CN103292912A - 基于双声光移频的光电接收器温度系数测试方法 - Google Patents

基于双声光移频的光电接收器温度系数测试方法 Download PDF

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基于双声光移频的光电接收器温度系数测试方法属于激光应用技术，该方法采用单频激光作为光源，经过双声光移频器后输出双频激光光束，利用无偏分光棱镜进行分光，测试待测光电接收器在不同温度下与参考光电接收器之间的相位差，得到待测接收器的温度系数；本方法在测试中参考光束与测量光束的相位不受外界环境变化影响，不引入额外相位误差，测试准确度高，而且可以通过调节双频激光的光频率测试不同频率下的光电接收器的温度系数。

Description

基于双声光移频的光电接收器温度系数测试方法
技术领域
本发明属于激光应用技术，主要涉及一种基于双声光移频的光电接收器温度系数测试方法。
背景技术
激光干涉技术以其高灵敏度、高精度及非接触等特点在精密和超精密加工、微电子装备、纳米技术等尖端工业装备和国防装备领域占据着越来越重要的应用地位，并得到广泛应用。
在激光外差干涉系统中，光电接收器起到实现信号接收、信号转换的重要作用，其性能特别是温度漂移特性将直接影响整个测量系统的测量稳定性及测量精度。为了研究光电接收器的温度漂移特性，华南理工大学对光电接收器中的核心器件光电探测器的温度特性进行了分析(冯金垣，陈红娟等.单光子探测器雪崩二极管的低温控制系统及其温度特性.光学技术.2006.32卷第2期)。文章中对雪崩光电二极管的温度特性进行了分析，得到了雪崩二极管的各项参数与温度的关系，对进一步研究光电接收器的输出信号的温度特性打下了基础。然而，该文献在分析中只考虑了光电探测器，并没有考虑电信号处理电路随温度变化所引入的温度漂移误差。
目前，对光电接收器的温度特性的研究都只针对光电接收器中的光电探测器件的温度特性进行分析，并没有对光电接收器的电信号处理电路进行温度特性的分析和实验测试，也没有测试在输入干涉拍频光频率不同时，光电接收器的温度特性。而实际使用时，电信号处理电路受温度影响使得输出信号随温度变化产生一定相位漂移，且在输入光拍频频率不同时，输出信号也会有一定的相位漂移，忽略这部分误差，会影响外差干涉系统的测试精度。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提出了一种基于双声光移频的光电接收器温度系数测试方法，通过对标准光电接收器和待测光电接收器输出信号的相位差的温度漂移进行测量和采用双声光移频器调节拍频光信号的频率，得到待测光电接收器在不同频率的光拍频信号下的温度系数。
本发明通过以下技术方案实现：
一种基于双声光移频的光电接收器温度系数测试方法，该方法步骤如下：
(1)将标准光电接收器放入温度可调的恒温箱A中，待测光电接收器放入温度可调的恒温箱B中，恒温箱A、B的温度稳定性能够达到±0.1℃，对标准光电接收器和待测光电接收器的相位稳定性无影响；
(2)单频激光器发出一束激光，经过双声光移频器后，成为一束包括频率分别为v1和v2的双频激光光束，偏振方向分别为水平方向和竖直方向的相互正交的线偏振光，该双频激光光束经过无偏分光棱镜后分为参考光束a和测量光束b，参考光束a和测量光束b中均同时包含频率为v1和频率为v2的正交线偏振光；
(3)参考光束a传播至检偏器a，检偏器a的偏振方向与水平方向成45°夹角，参考光束a经检偏器a后，输出偏振方向相同的频率分别为v1和v2的线偏振光；频率分别为v1和v2的偏振方向相同的线偏振光产生一束拍频干涉光，到达标准光电接收器时相位为
Figure BSA00000899654000021
标准光电接收器接收拍频干涉光，输出频率为v0＝|v1-v2|、相位为
Figure BSA00000899654000022
的参考信号；
(4)测量光束b经平面镜传播至检偏器b，检偏器b的偏振方向与检偏器a的偏振方向一致，测量光束b经检偏器b后，输出偏振方向相同的频率分别为v1和v2的线偏振光；频率分别为v1和v2的偏振方向相同的线偏振光产生一束拍频干涉光，到达待测光电接收器时相位为
Figure BSA00000899654000023
待测光电接收器接收拍频干涉光，输出频率为v0＝|v1-v2|、相位为
Figure BSA00000899654000024
的测量信号；
(5)调节待测光电接收器所处恒温箱B的温度，在0～t的时间段内，温度在15℃～25℃区间内线性变化；同时维持标准光电接收器所处的恒温箱A的温度保持在20℃；其中，标准光电接收器输出的相位为
Figure BSA00000899654000025
待测光电接收器输出信号的相位为
Figure BSA00000899654000031
(6)将标准光电接收器和待测光电接收器的输出信号送入相位计，采集此时两光电接收器的输出信号的相位差
Figure BSA00000899654000032
Figure BSA00000899654000033
(7)相位计将计算出的相位差结果
Figure BSA00000899654000034
