CN103840889A - 一种测试偏振复用平衡相干接收机共模抑制比的装置及方法 - Google Patents
一种测试偏振复用平衡相干接收机共模抑制比的装置及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种测试偏振复用平衡相干接收机共模抑制比的装置和方法,包括第一可调谐激光器、第一偏振控制器、第一可调光衰减器以及第一1×3光开关连接;第二可调谐激光器、第二偏振控制器、第二可调光衰减器以及第二1×3光开关连接;第一1×3光开关的第一输出端口和第二1×3光开关的第一输出端口分别与数据采集与控制单元的两个光功率采集端口相连接;第一1×3光开关的第三输出端口和第二1×3光开关的第三输出端口分别与光耦合器的两个分光端口相连接;数据采集与控制单元的通讯端口分别同以上器件的通讯端口相连接;本发明具有结构简单,操作方便,数据处理容易等优点。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种测试偏振复用平衡相干接收机共模抑制比的装置及其测试方法,本发明属于相干光通信领域。
背景技术
随着多媒体技术的发展以及互联网信息传输量的不断增长,传统的强度调制直接探测系统已经不能满足日益增长的通信带宽需求,相比于强度调制直接探测系统,相干光通信系统具有接收灵敏度高,中继距离远;可以使用高谱效率的调制码型,传输速率高;波长选择性好,通信容量大,更适于密集波分系统等优点,相干光通信系统已经成为解决高速通信瓶颈的必然选择。随着高速数模转换和DSP信号处理技术的逐渐成熟,相干光通信系统已经在40G和100G通信系统中实现了规模化商用。偏振复用平衡相干接收机主要应用于40G以上传输速率的相干光通信系统中,具有广阔的市场应用前景,特别是针对100GDP-QPSK传输信号的偏振复用平衡相干接收机已由OIF(Optical InternetworkingForum)标准组织制定了相应的实施协议,该协议规范了影响偏振复用平衡相干接收机性能的各项指标,在各项指标中,共模抑制比是一项表征平衡相干接收机噪声抑制能力的重要指标,它将直接影响系统性能的优劣,并且不能由后续的DSP算法进行补偿,按照OIF对共模抑制比的定义,需要对偏振复用平衡相干接收机中光电探测器输出的光电流进行测试,但是针对100G系统应用的标准化偏振复用平衡相干接收机属于光电集成器件,当整个接收机封装完毕后,将无法按照OIF对共模抑制比的定义来直接测试光电探测器的输出光电流,而在封装前进行测试需要将光电探测器的光电流通过金线键合等方式引出,这样不仅实施困难,容易对器件造成损伤,而且封装后的共模抑制比有可能发生变化,因此需要采用间接方法来测试集成封装的偏振复用平衡相干接收机的共模抑制比,美国公开号为US2011/0129213A1的专利公开了一种测试集成偏振复用平衡相干接收机共模抑制比的装置和方法,该专利将扫频的强度调制光信号输入到待测偏振复用平衡相干接收机的信号输入端或者本振输入端实现共模抑制比的分子数据测试,利用强度调制光信号进行马赫曾德干涉,同时结合相位调制器调节一对平衡光电探测器上的光功率分配来实现共模抑制比的分母数据测试,并与按照OIF定义测试得到的共模抑制比结果进行了对比,验证了该专利提出方法的准确性。但是该专利提出的测试装置和方法复杂,依赖于其它贵重设备,操作不够简便,数据处理相对复杂。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种测试偏振复用平衡相干接收机共模抑制比的装置及其方法,本发明装置结构简单,采用本发明方法进行偏振复用平衡相干接收机共模抑制比的测试具有操作方便,数据处理容易等特点。
