào)制器調(diào)控制裝置如圖5所示，往往只有通過單純的移頻正弦信號以及直流偏置低頻擾動信號進(jìn)行控制，所以難以避免擾動信號對輸出譜的影響，具有一定的局限性，雖然可以實(shí)現(xiàn)電光調(diào)制器穩(wěn)定的工作，但往往會引入過量的雜散。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種基于混沌信號的偏置控制裝置及方法，利用混沌信號進(jìn)行反饋調(diào)制，很好的消除了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的局限性，使得電光調(diào)制產(chǎn)生的連續(xù)光更利于后續(xù)處理，且有更廣的應(yīng)用范圍。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：

根據(jù)本發(fā)明提出的一種基于混沌信號的偏置控制裝置，包括激光器、電光調(diào)制器、光耦合器和偏置控制模塊，所述偏置控制模塊包括光電轉(zhuǎn)換信號放大模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、控制器、直流偏置輸出電路、混沌信號發(fā)生器、正弦信號發(fā)生器和信號混合電路；其中,

激光器，用于輸出連續(xù)的激光至電光調(diào)制器；

電光調(diào)制器，用于將連續(xù)的激光移頻，輸出信號光至光耦合器；

光耦合器，用于將信號光分成兩路：第一路光作為光學(xué)本振信號輸出，第二路光作為反饋光輸出至光電轉(zhuǎn)換信號放大模塊；

光電轉(zhuǎn)換信號放大模塊，用于將第二路光轉(zhuǎn)換成電壓信號后并放大，輸出放大后的電壓信號至模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊；

模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，用于將放大后的電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號作為反饋信號輸出至控制器；

混沌信號發(fā)生器，用于輸出兩路寬頻噪聲信號，一路輸出至信號混合電路，另一路作為參考信號輸出至控制器；

控制器，用于控制混沌信號發(fā)生器以及正弦信號發(fā)生器的工作，并對輸入的反饋信號和參考信號進(jìn)行運(yùn)算處理，得出電光調(diào)制器工作點(diǎn)漂移情況，根據(jù)該漂移情況控制直流偏置輸出電路；

直流偏置輸出電路，用于輸出直流偏置電壓信號至電光調(diào)制器的直流偏置輸入端口，使得電光調(diào)制器的工作點(diǎn)向最佳工作點(diǎn)靠近；

正弦信號發(fā)生器，用于產(chǎn)生純凈的正弦信號并將其輸出至信號混合電路；

信號混合電路，用于將寬頻噪聲信號和純凈的正弦信號疊加，產(chǎn)生射頻控制信號并將其輸出至電光調(diào)制器的射頻控制端，射頻控制信號控制電光調(diào)制器的工作。

作為本發(fā)明所述的一種基于混沌信號的偏置控制裝置進(jìn)一步優(yōu)化方案，最佳工作點(diǎn)為電光調(diào)制器在連續(xù)光工作的條件下輸出光功率最小時所需要的直流偏置電壓大小。

作為本發(fā)明所述的一種基于混沌信號的偏置控制裝置進(jìn)一步優(yōu)化方案，控制器采用最佳工作點(diǎn)控制算法來得出電光調(diào)制器工作點(diǎn)漂移情況，將寬頻噪聲信號作為最佳工作點(diǎn)控制算法的反饋信號。

作為本發(fā)明所述的一種基于混沌信號的偏置控制裝置進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述對輸入的反饋信號和參考信號進(jìn)行運(yùn)算處理是將反饋信號和參考信號相乘后經(jīng)濾波，即得到電光調(diào)制器工作點(diǎn)漂移情況。

基于上述的一種基于混沌信號的電光調(diào)制器偏置控制裝置的實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟：

步驟一、控制器控制混沌信號發(fā)生器和正弦信號發(fā)生器分別產(chǎn)生兩路寬頻噪聲信號以及純凈的正弦信號；

步驟二、通過信號混合電路將一路寬頻噪聲信號與純凈的正弦信號進(jìn)行疊加后產(chǎn)生射頻控制信號；

步驟三、電光調(diào)制器產(chǎn)生的信號光經(jīng)過光耦合器分為兩路，第一路光作為光學(xué)本振信號輸出，第二路光作為反饋光輸入至光電轉(zhuǎn)換信號放大模塊；

