雙并聯MZI型電光調制器光學損耗的自動測試方法與裝置與流程

本發明涉及一種電光調制器光學損耗的自動測試方法與裝置，特別涉及一種雙并聯MZI型電光調制器光學損耗的自動測試方法與裝置，本發明屬于通信領域。

背景技術：

在數字傳輸系統中，DPSK和DQPSK的使用已經非常普遍，這就標志著采用相位敏感的編碼和傳輸技術將成為─種趨勢。同時，短短的二十年中，光器件行業取得了很大的進展，其中激光器的輸出功率，線寬，穩定性和噪聲，以及光電探測器的帶寬，功率容量和共模抑制比都得到了很大的改善，微波電子器件的性能也大幅提高，這些進步使得相干光通信系統商用化變為可能。

相干光通信的發送端往往采用窄線寬可調諧激光器和外調制器，其中外調制器的調制格式可以是相位調制(DPSK，QPSK等)，也可以是相位－幅度混合調制(QAM)。目前線路側100G dp-qpsk相干調制器中的IQ調制器采用的主要光學結構為雙并聯馬赫-曾德爾干涉儀(MZI)，單個MZI光學結構將輸入光分成兩路，兩路光經一段距離的傳輸之后合波，發生干涉。通過外加電壓來改變MZI兩路傳輸光的相位差，可以改變輸出光的強度和相位。對于單MZI結構，讓其偏置在輸出光強最小的無光偏置點，再給兩臂加相反極性的偏壓，周期性改變兩臂偏壓的極性，可以得到光強度不變、相位相差180°的周期性光信號，形成光的二相位調制(BPSK)。將兩個MZI并聯后，兩路BPSK信號以90°的相位差進行正交合波，得到QPSK信號。100G相干光通信中，基于并聯MZ結構的IQ電光調制器被寫入國際標準，作為一種標準的解決方案。

雙并聯MZI型電光調制器的光學插損定義為在不加射頻電信號的條件下，兩個子MZI在一定的偏置電壓下各自相干疊加，功率達到最大，然后兩個子MZI的輸出光在母MZI處相干疊加，使得雙并聯MZI光學結構的輸出光功率達到最大，這個時候的光學插損即為器件的光學插損。然而，由于器件設計的原因，雙并聯MZI型電光調制器的光學損耗往往存在著一定的波長相關性，因此，在實際光生產過程中，需要測試器件在所有ITU波長通道下的光學插損。對于頻率間隔50Ghz的WDM光通信系統，需要測試調制器在96個波長下的光學損耗，這是一個很大的測試工作量。

技術實現要素：

發明克服現有技術存在的缺陷，提供了一種雙并聯MZI型電光調制器光學損耗的自動測試方法與裝置，該方法、裝置簡單，測試過程快捷高效，可以用于調制器器件生產過程中的超大批量測試。

本發明的技術方案是：

雙并聯MZI型電光調制器光學損耗的自動測試方法，步驟1、初始化；步驟2、設置測試光源的出光波長通道，獲得調制器的進光功率和不施加偏置電壓時的出光功率P0；步驟3、調節調制器I路的偏置電壓，使調制器的出光功率達到最大；調節調制器Q路的偏置電壓，使調制器的出光功率達到最大；調節調制器P路的偏置電壓，使調制器的出光功率達到最大；記錄調制器此時的出光功率P，將光功率P值減去出光功率P0獲得功率增量ΔP，計算獲得增量百分比ΔP/P；步驟4、比較增量百分比ΔP/P和預設的閾值百分比，當增量百分比ΔP/P大于預設的閾值百分比，返回步驟3；若增量百分比ΔP/P小于或等于閾值百分比，則進入步驟5；步驟5、計算該波長通道的光學損耗。

所述步驟3中I路、Q路、P路的偏置電壓的調節范圍需大于或者等于兩倍的MZI直流半波電壓。

所述步驟3中I路、Q路、P路的偏置電壓的掃描范圍為1-1.6V。

進一步包括步驟6，判斷測試光源波長是否處于最后一個波長通道，若是，記錄調制器各波長對應的光學損耗數據；若不是，則設置測試光源到下一個波長通道，重復步驟2-步驟5直至測試完所有的波長通道的插損。