本发明所采用的技术方案是:
一种测试偏振复用平衡相干接收机共模抑制比的装置,其特征在于:
包括第一可调谐激光器、第二可调谐激光器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、第一可调光衰减器、第二可调光衰减器、第一1×3光开关、第二1×3光开关、光耦合器、数据采集与控制单元;第一可调谐激光器、第一偏振控制器、第一可调光衰减器、第一1×3光开关依次连接或者第一可调谐激光器、第一可调光衰减器、第一偏振控制器、第一1×3光开关依次连接;第二可调谐激光器、第二偏振控制器、第二可调光衰减器、第二1×3光开关依次连接或者第二可调谐激光器、第二可调光衰减器、第二偏振控制器、第二1×3光开关依次连接;第一1×3光开关的第一输出端口和第二1×3光开关的第一输出端口分别与数据采集与控制单元的两个光功率采集端口相连接;第一1×3光开关的第三输出端口和第二1×3光开关的第三输出端口分别与光耦合器的两个分光端口相连接;数据采集与控制单元的通讯端口分别同第一可调谐激光器、第二可调谐激光器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、第一可调光衰减器、第二可调光衰减器、第一1×3光开关、第二1×3光开关的通讯端口相连接实现激光器输出光信号的频率、偏振态、功率的调节以及光路切换。
所述的数据采集与控制单元包括光功率采集装置、射频功率采集装置和计算机,其中光功率采集装置和射频功率采集装置的通讯端口分别与计算机的通讯端口相连接;所述的光功率采集装置可以采用光功率计或者光谱仪;所述的射频功率采集装置可以采用射频功率计或者示波器或者频谱仪;
所述的第一可调谐激光器、第二可调谐激光器的频率调谐精度小于100MHz;二者频率之差的调谐范围大于待测接收机的工作带宽;二者的线宽小于10MHz;
一种测试偏振复用平衡相干接收机共模抑制比的方法,该方法利用上述描述的装置及其要求进行测试,具体步骤如下:
步骤1:将第一1×3光开关和第二1×3光开关均切换至第一输出端口,数据采集与控制单元调节第一可调光衰减器和第二可调光衰减器使两个光开关的输出光功率相等;
步骤2:将第一1×3光开关和第二1×3光开关均切换至第三输出端口,将光耦合器的合光端口连接至待测偏振复用平衡相干接收机的信号输入端或者本振输入端,将待测偏振复用平衡相干接收机的射频输出端口连接到数据采集与控制单元的射频功率采集端口,利用数据采集与控制单元调节第一偏振控制器和第二偏振控制器,将待测偏振复用平衡相干接收机的X偏振部分或者Y偏振部分的射频输出功率调节至最大;
步骤3:利用数据采集与控制单元调节第一可调谐激光器和第二可调谐激光器的频率,使得两个激光器的频率差值从最小频率差值点以一定的频率间隔扫描到待测偏振复用平衡相干接收机的带宽频率点,数据采集与控制单元同时记录下待测偏振复用平衡相干接收机的X偏振部分或者Y偏振部分在两激光器不同频率差值点的输出电流值ΔI1(f),f表示两激光器的频率差值;
步骤4:将第一1×3光开关和第二1×3光开关均切换至第一输出端口,利用数据采集与控制单元调节第一可调光衰减器和第二可调光衰减器,将两光开关输出光功率调节为相等,且为步骤1中调节输出光功率的二分之一;
步骤5:将第一1×3光开关和第二1×3光开关均切换到第二输出端口,并将两个光开关的第二输出端口分别连接到待测偏振复用平衡相干接收机的信号输入端和本振输入端,将待测偏振复用平衡相干接收机的射频输出端口连接到数据采集与控制单元的射频功率采集端口,利用数据采集与控制单元调节第一偏振控制器和第二偏振控制器,将待测偏振复用平衡相干接收机的X偏振部分或者Y偏振部分的射频输出功率调节至最大;