送入数据采集模块，在时间段0～t内对标准光电接收器和待测光电接收器的相位差进行采集，并存储此时所采集的数据，对所采集的数据进行画图分析，得到待测光电接收器的温度漂移曲线，计算出待测光电接收器的温度漂移系数R；
(8)调节双声光移频器，改变双频激光的频率，重复上述过程(5)到(7)，测试待测光电接收器的温度漂移曲线，得到待测光电接收器在不同光频率下的温度漂移系数。
为使用无偏分光棱镜将激光器发出的一束双频激光分开，形成参考光束a与测量光束b，两光束中均同时包含频率为v1和频率为v2的正交线偏振光，传输过程中，参考光束a中频率为v1和频率为v2的线偏振光到达标准光电接收器的光程一致；测量光束b中频率为v1和频率为v2的线偏振光到达待测光电接收器的光程一致。
本发明具有以下特点及良好效果：
(1)本发明中使用无偏分光棱镜对激光光束分光，能够保证参考光束a中频率为v1和频率为v2的线偏振光同轴、同光程传输至标准光电接收器，到达标准光电接收器时两线偏振光的光程一致；测量光束b中频率为v1和频率为v2的线偏振光同轴、同光程传输至待测光电接收器，到达待测光电接收器的光程一致；在传输过程中，虽然光路中温度、压强等变化会引起空气折射率的变化，但是对参考光束a和测量光束b中的拍频干涉光束的相位并不产生影响，能够消除标准光电接收器和待测光电接收器输入信号相位抖动对测试的影响。
(2)本发明使用实测的方法测试光电接收器整体的温度特性，将待测光电接收器处于温度连续线性变化的环境中，测试待测光电接收器相对于标准光电接收器的相位漂移，画出温度漂移曲线，能够得到待测光电接收器的实际温度漂移系数。
(3)采用双声光移频器对干涉光拍品信号的频率进行调节，能够实现测试在不同光拍频频率下的光电接收器的温度漂移系数。
附图说明
图1为本发明方法步骤示意图；
图2为本发明中待测光电接收器在2M输入信号下的温度漂移曲线。
图中：1单频激光器、2双声光移频器、3无偏分光棱镜、4平面反射镜、5检偏器a、6检偏器b、7标准光电接收器、8待测光电接收器、9恒温箱A、10恒温箱B、11相位计、12数据采集模块。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实例进行详细的描述。
一种基于双声光移频的光电接收器温度系数测试方法，该方法步骤如下：
(1)将标准光电接收器7放入温度可调的恒温箱A9中，待测光电接收器8放入温度可调的恒温箱B10中，恒温箱A、B的温度稳定性能够达到±0.1℃，对标准光电接收器7和待测光电接收器8的相位稳定性无影响；
(2)单频激光器1发出一束激光，经过双声光移频器2后，成为一束包括频率分别为v1和v2的双频激光光束，偏振方向分别为水平方向和竖直方向的相互正交的线偏振光，该双频激光光束经过无偏分光棱镜3后分为参考光束a和测量光束b，参考光束a和测量光束b中均同时包含频率为v1和频率为v2的正交线偏振光；
(3)参考光束a传播至检偏器a5，检偏器a5的偏振方向与水平方向成45°夹角，参考光束a经检偏器a5后，输出偏振方向相同的频率分别为v1和v2的线偏振光；频率分别为v1和v2的偏振方向相同的线偏振光产生一束拍频干涉光，且频率为v1和v2的线偏振光到达标准光电接收器7的光程一致，到达标准光电接收器7时相位为
Figure BSA00000899654000051
标准光电接收器7接收拍频干涉光，输出频率为v0＝|v1-v2|、相位为
Figure BSA00000899654000052
的参考信号；
(4)测量光束b经平面反射镜4传播至检偏器b6，检偏器b6的偏振方向与检偏器a5的偏振方向一致，测量光束b经检偏器b6后，输出偏振方向相同的频率分别为v1和v2的线偏振光；频率分别为v1和v2的偏振方向相同的线偏振光产生一束拍频干涉光，且频率为v1和v2的线偏振光到达待测光电接收器8的光程一致，到达待测光电接收器8时相位为
Figure BSA00000899654000053
待测光电接收器8接收拍频干涉光，输出频率为v0＝|v1-v2|、相位为
Figure BSA00000899654000054
的测量信号；
(5)调节待测光电接收器8所处恒温箱B10的温度，在0～t的时间段内，温度在15℃～25℃区间内线性变化；同时维持标准光电接收器7所处的恒温箱A9的温度保持在20℃；其中，标准光电接收器7输出的相位为
Figure BSA00000899654000055
待测光电接收器8输出信号的相位为
(6)将标准光电接收器7和待测光电接收器8的输出信号送入相位计11，采集此时两光电接收器的输出信号的相位差
Figure BSA00000899654000057
Figure BSA00000899654000058
(7)相位计11将计算出的相位差结果送入数据采集模块12，在时间段0～t内对标准光电接收器7和待测光电接收器8的相位差
Figure BSA000008996540000510
进行采集，并存储此时所采集的数据，对所采集的数据进行画图分析，得到待测光电接收器8的温度漂移曲线，计算出待测光电接收器8的温度漂移系数R；
(8)调节双声光移频器2，改变双频激光的频率，重复上述过程(5)到(7)，测试待测光电接收器8的温度漂移曲线，得到待测光电接收器8在不同光频率下的温度漂移系数。

