CN101408477B - 一种电光调制器线性度测试装置 - Google Patents
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Abstract
一种电光调制器线性度测试装置，当被测电光调制器为强度调制器时，光源光波送入被测电光调制器，调制信号发生器产生调制信号送入被测电光调制器、第一和第二解调电路，测试信号发生器产生测试信号送入被测电光调制器和第一解调电路，在被测电光调制器内，调制信号使两光波产生调制相位差，测试信号使两光波产生测试相位差，两光波干涉后送入探测器，经光电转换后送至第二解调电路，第一解调电路获取测试信号大小，第二解调电路获取测试相位差；当被测电光调制器为Y波导集成光学器件时，光源光波经调制用电光调制器后送至被测电光调制器，调制信号发生器调制信号送入调制用电光调制器，测试信号发生器测试信号送入被测电光调制器，其余结构不变化。
Description
技术领域
本发明涉及一种测试装置，特别是一种用于电光调制器的测试装置。
背景技术
光纤陀螺是一种新型的惯性器件，其组成结构中无运动部件，具有体积小、功耗低、启动快、动态范围大、精度覆盖面广、寿命长、可靠性高、批量成本低等优点。光纤陀螺有开环和闭环两大方案，闭环光纤陀螺由于具有标度因数非线性小和精度高的优点，因而应用更为广泛。闭环光纤陀螺的典型光路如图1所示，图中1为光源、2为探测器、3为光纤耦合器、4为Y波导集成光学器件、5为光纤线圈。Y波导集成光学器件作为偏置调制和反馈控制的执行器件，通常在LiNbO3基片上制作，并集成了耦合器、偏振器与调制器。由于施加在Y波导集成光学器件上的反馈调制信号用于补偿光纤陀螺输入速率引起的相位差，而反馈调制信号是根据Y波导集成光学器件半波电压所决定的斜率确定的，因此要求Y波导集成光学器件的响应是线性的，否则在小信号输入时，反馈调制信号经过Y波导集成光学器件后产生的相位差就可能与光纤陀螺的输入速率产生相位差的绝对值不相同，从而造成误差，这一误差将会引起光纤陀螺在小速率下的非线性。
目前，国内尚无测量Y波导线性度的测量装置公开介绍，只有通过光纤陀螺的调制信号对Y波导集成光学器件进行测试的方法，测试时的最小输入信号受到数模转换器的位数限制，通常陀螺采用的数模转换器精度为16位，且有一位符号位，相位测量精度为10-4rad，因此无法对通常为10-5rad的小信号进行测试。
Y波导集成光学器件是电光调制器的一种，在高精度光纤陀螺中，一种抑制相对强度噪声的方法是采用强度调制器，由于噪声信号都比较小，因此强度调制器小信号非线性对噪声抑制有着很大的影响，目前也未见到关于测量强度调制器线性度测量装置的公开报道。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种测试精度高，可用于小信号测试的电光调制器小信号非线性的测试装置。
本发明的技术解决方案是：一种电光调制器线性度测试装置，包括光源、探测器、调制信号发生器、测试信号发生器、第一解调电路、第二解调电路；当被测电光调制器为强度调制器时，光源发出的光波送入被测电光调制器，调制信号发生器产生的调制信号分别送入被测电光调制器、第一解调电路和第二解调电路，测试信号发生器产生的测试信号分别送入被测电光调制器和第一解调电路，在被测电光调制器内，调制信号使两光波之间产生调制相位差，测试信号使两光波之间产生测试相位差，所述两光波发生干涉后送入探测器，经光电转换后送至第二解调电路，第一解调电路用于获取测试信号的大小，第二解调电路用于获取测试相位差；当被测电光调制器为Y波导集成光学器件时，光源发出的光波经调制用电光调制器后送至被测电光调制器，调制信号发生器产生的调制信号分别送入调制用电光调制器、第一解调电路和第二解调电路，测试信号发生器产生的测试信号分别送入被测电光调制器和第一解调电路，在调制用电光调制器内，调制信号使两光波之间产生调制相位差，在被测电光调制器内，测试信号使两光波之间产生测试相位差，两光波干涉后送入探测器，经光电转换后送至第二解调电路，第一解调电路用于获取测试信号的大小，第二解调电路用于获取测试相位差。
所述的调制用电光调制器和被测电光调制器可以在光路中互换位置，互换位置后调制信号发生器产生的调制信号仍送至调制用电光调制器，测试信号发生器产生的测试信号仍送至被测电光调制器。
所述的光源为半导体激光器，其中心波长在被测电光调制器的工作波长范围内。
所述的调制用电光调制器和被测电光调制器的工作波长相同。