步骤6:利用数据采集与控制单元调节第一可调谐激光器和第二可调谐激光器的频率,使两个激光器的频率差值从二者的最小频率差值点以一定的频率间隔扫描到待测偏振复用平衡相干接收机的带宽频率点,数据采集与控制单元同时记录下待测偏振复用平衡相干接收机的X偏振部分或者Y偏振部分在两激光器的不同频率差值点的输出电流值ΔI2(f);
步骤7:数据采集与控制单元利用其在步骤3和步骤6得到的数据ΔI1(f)和ΔI2(f)及其内部设置的公式 计算待测偏振复用平衡相干接收机的不同频率点的共模抑制比CMRR(f),其中:fmin表示两激光器的最小频率差值点。
本发明的有益效果是:
本发明提供的这种测试偏振复用平衡相干接收机的装置,主要基于光外差拍频法测试原理,具有结构简单,操作方便,数据处理容易等优点,并通过数据采集与控制单元可实现自动化测试。
附图说明
图1为本发明装置结构示意图;
图2为本发明实施例测试偏振复用平衡相干接收机共模抑制比分子数据时装置连接示意图;
图3为本发明实施例测试偏振复用平衡相干接收机共模抑制比分母数据时装置连接示意图;
图4为本发明实施例测试100G偏振复用平衡相干接收机与采用美国公开号为US2011/0129213A1的专利方法测试100G偏振复用平衡相干接收机得到的共模抑制比曲线对比图;
其中:
1: 第一可调谐激光器; 2: 第二可调谐激光器;
3: 第一偏振控制器; 4: 第二偏振控制器;
5: 第一可调光衰减器; 6: 第二可调光衰减器;
7: 第一1×3光开关; 8: 第二1×3光开关;
9: 光耦合器; 10: 数据采集与控制单元;
11: 光功率采集装置; 12: 射频功率采集装置;
13: 计算机; 14: 待测偏振复用平衡相干接收机;
15: 待测偏振复用平衡相干接收机信号输入端;
16: 待测偏振复用相干接收机本振输入端;
具体实施方式
下面结合附图和具体实例对本发明做进一步的说明。
本发明一种测试偏振复用平衡相干接收机共模抑制比的装置,如图1所示,包括第一可调谐激光器1、第二可调谐激光器2、第一偏振控制器3、第二偏振控制器4、第一可调光衰减器5、第二可调光衰减器6、第一1×3光开关7、第二1×3光开关8、光耦合器9、数据采集与控制单元10;本发明的数据采集与控制单元10包括光功率采集装置11、射频功率采集装置12、计算机13,其中光功率采集装置11可以是光功率计或者光谱仪,射频功率采集装置12可以是射频功率计或者示波器或者频谱仪。第一可调谐激光器1、第一偏振控制器3、第一可调光衰减器5以及第一1×3光开关7四者依次连接,第二可调谐激光器2、第二偏振控制器4、第二可调光衰减器6以及第二1×3光开关8四者依次连接,第一1×3光开关7的第一输出端口和第二1×3光开关8的第一输出端口分别与数据采集与控制单元10的光功率采集装置11的两个输入端口相连接,第一1×3光开关7的第二输出端口和第二1×3光开关8的第二输出端口用于向外部提供光信号输出,第一1×3光开关7的第三输出端口和第二1×3光开关8的第三输出端口分别与光耦合器9的两个分光端口相连接,光耦合器9的合光端口用于向外部提供光信号输出,第一可调谐激光器1、第二可调谐激光器2、第一偏振控制器3、第二偏振控制器4、第一可调光衰减器5、第二可调光衰减器6、第一1×3光开关7、第二1×3光开关8的通讯端口与数据采集与控制单元10的通讯端口相连接。数据采集与控制单元10用于反馈控制第一可调谐激光器1、第二可调谐激光器2、第一偏振控制器3、第二偏振控制器4、第一可调光衰减器5、第二可调光衰减器6、第一1×3光开关7、第二1×3光开关8。