步驟四、光電轉(zhuǎn)換信號放大模塊將第二路光轉(zhuǎn)換為電壓信號，將該電壓信號進(jìn)行放大并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，數(shù)字信號作為反饋信號與參考信號經(jīng)運(yùn)算處理得出電光調(diào)制器工作點(diǎn)漂移情況，參考信號為混沌信號發(fā)生器輸出的另一路寬頻噪聲信號；根據(jù)當(dāng)前工作點(diǎn)的漂移情況，控制器計(jì)算得到一個控制電壓，該電壓控制直流偏置輸出電路輸出一個電光調(diào)制器驅(qū)動信號，使得電光調(diào)制器工作點(diǎn)向最佳工作點(diǎn)靠近。

基于上述的一種基于混沌信號的電光調(diào)制器偏置控制裝置的實(shí)現(xiàn)電光調(diào)制器偏置點(diǎn)自動鎖定的方法，具體如下：

a、利用相干的原理判別電光調(diào)制器的工作點(diǎn)的漂移方向及大小，由控制器控制混沌信號發(fā)生器生成一個寬頻噪聲信號，此信號輸出至電光調(diào)制器的射頻控制端；

b、經(jīng)電光調(diào)制器調(diào)制后的寬頻噪聲信號依次經(jīng)光電轉(zhuǎn)換信號放大模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳輸至控制器；在控制器內(nèi)部，該寬頻噪聲信號與作為參考信號的寬頻噪聲信號進(jìn)行相乘，并消除乘法產(chǎn)生的高頻分量，得到一個反映工作點(diǎn)漂移情況的緩變量，然后進(jìn)行如下判斷：

若緩變量為0，則表明此時的工作點(diǎn)為最佳工作點(diǎn)；

若緩變量為負(fù)，則表明最佳工作點(diǎn)向高電壓方向漂移，此時將當(dāng)前工作點(diǎn)電壓加上一個最小步進(jìn)電壓，逐漸向最佳工作點(diǎn)靠近；

若緩變量為正，則表明最佳工作點(diǎn)向低電壓方向漂移，此時將當(dāng)前工作點(diǎn)電壓減去一個最小步進(jìn)電壓，逐漸向最佳工作點(diǎn)靠近；

c、重復(fù)上述相乘濾波比較的過程，逐步鎖定電光調(diào)制器的最佳工作點(diǎn)。

作為本發(fā)明所述的一種基于混沌信號的電光調(diào)制器偏置控制裝置的實(shí)現(xiàn)電光調(diào)制器偏置點(diǎn)自動鎖定的方法進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述b中消除乘法產(chǎn)生的高頻分量是通過一個數(shù)字低通濾波器來實(shí)現(xiàn)的。

本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：

（1）本發(fā)明采用正弦調(diào)制波實(shí)現(xiàn)了電光調(diào)制器的移頻作用，使得輸出連續(xù)光位于非基頻位置，便于后續(xù)的處理；

（2）本發(fā)明用寬頻噪聲信號代替低頻擾動信號進(jìn)行最佳工作點(diǎn)控制，防止了直流偏置端引入低頻擾動信號帶來的單音噪聲，使得電光調(diào)制器的輸出噪聲譜更加平坦，有效降低了雜散信號對光學(xué)移頻質(zhì)量的影響。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖2是現(xiàn)有技術(shù)中基于光耦合器的電光調(diào)制器偏置電壓控制示意圖。

圖3是寬頻噪聲信號波形示意圖。

圖4是寬頻噪聲信號作為反饋信號的最佳工作點(diǎn)控制原理示意圖；其中，（a）為工作點(diǎn)電壓漂移至低于最佳工作點(diǎn)電壓時的情況，（b）為工作點(diǎn)電壓位于最佳工作點(diǎn)電壓時的情況，（c）為工作點(diǎn)電壓漂移至高于最佳工作點(diǎn)電壓時的情況。

圖5是現(xiàn)有的電光調(diào)制器調(diào)控制裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明：