所述的调制信号和测试信号为正弦信号。
所述的调制信号的频率为测试信号频率的2倍或以上。
所述的第一解调电路由锁相放大器或相位生成载波电路实现，第二解调电路由相位生成载波电路实现。
所述的探测器，或调制信号发生器，或测试信号发生器的输出端连接有放大器。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明的测试装置，能够测量电光调制器的线性度，尤其是小信号下的线性度，相位测量精度可以达到10-5rad，采用光纤陀螺电路可以对Y波导的线性度进行测试，但相位测量精度仅达到10-4rad；
(2)本发明的测试装置，采用大幅调制信号进行调制，调制器在小信号的非线性对测量精度影响小。在测试强度调制器时，不需要额外的调制器来进行调制，调制信号直接施加在被测量的调制器上，对被测器件线性度要求低；在测试Y波导集成光学器件时，调制器可以是工作波长相同的Y波导集成光学器件，且对线性度要求低；
(3)本发明的测试装置，采用容易发生的正弦信号进行调制，且调制信号和测试信号的频率要求低，不大于100Hz就可以实现；
(4)本发明的测试装置，测试信号可以方便地由锁相放大器解调得到；
(5)本发明的测试装置，可以任意选取测试信号的大小，从而测试被测电光调制器任意相位处的非线性。
附图说明
图1为闭环光纤陀螺的典型光路结构示意图；
图2为本发明被测电光调制器为Y波导集成光学器件时的测试装置结构示意图；
图3为本发明被测电光调制器为强度调制器时的测试装置结构示意图；
具体实施方式
如图2、3所示，为本发明测试装置的结构图，包括光源201、探测器204、调制信号发生器206、测试信号发生器208、第一解调电路210、第二解调电路211；当被测电光调制器203为强度调制器时(图3所示)，光源201发出的光波送入被测电光调制器203，调制信号发生器206产生的调制信号分别送入被测电光调制器203、第一解调电路210和第二解调电路211，测试信号发生器208产生的测试信号分别送入被测电光调制器203和第一解调电路210，在被测电光调制器203内，调制信号使两光波之间产生调制相位差，测试信号使两光波之间产生测试相位差，所述两光波发生干涉后送入探测器204，经光电转换后送至第二解调电路211，第一解调电路210用于获取测试信号的大小，第二解调电路211用于获取测试相位差；当被测电光调制器203为Y波导集成光学器件时(图2所示)，光源201发出的光波经调制用电光调制器202后送至被测电光调制器203，调制信号发生器206产生的调制信号分别送入调制用电光调制器202、第一解调电路210和第二解调电路211，测试信号发生器208产生的测试信号分别送入被测电光调制器203和第一解调电路210，在调制用电光调制器202内，调制信号使两光波之间产生调制相位差，在被测电光调制器203内，测试信号使两光波之间产生测试相位差，两光波干涉后送入探测器204，经光电转换后送至第二解调电路211，第一解调电路210用于获取测试信号的大小，第二解调电路211用于获取测试相位差。
实际应用时，调制用电光调制器202和被测电光调制器203可以在光路中互换位置，互换位置后调制信号发生器206产生的调制信号仍送至调制用电光调制器202，测试信号发生器208产生的测试信号仍送至被测电光调制器203。图2、图3中为了增加信号的强度，在探测器204、调制信号发生器206、以及测试信号发生器208的输出端均连接了放大器。
如图2所示，当被测电光调制器203为Y波导集成光学器件，且工作波长为1310nm±20nm时，光源201和调制用电光调制器202的工作波长也都应为1310nm±20nm，光源201采用半导体激光器，发出的光波经调制用电光调制器202后送至被测电光调制器203，调制信号发生器206基于MAX038芯片，产生频率为100Hz的正弦调制信号，经过调制信号放大器207后分别送入调制用电光调制器202、第一解调电路210和第二解调电路211，其中第二解调电路211采用相位生成载波实现，第一解调电路210可由相位生成载波法实现，也可由锁相放大器实现。测试信号发生器208基于MAX038芯片，产生的频率为10Hz的正弦测试信号(应保证调制信号的频率为测试信号频率的2倍或以上)，经过测试信号放大器209后分别送入被测电光调制器203和第一解调电路210，在调制用电光调制器202内，调制信号使两光波之间产生调制相位差Ccosωmt，给被测电光调制器203施加测试信号
φ(t)＝Dcosωst (1)
