CN103558433A - 一种用于光电探测器冲激响应测量的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于光电探测器冲激响应测量的装置，包括多路飞秒脉冲激光产生器、共面波导、电位移平台、光导探针、同轴到共面转换器和锁相放大器；多路飞秒脉冲激光产生器为电位移平台和超快光电探测器提供光源，并使超快电脉冲探测器产生超快电脉冲，所述同轴到共面转换器将接受到的超快电脉冲传递至共面波导上，并在共面波导上产生超快脉冲电场；通过电位移平台的激光激励光导探针在超快脉冲电场下产生光敏电流，并通过锁相放大器对其进行采样。本发明优点在于基于光电技术超快电脉冲的时域波形，光导取样的等效带宽可达300GHz，能够更加准确的测量光电探测器的冲激响应，提高了对光电探测器冲激响应的测量水平。

Description

一种用于光电探测器冲激响应测量的装置及方法

技术领域

本发明及一种冲激响应测量的装置，特别是一种用于光电探测器冲激响应测量的装置及方法。

背景技术

测量超快光电探测器冲激响应的传统测量装置是使用飞秒激光产生器激励超快光电探测器产生超快电脉冲并用高速数字示波器测量超快光电探测器的冲激响应。这种测量装置的瓶颈在于高速数字示波器，目前国内可得到的最快的商品型高速数字示波器的带宽是100GHz，上升时间是4ps左右，无法满足超快光电探测器冲激响应的测量需求。除此之外，带宽超过70GHz的高速数字示波器的冲激响应测量在国内一直都是一个没有完全解决的问题，使用高速数字示波器测量超快光电探测器的冲激响应不能形成完整溯源链。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于光电探测器冲激响应测量的装置及方法，用以解决传统的装置由于示波器带宽和自身冲激响应的限制，使得超快光电探测器冲激响应的测量结果是超快光电探测器冲激响应与示波器自身冲激响应的卷积，从而无法测得超快光电探测器自身冲激响应的真实波形，损失了很多高频成份的问题，提高了超快光电探测器冲激响应的测量水平。

为解决上述技术问题，本发发明采用下述技术方案：

一种用于光电探测器冲激响应测量的装置，该装置包括用于产生第一路光和第二路光的多路飞秒脉冲激光产生器；用于输出所述第一路光的激励信号输出端；用于输入经第一路光激励产生的超快电脉冲信号输入端；所述超快电脉冲信号通过同轴到共面转换器输入到共面波导上；所述第二路光的光路上依次设有电位移平台和光导探针，所述第二路光通过电位移平台，入射到光导探针的光敏缝隙中，并产生光生载流子，所述光导探针相对于所述共面波导的位置被设置为使得所述第二路光激励所述光导探针产生的光生载流子在所述共面波导产生的超快脉冲电场作用下产生光敏电流；和锁相放大器，用于与电位移平台的逐步位移相对应地所述光敏电流进行采样得到采样信号。

优选的，该测量装置还包括斩波器，所述斩波器将第一路光调制后分为两路，第一路光作为激励信号输出，第二路光作为锁相放大器的参考信号。

优选的，所述同轴到共面转换器采用同轴到共面探头。

优选的，所述同轴到共面探头与共面波导压接。

优选的，该装置还包括光功率计，所述光功率计分别与多路飞秒脉冲激光产生器的第一输出端和第二输出端连接。

优选的，该装置还包括控制和计算单元，所述控制和计算单元分别控制电位移平台和锁相放大器，并基于等效取样原理对所述采样信号进行处理得到所述超快脉冲信号的时域波形。

优选的，所述光导探针的光敏缝隙与共面波导表面之间的距离为5μm～10μm。

一种用于光电探测器冲激响应测量的方法，该方法包括

多路飞秒脉冲激光产生器通过光功率计调节输出第一路光和第二路光；

所述第一路光通过斩波器调制后输出调制光，以调制光作为激励信号得到超快电脉冲信号；

将该超快电脉冲进行同轴到共面转换至共面波导；

所述第二路光通过电位移平台后射入光导探针的光敏缝隙中使得所述第二路光激励所述光导探针在所述共面波导产生的超快脉冲电场作用下产生光敏电流；

与电位移平台的逐步位移相对应地所述光敏电流进行采样得到采样信号。

优选的，所述方法中第一路输出光和第二路输出光功率都小于1mW。

优选的，所述方法中电位移平台设定的步进量不大于10μm。

本发明优点在于基于光电技术测量超快电脉冲时域波形，光导取样的等效带宽可达是300GHz，能够更加准确的测量光电探测器的冲激响应，提高了对光电探测器冲激响应的测量水平。

