本發(fā)明涉及鈮酸鋰電光調(diào)制器領(lǐng)域，尤其涉及一種用于鈮酸鋰電光調(diào)制器偏置電壓控制的監(jiān)測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

以鈮酸鋰材料為基礎(chǔ)的集成光學(xué)器件，例如集成光學(xué)電光調(diào)制器、光開(kāi)關(guān)、電場(chǎng)傳感器以及磁場(chǎng)傳感器等器件的研究引起了許多研究者的關(guān)注。但是這些集成光學(xué)器件在實(shí)際工作中，都需要一個(gè)合適的偏置工作點(diǎn)，即施加合適的偏置相位給器件使其正常工作，例如當(dāng)鈮酸鋰波導(dǎo)強(qiáng)度調(diào)制器被運(yùn)用到CATV(Community Antenna Television)系統(tǒng)中的時(shí)候，M-Z干涉儀必須工作在線性工作點(diǎn)(即偏置相位為π/2)附近，此時(shí)器件線性響應(yīng)最佳；應(yīng)用于光纖通信系統(tǒng)中的鈮酸鋰外調(diào)制器也同樣需要一個(gè)穩(wěn)定的偏置相位，這樣光傳輸系統(tǒng)的誤碼率能夠得到有效的降低；當(dāng)鈮酸鋰被應(yīng)用到光開(kāi)關(guān)領(lǐng)域時(shí)，這樣的光開(kāi)光器件同樣需要將器件偏置在合適的工作點(diǎn)處，這樣能夠使光開(kāi)光的透光率靈活地在最大最小值之間來(lái)回轉(zhuǎn)換，而此時(shí)器件對(duì)應(yīng)的分別是固定的“0”和“π”工作點(diǎn)，這樣有利于提高器件的消光比；基于塞格納克干涉原理制作的光纖陀螺也包含了一個(gè)Y波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的調(diào)制器，光纖陀螺是一種精密器件因此它對(duì)調(diào)制器的工作點(diǎn)的穩(wěn)定性要求極高。但是，鈮酸鋰器件在實(shí)際的工程應(yīng)用當(dāng)中，一些內(nèi)外界因素例如溫度、外電場(chǎng)、應(yīng)力等等以及器件本身的缺陷都會(huì)對(duì)鈮酸鋰集成光學(xué)器件的調(diào)制相位的穩(wěn)定性產(chǎn)生非常大的影響，從而使器件的偏置工作點(diǎn)發(fā)生漂移，工作點(diǎn)幅度漂移大小有時(shí)較小有時(shí)非常大，漂移頻率大小也有時(shí)較小有時(shí)較大。集成光學(xué)器件在這些因素的影響下致使偏置工作點(diǎn)不穩(wěn)定，當(dāng)工作點(diǎn)漂移的幅度和頻率過(guò)大時(shí)將會(huì)使鈮酸鋰集成光學(xué)器件失效，這樣就限制了它在工程上的應(yīng)用。

