[发明专利]一种光IQ调制器任意偏置点控制方法及控制系统

权利要求书

1.一种光IQ调制器任意偏置点控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)设置幅值相同的第一扰动信号和第二扰动信号；分别将所述第一扰动信号和所述第二扰动信号附加在偏置电压V_I和偏置电压V_Q上，且偏置电压V_P不附加扰动信号；其中，所述偏置电压V_I、所述偏置电压V_Q和所述偏置电压V_P分别为子调制器MZMI、子调制器MZMQ和母调制器MZMP的直流偏置输入端加载的偏置电压；

(2)利用光IQ调制器输出的光电信号、所述第一扰动信号和所述第二扰动信号分别计算母调制器MZMP的第一类相关积分系数CID_P、子调制器MZMI的第一类相关积分系数CID_I和子调制器MZMQ的第一类相关积分系数CID_Q，并由此获得子调制器MZMI、子调制器MZMQ和母调制器MZMP的特征电压的粗略值；

所述步骤(2)包括：

(21)设置所述偏置电压V_I和所述偏置电压V_Q均为0V并保持不变；

(22)改变所述偏置电压V_P的取值，采集对应的光IQ调制器的输出信号并将其转换为对应的交流数字信号I_AC，然后计算对应的第一类相关积分系数CID_P，由此绘制所述第一类相关积分系数CID_P与所述偏置电压V_P的关系曲线所述第一类相关积分系数CID_P的计算公式为：其中，T为积分时间，ω_I和ω_Q分别为所述第一扰动信号和所述第二扰动信号的角频率；

(23)根据所述关系曲线获得母调制器MZMP的特征电压的粗略值；其中，母调制器MZMP的第一线性偏置电压的粗略值V_P(π/2)⁰为所述关系曲线上距离0V电压最近的负斜率零点的电压值，母调制器MZMP的第二线性偏置电压的粗略值V_P(-π/2)⁰为所述关系曲线上距电压V_P(π/2)⁰最近的正斜率零点的电压值，母调制器MZMP的半波电压的粗略值V_πP⁰为母调制器MZMP的第一线性偏置电压的粗略值V_P(π/2)⁰和第二线性偏置电压的粗略值V_P(-π/2)⁰之差；

(24)设置所述偏置电压V_P为V_P(π/2)⁰并保持不变，设置所述偏置电压V_Q为0V并保持不变；

(25)改变所述偏置电压V_I的取值，采集对应的光IQ调制器的输出信号并将其转换为对应的交流数字信号I_AC，然后计算对应的第一类相关积分系数CID_I，由此绘制所述第一类相关积分系数CID_I与所述偏置电压V_I的关系曲线所述第一类相关积分系数CID_I的计算公式为：

(26)根据所述关系曲线获得子调制器MZMI的特征电压的粗略值；其中，子调制器MZMI的线性偏置电压的粗略值V_I(π)⁰为所述关系曲线上距0V电压最近的正斜率零点的电压值，子调制器MZMI的零相移点电压的粗略值V_I(0)⁰为所述关系曲线上距电压V_I(π)⁰最近的负斜率零点的电压值，子调制器MZMI的半波电压的粗略值V_πI⁰为子调制器MZMI的线性偏置电压的粗略值V_I(π)⁰和零相移点电压的粗略值V_I(0)⁰之差；

(27)设置所述偏置电压V_P为V_P(π/2)⁰并保持不变，设置所述偏置电压V_I为V_I(π)⁰并保持不变；

(28)改变所述偏置电压V_Q的取值，采集对应的光IQ调制器的输出信号并将其转换为对应的交流数字信号I_AC，然后计算对应的第一类相关积分系数CID_Q，由此绘制所述第一类相关积分系数CID_Q与所述偏置电压V_Q的关系曲线所述第一类相关积分系数CID_Q的计算公式为：

