[发明专利]光纤与电光调制器对准耦合的自动化控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及光纤通信和电光调制器技术领域，尤其涉及一种光纤与电光调制器对准耦合的自动化控制系统。

背景技术

密集波分复用(DWDM)系统具有传输容量大、组网灵活等显著特点，已成为长距离光纤通信的主流技术。电光调制器作为DWDM系统关键之一，其作用是将连续光波(载波)调制成携带有特定信息的光信号。电光调制器按照其调制原理主要可分为电光调制器、热光调制器、声光调制器、全光调制器等。电光调制器的原理是利用材料折射率受外加电场的影响而发生改变，从而使调制器的输入光的相位发生改变，并利用光学干涉结构如马赫-曾德干涉仪(MZI)实现对输入光的调制，因此其具有调制速度快、功率消耗低、集成性好等优势。

本发明中所用的电光调制器是以半导体硅为材料制作，其调制原理是基于硅材料中自由载流子色散效应，即当调制器上外加周期性调制电信号时，硅材料的自由载流子浓度将发生改变，材料的折射率随之发生变化，入射光强将随着折射率的变化而周期性变化，最终实现对光的调制。硅基电光调制器的横截面示意图如图1所示，2、4分别为接地电极和信号电极区域，通过在此区域施加足够强的高频电信号，使得n型掺杂区6和p型掺杂区7的自由载流子浓度按照一定的关系发生改变，从而使波导区域3的折射率发生改变，光通过光纤耦合至波导区域3，传输一定距离后，被调制成携带有特定信息的光信号，从而实现调制效果。

光纤与电光调制器耦合的三维立体图如图2所示，调制器的基本结构为马赫-曾德干涉仪(MZI)，该结构主要由五部分构成，分别是输入波导1、分束器2、两个调制区域5、合束器7、输出波导8，入射光通过入射光纤1耦合至输入波导2，并通过分束器2将入射光分成强度相位都相同的两束光，分别进入到结构相同的调制区域5，经过调制后的光再利用合束器7叠加成一束光，由输出波导8耦合至输出光纤9。

为了对输入光进行有效调制，获得高的消光比，必须使进入到调制区域的光强足够大，即需要有足够高的光纤与波导耦合效率，若耦合至波导区域的光强很微弱，一方面进入光功率计的输出调制光信号将被外界的可见光给淹没，无法识别是否具有输出光；另一方面，光电探测器的灵敏度有限，若输出调制光信号很小，则无法被探测器探测到。因此，必须提高光纤与波导的耦合效率，即通过调整光纤相对于波导的位置，使光纤中的入射光尽可能多的耦合至波导区域，并且使出射光尽可能多的耦合至输出光纤。调整光纤的方法可以是首先将光纤固定在调整架上，通过移动调整架来改变光纤相对波导的位置，传统移动调整架的方式是手动调节，即转动调整架上不同的旋钮，使得调整架沿不同的方向调节，但此方法操作繁琐、耗时长，不易控制移动位置，即无法精确定位，因此最终的耦合效果不是很明显。

目前，各种设备仪器大都具有可编程功能，即可利用外部的控制部件(通常为专用集成电路或单片机)，通过一些标准的命令，比如可编程仪器标准命令(SCPI)，对设备进行远程控制。计算机技术的迅猛发展，使得计算机不仅在处理速度上得到很大的提高，而且存储容量也有很大的提升，因此计算机越来越多的运用到测量控制领域，图3为通过计算机控制的测试系统示意图，设备仪器通过特定的接口(比如GPIB卡、串行通信接口等)与计算机通信，而在计算机上，通过利用高级语言编写的程序，对设备仪器进行控制。

通常控制程序所使用的开发环境是基于C、C++语言或者是Basic语言，利用这些高级语言可以开发高效、功能强大的程序，但其缺点在于因其基于文本编写环境，因此开发难度大，且过于复杂，可读性不强。而由美国国家仪器(NI)推出的Labview开发环境，使用的是图形化编程语言G语言编写程序，相比较其它语言，优点在于：可读性强，易于开发，可扩展性强。用Labview开发的程序被称为虚拟仪器(VI)，即可以通过计算机模拟实际的仪器，并具有实际仪器拥有的功能，这使得仪器与计算机很好的结合起来。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于解决传统手动调整光纤耗时长、不易对准、从外界容易带来扰动而无法精确定位等问题，提供一种光纤与电光调制器对准耦合的自动化控制系统。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：