CN103292914B - 基于双频激光无偏分光的光电接收器时间稳定性测试方法 - Google Patents

基于双频激光无偏分光的光电接收器时间稳定性测试方法 Download PDF

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Abstract

基于双频激光无偏分光的光电接收器时间稳定性测试方法属于激光应用技术，该方法采用双频激光作为光源，利用无偏分光棱镜进行分光，并测试待测光电接收器与参考光电接收器之间的相位差；本方法的优点在于测试中参考光束中频率为v1和频率为v2的线偏振光同轴同光程传输，测量光束中频率为v1和频率为v2的线偏振光同轴同光程传输；两光束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。

Description

基于双频激光无偏分光的光电接收器时间稳定性测试方法
技术领域
本发明属于激光应用技术，主要涉及一种基于双频激光无偏分光的光电接收器时间稳定性测试方法。
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，其性能特别是时间稳定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时间稳定性，西安理工大学对光电接收器中的核心器件光电探测器的噪声特性进行了分析(解光勇.光电探测器噪声特性分析.信息技术.2008.11期)。文章中对光电探测器的噪声来源，噪声产生机理等进行了理论分析和研究，对进一步研究光电接收器的输出信号的真实性和稳定性打下了基础。然而，该文献中只是原理性的分析了光电探测器的噪声特性及噪声对稳定性的影响，并没有计算出光电探测器稳定性的实际参数，而且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中引入的误差和对稳定性的影响。
Osayd Kharraz用仿真软件模拟仿真了两种光电探测器PIN和APD的噪声特性(Osayd Kharraz，David Forsyth.Performance comparisons between PIN and APDphotodetectors for use in optical communication systems.Optic.)理论仿真得出了两种光电探测器的噪声特性曲线，并详细分析了光电探测器增益和噪声的关系，有利于更具体详细地分析光电接收器的稳定性。然而，该文献中也只理论分析了光电探测器的噪声特性和数据，并没有实际分析电信号处理电路中引入的误差及其对稳定性的影响。
综上所述，目前对光电接收器的噪声分析和稳定性特性的分析都只是通过理论和仿真实现的，并没有实际测试光电接收器的时间稳定性，从而使得对光电接收器的稳定性的标定只停留在理论分析阶段，且不准确；而且目前的分析都只针对光电接收器中的光电探测器件的稳定性进行分析，没有对光电接收器的电信号处理电路进行时间稳定性分析，而实际中，电信号处理电路部分会在光电接收器的输出信号中引入相位漂移，从而对光电接收器的时间稳定性产生影响，同时也会在一定程度上影响对外差干涉系统的工作时间稳定性的标定。
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频激光无偏分光的光电接收器时间稳定性测试方法，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变化的峰峰值进行测量和对待测光电接收器的相位稳定性进行整体测试，从而得到实测的待测光电接收器时间稳定性。
本发明通过以下技术方案实现：
一种基于双频激光无偏分光的光电接收器时间稳定性测试方法，该方法步骤如下：
(1)双频激光器发出一束双频激光，包括频率分别为v1和v2，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；
(2)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，包括频率|v1+v2|和|v1-v2|，到达标准光电接收器时相位为标准光电接收器接收拍频干涉光，输出频率为v0＝|v1-v2|、相位为的参考信号；其中，标准光电接收器的相位稳定性为
(3)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；其中，待测光电接收器的相位稳定性为
(4)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，采集两光电接收器输出信号的相位差
(5)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进行采集，并计算时间段0～t内相位差变化的峰峰值待测光电接收器的相位稳定性为式中为最小峰峰值，为最大峰峰值。
为使用无偏分光棱镜将双频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的时间稳定性，将光电接收器的光拍频信号接收端和光拍频信号处理电路部分的时间稳定性同时通过测试相位稳定性的方法实际测试出来，能够准确测得待测光电接收器的时间稳定性。
附图说明
附图为本发明方法的步骤示意图
图中：1双频激光器、2无偏分光棱镜、3平面反射镜、4检偏器a、5检偏器b、6标准光电接收器、7待测光电接收器、8相位计、9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描述。
一种基于双频激光无偏分光的光电接收器时间稳定性测试方法，该方法步骤如下：
(1)双频激光器1发出一束双频激光，包括频率分别为v1和v2，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2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；
(2)参考光束a传播至检偏器a4，检偏器a4的偏振方向与水平方向成45°夹角，参考光束a经检偏器a4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6时相位为传输过程中，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6的光程一致；标准光电接收器6接收拍频干涉光，输出频率为v0＝|v1-v2|、相位为的参考信号；其中，标准光电接收器6的相位稳定性为
(3)测量光束b经平面反射镜3传播至检偏器b5，检偏器b5的偏振方向与检偏器a4偏振方向一致，测量光束b经检偏器b5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，包括频率|v1+v2|和|v1-v2|，到达待测光电接收器7时相位传输过程中，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7的光程一致；待测光电接收器7接收拍频干涉光，输出频率为v0＝|v1-v2|、相位为的测量信号；其中，待测光电接收器7的相位稳定性为
(4)标准光电接收器6输出的参考信号和待测光电接收器7输出的测量信号送入相位计8，采集两光电接收器的输出信号的相位差
(5)相位计8将计算出的相位差结果送入数据采集模块9，在时间段0～t内对标准光电接收器6和待测光电接收器7的相位差进行采集，并计算时间段0～t内相位差变化的峰峰值待测光电接收器7的相位稳定性为

Claims (1)

1.一种基于双频激光无偏分光的光电接收器时间稳定性测试方法，其特征在于该方法步骤如下：
(1)双频激光器发出一束双频激光，包括频率分别为v1和v2，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；
(2)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|、相位为的参考信号；其中，标准光电接收器的相位稳定性为
(3)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的光程一致，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；其中，待测光电接收器的相位稳定性为
(4)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，采集两光电接收器输出信号的相位差
(5)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进行采集，并计算时间段0～t内相位差变化的峰峰值待测光电接收器的相位稳定性为式中为最小峰峰值，为最大峰峰值。
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