現(xiàn)有的鈮酸鋰電光調(diào)制器偏置電壓控制裝置的示意圖如圖1所示，其中6為光源、7為鈮酸鋰電光調(diào)制器、8為10：90光纖耦合器、9為光電探測(cè)器、10為控制電路。在調(diào)制器7的RF信號(hào)端加入的是調(diào)制信號(hào)和擾動(dòng)信號(hào)，調(diào)制器的輸出光信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)10:90的耦合器被分為兩路光，10％的光進(jìn)入光電探測(cè)器檢測(cè)二次諧波，用于反饋控制直流偏置電壓，進(jìn)而使調(diào)制器的工作點(diǎn)偏置在線性區(qū)，達(dá)到實(shí)時(shí)反饋控制漂移的目的?，F(xiàn)有的鈮酸鋰電光調(diào)制器偏置電壓控制裝置是基于閉環(huán)自動(dòng)控制原理而設(shè)計(jì)的一種自動(dòng)偏置控制系統(tǒng)，將一個(gè)低頻擾動(dòng)信號(hào)(1kHz)施加在直流偏置信號(hào)中，經(jīng)調(diào)制后會(huì)長(zhǎng)生二次諧波信號(hào)(2kHz)，調(diào)制器的輸出光信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)10:90的耦合器，10％的光進(jìn)入1個(gè)光電探測(cè)模塊，利用經(jīng)調(diào)制之后的信號(hào)中的基波信號(hào)(1kHz)和二次諧波信號(hào)(2kHz)幅度的比值R作為PID控制器的反饋參量來(lái)穩(wěn)定鈮酸鋰調(diào)制器的工作點(diǎn)。兩信號(hào)幅度的比值不是輸入光功率參數(shù)的函數(shù)，且它隨偏置相位變化的曲線也是單調(diào)的，滿(mǎn)足作為控制器反饋參量的要求。并且該系統(tǒng)的調(diào)制器輸出端必須外接一個(gè)耦合器和一個(gè)光電探測(cè)器，整個(gè)系統(tǒng)較為復(fù)雜、體積較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是：相比于現(xiàn)有技術(shù)，提供了一種用于鈮酸鋰電光調(diào)制器偏置電壓控制的監(jiān)測(cè)裝置，在保證鈮酸鋰電光調(diào)制器偏置點(diǎn)自動(dòng)偏置控制的同時(shí)，降低了整個(gè)系統(tǒng)的體積和復(fù)雜程度。

本發(fā)明目的通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：一種用于鈮酸鋰電光調(diào)制器偏置電壓控制的監(jiān)測(cè)裝置，包括：調(diào)制器芯片、波導(dǎo)、光纖固定塊、光電探測(cè)器和光纖；其中，所述調(diào)制器芯片上設(shè)置有波導(dǎo)和直流偏置電極；所述波導(dǎo)包括第一主波導(dǎo)、第一分支波導(dǎo)、第二分支波導(dǎo)、第二主波導(dǎo)和至少一個(gè)分支波導(dǎo)；其中，第一主波導(dǎo)、第一分支波導(dǎo)、第二分支波導(dǎo)與第二主波導(dǎo)組成了一個(gè)馬赫-澤德干涉光路；所述光纖固定塊與所述調(diào)制器芯片的輸出端相連接；所述光纖穿設(shè)于所述光纖固定塊開(kāi)設(shè)的通孔，并與第二主波導(dǎo)耦合；所述光纖固定塊的后端面設(shè)置有反射面；通過(guò)直流偏置電極控制的探測(cè)光通過(guò)波導(dǎo)的第一主波導(dǎo)后分成兩束光，第一束光通過(guò)第一分支波導(dǎo)，第二束光通過(guò)第二分支波導(dǎo)，兩束光會(huì)聚后再分別進(jìn)入第二主波導(dǎo)和至少一個(gè)分支波導(dǎo)，至少一個(gè)分支波導(dǎo)中的至少一個(gè)分支波導(dǎo)的光進(jìn)入所述光纖固定塊傳輸至反射面并經(jīng)反射面反射后的光穿出光纖固定塊后入射到光電探測(cè)器。

上述用于鈮酸鋰電光調(diào)制器偏置電壓控制的監(jiān)測(cè)裝置中，分支波導(dǎo)與第二主波導(dǎo)相交呈一定角度。

上述用于鈮酸鋰電光調(diào)制器偏置電壓控制的監(jiān)測(cè)裝置中，分支波導(dǎo)與第二主波導(dǎo)構(gòu)成定向耦合器。

上述用于鈮酸鋰電光調(diào)制器偏置電壓控制的監(jiān)測(cè)裝置中，分支波導(dǎo)與第二主波導(dǎo)構(gòu)成多模干涉耦合器。

上述用于鈮酸鋰電光調(diào)制器偏置電壓控制的監(jiān)測(cè)裝置中，兩束光會(huì)聚后再分別進(jìn)入第二主波導(dǎo)、第三分支波導(dǎo)和第四分支波導(dǎo)，其中，進(jìn)入至第四分支波導(dǎo)的光進(jìn)入所述光纖固定塊傳輸至反射面并經(jīng)反射面反射后的光穿出光纖固定塊后入射到光電探測(cè)器。