所述波長通道的光學損耗具體為對應的通道號、波長以及調制器插損，插損為調制器的出光功率減去調制器的進光功率，單位為dBm，將一次測試的通道號、波長、插損作為一組數據進行存儲。

所述步驟4中的閾值百分比根據要求的測試精度進行設置。

一種雙并聯MZI型電光調制器光學損耗的自動測試裝置，包括可調諧激光器、1×2保偏耦合器、第一光電探測器、第二光電探測器、單片機；其中，單片機與第一光電探測器、第二光電探測器相連接，以讀取第一光電探測器、第二光電探測器的測量值，單片機與可調諧激光器相連接以控制可調諧激光器輸出光源的出光波長通道，單片機還與待測的調制器相連以控制待測的調制器的I路、Q路、P路的偏置電壓；可調諧激光器輸出的光源通過1×2保偏耦合器分光，一路分路光進入第一光電探測器以實現可調諧激光器出光功率的監控，另一路分路光通過待測的調制器輸出進入第二光電探測器，通過單片機監控待測器件的出光功率；所述單片機控制可調諧激光器發出的光源的波長以及待測的調制器的I路、Q路、P路的偏置電壓實現調制器在各個波場通道上的光學損耗的測試。

所述單片機計算獲得待測的調制器初始狀態時的進光功率和出光功率P0；所述單片機分別調整待測的調制器的I路、Q路、P路的偏置電壓，使待測的調制器出光功率最大，記錄此狀態下待測的調制器出光功率P；將光功率P值減去出光功率P0獲得功率增量ΔP，計算獲得增量百分比ΔP/P；所述單片機將增量百分比ΔP/P與預設的閾值百分比進行比較，當增量百分比ΔP/P大于預設的閾值百分比，則計算該狀態時的插入損耗；若增量百分比ΔP/P小于或等于閾值百分比，則控制循環運行直至增量百分比ΔP/P大于預設的閾值百分比。

所述單片機通過激光器控制總線來設置可調諧激光器的輸出波長、出光功率參數，將可調諧激光器的輸出波長依次設置為50GHZ的DWDM光通信系統的ITU-T的96個波長。

本發明具有如下優點：

1、本發明采用不斷循環逼近最大功率的方法，來測試器件的光學損耗，測試方法簡捷、測試電路設計簡單，不涉及復雜的電路和偏壓調試算法；

2、本發明使用單片機全程對可調諧激光器和待測器件進行自動控制，測試過程中無需測試人員值守，提高生產過程中人員的生產效率。

附圖說明

圖1是本發明并聯MZI電光調制器的結構示意圖；

圖2是本發明雙并聯MZI型電光調制器光學損耗的自動測試裝置框圖；

圖3是本發明bias調節循環次數與光功率的對應關系散點圖；

圖4是本發明雙并聯MZI型電光調制器光學損耗的自動測試流程圖；

其中，

1：調制器光輸入端； 2：母MZI；

3：I路子MZI； 4：Q路子MZI；

5：I路子MZI調相電極； 6：Q路子MZI調相電極；

7：母MZI調相電極； 8：調制器光輸出端；

9：可調諧激光器； 10：1×2保偏耦合器；

11：待測器件； 12：第一光電探測器；

13：第二光電探測器； 14：bias I控制接口線；

15：bias Q控制接口線； 16：bias P控制接口線；

17：激光器控制總線； 18：單片機；

具體實施方式

下面結合實施例和附圖對發明中的雙并聯MZI型電光調制器光學損耗的自動測試方法與裝置做出詳細說明。

圖1是并聯MZI電光調制器的結構示意圖，并聯MZI由兩個子MZI(I路子MZI 3,Q路子MZI 4)并聯而成一個母MZI 2，I路子MZI 3、Q路子MZI 4和母MZI 2的光路上分別制作有I路子MZI調相電極5、Q路子MZI調相電極6和Q路子MZI調相電極7，光源從調制器光輸出端1進入并聯MZI結構，給I路子MZI調相電極5、Q路子MZI調相電極6和母MZI調相電極7加上合適的偏置電壓，調節調制器光輸出端8的輸出光功率。在測試電光調制器的光學插損的時候，不需要加載射頻電信號。