為了減少該低頻擾動信號，則在本裝置中提供一個寬頻噪聲信號代替低頻擾動信號作為反饋信號。寬頻噪聲信號的能量可看做是對寬頻噪聲信號進(jìn)行全波整流。寬頻噪聲信號類似于隨機(jī)信號，其波形如圖3所示。將一個寬頻噪聲信號加載在射頻控制端口上，以此作為最佳工作點(diǎn)控制的反饋信號。這樣eom調(diào)制出來的連續(xù)光上就會調(diào)制上一個寬頻噪聲信號，經(jīng)過探測器變?yōu)殡妷盒盘?。將獲得的反饋信號和參考信號即寬頻噪聲信號相乘，并通過低通濾波器濾波后即可得得到電光調(diào)制器輸出特性曲線的漂移情況，進(jìn)而確定工作點(diǎn)的漂移狀況。eom工作在特性曲線的最小值處即最佳工作點(diǎn)，如圖4中的（b）所示，調(diào)制信號頻率為生成寬頻噪聲信號的兩倍，此時反饋信號與參考信號相乘結(jié)果為0；若eom工作點(diǎn)向低偏置電壓方向移動，則反饋信號與參考信號相位同向，如圖4中的（a）所示，此時反饋信號與參考信號乘積近似為正的直流量；eom工作點(diǎn)往高偏置電壓方向移動，如圖4中的（c）所示，則反饋信號與參考信號相位相反，此時反饋信號與參考信號乘積近似為負(fù)的直流量。通過分辨反饋信號與參考信號的乘積結(jié)果，即可直接分辨工作點(diǎn)的偏移方向，并通過控制器實(shí)現(xiàn)對工作點(diǎn)的控制。

將寬頻噪聲信號作為反饋信號可以使引入的噪聲在頻譜上分散到寬譜范圍內(nèi)，去除低頻擾動信號在某些頻率上的集中影響，使得電光調(diào)制器的輸出能量譜更加穩(wěn)定，有利于后續(xù)的頻譜處理。

一個優(yōu)秀的電光調(diào)制器工作點(diǎn)控制方案，要使得電光調(diào)制器工作在最適工作點(diǎn)且能輸出適當(dāng)頻率的信號光，此外直流偏置端輸入的擾動電壓對于輸出譜的影響要盡可能小。

本發(fā)明是一個針對連續(xù)光調(diào)制的電光調(diào)制器進(jìn)行偏置電壓控制的閉環(huán)控制裝置。如圖1所示，主要包含兩大模塊：分光模塊、電光調(diào)制器偏置控制模塊。

分光模塊主要就是光耦合器。

電光調(diào)制器偏置控制模塊如圖1所示包括：光電轉(zhuǎn)換信號放大模塊；模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊；控制器；直流偏置輸出電路；混沌信號發(fā)生器；正弦信號發(fā)生器；信號混合電路。

光電轉(zhuǎn)換信號放大模塊包含了光電探測器與跨阻放大電路兩部分。這里使用的光電探測器的型號為gd3560j，它是一種近紅外光電探測器，光譜敏感帶在1550nm處；驅(qū)動電壓5v時，該光電探測器的暗電流最大為1na；響應(yīng)度0.85a/w，滿足裝置要求。光電探測器將光信號轉(zhuǎn)換成電流信號?？缱璺糯箅娐分饕蛇\(yùn)放ad8000組成。該運(yùn)放為低能，低噪，以及1.58ghz的帶寬，可以滿足裝置要求。

模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊主要就是將光電轉(zhuǎn)換信號放大模塊產(chǎn)生的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。這里使用的a/d轉(zhuǎn)換器型號為microchip公司的mcp3428，它是一款具有16位精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，完全可以滿足本發(fā)明消光比約有30db的要求。

在這里用的控制器為lattice公司的非易失性無限重構(gòu)可編程邏輯器件machxopld系列的lcmxo1200。該可編程邏輯器件提供嵌入式存儲器，方便數(shù)據(jù)的緩沖；同時它還具有內(nèi)置的pll與振蕩器，可以進(jìn)行集成的時鐘管理。該控制器接收a/d生成的數(shù)字信號，對此數(shù)字量進(jìn)行運(yùn)算處理，得到電光調(diào)制器當(dāng)前的工作狀態(tài)，根據(jù)電光調(diào)制器的這個工作狀態(tài)，調(diào)整輸出驅(qū)動電路的輸出。