附图说明

图1示为一种用于光电探测器冲激响应测量的装置的原理图。

图中A1、激励信号输出端，A2、超快脉冲信号输入端；

1、多路飞秒脉冲激光产生器，2、光功率计，3、斩波器，4、超快光电探测器，5、同轴到共面微波探头，6、共面波导，7、电位移平台，8、光导探针，9、锁相放大器，10、计算机。

具体实施方式

下面根据附图对发明做进一步描述。

一种用于光电探测器冲激响应测量的装置，该装置包括用于产生第一路光和第二路光的多路飞秒脉冲激光产生器1；用于输出所述第一路光的激励信号输出端A1；用于输入经第一路光激励产生的超快电脉冲信号的输入端A2，所述超快电脉冲信号通过同轴到共面转换器例如同轴到共面探头5输入到共面波导6上，优选地，该探头与共面波导6压接连接；所述第二路光的传输光路上依次设有电位移平台7和光导探针8，所述第二路光通过电位移平台7，入射到光导探针8的光敏缝隙中，并产生光生载流子，所述光导探针相对于所述共面波导6的位置被设置为使得所述第二路光激励所述光导探针8产生的光生载流子在所述共面波导6产生的超快脉冲电场作用下产生光敏电流；和锁相放大器9，用于与电位移平台7的逐步位移相对应地对所述光敏电流进行采样得到采样信号。

本发明所述装置进一步包括光功率计2，所述光功率计2可分别与多路飞秒脉冲激光产生器1的第一输出端和第二输出端连接，用于将所述多路飞秒脉冲激光产生器1的两路输出光的光功率控制在1mW以下。

本发明所述装置进一步包括控制和计算单元，所述控制和计算单元例如计算机10或单片机分别控制电位移平台7和锁相放大器9，并基于等效取样原理对所述采样信号进行处理得到所述超快脉冲信号的时域波形。

光导取样方法测量光电探测器冲激响应的实现过程为：首先，使用光功率计2对多路飞秒脉冲激光产生器1的输出光进行功率监测，使多路飞秒脉冲激光产生器1产生平均功率分别小于1mW的第一路光和第二路光。将多路飞秒脉冲激光产生器1产生的第一路光通过斩波器3调制后通过测量装置的输出端A2输出激励信号。通过光纤将测量装置的输出端连接到超快光电探测器4的输入端激励超快光电探测器4产生超快电脉冲。将产生的超快电脉冲通过测量装置的输入端A2输出到同轴到共面微波探头5，该同轴到共面微波探头5与共面波导6压接，使得产生的同轴传输的超快电脉冲耦合到共面波导6中共面传输，目的在于使用光导探针8在共面波导6表面的近场距离进行超快电脉冲的测量。接着将多路飞秒脉冲激光产生器1产生的第二路光通过由例如计算机10或单片机的控制和计算单元控制的电位移平台7按照设置好的步进量移动，使第二路光产生光程差，得到时间间隔。通过电位移平台7后的第二路激光激励光导探针8的光敏缝隙产生光生载流子，光导探针8产生的光生载流子在共面波导6产生的超快电脉冲电场的作用下定向运动产生光敏电流。将斩波器的调制频率输出至锁相放大器的参考端作为参考信号，通过计算机10控制锁相放大器9对光导探针8产生的电流进行探测，在电位移平台7的逐步移动下，实现对超快电脉冲的逐点取样，从而得到超快电脉冲的波形。

结合上述本发明所述装置其操作步骤如下：

a)将多路飞秒脉冲激光产生器1的两路输出分别接到光功率计2中进行功率的测量，控制并调节两路光的光功率分别小于1mW。

b)将多路飞秒脉冲激光产生器1的一路输出光通过斩波器3，斩波器3的频率设置为例如10kHz～20kHz。通过斩波器3调制后的激光信号通过测量装置的输出端传输到超快光电探测器4的光输入端口，激励超快光电探测器4产生超快电脉冲。

c)将超快光电探测器4的电输出端口产生的超快电脉冲直接连接到同轴到共面波导微波探头5的作为测量装置输入端的信号输入端口。

d)通过同轴到共面波导微波探头5的以共面信号传输的第二路光传输到共面波导6上。

e)将光导探针8放置于共面波导6的近场距离适当位置处，该位置使得通过电位移平台7的第二路光入射到光导探针8的光敏缝隙中，并产生光生载流子，光生载流子在所述共面波导6产生的超快脉冲电场作用下产生光敏电流。该光导探针距离共面波导例如5μm～10μm的距离。