圖2是雙并聯MZI型電光調制器光學損耗的自動測試裝置框圖，可調諧激光器9發出的光進入一定分光比的1×2保偏耦合器10分光，一部分的光進入第一光電探測器12，通過與第一光電探測器12相連接的單片機18根據第一光電探測器12的測量值和1×2保偏耦合器10的分光比進行計算，監控可調諧激光器9的出光功率，1×2保偏耦合器10分光端的另一支路光進入待測器件11，待測器件11的輸出光進入第二光電探測器13，通過與第二光電探測器13相連接的單片機18監控待測器件11的出光功率。單片機18通過偏壓控制接口線即bias I控制接口線14、bias Q控制接口線15、bias P控制接口線16控制待測器件11的偏置電壓bias I、bias Q和bias P，單片機18通過激光器控制總線17來設置可調諧激光器9的輸出波長、出光功率等參數。

本發明方法以一個實施例來描述，實施例中我們采用硅光單偏振IQ調制器，具體操作步驟如下：

步驟1、將硅光單偏振IQ調制器接入測試系統，使用夾具壓接的方式，使調制器偏置電壓引腳和單片機電路板引腳接觸，給測試系統各個組件(單片機、激光器、PD)上電，并初始化參數；

步驟2、設置可調諧激光器出光波長通道，選擇50GHZ的DWDM光通信系統的ITU-T的96個波長的第一通道，通過采集第一光電探測器12、第二光電探測器13的信號，單片機可以讀取和計算調制器的進光功率和出光功率；

步驟3、讀取待測調制器出光功率P0，即第二光電探測器13測得的功率值，并保存在單片機18的寄存器中；以及計算調制器的進光功率值，調制器進光功率值跟第一光電探測器12的功率值有線性相關，由1×2保偏耦合器11的分光比和第一光電探測器12功率值計算出來。例如：當分光比是1：1時，第一光電探測器12功率值就同調制器進光功率值相等。在給定的電壓范圍內(電壓范圍不小于兩倍的MZI直流半波電壓，即大于或者等于兩倍的MZI直流半波電壓)，實施例中電壓掃描范圍為1V-1.6V；調節I路的偏置電壓，使調制器的出光功率達到最大；然后調節Q的偏置電壓，使調制器的出光功率達到最大；調節P的偏置電壓，使調制器的出光功率達到最大。記錄IQ調制器當前的出光功率P，并且由光功率P值減去步驟3讀取的出光功率P0獲得功率增量ΔP，然后計算增量百分比ΔP/P；

步驟4、比較增量百分比和閾值百分比的大小，本發明中閾值百分比為預先設置，閾值百分比的設置與用戶要求的精度有關，本實施例中閾值百分比設置為1％；若增量百分比ΔP/P大于閾值百分比，重復步驟3；若增量百分比ΔP/P小于或等于閾值百分比，則進入步驟5；

圖3是偏置電壓調節循環次數與光功率的對應關系散點圖，隨著步驟3循環次數的增加，功率增量ΔP的值會越來越小，輸出光功率會單調緩慢變大但趨于穩定，增量百分比ΔP/P會越來越小，直到小于閾值百分比，該波長偏置電壓調節完成，進入步驟5；

步驟5、讀取此時調制器出光功率，以及計算調制器的進光功率值。調制器進光功率值跟第一光電探測器12的功率值線性相關，由1×2保偏耦合器11的分光比和第一光電探測器12功率值計算得到。例如：當分光比是1：1時，第一光電探測器12功率值就同調制器進光功率值相等。計算該波長通道的光學損耗，由出光功率減進光功率，單位為dBm，并將通道號、波長、插損作為一組數據保存在單片機的存儲器中；

步驟6、單片機判斷可調諧激光器是否處于最后一個通道波長，若是，則進入步驟7；若不是，則設置可調諧激光器到下一個通道波長，進入步驟2，直到測試完所有的通道波長插損；

步驟7、輸出調制器在ITU-T的96個波長下對應的光學損耗數據，即各通道的通道號、波長、插損指標值。

雖然本發明已經詳細示例并描述了相關的特定實施例做參考，但對本領域的技術人員來說，在閱讀和理解了該說明書和附圖后，在不背離本發明的思想和范圍特別是上述裝置實施的功能上，可以在裝置形式和細節上作出各種改變。這些改變都將落入本發明的權利要求所要求的保護范圍。