直流偏置輸出電路包括了d/a轉(zhuǎn)換器及放大器。數(shù)模轉(zhuǎn)換的精度決定了最后電光調(diào)制器偏置電壓控制系統(tǒng)鎖定的工作點(diǎn)與電光調(diào)制器最佳工作點(diǎn)的接近程度，所以d/a轉(zhuǎn)換器的精度可以取得大一點(diǎn)，這里使用的數(shù)模轉(zhuǎn)換器為ti公司的dac8552，它是16位精度電壓輸出型的d/a轉(zhuǎn)換器。放大器主要是增大輸出驅(qū)動電路的負(fù)載驅(qū)動能力以及電光調(diào)制器直流偏置端輸入電壓的范圍，使其大于一個半波電壓。由于要匹配d/a輸出電壓，這里的放大器位ad8000具有軌對軌輸出高供電電壓的特點(diǎn)，帶寬達(dá)到1.58ghz。

混沌信號發(fā)生器用于產(chǎn)生寬頻噪聲信號，所以采用飽和二極管式噪聲發(fā)生器。

正弦信號發(fā)生器包括直接數(shù)字式頻率合成器，可用于合成移頻用的正弦電壓，所以這里使用ad公司的ad9915，能夠產(chǎn)生高達(dá)1ghz的正弦波，并且自帶d/a轉(zhuǎn)換器。

信號混合電路包括合路器，用于將混沌信號發(fā)生器和正弦信號發(fā)生器產(chǎn)生的信號生成為射頻調(diào)制波。

結(jié)合器件參數(shù)的具體步驟如下：

步驟一，混沌信號發(fā)生器通過飽和二極管式噪聲發(fā)生器產(chǎn)生寬頻噪聲信號，正弦信號發(fā)生器通過ad8000產(chǎn)生純凈的500mhz的正弦信號；

步驟二，通過信號混合電路中的合路器將寬頻噪聲信號與純凈的正弦信號進(jìn)行調(diào)制后產(chǎn)生射頻控制信號；

步驟三，電光調(diào)制器產(chǎn)生的光信號經(jīng)過90:10光耦合器分為兩路，90%的激光作為應(yīng)用光輸出，10%作為反饋光信號輸入光電轉(zhuǎn)換信號放大模塊；

步驟四，光電轉(zhuǎn)換信號放大模塊中的gd3560j將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，并經(jīng)由ad8000放大至伏級別。由控制器lcmxo1200運(yùn)算處理反饋信號和參考信號得出電光調(diào)制器工作點(diǎn)漂移情況。根據(jù)漂移情況lcmxo1200輸出一個數(shù)字控制量，經(jīng)過d/a轉(zhuǎn)換器dac8552及放大器ad8000，得到一個模擬控制電壓，使得電光調(diào)制器工作點(diǎn)向最佳工作點(diǎn)靠近；

本發(fā)明中電光調(diào)制器的最佳工作點(diǎn)控制方法具體如下：

經(jīng)電光調(diào)制器調(diào)制后的寬頻噪聲信號依次經(jīng)光電轉(zhuǎn)換信號放大模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳輸至控制器；在控制器內(nèi)部，該寬頻噪聲信號與作為參考的寬頻噪聲信號進(jìn)行相乘，并通過一個數(shù)字低通濾波器消除乘法產(chǎn)生的高頻分量，得到一個反映工作點(diǎn)漂移情況的緩變量，然后進(jìn)行如下判斷：若緩變量為0，則表明此時的工作點(diǎn)為最佳工作點(diǎn)；若緩變量為負(fù)，則表明最佳工作點(diǎn)向高電壓方向漂移，此時將當(dāng)前工作點(diǎn)電壓加上一個輸出驅(qū)動電路中的數(shù)模轉(zhuǎn)換器可輸出的最小步進(jìn)電壓，逐漸向最佳工作點(diǎn)靠近；若緩變量為正，則表明最佳工作點(diǎn)向低電壓方向漂移，此時將當(dāng)前工作點(diǎn)電壓減去一個輸出驅(qū)動電路中的數(shù)模轉(zhuǎn)換器可輸出的最小步進(jìn)電壓，逐漸向最佳工作點(diǎn)靠近；重復(fù)上述相乘濾波比較的過程，逐步鎖定電光調(diào)制器的最佳工作點(diǎn)。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替代，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。