[发明专利]基于PID的DE-MZM自动偏置控制装置及控制方法

说明书

技术领域

 本发明涉及激光通信，具体涉及基于PID的DE-MZM自动偏置控制装置及控制方法。

背景技术

利用光纤传输射频信号的光载无线（ROF）系统日益成为人们研究的热点。在ROF系统中，由于温度、电离辐射等外部环境因素的影响，电光调制器的半波电压会发生变化，同时直流偏置电源电压也会有一定程度的随机起伏，引起调制器的直流偏置点发生漂移，导致系统性能恶化。为提高ROF通信系统性能，需要对电光调制器的直流偏置点漂移现象进行有效抑制。

但现有的多种自动偏置控制方法主要针对直流偏置点为线性点或最小传输点的调制器，不能够实现对电光调制器所有直流偏置点的偏置控制，其主要方法和不足包括以下几个方面。方法1利用低频扰动进行直流漂移补偿，该方法只适用于线性点的偏置控制，无法进行非线性点的偏置控制；方法2将输入信号与反馈信号进行混频和滤波得到误差信号，利用误差信号对偏置单元进行控制，可实现相干FSK系统和光生微波本振系统的直流漂移补偿，但只适用于直流偏置点为最小传输点的调制器；方法3利用扰动信号基波分量和二次谐波分量信号幅度比值进行调制器自动偏置控制，由于其比值在相位nπ处发生正负无穷突变，所以该方法不适用于偏置点为0和π的调制器；方法4通过比较调制器前后光功率来实现偏置点自动控制，由于误差比较器中需要调整两个放大器增益使得调制前后光电流相等，而最小传输点处光功率近似为零，所以不适用于偏置点为最小传输点的调制器。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单，使用方便，自动化程度高，误差小，偏置控制能力强的基于PID的DE-MZM自动偏置控制装置。

本发明的另一目的是提供自动偏置控制装置的控制方法。

为了克服现有技术的不足，本发明的技方案是这样解决的：一种基于PID的DE-MZM自动偏置控制装置，该自动偏置控制装置由激光器、电光调制器3、一相移器1、另一相移器2、光耦合器、光探测器PD、混频器、低通滤波器、控制单元、偏置单元组成，其特征在于所述激光器与电光调制器3连接，所述电光调制器3一端分别与一相移器1一端、光耦合器的一端连接，所述电光调制器3另一端分别与偏置单元一端、一相移器1另一端连接，所述偏置单元另一端与控制单元连接，所述控制单元另一端与低通滤波器一端连接，所述低通滤波器另一端与混频器连接，所述混频器另一端分别与光探测器PD一端、另一相移器2另一端连接，所述一相移器1另一端与另一相移器2一端连接，所述光探测器PD另一端与光耦合器连接，光耦合器用来输出激光。

所述激光器为DFB-LD激光器。

所述控制单元为PID控制器。

所述低通滤波器为LPF滤波器。

一种基于PID的DE-MZM自动偏置控制装置的自动偏置控制方法，按下述步骤进行：

1）、输入射频信号经过两次分路，第一次分路后，一路信号经过另一相移器2与反馈信号进行混频，另一路信号经由电光调制器3进行电光调制；

2）、对电光调制的信号进行第二次分路，且分路后两路信号幅值相等；将第二次分路后的两路等幅信号分别加载到电光调制器3的上下两个电极上，其中加载到上电极的信号经过一相移器1产生相移；

3）、DFB-LD激光器输出光经过电光调制器（3）被调制，此时输出信号包络                                               ，式中E_in为输入光信号，α为插入损耗，γ=0.5为分束比，设射频输入信号相位差为β，ω为信号角频率，m=πV_RF/V_π为调制系数，V_RF为两路射频信号幅度，V_π为半波电压，θ=πV_DC/V_π为直流偏置相移，V_DC为直流偏置电压；

4）、调制器输出光信号经过99:1的分束比例经由光耦合器分束后，分束后的光通过反馈控制电路用来进行反馈控制，反馈控制电路包括光探测器PD、混频器、低通滤波器LPF、PID控制器和偏置单元；

5）、光探测器PD输出信号电流i_pd（t）为