CN102998094A - 基于光束相干合成的相位调制器性能参数测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光束相干合成的相位调制器性能参数测试装置，该装置包括激光器（1），1×2光纤分束器（2），第一、第二、第三、第四光纤，相位调制器（4），第一、第二光纤准直器，合束透镜（6），分光棱镜（7），第一、第二显微物镜，数字相机（9），针孔（10），光电探测器（11），频响仪（12）和计算机（13）。本发明简化了相位调制器性能参数的测量；而且该测试装置能测量所有带有光纤接口的相位调制器；同时，该平台还具有能粗略估计和精确测量谐振频率的功能，在精度要求不高时，可通过数字相机观察远场光斑对比度简单快捷地获得谐振频率，在精度要求较高时，可通过分析计算光电探测器采集到的信号获得较精确的谐振频率。

Description

基于光束相干合成的相位调制器性能参数测试装置

技术领域

本发明涉及光学仪器和测量领域，尤其是相位调制器性能参数的测试装置与方法，具体是相位调制器相移系数和谐振频率的测试装置与方法。

背景技术

相位调制器在光束相干合成、光通信、光学传感等领域具有广泛的应用。在光束相干合成领域，相位调制器是合成系统的核心器件，通过一定的控制算法来控制相位调制器补偿光束间的相位差，使两路或多路光的相位保持一致；在相干光通信领域，可利用相位调制器将需要传送的信号加载到载波上面，从而完成信号的传输；在光学传感领域，相位调制器是光学陀螺的重要组成部分。

相位调制器的性能参数包括相移系数和谐振频率等。相移系数反映了相位调制器的调节精度和光程调节量，谐振频率反映了相位调制器的响应速率和调节带宽。测量相移系数的方法有多种，2004年于瑞兰等人利用Michelson光纤干涉仪来进行测量，光耦合器将入射光分成两束进入两臂，两束光到达各自端面的反射镜后被重新反射进入耦合器，由耦合器的另一端输出干涉信号,通过分析接收到的干涉信号来测得相移系数(参见文献1“压电陶瓷相位调制器相移系数的测量”于瑞兰等，光电子技术与信息，2004年12月17(6))，2009年陈妍等人提出了基于外差技术的测量方法，该测量方法的测量精度较高，能达到几十个ppm(参见文献2“基于外差技术测试相位调制器半波电压装置及方法”陈妍等，中国专利，200910153859.5)，2012年中国科学院光电技术研究所的罗文等人采用近场干涉的方法对相位调制器的相移系数进行了测量，并得到了较好的测量结果(参见文献3“压电式光纤相位调制器相移系数测量”罗文等，强激光与粒子束，2012年7月24(7))。目前对谐振频率的测量主要有三种方法，第一种方法从相位调制器材料的力学特性出发，用网络分析仪来测量材料的谐振频率，将此谐振频率作为相位调制器的谐振频率(参见文献4“基于PZT陶瓷谐振技术的光纤相位调制器研究”刘相果等，压电与声光，2011年10月23(5))，第二种方法是将相位调制器等效为一个电容，通过RC电路来测量相位调制器的谐振频率。这两种方法都有一定的局限性，只能测量压电式光纤相位调制器。第三种方法也是基于相干合成结构的测量，通过调整一定频率的驱动电压幅值，使远场干涉光斑的对比度为零，该电压幅值即为相位调制器的半波电压，然后改变驱动电压的频率，测量不同频率下的半波电压，最小半波电压对应的频率就是谐振频率(参见文献5“大功率相位调制器的性能及其在相干合成中的应用”张侃，国防科学技术大学硕士论文，2010)。这种测量方法有两个不可忽视的缺点：一是半波电压需要不断地试探得到，实际操作起来很麻烦；二是远场干涉光斑条纹对比度为零的评价标准会给半波电压的测量带来较大的误差，因为在半波电压附近，电压增大一点或减小一点，条纹对比度变化并不明显，因此该测量方法获得的半波电压和谐振频率的精度不高。目前针对相移系数和谐振频率测量的分离和谐振频率测量的不足，有必要提出一种新的简单实用的测量方法，用来完成相位调制器性能参数的测量。

