CN101825656A - 铌酸锂光学调制器的半波电压快速测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及集成光学器件的性能测试领域，具体指的是一种基于FPGA的快速测试铌酸锂光学调制器的半波电压测试方法。该方法用四态调制方式来快速跟踪铌酸锂光学调制器半波电压的变化，可以测试铌酸锂光学调制器在整个温度变化范围内的半波电压值并记录相对应的温度变化曲线，其优点是：瞬间内找到精确的半波电压值，其精度达到10-3以上，并能实时记录温度变化曲线与之对应。
Description
技术领域
本发明涉及集成光学器件的性能测试领域，具体指的是一种基于FPGA的快速测试铌酸锂光学调制器的半波电压测试方法。
背景技术
铌酸锂光学调制器又称铌酸锂集成光波导，是利用电光晶体的Pockels效应，通过外加电场改变波导的折射率来实现相位调制。半波电压表征调制器的相位调制能力，是铌酸锂光学调制器最重要的性能指标之一。但由于温度的变化，半波电压值会随之漂移，进而导致电压相位比产生变化。而一般使用铌酸锂光学调制器的场合总会发生一些温度的变化，有效地测试整个温度范围内的温度变化曲线变得十分必要。通常铌酸锂集成光波导生产方只给出常温下的半波电压值和波形斜率，这只是一条拟合曲线，实际的温度变化下的半波电压变化波形能更好地了解器件各温度点的性能。且传统的锯齿波调制和π/2调制的方式采用对2π复位时产生的误差信号进行积分来精确地找到当前的半波电压值，这样需要一个较长的积分过程，且容易受到其他闭环的干扰。
发明内容
本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种铌酸锂光学调制器的半波电压快速测试方法，该方法可以测试全温度条件下的半波电压变化曲线，能够提供较大的半波电压测试范围及精准的测试结果。
本发明的实现由以下技术方案完成：
一种铌酸锂光学调制器的半波电压快速测试方法，涉及的测试系统包括一SLD光源，SLD光源把光信号通过一耦合器送到被测铌酸锂光学调制器，铌酸锂光学调制器的输出分支连接到光纤环形干涉仪中，耦合器同时把由铌酸锂光学调制器回来的光引向光探测器，把光信号变成电信号，再经过前级放大滤波电路、A/D转换芯片，由FPGA芯片将信号进行解调，最后经过主D/A转换芯片、后放电路放大后形成调制信号接入铌酸锂光学调制器输入端，构成闭环回路，该方法通过铌酸锂光学调制器对光纤环形干涉仪进行四态调制；在FPGA芯片将A/D转换芯片送达的信号进行解调时，将相隔半周期的两个采样值相减即得出测试系统的增益误差量，FPGA芯片对所述增益误差量进行多次积分后传送给一辅助D/A转换芯片，再送达主D/A转换芯片来改变主D/A转换芯片的调制增益，以通过产生相应的增益闭环方式来补偿铌酸锂光学调制器由于温度变化所产生的半波电压变化，实现温度变化时铌酸锂光学调制器半波电压的快速自动跟踪。
上述方法中将一温度芯片和被测的铌酸锂光学调制器一起放到测试环境中，所述温度芯片将实时的温度值传给FPGA芯片，FPGA芯片将同步采集的半波电压和温度数据，通过RS485的方式传送到上位机。
本发明的优点是：整个系统集成度高，可实现全固态，稳定性好，半波电压测试范围大。在铌酸锂光学调制器在温度变化时半波电压跟踪迅速、准确，在瞬间就实现了较大的积分深度，在全温的半波电压采集的过程中更容易发现铌酸锂光学调制器在温度变化下的非线性误差。使用了温度实时采集能够更好地对应半波电压和温度的变化关系。
附图说明
图1为铌酸锂光学调制器半波电压测试仪原理图；
图2光纤环形干涉仪示意图；
图3铌酸锂光学调制器半波电压全温循环测试曲线；
图4铌酸锂光学调制器半波电压全温测试拟合曲线。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
本发明方法涉及的铌酸锂光学调制器的半波电压测试仪采用了光纤环形干涉仪和一套具有精密模拟/数字转换和大电压输出范围的运放构成，用程序控制重新启动代替硬件上电启动，用四态调制方式来快速跟踪铌酸锂光学调制器半波电压的变化，温度的采集通过温度芯片并用RS485的方式与FPGA进行通信，由主模块通过RS485的方式把所有的数据传送到上位机。
本发明所采用的原理是：通过铌酸锂光学调制器对光纤环形干涉仪进行四态调制，在探测器端把光信号变成电信号，此时将出现梳状波，当有角速度引入时，工作点发生移动，输出是一个与调制方波同频的方波信号。调制通道的增益变化时，产生一个二倍于本征频率的误差信号。此时相隔半周期的两个采样值相减给出系统的增益误差量，通过产生适当的增益闭环来补偿就可以抵消由于铌酸锂光学调制器由于温度变化所产生的半波电压变化，而此时系统闭环后的闭环量通过换算就可以得到精确的半波电压值了。系统不断地闭环，一旦温度变化，闭环量自动修正到最正确的值。与此同时，温度传感器把实时的温度量转换成数字量通过RS485的方式传输给主模块，这样实现了半波电压和温度的同步采集。