本发明的第一可调谐激光器1、第二可调谐激光器2用于提供基于光外差拍频法测试偏振复用平衡相干接收机共模抑制比的信号源,二者频率通过数据采集与控制单元10进行调谐,二者的频率调谐精度应小于100MHz,二者频率之差的调谐范围大于待测接收机的工作带宽,二者的线宽需小于10MHz。本发明的第一可调谐激光器1、第二可调谐激光器2输出的光信号通过光耦合器9进行光外差拍频来测试偏振复用平衡相干接收机共模抑制比的分子数据,通过偏振复用平衡相干接收机自身的光学混频器进行光外差拍频来测试其共模抑制比的分母数据。
本发明的第一偏振控制器3、第二偏振控制器4分别用于调整第一可调谐激光器1、第二可调谐激光器2发出的两路光信号的偏振态,使得输入到待测偏振复用平衡相干接收机中的光功率全部调整到其X偏振态部分或者Y偏振态部分,以便定量计算。
本发明的第一可调光衰减器5、第二可调光衰减器6分别用于调整进行光外差拍频的两路光信号的光功率,当测试待测偏振复用平衡相干接收机共模抑制比的分子数据时,调整两路光信号的光功率使得二者相等;当测试待测偏振复用平衡相干接收机共模抑制比的分母数据时,调整两路光信号的光功率使得二者相等,并为测试共模抑制比分子数据时两路光信号光功率的一半。
本发明的第一1×3光开关7、第二1×3光开关8分别用于控制两路光信号的输出流向,两个1×3光开关的第一输出端口将两路光信号输入到数据采集与控制单元10中的光功率采集装置11用于调节两路光信号的功率;两个1×3光开关的第二输出端口将两路光信号输入到光耦合器9中进行光外差拍频用于提供测试共模抑制比分子数据的光信号;两个1×3光开关的第三输出端口分别与待测偏振复用平衡相干接收机的信号输入端和本振输入端相连接,用于提供测试共模抑制比分母数据的光信号。
本发明实施结构中可以做出变化,第二实施例中,第一偏振控制器和第一可调光衰减器在装置中的位置调换,第二偏振控制器和第二可调光衰减器在装置中的位置调换;第三实施例中,第一偏振控制器和第一可调光衰减器在装置中的位置调换,第二偏振控制器和第二可调光衰减器在装置中的位置保持不变;第四实施例中,第一偏振控制器和第一可调光衰减器在装置中的保持不变,第二偏振控制器和第二可调光衰减器在装置中的位置调换。
利用第一实施例中的本发明装置实现测试偏振复用平衡相干接收机共模抑制比的过程包括如下具体步骤:
步骤1:将第一1×3光开关7和第二1×3光开关8切换到二者的第一输出端口,利用数据采集与控制单元10调节第一可调光衰减器5和第二可调光衰减器6,将二者的输出光功率调节为相等;
步骤2:将第一1×3光开关7和第二1×3光开关8切换到二者的第三输出端口,将光耦合器9的合光端口连接到待测偏振复用平衡相干接收机信号输入端15或者待测偏振复用相干接收机本振输入端16,将待测偏振复用平衡相干接收机14的射频输出端口连接到数据采集与控制单元10的射频功率采集端口,利用数据采集与控制单元10调节第一偏振控制器3和第二偏振控制器4,将待测偏振复用平衡相干接收机14的X偏振部分或者Y偏振部分的射频输出功率调节至最大;
步骤3:利用数据采集与控制单元10调节第一可调谐激光器1和第二可调谐激光器2的频率,使得两激光器的频率差值从二者的最小频率差值点以一定的频率间隔扫描到待测偏振复用平衡相干接收机14的带宽频率点,数据采集与控制单元10同时记录下待测偏振复用平衡相干接收机14的X偏振部分或者Y偏振部分在两激光器不同频率差值点的输出电流值ΔI1(f),其中f表示两激光器的频率差值;