发明内容

本发明拟解决的技术问题：针对现有技术中没有能很好地解决相位调制器相移系数和谐振频率精确测量的问题，根据主动式相干合成结构，利用远场光斑随相位调制器引入的光程差而变化的特性及理论推导，提出了一种可同时测量相位调制器相移系数和谐振频率的测试装置和方法，且该测试装置能精确获得相位调制器的相移系数，同时既能粗略估计相位调制器的谐振频率也能精确测量相位调制器的谐振频率。

本发明实现上述技术目标所采用的技术方案是：一种基于光束相干合成的相位调制器性能参数测试装置，所述的相位调制器性能参数包括相移系数和谐振频率，其中所述的相移系数即施加单位电压时光束相位的改变量，包括激光器、1×2光纤分束器、第一、第二、第三、第四光纤、相位调制器、第一光纤准直器、第二光纤准直器、合束透镜、分光棱镜、第一显微物镜、第二显微物镜、数字相机、针孔、光电探测器、频响仪和计算机，所述的激光器发出的一束光通过第一光纤后经1×2光纤分束器分成两路，一路光直接经过第二光纤进入所述的第一光纤准直器，另一路光经过第三光纤后通过相位调制器接着再经过第四光纤进入所述的第二光纤准直器，通过所述的第一光纤准直器和所述的第二光纤准直器生成的两束平行的准直光通过合束透镜和分光棱镜形成两个相同的远场干涉光斑，两个远场干涉光斑分别经第一显微物镜放大后进入数字相机和经第二显微物镜放大后经过针孔进入光电探测器，内置于计算机的相移系数测量算法和谐振频率测量算法用来分析数字相机和光电探测器探测到的光斑信息，得到相位调制器的相移系数和谐振频率。

所述激光器是基模窄线宽光纤耦合输出激光器。

所述相位调制器包括压电式光纤相位调制器、LiNbO₃相位调制器等有光纤接口且通过电压控制的相位调制器。

所述针孔的直径依据远场光斑大小而定，一般小于两束平行准直光同相位时远场干涉光斑中央亮纹的半高全宽。

所述频响仪作为高频信号发生器和高频信号接收器。

所述相移系数测量算法为频响仪向相位调制器发出一个变化周期的离散三角波电压信号，对应每一个电压值通过相机采集一幅图像，从采集的图像计算出光强峰值位置，以所加电压为横坐标，光强峰值位置为纵坐标，做出峰值位置与电压的点列图，从点列图中选取峰值位置从最小值单调增加到对应最大值的点，并对这些点进行线性拟合，得到拟合直线的斜率为a，从点列图中读取光强峰值移动的距离为A，则相位调制器的相移系数β可由如下公式求得：

$\mathrm{\β}=\frac{2\mathrm{\πa}}{A}.$

所述谐振频率的测量算法包括谐振频率的粗略估计算法和精确测量算法；谐振频率的粗略估计算法为频响仪向所述相位调制器施加一定频率范围的正弦扫描电压信号，扫描电压信号的幅值较小，在扫频过程中观察相机采集到的远场光斑形态，远场干涉条纹会有一个从清晰到模糊再到清晰的过程，目测远场干涉条纹最模糊时所对应的频率即为相位调制器的谐振频率。谐振频率的精确测量算法为频响仪向所述相位调制器施加频率逐渐增加的小振幅正弦电压信号，频率间隔根据具体器件和测量精度而定，光电探测器前的针孔对准两光束无相位差时远场干涉光斑的中央亮纹，对应每一个频率采集一定时长的光电探测器探测到的电压值，由于温度变化、外界震动等因素的影响，采集到的电压信号会在一定范围内缓慢变化，在缓慢变化的曲线上会叠加一个由于相位调制器的高频调制而引入的电压值的高频振动，以信号最大值和最小值中间附近的某个值作为基准，选择以这个基准值为振动中心的一小段高频振动信号，计算该小段信号的高频振动幅值，做出幅频特性曲线，幅值最大时对应的频率就是该器件的谐振频率。