在本实施例中，如图1所示，整个测试系统由光路和电路两部分组成，光路运用光纤环形干涉仪的原理，首先由光源(1)提供1310nm波长的光，通过2*2耦合器(2)把光送到被测的铌酸锂光学调制器(3)，同时把由铌酸锂光学调制器(3)回来的光引向光探测器(5)，铌酸锂光学调制器(3)的输出分支连接到一个长度足够的光纤环中(4)，此时在铌酸锂光学调制器的两个输入端上加上一个由后放电路(12)放大后的调制信号后，就会在这个光纤环形干涉仪中产生光的干涉现象，在Sagnac效应的作用下就能在探测器(5)端检测到相应角速度下的光程差。探测器(5)输出的信号是个微小的信号，通过前级放大将小信号放大到合适的大小，同时对信号进行滤波(6)，去除带外的噪声。A/D(7)转换芯片高速地将模拟信号转换为数字量，FPGA(8)为整个数字系统的核心，当FPGA(8)得到由A/D(7)转换芯片输出的数字量后把信号进行解调，此时相隔半周期的两个采样值相减给出系统的增益误差量，为了精确地进行数字闭环，FPGA(8)对这个增益误差量进行多次的积分，此时许多的噪声信号被平滑，有用信号在这个积分的过程中被逐渐提取出来，整个测试系统的精度就在这个地方被提高了数倍。增益误差量经过了足够的积分后传送给了辅助D/A(10)，由它来改变主D/A(11)的调制增益。下一个周期再把上次补偿后仍然出现的增益误差量进行积分输出，就这样实现铌酸锂光学调制器半波电压的自动跟踪，一旦半波电压随着温度发生了变化，整个系统就会通过闭环迅速找到当前的半波电压值。该测试原理中之所以能够实现快速跟踪最主要的原因是采用了四态调制技术，该技术将调制点放在了2π/3，4π/3，-2π/3，-4π/3四个点上，通过对这四个工作点进行调制使得系统能在每个周期都能检测到增益误差量，大大缩短了闭环所需的时间，使整个测试的带宽更大。传统的π/2闭环方式要通过引入角速度，使其在2π复位时检测增益误差量，这样必须要在足够的复位次数后整个积分的深度才能满足闭环的要求，在引入角速度比较小导致复位慢或温度变化快的情况下就不能真实反映当前的半波电压变化情况。整个测试系统还引入了温度的实时检测，把温度芯片和被测的铌酸锂光学调制器一起放到测试环境中，并把温度芯片紧贴Y波导，在整个温度的变化过程中把实时的温度值传给FPGA(8)，FPGA(8)把温度值和半波电压值显示在液晶屏上。同时通过RS485(14)把这两个值传送给上位机。为了加大测试仪的半波电压测试范围，把主D/A的后放电路(12)的电源电压设定为±15V。
本Y波导半波电压测试仪的性能实验和检测情况如下：
测试对象为一铌酸锂光学调制器，从产品性能参数里了解到其半波电压值为3.662V(22℃)，整个温度范围内(-40℃～+60℃)的半波电压变化0.2V以内。我们把被测集成光波导放入高低温箱，以每分钟3℃的温度变化速度进行从-40℃到+60℃的温度循环变化(先从常温+22℃变化到-40℃，然后再变化到+60℃，最后再回归到常温)。图3显示了铌酸锂光学调制器半波电压全温循环测试曲线。从曲线中我们可以同时看到温度曲线和半波电压的变化曲线，左边的纵坐标是温度，右边是半波电压。半波电压的变化范围从3.765V到3.598V，变化了0.167V，常温下的半波电压为3.666V，基本和厂家提供的参数一致，并且从波形中我们可以发现Y波导的半波电压和温度是负相关，波形的曲折和抖动也说明了铌酸锂光学调制器在温度变化的过程中不是完全线性的，只能用一根拟合的曲线来表达，图4是利用仪器的重起功能再次测得的另一支铌酸锂光学调制器的半波电压全温测试拟合曲线，通过软件我们可以得出拟合曲线的方程，波形中还能发现每个温度点上半波电压发生的细微变化。
Claims (2)
1.一种铌酸锂光学调制器的半波电压快速测试方法，涉及的测试系统包括一SLD光源，SLD光源把光信号通过一耦合器送到被测铌酸锂光学调制器，铌酸锂光学调制器的输出分支连接到光纤环形干涉仪中，耦合器同时把由铌酸锂光学调制器回来的光引向光探测器，把光信号变成电信号，再经过前级放大滤波电路、A/D转换芯片，由FPGA芯片将信号进行解调，最后经过主D/A转换芯片、后放电路放大后形成调制信号接入铌酸锂光学调制器输入端，构成闭环回路，其特征在于该方法通过铌酸锂光学调制器对光纤环形干涉仪进行四态调制；在FPGA芯片将A/D转换芯片送达的信号进行解调时，将相隔半周期的两个采样值相减即得出测试系统的增益误差量，FPGA芯片对所述增益误差量进行多次积分后传送给一辅助D/A转换芯片，再送达主D/A转换芯片来改变主D/A转换芯片的调制增益，以通过产生相应的增益闭环方式来补偿铌酸锂光学调制器由于温度变化所产生的半波电压变化，实现温度变化时铌酸锂光学调制器半波电压的快速自动跟踪。
2.如权利要求1所述的一种铌酸锂光学调制器的半波电压快速测试方法，其特征在于该方法还增设一温度芯片和被测的铌酸锂光学调制器一起放到测试环境中，所述温度芯片将实时的温度值传给FPGA芯片，FPGA芯片将同步采集的半波电压和温度数据，通过RS485的方式传送到上位机。
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