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)測裝置。

背景技術(shù)：

以鈮酸鋰材料為基礎(chǔ)的集成光學器件，例如集成光學電光調(diào)制器、光開關(guān)、電場傳感器以及磁場傳感器等器件的研究引起了許多研究者的關(guān)注。但是這些集成光學器件在實際工作中，都需要一個合適的偏置工作點，即施加合適的偏置相位給器件使其正常工作，例如當鈮酸鋰波導強度調(diào)制器被運用到CATV(Community Antenna Television)系統(tǒng)中的時候，M-Z干涉儀必須工作在線性工作點(即偏置相位為π/2)附近，此時器件線性響應最佳；應用于光纖通信系統(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；當鈮酸鋰被應用到光開關(guān)領(lǐng)域時，這樣的光開光器件同樣需要將器件偏置在合適的工作點處，這樣能夠使光開光的透光率靈活地在最大最小值之間來回轉(zhuǎn)換，而此時器件對應的分別是固定的“0”和“π”工作點，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Y波導結(jié)構(gòu)的調(diào)制器，光纖陀螺是一種精密器件因此它對調(diào)制器的工作點的穩(wěn)定性要求極高。但是，鈮酸鋰器件在實際的工程應用當中，一些內(nèi)外界因素例如溫度、外電場、應力等等以及器件本身的缺陷都會對鈮酸鋰集成光學器件的調(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發(fā)生漂移，工作點幅度漂移大小有時較小有時非常大，漂移頻率大小也有時較小有時較大。集成光學器件在這些因素的影響下致使偏置工作點不穩(wěn)定，當工作點漂移的幅度和頻率過大時將會使鈮酸鋰集成光學器件失效，這樣就限制了它在工程上的應用。

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為光電探測器、10為控制電路。在調(diào)制器7的RF信號端加入的是調(diào)制信號和擾動信號，調(diào)制器的輸出光信號經(jīng)過一個10:90的耦合器被分為兩路光，10％的光進入光電探測器檢測二次諧波，用于反饋控制直流偏置電壓，進而使調(diào)制器的工作點偏置在線性區(qū)，達到實時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)自動控制原理而設(shè)計的一種自動偏置控制系統(tǒng)，將一個低頻擾動信號(1kHz)施加在直流偏置信號中，經(jīng)調(diào)制后會長生二次諧波信號(2kHz)，調(diào)制器的輸出光信號經(jīng)過一個10:90的耦合器，10％的光進入1個光電探測模塊，利用經(jīng)調(diào)制之后的信號中的基波信號(1kHz)和二次諧波信號(2kHz)幅度的比值R作為PID控制器的反饋參量來穩(wěn)定鈮酸鋰調(diào)制器的工作點。兩信號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耦合器和一個光電探測器，整個系統(tǒng)較為復雜、體積較大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：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)測裝置，在保證鈮酸鋰電光調(diào)制器偏置點自動偏置控制的同時，降低了整個系統(tǒng)的體積和復雜程度。

本發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：一種用于鈮酸鋰電光調(diào)制器偏置電壓控制的監(jiān)測裝置，包括：調(diào)制器芯片、波導、光纖固定塊、光電探測器和光纖；其中，所述調(diào)制器芯片上設(shè)置有波導和直流偏置電極；所述波導包括第一主波導、第一分支波導、第二分支波導、第二主波導和至少一個分支波導；其中，第一主波導、第一分支波導、第二分支波導與第二主波導組成了一個馬赫-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設(shè)的通孔，并與第二主波導耦合；所述光纖固定塊的后端面設(shè)置有反射面；通過直流偏置電極控制的探測光通過波導的第一主波導后分成兩束光，第一束光通過第一分支波導，第二束光通過第二分支波導，兩束光會聚后再分別進入第二主波導和至少一個分支波導，至少一個分支波導中的至少一個分支波導的光進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器。

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

上述用于鈮酸鋰電光調(diào)制器偏置電壓控制的監(jiān)測裝置中，分支波導與第二主波導構(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)測裝置中，分支波導與第二主波導構(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)測裝置中，兩束光會聚后再分別進入第二主波導、第三分支波導和第四分支波導，其中，進入至第四分支波導的光進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器。

上述用于鈮酸鋰電光調(diào)制器偏置電壓控制的監(jiān)測裝置中，分支波導與第二主波導的分光比為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)測裝置中，還包括：外部檢測控制電路；其中，所述外部檢測控制電路分別與光電探測器和直流偏置電極相連接，用于接收光電探測器的電信號，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)測裝置中，支波導與第二主波導相交呈銳角。

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)計加工分支波導，在尾光纖固定塊上加工了反射面，同時在反射面一側(cè)安放光電探測器，使得用于偏置電壓控制的探測光直接在調(diào)制器芯片上分光，在調(diào)制器內(nèi)部進行光的探測，從而在保證鈮酸鋰電光調(diào)制器偏置點自動偏置控制的同時，實現(xiàn)了整個偏壓控制系統(tǒng)的集成，降低了偏壓控制系統(tǒng)的體積和復雜程度。

附圖說明

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。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明：

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)測裝置包括：調(diào)制器芯片1、波導2、光纖固定塊3和光電探測器5；其中，調(diào)制器芯片1上設(shè)置有波導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2之間。

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

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開設(shè)的通孔，并與第二主波導24耦合。具體的，第二主波導24的光傳輸進入到光纖27。

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

通過直流偏置電極28控制的探測光通過波導2的第一主波導21后分成兩束光，第一束光通過第一分支波導22，第二束光通過第二分支波導23，兩束光會聚后再分別進入第二主波導24和至少一個分支波導，至少一個分支波導中的至少一個分支波導的光進入光纖固定塊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后入射到光電探測器5。需要解釋的是，分支波導的數(shù)量至少為一個，在這些分支波導中至少有一個分支波導中的光進入光纖固定塊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后入射到光電探測器5，例如圖2和圖3所示，分支波導的數(shù)量為兩個，包括第三分支波導25和第四分支波導26，這兩個分支波導中，第四分支波導26的光進入光纖固定塊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后入射到光電探測器5。可選的，第三分支波導25中的光也可以通過反射面4反射后穿出光纖固定塊3后入射到光電探測器5，反射面4在光纖固定塊3中的設(shè)置方式只要滿足能反射到光電探測器5即可。進一步可選的，第三分支波導25和第四分支波導26的中光都能夠通過反射面4反射后穿出光纖固定塊3后入射到光電探測器5。光電探測器5將接收到光信號轉(zhuǎn)換為電信號。

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

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

上述實施例中，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反射的探測光。

上述實施例中，還包括：外部檢測控制電路；其中，外部檢測控制電路分別與光電探測器5和直流偏置電極28相連接，用于接收光電探測器5的電信號，并用于反饋直流偏置電極28上的偏置電壓。具體的，外部檢測控制電路將一個頻率f的信號施加在直流偏置電極28上，經(jīng)過馬赫-澤德干涉光路干涉后會生成頻率為n*f的n次諧波信號，利用經(jīng)調(diào)制之后的信號中的基波信號(f)和n次諧波信號(nf)幅度的比值R作為PID控制器的反饋參量來穩(wěn)定鈮酸鋰電光調(diào)制器的工作點。兩信號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，滿足作為控制器反饋參量的要求。

上述實施例中，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，將光纖端面進行磨拋，保證光纖端面與第二主波導低損耗耦合。在光纖固定塊3后端加工一個反射面4。

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

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