本发明的原理在于：

本发明一种基于光束相干合成的相位调制器性能参数测试装置，相位调制器的性能参数包括相移系数(即施加单位电压时光束相位的改变量)和谐振频率。由光纤分束器将激光器的出射光分成两路，一路光经过相位调制器和光纤准直器，另一路光直接经过光纤准直器，两束平行的准直光通过合束透镜和分光棱镜后形成两个相同的远场干涉光斑，两个远场干涉光斑分别经显微物镜放大后进入数字相机和光电探测器，通过计算机操控频响仪，向相位调制器发出控制信号，从数字相机和光电探测器的接收信号中获取远场干涉光斑的变化情况。测量相移系数时，频响仪向相位调制器发出一个变化周期的离散三角波电压信号，对应每个电压值由相机采集一幅远场干涉图像，通过计算远场干涉图像的光强峰值移动得到相移系数。测量谐振频率时，频响仪向相位调制器发出一定幅值的扫频正弦电压信号，通过相机观察远场干涉光斑的条纹对比度来粗略估计相位调制器的谐振频率，或通过分析计算光电探测器探测到的电压信号得到精确的谐振频率。本发明提供了一种能同时测量相位调制器相移系数和谐振频率的装置和方法，测得的相移系数和谐振频率可反映该相位调制器的动态调节范围和带宽，是激光相干合成中选择器件的重要依据。

所述相移系数测量方法的基本原理为：

两路同相位的平行光相干合成，远场干涉光斑的光强主峰峰值位置在像面的中心，当两路光束之间的相位差增大时，峰值位置向左或是向右移动，当峰值位置从一边的次峰位置移动到另一边的次峰位置时，两路光的相位差变化了2π，经理论分析和仿真计算得到两路光的相位差在[(2n-1)π,(2n+1)π)(n为整数)变化时，峰值位置与相位差成线性比例关系(参见文献6“光阵列相干合成相位误差的探测与自适应校正”王晓华，激光与光电子学进展，2012(021401))，基于此原理，相移系数测量的具体步骤为：

(1)计算机13控制频响仪12向相位调制器4发出一个周期的三角波电压信号，三角波电压变化的幅值和增加步长根据具体测试器件而定；

(2)频响仪12向相位调制器4施加电压V_i并保持，通过数字相机8采集一幅图像,将采集到的二维数据沿纵向相加得到一维向量；

(3)搜索此一维向量，得到主峰峰值E₀及其位置P₀，以P₀为基准向左和向右查询得到位置为P₀-1,P₀-2,P₀+1,P₀+2对应的值分别为E_-1,E_-2,E₁,E₂，对(P₀-2,E_-2),(P₀-1,E_-1),(P₀,E₀),(P₀+1,E₁),(P₀+2,E₂)五个点进行二次曲线拟合，计算此二次曲线的峰值位置为P_i，将P_i作为电压V_i对应的峰值位置；

(4)陆续给相位调制器施加电压，重复(2)(3),得到点列(V_i,P_i)；

(5)查询点列(V_i,P_i)，找到P_i的最大值P_max和最小值P_min，将所有P_i均减去并乘以数字相机的像素大小Δx，得到新的点列做出点列图；

(6)从点列图中选取峰值位置从最小值单调增加到对应最大值的点，并对这些点进行线性拟合，得到拟合直线的斜率为a，从点列图中可以读取峰值位置移动的距离为A，则相位调制器的相移系数β可由如下公式求得：