(29)根据所述关系曲线获得子调制器MZMQ的特征电压的粗略值；其中，子调制器MZMQ的线性偏置电压的粗略值V_Q(π)⁰为所述关系曲线上距0V电压最近的正斜率零点的电压值，子调制器MZMQ的零相移点电压的粗略值V_Q(0)⁰为所述关系曲线上距电压V_Q(π)⁰最近的负斜率零点的电压值，子调制器MZMQ的半波电压的粗略值V_πQ⁰为子调制器MZMQ的线性偏置电压的粗略值V_Q(π)⁰和零相移点电压的粗略值V_Q(0)⁰之差；

(3)利用各调制器的特征电压的粗略值，获得子调制器MZMI、子调制器MZMQ和母调制器MZMP的特征电压的精确值；

所述步骤(3)包括：

(31)设置所述偏置电压V_I为V_I(π)⁰并保持不变，设置所述偏置电压V_Q为V_Q(π)⁰并保持不变；其中，V_I(π)⁰为子调制器MZMI的线性偏置电压的粗略值，V_Q(π)⁰为子调制器MZMQ的线性偏置电压的粗略值；

(32)以V_P(π/2)⁰为所述偏置电压V_P的初值，利用牛顿迭代法，重新寻找所述第一类相关积分系数CID_P和所述偏置电压V_P的关系曲线的负斜率零点，从而得到母调制器MZMP的第一线性偏置电压的精确值V_P(π/2)；以V_P(-π/2)⁰为所述偏置电压V_P的初值，利用牛顿迭代法，得到所述第一类相关积分系数CID_P与所述偏置电压V_P的关系曲线的正斜率零点，从而得到母调制器MZMP的第二线性偏置电压的精确值V_P(-π/2)；其中，V_P(π/2)⁰和V_P(-π/2)⁰分别为母调制器MZMP的第一线性偏置电压和第二线性偏置电压的粗略值；

(33)计算母调制器MZMP的半波电压的精确值V_πP，其计算公式为：V_πP＝V_P(π/2)-V_P(-π/2)；然后计算母调制器MZMP的相干相消点电压的精确值V_P(π)，其计算公式为：V_P(π)＝V_P(π/2)+V_πP/2；

(34)将子调制器MZMI和子调制器MZMQ的特征电压的粗略值分别作为对应的特征电压的精确值，从而满足：V_I(π)＝V_I(π)⁰、V_I(0)＝V_I(0)⁰、V_πI＝V_πI⁰、V_Q(π)＝V_Q(π)⁰、V_Q(0)＝V_Q(0)⁰以及V_πQ＝V_πQ⁰；其中，V_I(π)为子调制器MZMI的线性偏置电压的精确值，V_I(0)⁰和V_I(0)分别为子调制器MZMI的零相移点电压的粗略值和精确值，V_πI⁰和V_πI分别为子调制器MZMI的半波电压的粗略值和精确值，V_Q(π)为子调制器MZMQ的线性偏置电压的粗略值，V_Q(0)⁰和V_Q(π)分别为子调制器MZMQ的零相移点电压的粗略值和精确值，V_πQ⁰和V_πQ分别为子调制器MZMQ的半波电压的粗略值和精确值；

(35)设置所述偏置电压V_P为V_P(π)并保持不变；

(36)以V_I(π)为所述偏置电压V_I的初值，同时以V_Q(π)为所述偏置电压V_Q的初值，利用二元牛顿迭代法，重新寻找所述第一类相关积分系数CID_I与所述偏置电压V_I的关系曲线的正斜率零点以及所述第一类相关积分系数CID_Q与所述偏置电压V_Q的关系曲线的正斜率零点，并由此更新子调制器MZMI的线性偏置电压的精确值V_I(π)和子调制器MZMQ的线性偏置电压的精确值V_Q(π)；