上述用于鈮酸鋰電光調(diào)制器偏置電壓控制的監(jiān)測(cè)裝置中，分支波導(dǎo)與第二主波導(dǎo)的分光比為1：99～10：90。

上述用于鈮酸鋰電光調(diào)制器偏置電壓控制的監(jiān)測(cè)裝置中，所述反射面與所述光纖固定塊底面的夾角為5°-85°。

上述用于鈮酸鋰電光調(diào)制器偏置電壓控制的監(jiān)測(cè)裝置中，還包括：外部檢測(cè)控制電路；其中，所述外部檢測(cè)控制電路分別與光電探測(cè)器和直流偏置電極相連接，用于接收光電探測(cè)器的電信號(hào)，并用于反饋直流偏置電極上的偏置電壓。

上述用于鈮酸鋰電光調(diào)制器偏置電壓控制的監(jiān)測(cè)裝置中，所述光纖固定塊采用石英玻璃材料。

上述用于鈮酸鋰電光調(diào)制器偏置電壓控制的監(jiān)測(cè)裝置中，支波導(dǎo)與第二主波導(dǎo)相交呈銳角。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下有益效果：

本發(fā)明在調(diào)制器芯片上設(shè)計(jì)加工分支波導(dǎo)，在尾光纖固定塊上加工了反射面，同時(shí)在反射面一側(cè)安放光電探測(cè)器，使得用于偏置電壓控制的探測(cè)光直接在調(diào)制器芯片上分光，在調(diào)制器內(nèi)部進(jìn)行光的探測(cè)，從而在保證鈮酸鋰電光調(diào)制器偏置點(diǎn)自動(dòng)偏置控制的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)偏壓控制系統(tǒng)的集成，降低了偏壓控制系統(tǒng)的體積和復(fù)雜程度。

附圖說(shuō)明

圖1是現(xiàn)有的鈮酸鋰電光調(diào)制器偏置電壓控制裝置的示意圖；

圖2是本發(fā)明的用于鈮酸鋰電光調(diào)制器偏置電壓控制的監(jiān)測(cè)裝置的示意圖；

圖3是本發(fā)明的部分光路的傳輸示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明：

圖2是本發(fā)明的用于鈮酸鋰電光調(diào)制器偏置電壓控制的監(jiān)測(cè)裝置的示意圖。如圖2所示，該用于鈮酸鋰電光調(diào)制器偏置電壓控制的監(jiān)測(cè)裝置包括：調(diào)制器芯片1、波導(dǎo)2、光纖固定塊3和光電探測(cè)器5；其中，調(diào)制器芯片1上設(shè)置有波導(dǎo)2和直流偏置電極28，具體的，直流偏置電極28設(shè)置于波導(dǎo)2之間。

波導(dǎo)2包括第一主波導(dǎo)21、第一分支波導(dǎo)22、第二分支波導(dǎo)23、第二主波導(dǎo)24和至少一個(gè)分支波導(dǎo)；其中，第一主波導(dǎo)21、第一分支波導(dǎo)22、第二分支波導(dǎo)23與第二主波導(dǎo)24組成了一個(gè)馬赫-澤德干涉光路。這里需要說(shuō)明的是，馬赫-澤德干涉光路是比較成熟的光路，在本實(shí)施例中不作詳細(xì)贅述。分支波導(dǎo)的數(shù)量至少為一個(gè)，分支波導(dǎo)的作用是從第二主波導(dǎo)24上分出少量探測(cè)光。關(guān)于分支波導(dǎo)的數(shù)量都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。與分支波導(dǎo)的作用相對(duì)應(yīng)的分支波導(dǎo)與第二主波導(dǎo)24可以有多種實(shí)施方式，后續(xù)會(huì)有詳細(xì)介紹。