$\mathrm{\β}=\frac{2\mathrm{\πa}}{A}$

所述谐振频率的测量方法包括谐振频率的粗略估计方法和精确测量方法。

所述谐振频率的粗略估计方法的基本原理为：

两路圆形平顶平行光束相干合成的远场光强分布可以用公式表示为：

其中，A²为单路光束光强，

i为虚数单位，λ为光波长，f为透镜焦距，r为圆形光斑半径，k为波数，

为衍射角（衍射方向与光轴的夹角），D为两圆形光束的中心距，

为两束光的相位差，J₁为一阶贝塞尔函数。

相位调制器的相移系数是频率的函数，即β＝βF)，若向相位调制器施加的正弦电压信号表示为

其中V为正弦电压的振幅，F为频率，t为时间。将

的表达式带入到(1)式，则(1)式可改写为：

$I(x,y,t)={2A}^2{\left|\frac{C}{f}\right|}^2{\left({\mathrm{\πr}}^2\right)}^2{\left[\frac{2J_1\left(\mathrm{kr\θ}\right)}{\mathrm{kr\θ}}\right]}^2[1+\cos (\frac{2\mathrm{kxD}}{f}+\mathrm{\β}\left(F\right)V\sin \left(2\mathrm{\πFt}\right))]---\left(2\right)$

若相机的帧频为F_c，那么相机采集到的远场光斑图的曝光时间为

其远场光斑的光强分布用公式表示为：

$I_c(x,y)={\∫}_0^{\frac{1}{F_c}}{2A}^2{\left|\frac{C}{f}\right|}^2{\left({\mathrm{\πr}}^2\right)}^2{\left[\frac{2J_1\left(\mathrm{kr\θ}\right)}{\mathrm{kr\θ}}\right]}^2[1+\cos (\frac{2\mathrm{kxD}}{f}+\mathrm{\β}\left(F\right)V\sin \left(2\mathrm{\πFt}\right))]\mathrm{dt}---\left(3\right)$

由于相干合成中的2π模糊性，因此将

的变化范围控制在(-π,π)，那么所加正弦电压的振动幅值应该满足不等式

其中β(F_m)为谐振时的相移系数。对(3)式进行仿真计算发现，若固定驱动电压的振动幅值，随着βF)的增加，对应的远场干涉光斑的条纹对比度减小，基于这一理论基础，粗略估计相位调制器谐振频率的具体步骤为：

(1)计算机13控制频响仪12向相位调制器4发出小振幅扫频正弦电压信号，频率变化范围包含相位调制器的谐振频率；

(2)在扫频过程中，对比观察频率值和远场干涉光斑，随着频率的增加，远场干涉条纹有个从清晰到模糊再到清晰的过程，目测远场干涉条纹最模糊时的频率即为谐振频率的粗略估计值。

所述谐振频率的精确测量方法的基本原理为：

根据(2)式，对相位调制器施加正弦电压时，中心点光强的变化为：

I(0,0,t)＝4I₀[1+cos(β(F)Vsin(2πFt))]    (4)

其中若两路光有个初始偏置相位差

则(4)式变为：

根据(5)式计算发现，当

在(nπ,(n+1)π)(n为整数)内变化时，I(0,0,t)与所加电压变化规律一致，而且随着βF)的增加，I(0,0,t)的振动幅值也跟着增加。因此当所加正弦电压幅值满足关系时，可以根据I(0,0,t)的振动幅值情况得到βF)的变化情况。基于此理论，精确测量相位调制器谐振频率的具体实现方法为：

(1)通过数字相机采集一幅两路光束同相位时的远场干涉光斑，将采集到的二维数据沿纵向相加得到一维光强分布，搜索一维光强数据，找到光强最大值Am及其位置Pm，然后以光强最大值为中心，向左右两边搜索，找到光强值为

所对应的位置分别为Pm_-和Pm₊，则所选针孔的直径应小于Pm₊-Pm_-；

(2)调节光电探测器的位置，使针孔对准两路光束无相位差时的中央亮纹；

(3)计算机13控制频响仪12向光纤相位调制器4发出小振幅单频正弦电压信号，频率变化范围包含谐振频率，频率变化间隔视具体器件和测试精度而定；

(4)对应每一个频率，通过光电探测器采集一定时长的电压值；

(5)分析采集到的电压值，由于外界震动和光纤温度等因素的影响，电压值会在一定区间内变化，找到最大电压值V_PDh和最小电压值V_PDl，以

附近的某个值作为基准电压V_PDbase，搜索电压信号，找到电压振动的直流分量为V_PDbase的一小段信号，并计算这一小段信号的振动幅值。

(6)以频率为横坐标，计算得到的幅值为纵坐标，做出幅频特性曲线,找出最大幅值对应的频率，此频率即为相位调制器的谐振频率。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