(37)设置所述偏置电压V_Q为V_Q(π)并保持不变，同时设置所述偏置电压V_P为V_P(π/2)并保持不变；

(38)以V_I(0)为所述偏置电压V_I的初值，利用牛顿迭代法，重新寻找所述第一类相关积分系数CID_I与所述偏置电压V_I的关系曲线的负斜率零点，并由此更新子调制器MZMI的零相移点电压的精确值V_I(0)；然后更新子调制器MZMI的半波电压的精确值V_πI，其计算公式为：V_πI＝V_I(π)+V_I(0)；

(39)设置所述偏置电压V_I为V_I(π)并保持不变，同时设置所述偏置电压V_P为V_P(π/2)并保持不变；

(310)以V_Q(0)为所述偏置电压V_Q的初值，利用牛顿迭代法，重新寻找所述第一类相关积分系数CID_Q与所述偏置电压V_Q的关系曲线的负斜率零点，并由此更新子调制器MZMQ的零相移点电压的精确值V_Q(0)；然后更新子调制器MZMQ的半波电压的精确值V_πQ，其计算公式为：V_πQ＝V_Q(π)+V_Q(0)；

(311)利用更新后的特征电压的精确值，重复步骤(35)～(310)，直至子调制器MZMI的零相移点电压的精确值V_I(0)和半波电压的精确值V_πI，以及子调制器MZMQ的零相移点电压的精确值V_Q(0)和半波电压的精确值V_πQ均不再变化；

(4)利用各调制器的特征电压的精确值，分别计算各调制器在目标偏置点下其直流偏置输入端所需加载的偏置电压，并分别设置所述偏置电压V_I、所述偏置电压V_Q和所述偏置电压V_P为对应的取值，以实现对目标偏置点的控制；

(5)将所述第一扰动信号附加到所述偏置电压V_I上，将所述第二扰动信号附加到所述偏置电压V_Q上，并且所述偏置电压V_P不附加扰动信号，由此计算在目标偏置点下所述第一类相关积分系数CID_P的取值，记为

(6)关闭所述第一扰动信号和所述第二扰动信号，并设置第三扰动信号；利用光IQ调制器输出的光电信号和所述第三扰动信号，分别计算各调制器的第二类相关积分系数，并由此得到参考相关系数向量ψ；

所述步骤(6)中所述参考相关系数向量ψ的计算方法包括：

(61)将所述第三扰动信号附加在所述偏置电压V_P上，且所述偏置电压V_I和所述偏置电压V_Q均不附加扰动信号；采集对应的光IQ调制器的输出信号并将其转换为对应的交流数字信号I_AC，并计算母调制器MZMP的的第二类相关积分系数CIS_P的取值其计算公式为：

其中，为目标偏置点下母调制器MZMP的直流偏置端所需加载的电压值，T为积分时间，ω₀为所述第三扰动信号的角频率；

(62)将所述第三扰动信号附加在所述偏置电压V_I上，且所述偏置电压V_P和所述偏置电压V_Q均不附加扰动信号；采集对应的光IQ调制器的输出信号并将其转换为对应的交流数字信号I_AC，并计算子调制器MZMI的第二类相关积分系数CIS_I的取值其计算公式为：

其中，为目标偏置点下子调制器MZMI的直流偏置端所需加载的电压值；

(63)将所述第三扰动信号附加在所述偏置电压V_Q上，且所述偏置电压V_P和所述偏置电压V_I均不附加扰动信号；采集对应的光IQ调制器的输出信号并将其转换为对应的交流数字信号I_AC，并计算子调制器MZMP的第二类相关积分系数CIS_Q的取值其计算公式为：

其中，为目标偏置点下子调制器MZMQ的直流偏置端所需加载的电压值；

(64)计算所述参考相关系数向量其中：

其中，max表示取最大值；

(7)获得当前偏置点的偏置相位并将其作为实时相关系数向量ψ(t)；根据所述参考相关系数向量ψ和所述实时相关系数向量ψ(t)计算误差电压，并利用所述误差电压对应地调节所述偏置电压V_I、所述偏置电压V_Q和所述偏置电压V_P，从而将光IQ调制器稳定在目标偏置点。