其中D为信号的幅度，则两光波干涉后的信号为
其中
K＝F/D为调制系数。送入牌号为PFTM91系列的探测器204，光电转换后经运算放大器205送至第二解调电路211，经相位生成载波法解调后得到：
其中G和H分别为相位生成载波中两个倍频信号的幅度，
是
的导数，对上式进行积分即可得到被测相位
的幅度大小F。第一解调电路210选择锁相放大器，直接获取测试信号φ(t)的幅度D。选取不同的测试信号幅度Di，得到不同的被测相位幅度Fi，即可求出不同相位下的调制系数Ki，对Ki进行最小二乘拟合即可求出调制系数在小信号下的非线性。
如图3所示，当被测电光调制器203为工作波长1550nm±20nm的强度调制器时，光源201则为工作波长1550nm±20nm的半导体激光器，探测器牌号为PFTM91。在调制信号和测试信号都施加到被测电光调制器203上后，第二解调电路211为相位生成载波电路，获得被测相位
的幅度大小F。第一解调电路210为锁相放大器，直接获取测试信号φ(t)的幅度D。选取不同的测试信号幅度Di，得到不同的被测相位幅度Fi，即可求出不同相位下的调制系数Ki，对Ki进行最小二乘拟合即可求出调制系数在小信号下的非线性。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
Claims (8)
1.一种电光调制器线性度测试装置，其特征在于包括：光源(201)、探测器(204)、调制信号发生器(206)、测试信号发生器(208)、第一解调电路(210)、第二解调电路(211)；当被测电光调制器(203)为强度调制器时，光源(201)发出的光波送入被测电光调制器(203)，调制信号发生器(206)产生的调制信号分别送入被测电光调制器(203)、第一解调电路(210)和第二解调电路(211)，测试信号发生器(208)产生的测试信号分别送入被测电光调制器(203)和第一解调电路(210)，在被测电光调制器(203)内，调制信号使两光波之间产生调制相位差，测试信号使两光波之间产生测试相位差，所述两光波发生干涉后送入探测器(204)，经光电转换后送至第二解调电路(211)，第一解调电路(210)用于获取测试信号的大小，第二解调电路(211)用于获取测试相位差；当被测电光调制器(203)为Y波导集成光学器件时，光源(201)发出的光波经调制用电光调制器(202)后送至被测电光调制器(203)，调制信号发生器(206)产生的调制信号分别送入调制用电光调制器(202)、第一解调电路(210)和第二解调电路(211)，测试信号发生器(208)产生的测试信号分别送入被测电光调制器(203)和第一解调电路(210)，在调制用电光调制器(202)内，调制信号使两光波之间产生调制相位差，在被测电光调制器(203)内，测试信号使两光波之间产生测试相位差，两光波干涉后送入探测器(204)，经光电转换后送至第二解调电路(211)，第一解调电路(210)用于获取测试信号的大小，第二解调电路(211)用于获取测试相位差。
2.根据权利要求1所述的一种电光调制器线性度测试装置，其特征在于：所述的调制用电光调制器(202)和被测电光调制器(203)可以在光路中互换位置，互换位置后调制信号发生器(206)产生的调制信号仍送至调制用电光调制器(202)，测试信号发生器(208)产生的测试信号仍送至被测电光调制器(203)。
3.根据权利要求1所述的一种电光调制器线性度测试装置，其特征在于：所述的光源(201)为半导体激光器，其中心波长在被测电光调制器(203)的工作波长范围内。
4.根据权利要求1所述的一种电光调制器线性度测试装置，其特征在于：所述的调制用电光调制器(202)和被测电光调制器(203)的工作波长相同。
5.根据权利要求1所述的一种电光调制器线性度测试装置，其特征在于：所述的调制信号和测试信号为正弦信号。
6.根据权利要求1所述的一种电光调制器线性度测试装置，其特征在于：所述的调制信号的频率为测试信号频率的2倍或以上。
7.根据权利要求1所述的一种电光调制器线性度测试装置，其特征在于：所述的第一解调电路(210)由锁相放大器或相位生成载波电路实现，第二解调电路(211)由相位生成载波电路实现。
8.根据权利要求1所述的一种电光调制器线性度测试装置，其特征在于：所述的探测器(204)，或调制信号发生器(206)，或测试信号发生器(208)的输出端连接有放大器。
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