本发明测试装置通过提出一种新的相移系数和谐振频率的测量方法，将相移系数和谐振频率的测量融合到一个测试装置上，简化了相位调制器性能参数的测量；而且该测试装置能测量所有带有光纤接口的相位调制器；同时，该平台还具有能粗略估计和精确测量谐振频率的功能，在精度要求不高时，可通过数字相机观察远场光斑对比度简单快捷地获得谐振频率，在精度要求较高时，可通过分析计算光电探测器采集到的信号获得较精确的谐振频率。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

其中：1是激光器，2是1×2光纤分束器，31、32、33、34分别是第一、第二、第三、第四光纤，4是相位调制器，51、52分别是第一、第二光纤准直器，6是合束透镜，7是分光棱镜，81、82分别是第一第二显微物镜，9是数字相机，10是针孔，11是光电探测器，12是频响仪，13是计算机；

图2为所用频响仪的接口示意图，其中a为信号输出接口，b为与计算机的通信接口，c、d为信号输入接口；

图3为测量某款相位调制器相移系数时的光强峰值位置与电压关系图：图3(a)为电压变化图，图3(b)为光强峰值位置与电压关系图；

图4为用相机粗略估计某款相位调制器谐振频率的结果，图4中的远场干涉光斑长曝光图对应的驱动电压频率大约为：(a)1KHz，(b)23KHz，(c)24KHz，(d)25KHz，(e)30KHz；

图5为用光电探测器探测到的数据精确计算谐振频率的结果：图5(a)为1KHz时光电探测器探测到的电压变化曲线，图5(b)为22.8KHz时光电探测器探测到的电压变化曲线，图5(c)为数据计算得到的幅频特性曲线。

具体实施方式

如图1的一种基于光束相干合成的相位调制器性能参数测试装置，所述的相位调制器性能参数包括相移系数和谐振频率，其中所述的相移系数即施加单位电压时光束相位的改变量，包括激光器1、1×2光纤分束器2、第一光纤31、第二光纤32、第三光纤33、第四光纤34、相位调制器4、第一光纤准直器51、第二光纤准直器52、合束透镜6、分光棱镜7、第一显微物镜81、第二显微物镜82、数字相机9、针孔10、光电探测器11、频响仪12和计算机13，所述的激光器1发出的一束光通过第一光纤31后经1×2光纤分束器2分成两路，一路光直接经过第二光纤32进入所述的第一光纤准直器51，另一路光经过第三光纤33后通过相位调制器4后经过第四光纤34进入所述的第二光纤准直器52，通过所述的第一光纤准直器51和所述的第二光纤准直器52生成的两束平行的准直光（平行度越好，远场干涉光斑越接近理想干涉）通过合束透镜6和分光棱镜7形成两个相同的远场干涉光斑，两个远场干涉光斑分别经第一显微物镜（81）放大后进入数字相机9和经第二显微物镜82放大后经过针孔10进入光电探测器11，内置于计算机13的相移系数测量算法和谐振频率测量算法用来分析数字相机9和光电探测器11探测到的光斑信息，得到相位调制器4的相移系数和谐振频率。

其中，数字相机9采集到的远场干涉光斑在计算机13上实时显示，计算机13控制频响仪12发出一定幅值的扫频信号和通过频响仪12接收光电探测器采集到的高频信号。内置于计算机的相移系数测量算法通过分析远场干涉光斑的光强峰值位置与所加电压值的关系来计算相位调制器的相移系数；同样，内置于计算机内的谐振频率测量算法通过分析远场干涉光斑的形态变化和光电探测器探测到的电压值的变化来粗略估计和精确计算相位调制器的谐振频率。下面结合附图及具体实施方式详细介绍相移系数和谐振频率的测量方法。