光纖固定塊3與調(diào)制器芯片1的輸出端相連接。具體的，如圖2所示，光纖固定塊3的左端與調(diào)制器芯片1的右端相連接。進(jìn)一步的，光纖固定塊3的左端與調(diào)制器芯片1的右端粘接。

光纖27穿設(shè)于光纖固定塊3開(kāi)設(shè)的通孔，并與第二主波導(dǎo)24耦合。具體的，第二主波導(dǎo)24的光傳輸進(jìn)入到光纖27。

光纖固定塊3的后端面設(shè)置有反射面4，探測(cè)器5位于光纖固定塊3的側(cè)面位置。

通過(guò)直流偏置電極28控制的探測(cè)光通過(guò)波導(dǎo)2的第一主波導(dǎo)21后分成兩束光，第一束光通過(guò)第一分支波導(dǎo)22，第二束光通過(guò)第二分支波導(dǎo)23，兩束光會(huì)聚后再分別進(jìn)入第二主波導(dǎo)24和至少一個(gè)分支波導(dǎo)，至少一個(gè)分支波導(dǎo)中的至少一個(gè)分支波導(dǎo)的光進(jìn)入光纖固定塊3傳輸至反射面4，經(jīng)反射面4反射后的光穿出光纖固定塊3后入射到光電探測(cè)器5。需要解釋的是，分支波導(dǎo)的數(shù)量至少為一個(gè)，在這些分支波導(dǎo)中至少有一個(gè)分支波導(dǎo)中的光進(jìn)入光纖固定塊3傳輸至反射面4，經(jīng)反射面4反射后的光穿出光纖固定塊3后入射到光電探測(cè)器5，例如圖2和圖3所示，分支波導(dǎo)的數(shù)量為兩個(gè)，包括第三分支波導(dǎo)25和第四分支波導(dǎo)26，這兩個(gè)分支波導(dǎo)中，第四分支波導(dǎo)26的光進(jìn)入光纖固定塊3傳輸至反射面4并經(jīng)反射面4反射后的光穿出光纖固定塊3后入射到光電探測(cè)器5?？蛇x的，第三分支波導(dǎo)25中的光也可以通過(guò)反射面4反射后穿出光纖固定塊3后入射到光電探測(cè)器5，反射面4在光纖固定塊3中的設(shè)置方式只要滿(mǎn)足能反射到光電探測(cè)器5即可。進(jìn)一步可選的，第三分支波導(dǎo)25和第四分支波導(dǎo)26的中光都能夠通過(guò)反射面4反射后穿出光纖固定塊3后入射到光電探測(cè)器5。光電探測(cè)器5將接收到光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

如圖2所示，調(diào)制器芯片1是電光調(diào)制器進(jìn)行電光轉(zhuǎn)換的核心部分，其輸入端(左端)是輸入光纖，輸入光纖與第一主波導(dǎo)21耦合，輸入光纖的輸入光傳輸給第一主波導(dǎo)21，輸入光進(jìn)入第一主波導(dǎo)21后分成兩束光，第一束光通過(guò)第一分支波導(dǎo)22，第二束光通過(guò)第二分支波導(dǎo)23，兩束光經(jīng)過(guò)電信號(hào)調(diào)制后在第二主波導(dǎo)24發(fā)生干涉。在直流偏置電極28上加載一個(gè)頻率為f的信號(hào)，第二主波導(dǎo)24內(nèi)存在頻率為n*f的n次諧波，第四分支波導(dǎo)26從第二主波導(dǎo)24上分出少量探測(cè)光的頻率成分與第二主波導(dǎo)24內(nèi)的探測(cè)光的頻率成分相同，也存在頻率為n*f的n次諧波，通過(guò)光電探測(cè)器檢測(cè)第四分支波導(dǎo)26內(nèi)的為n*f的n次諧波來(lái)確定偏置電壓是否合適。