Claims (1)

1.一种基于双声光移频的光电接收器温度系数测试方法，其特征在于该方法步骤如下：
(1)将标准光电接收器放入温度可调的恒温箱A中，待测光电接收器放入温度可调的恒温箱B中，恒温箱A、B的温度稳定性能够达到±0.1℃，对标准光电接收器和待测光电接收器的相位稳定性无影响；
(2)单频激光器发出一束激光，经过双声光移频器后，成为一束包括频率分别为v1和v2的双频激光光束，偏振方向分别为水平方向和竖直方向的相互正交的线偏振光，该双频激光光束经过无偏分光棱镜后分为参考光束a和测量光束b，参考光束a和测量光束b中均同时包含频率为v1和频率为v2的正交线偏振光；
(3)参考光束a传播至检偏器a，检偏器a的偏振方向与水平方向成45°夹角，参考光束a经检偏器a后，输出偏振方向相同的频率分别为v1和v2的线偏振光；频率分别为v1和v2的偏振方向相同的线偏振光产生一束拍频干涉光，且频率为v1和v2的线偏振光到达标准光电接收器的光程一致，到达标准光电接收器时相位为
Figure FSA00000899653900011
标准光电接收器接收拍频干涉光，输出频率为v0＝|v1-v2|、相位为
Figure FSA00000899653900012
的参考信号；
(4)测量光束b经平面反射镜传播至检偏器b，检偏器b的偏振方向与检偏器a的偏振方向一致，测量光束b经检偏器b后，输出偏振方向相同的频率分别为v1和v2的线偏振光；频率分别为v1和v2的偏振方向相同的线偏振光产生一束拍频干涉光，且频率为v1和v2的线偏振光到达待测光电接收器光程一致，到达待测光电接收器时相位为待测光电接收器接收拍频干涉光，输出频率为v0＝|v1-v2|、相位为的测量信号；
(5)调节待测光电接收器所处恒温箱B的温度，在0～t的时间段内，温度在15℃～25℃区间内线性变化；同时维持标准光电接收器所处的恒温箱A的温度保持在20℃；其中，标准光电接收器输出的相位为
Figure FSA00000899653900015
待测光电接收器输出信号的相位为
Figure FSA00000899653900016
(6)将标准光电接收器输出的参考信号和待测光电接收器输出的测量信号送入相位计，采集此时两光电接收器的输出信号的相位差
Figure FSA00000899653900021
Figure FSA00000899653900022
(7)相位计将计算出的相位差结果送入数据采集模块，在时间段0～t内对标准光电接收器和待测光电接收器的相位差
Figure FSA00000899653900024
进行采集，并存储此时所采集的数据，对所采集的数据进行画图分析，得到待测光电接收器的温度漂移曲线，计算出待测光电接收器的温度漂移系数R；
(8)调节双声光移频器，改变双频激光的频率，重复上述过程(5)到(7)，测试待测光电接收器的温度漂移曲线，得到待测光电接收器在不同光频率下的温度漂移系数。
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