相移系数测量的具体实现方式如下：

(1)计算机13控制频响仪12向相位调制器4发出一个周期的三角波电压信号，三角波电压变化的幅值为8V，每次增加0.4V，电压变化曲线如图3(a)；

(2)频响仪12向相位调制器4施加电压V_i并保持，通过数字相机9采集一幅图像,将采集到的二维数据沿纵向相加得到一维向量；

(3)搜索此一维向量，得到光强峰值E₀及其位置P₀，以P₀为基准向左和向右查询得到位置为P₀-1,P₀-2,P₀+1,P₀+2对应的值分别为E_-1,E_-2,E₁,E₂，对(P₀-2,E_-2),(P₀-1,E_-1),(P₀,E₀),(P₀+1,E₁),(P₀+2,E₂)五个点进行二次曲线拟合，计算此二次曲线的峰值位置为P_i，将P_i作为电压V_i对应的峰值位置；

(4)陆续给相位调制器施加电压，重复(2)(3)，得到点列(V_i,P_i)；

(5)查询点列(V_i,P_i)，找到P_i的最大值P_max和最小值P_min，将所有P_i均减去

并乘以相机的像素大小Δx，得到新的点列

做出点列图如图3(b)；

(6)从点列图中选取峰值位置从最小值单调增加到最大值的点，并对这些点进行线性拟合，拟合结果如图3(b)，得到拟合直线的斜率a为55.75μm/V，从点列图中可以读出峰值位置变化的幅值A为278.734μm，则相位调制器的相移系数β可由如下公式求得：

$\mathrm{\β}=\frac{2\mathrm{\πa}}{A}=1.256\mathrm{rad}/V$

所测相位调制器是OPTIPHASE生产的(型号：PZ1-PM4-PC-E-980P)，厂家对此相位调制器的标称相移系数为1.222rad/V，测量误差为2.7%。

粗略估计相位调制器谐振频率的具体实现方式如下：

(1)计算机13控制频响仪12向相位调制器4发出扫频电压信号，正弦电压信号振动幅值为0.1V，频率从1KHz到40KHz，扫频时间20s；

(2)在扫频过程中，对比观察频率值和远场干涉光斑，随着频率的增加，远场干涉条纹有个从清晰到模糊再到清晰的过程，目视远场干涉条纹最模糊时的频率即为谐振频率，远场光斑形态随频率的变化过程如图4所示，从图中可以看出所测器件在约23KHz处和约25KHz处出现了两个谐振峰。

精确测量相位调制器谐振频率的具体实现方式如下：

(1)根据发明内容提出的方法选择针孔的大小为80μm；

(2)调节光电探测器的位置，使针孔对准两路光束无相位差时的中央亮纹；

(3)计算机13控制频响仪12向相位调制器4发出单频正弦电压信号，振动幅值为0.03V，频率从1KHz增加到40KHz，离谐振频率较远时频率增加步长为2KHz，在谐振频率附近时增加步长为0.2KHz；

(4)对应每一个频率，通过光电探测器采集一定时长的电压值，1KHz时光电器探测到的电压变化情况如图5(a)，22.8KHz时光电探测器探测到的电压变化情况如图5(b)；

(5)分析采集到的电压值，由于外界震动和温度等因素的影响，电压值会在一定区间内变化，选择0.32V作为基准电压，搜索电压信号，找到电压振动的直流分量为0.32V的一小段信号，并计算这一小段信号的振动幅值，实验结果如图5(a)、(b)所示。

(6)以频率为横坐标，计算得到的幅值为纵坐标，做出幅频特性曲线，如图5(c)所示,找出最大幅值对应的频率，此频率即为相位调制器的谐振频率,测试器件在22.8KHz和24.5KHz出现了两次谐振峰，这与粗略估计的结果基本一致。

Claims (7)

