CN103292916A - 基于双声光移频的光电接收器时间稳定性测试方法 - Google Patents

基于双声光移频的光电接收器时间稳定性测试方法 Download PDF

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Abstract

基于双声光移频的光电接收器时间稳定性测试方法属于激光应用技术，该方法采用单频激光作为光源，经过双声光移频器后输出双频激光，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；本方法在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；同时可以使用双声光移频器改变测试频率，测试在不同拍频干涉频率时光电接收器的时间稳定性。

Description

基于双声光移频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声光移频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，并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，而且不同频率的光拍频信号的时间稳定也有一定差别，这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声光移频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的变化峰峰值进行测量，并且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时间稳定性。
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时间稳定性测试方法，该方法步骤如下：
(1)单频激光器发出一束激光，该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；
(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，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
Figure BSA00000899759200022
的参考信号；其中，标准光电接收器的相位稳定性为
Figure BSA00000899759200023
(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
Figure BSA00000899759200024
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 BSA00000899759200031
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
Figure BSA00000899759200033
Figure BSA00000899759200034
(5)相位计将计算出的相位差结果
Figure BSA00000899759200035
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 BSA00000899759200036
进行采集，并计算时间段0～t内相位差
Figure BSA00000899759200037
变化的峰峰值
Figure BSA00000899759200038
待测光电接收器的相位稳定性为
Figure BSA000008997592000310
式中
Figure BSA000008997592000311
为最小峰峰值，为最大峰峰值；
(6)调节双声光移频器输出的双频激光的频率，重复测试待测光电接收器的相位稳定性
Figure BSA000008997592000313
得到在不同输入光频率下的待测光电接收器的相位稳定性。
为使用无偏分光棱镜将经过双声光移频后的双频激光分开，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想为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。
(3)采用双声光移频器产生一束双频激光，可以在调节范围内改变试验中的双频激光的拍频频率，测试在不同频率下的光电接收器的时间稳定性。
附图说明
附图为本发明方法步骤示意图
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相位计、10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时间稳定性测试方法，该方法步骤如下：
(1)单频激光器1发出一束激光，该束激光经过双声光移频器2后，成为一束双频激光光束，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；
(2)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 BSA00000899759200041
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 BSA00000899759200042
的参考信号；其中，标准光电接收器7的相位稳定性为
Figure BSA00000899759200043
(3)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 BSA00000899759200051
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 BSA00000899759200052
的测量信号；其中，待测光电接收器8的相位稳定性为
Figure BSA00000899759200053
(4)标准光电接收器7输出的参考信号和待测光电接收器8输出的测量信号送入相位计9，采集两光电接收器的输出信号的相位差
Figure BSA00000899759200055
(5)相位计9将计算出的相位差结果
Figure BSA00000899759200056
送入数据采集模块10，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 BSA00000899759200057
进行采集，并计算时间段0～t内相位差
Figure BSA00000899759200058
变化的峰峰值待测光电接收器的相位稳定性为
Figure BSA000008997592000511
式中
Figure BSA000008997592000512
为最小峰峰值，
Figure BSA000008997592000513
为最大峰峰值；
(6)调节双声光移频器2输出的双频激光的频率，重复测试待测光电接收器8的相位稳定性
Figure BSA000008997592000514
得到在不同输入光频率下的待测光电接收器的相位稳定性。

Claims (1)

1.一种基于双声光移频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)单频激光器发出一束激光，该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；
(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
Figure FSA00000899759100011
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 FSA00000899759100012
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
Figure FSA00000899759100014
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 FSA00000899759100015
的测量信号；其中，待测光电接收器的相位稳定性为
Figure FSA00000899759100016
(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
Figure FSA00000899759100017
Figure FSA00000899759100018
(5)相位计将计算出的相位差结果
Figure FSA00000899759100019
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 FSA000008997591000110
进行采集，并计算时间段0～t内相位差
Figure FSA000008997591000111
变化的峰峰值
Figure FSA000008997591000112
待测光电接收器的相位稳定性
Figure FSA000008997591000113
为
Figure FSA00000899759100021
式中
Figure FSA00000899759100022
为最小峰峰值，
Figure FSA00000899759100023
为最大峰峰值；
(6)调节双声光移频器输出的双频激光的频率，重复测试待测光电接收器的相位稳定性
Figure FSA00000899759100024
得到在不同输入光频率下的待测光电接收器的相位稳定性。
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