f)将多路飞秒脉冲激光产生器1的另一路输出光通过由计算机10控制的电位移平台7。

g)将通过电位移平台7后的光入射到光导探针8的光敏缝隙处。

h)将光导探针8的电输出端口产生的光生电流信号直接连接到锁相放大器9的信号输入端。

i)将斩波器3的电信号输出端连接到锁相放大器9的参考信号输入端以将斩波器的调制频率作为锁相放大器的参考信号对采样信号进行解调。

j)计算机10控制电位移平台7按照设定的步进量逐步移动，优选地步进量不大于10μm，同时控制锁相放大器9对每次步进对应的光导探针8产生的光生电流信号进行采样。

k)通过对电位移平台7整个行程的步进式扫描，计算机10可以采样得到超快光电探测器4的冲激响应波形，实现对超快光电探测器4冲激响应的测量。

l)基于等效取样原理对所述采样信号进行处理得到所述超快脉冲信号的时域波形。

通过上述所述方案，本发明基于光电技术测量超快电脉冲时域波形，光导取样的等效带宽可达是300GHz，能够更加准确的测量光电探测器的冲激响应，提高了对光电探测器冲激响应的测量水平。

可以理解为，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于光电探测器冲激响应测量的装置，其特征在于：该装置包括

用于产生第一路光和第二路光的多路飞秒脉冲激光产生器；

用于输出所述第一路光的激励信号输出端；

用于输入经第一路光激励产生的超快电脉冲信号的输入端；

与所述输入端同轴连接的同轴到共面转换器；

与所述同轴到共面转换器连接的共面波导；

沿所述第二路光的传输路径依次设置的电位移平台和光导探针，所述光导探针相对于所述共面波导的位置被设置为使得通过电位移平台的第二路光激励所述光导探针在所述共面波导的作用下产生光敏电流；和

锁相放大器，用于与电位移平台的逐步位移相对应地采样所述光敏电流得到采样信号。

2.根据权利要求1中所述的一种用于光电探测器冲激响应测量的装置，其特征在于：该测量装置还包括斩波器，所述斩波器将第一路光调制后作为激励信号输出至所述输出端，并且将斩波器的调制频率作为参考信号输出至所述锁相放大器。

3.根据权利要求1中所述的一种用于光电探测器冲激响应测量的装置，其特征在于：所述同轴到共面转换器采用同轴到共面探头。

4.根据权利要求3中所述的一种用于光电探测器冲激响应测量的装置，其特征在于：所述同轴到共面探头与共面波导压接。

5.根据权利要求1中所述的一种用于光电探测器冲激响应测量的装置，其特征在于：该装置还包括光功率计，所述光功率计分别测量所述多路飞秒脉冲激光产生器的第一路光和第二路光的功率。

6.根据权利要求1至5中任一项权利要求中所述的一种用于光电探测器冲激响应测量的装置，其特征在于：该装置还包括控制和计算单元，

所述控制和计算单元分别控制电位移平台的步进量和锁相放大器的逐点采样，并基于等效取样原理对所述采样信号进行处理得到所述超快脉冲信号的时域波形。

7.根据权利要求1中所述的一种用于光电探测器冲激响应测量的装置，其特征在于：所述光导探针的光敏缝隙与共面波导表面之间的距离为5μm～10μm。

8.一种用于光电探测器冲激响应测量的方法，其特征在于：该方法包括

多路飞秒脉冲激光产生器输出第一路光和第二路光；

所述第一路光通过斩波器调制后输出调制光，以调制光作为激励信号得到超快电脉冲信号；

将该超快电脉冲同轴到共面转换至共面波导；

所述第二路光通过电位移平台位移后射入光导探针的光敏缝隙中使得所述第二路光激励所述光导探针在所述共面波导的作用下产生光敏电流；

与电位移平台的逐步位移相对应地采样所述光敏电流得到采样信号。

9.根据权利要求8所述的一种用于光电探测器冲激响应测量的方法，其特征在于：将所述第一路光和第二路的光功率分别控制在小于1mW。

10.根据权利要求8所述的一种用于光电探测器冲激响应测量的方法，其特征在于：所述方法中电位移平台设定的步进量不大于10μm。

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