1.一种基于光束相干合成的相位调制器性能参数测试装置，所述的相位调制器性能参数包括相移系数和谐振频率，其中所述的相移系数即施加单位电压时光束相位的改变量，其特征在于：包括激光器（1）、1×2光纤分束器（2）、第一、第二、第三、第四光纤（31、32、33、34）、相位调制器（4）、第一光纤准直器（51）、第二光纤准直器（52）、合束透镜（6）、分光棱镜（7）、第一显微物镜（81）、第二显微物镜（82）、数字相机（9）、针孔（10）、光电探测器（11）、频响仪（12）和计算机（13），所述的激光器（1）发出的一束光通过第一光纤（31）后经1×2光纤分束器（2）分成两路，一路光直接经过第二光纤（32）进入所述的第一光纤准直器（51），另一路光经过第三光纤（33）后通过相位调制器（4）接着再经过第四光纤（34）进入所述的第二光纤准直器（52），通过所述的第一光纤准直器（51）和所述的第二光纤准直器（52）生成的两束平行的准直光通过合束透镜（6）和分光棱镜（7）形成两个相同的远场干涉光斑，两个远场干涉光斑分别经第一显微物镜（81）放大后进入数字相机（9）和经第二显微物镜（82）放大后经过针孔（10）进入光电探测器（11），内置于计算机（13）的相移系数测量算法和谐振频率测量算法用来分析数字相机（9）和光电探测器（11）探测到的光斑信息，得到相位调制器（4）的相移系数和谐振频率。

2.根据权利要求1所述一种基于光束相干合成的相位调制器性能参数测试装置，其特征在于：所述激光器（1）是基模窄线宽光纤耦合输出激光器。

3.根据权利要求1所述一种基于光束相干合成的相位调制器性能参数测试装置，其特征在于：所述相位调制器（4）包括压电式光纤相位调制器、LiNbO₃相位调制器等有光纤接口且通过电压控制的相位调制器。

4.根据权利要求1所述一种基于光束相干合成的相位调制器性能参数测试装置，其特征在于：所述针孔（10）的直径依据远场光斑大小而定，一般小于两束平行准直光同相位时远场干涉光斑中央亮纹的半高全宽。

5.根据权利要求1所述一种基于光束相干合成的相位调制器性能参数测试装置，其特征在于：所述频响仪（12）作为高频信号发生器和高频信号接收器。

6.根据权利要求1所述一种基于光束相干合成的相位调制器性能参数测试装置，其特征在于：所述相移系数测量算法为频响仪（12）向相位调制器发出一个变化周期的离散三角波电压信号，对应每一个电压值通过相机采集一幅图像，从采集的图像计算出光强峰值位置，以所加电压为横坐标，光强峰值位置为纵坐标，做出峰值位置与电压的点列图，从点列图中选取峰值位置从最小值单调增加到对应最大值的点，并对这些点进行线性拟合，得到拟合直线的斜率为a，从点列图中读取光强峰值移动的距离为A，则相位调制器的相移系数β可由如下公式求得：

$\mathrm{\β}=\frac{2\mathrm{\πa}}{A}.$

7.根据权利要求1所述一种基于光束相干合成的相位调制器性能参数测试装置，其特征在于：所述谐振频率的测量算法包括谐振频率的粗略估计算法和精确测量算法；谐振频率的粗略估计算法为频响仪向所述相位调制器施加一定频率范围的正弦扫描电压信号，扫描电压信号的幅值较小，在扫频过程中观察相机采集到的远场光斑形态，远场干涉条纹会有一个从清晰到模糊再到清晰的过程，目测远场干涉条纹最模糊时所对应的频率即为相位调制器的谐振频率；谐振频率的精确测量算法为频响仪向所述相位调制器施加频率逐渐增加的小振幅正弦电压信号，频率间隔根据具体器件和测量精度而定，光电探测器前的针孔对准两光束无相位差时远场干涉光斑的中央亮纹，对应每一个频率采集一定时长的光电探测器探测到的电压值，由于温度变化、外界震动等因素的影响，采集到的电压信号会在一定范围内缓慢变化，在缓慢变化的曲线上会叠加一个由于相位调制器的高频调制而引入的电压值的高频振动，以信号最大值和最小值中间附近的某个值作为基准，选择以这个基准值为振动中心的一小段高频振动信号，计算该小段信号的高频振动幅值，做出幅频特性曲线，幅值最大时对应的频率就是该器件的谐振频率。

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