上述實(shí)施例中，為了獲得探測(cè)光，需要至少1支分支波導(dǎo)從第二主波導(dǎo)24分出少部分光作為探測(cè)光，分光方式包括但不限于：分支波導(dǎo)與第二主波導(dǎo)24相交呈一定角度；分支波導(dǎo)與第二主波導(dǎo)24構(gòu)成定向耦合器；分支波導(dǎo)與第二主波導(dǎo)24構(gòu)成多模干涉耦合器等等。分支波導(dǎo)與第二主波導(dǎo)24的分光比為1：99-10：90。具體的，分支波導(dǎo)與第二主波導(dǎo)24相交呈銳角。如圖2所示，第三分支波導(dǎo)25和第四分支波導(dǎo)26均為分支波導(dǎo)，第三分支波導(dǎo)25與與第二主波導(dǎo)24的夾角為銳角，第四分支波導(dǎo)26與與第二主波導(dǎo)24的夾角為銳角。需要說(shuō)明的是，定向耦合器和多模干涉耦合器為現(xiàn)有的技術(shù)結(jié)構(gòu)，本實(shí)施例不再作詳細(xì)描述。

上述實(shí)施例中，反射面4與光纖固定塊3底面的夾角為5°-85°。光電探測(cè)器5位于光纖固定塊3的側(cè)面位置，接收從反射面4反射的探測(cè)光。

上述實(shí)施例中，還包括：外部檢測(cè)控制電路；其中，外部檢測(cè)控制電路分別與光電探測(cè)器5和直流偏置電極28相連接，用于接收光電探測(cè)器5的電信號(hào)，并用于反饋直流偏置電極28上的偏置電壓。具體的，外部檢測(cè)控制電路將一個(gè)頻率f的信號(hào)施加在直流偏置電極28上，經(jīng)過(guò)馬赫-澤德干涉光路干涉后會(huì)生成頻率為n*f的n次諧波信號(hào)，利用經(jīng)調(diào)制之后的信號(hào)中的基波信號(hào)(f)和n次諧波信號(hào)(nf)幅度的比值R作為PID控制器的反饋參量來(lái)穩(wěn)定鈮酸鋰電光調(diào)制器的工作點(diǎn)。兩信號(hào)幅度的比值不是輸入光功率參數(shù)的函數(shù)，且它隨偏置相位變化的曲線也是單調(diào)的，滿(mǎn)足作為控制器反饋參量的要求。

上述實(shí)施例中，光纖固定塊3采用能夠透射紅外光的材料，優(yōu)選的為石英玻璃材料。具體的，光纖固定塊3采用石英玻璃材料或其他能夠透射紅外光的材料，中心打孔，穿入光纖，將光纖端面進(jìn)行磨拋，保證光纖端面與第二主波導(dǎo)低損耗耦合。在光纖固定塊3后端加工一個(gè)反射面4。

本發(fā)明在調(diào)制器芯片上設(shè)計(jì)加工至少一支分支波導(dǎo)，在光纖固定塊上加工了反射面，同時(shí)在反射面一側(cè)安放光電探測(cè)器，使得用于偏置電壓控制的探測(cè)光直接在調(diào)制器芯片上分光，在調(diào)制器內(nèi)部進(jìn)行光的探測(cè)，從而在保證鈮酸鋰電光調(diào)制器偏置點(diǎn)自動(dòng)偏置控制的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)偏壓控制系統(tǒng)的集成，降低了系統(tǒng)的體積和復(fù)雜程度。

以上所述的實(shí)施例只是本發(fā)明較優(yōu)選的具體實(shí)施方式，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)進(jìn)行的通常變化和替換都應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。