步骤4:将第一1×3光开关7和第二1×3光开关8切换到二者的第一输出端口,利用数据采集与控制单元10调节第一可调光衰减器5和第二可调光衰减器6,将二者的输出光功率调节为相等,并且为步骤1中二者输出光功率的二分之一;
步骤5:将第一1×3光开关7和第二1×3光开关8切换到二者的第二输出端口,并将二者的第二输出端口分别连接到待测偏振复用平衡相干接收机信号输入端15和待测偏振复用相干接收机本振输入端16,将待测偏振复用平衡相干接收机14的射频输出端口连接到数据采集与控制单元10的射频功率采集端口,利用数据采集与控制单元10调节第一偏振控制器3和第二偏振控制器4,将待测偏振复用平衡相干接收机14的X偏振部分或者Y偏振部分的射频输出功率调节至最大;
步骤6:利用数据采集与控制单元10调节第一可调谐激光器1和第二可调谐激光器2的频率,使得两激光器的频率差值从二者的最小频率差值点以一定的频率间隔扫描到待测偏振复用平衡相干接收机14的带宽频率点,数据采集与控制单元10同时记录下待测偏振复用平衡相干接收机14的X偏振部分或者Y偏振部分在两激光器的不同频率差值点的输出电流值ΔI2(f);
步骤7:数据采集与控制单元10利用其在步骤3和步骤6得到的数据ΔI1(f)和ΔI2(f)及其内部设置的如下公式计算待测偏振复用平衡相干接收机14的共模抑制比:
其中CMRR(f)表示待测偏振复用平衡相干接收机14在不同频率点的共模抑制比,fmin表示两激光器的最小频率差值点。
上述步骤1至步骤3用于测试待测偏振复用平衡相干接收机共模抑制比的分子数据,测试装置与待测偏振复用平衡相干接收机的连接情况如图2所示;
上述步骤4至步骤6用于测试待测偏振复用平衡相干接收机共模抑制比的分母数据,测试装置与待测偏振复用平衡相干接收机的连接情况如图3所示;
上述步骤1至步骤6测试得到的共模抑制比的分子数据和分母数据,代入步骤7中的公式来计算待测偏振复用平衡相干接收机的最终共模抑制比。
图4给出了本发明实施例测试100G偏振复用平衡相干接收机与采用美国公开号为US2011/0129213A1的专利方法测试100G偏振复用平衡相干接收机得到的共模抑制比曲线对比图,从图中可以看到两种方法得到的共模抑制比曲线在整个接收机带宽内的趋势基本一致,尤其在高频部分二者的数据偏差很小,从整个频段的角度来看,高频部分的共模抑制比更能反映接收机性能优劣,因此采用本发明这种装置和方法可以较为准确的测试偏振复用平衡相干接收机的共模抑制比。
从本发明的具体实施例可以看到,本发明提出的测试偏振复用平衡相干接收机的装置和方法具有结构简单,操作容易,数据计算量小等优点,并通过相应的控制软件可实现自动化测试。
虽然本发明已详细地示出并描述了相关的特定的实施例参考,但本领域的技术人员应该能够理解,在不背离本发明的精神和范围内可以在形式上和细节上作出各种改变。这些改变都将落入本发明的权利要求所要求的保护范围。
Claims (6)
1.一种测试偏振复用平衡相干接收机共模抑制比的装置,其特征在于:包括第一可调谐激光器(1)、第二可调谐激光器(2)、第一偏振控制器(3)、第二偏振控制器(4)、第一可调光衰减器(5)、第二可调光衰减器(6)、第一1×3光开关(7)、第二1×3光开关(8)、光耦合器(9)、数据采集与控制单元(10);第一可调谐激光器(1)、第一偏振控制器(3)、第一可调光衰减器(5)、第一1×3光开关(7)依次连接或者第一可调谐激光器(1)、第一可调光衰减器(5)、第一偏振控制器(3)、第一1×3光开关(7)依次连接;第二可调谐激光器(2)、第二偏振控制器(4)、第二可调光衰减器(6)、第二1×3光开关(8)依次连接或者第二可调谐激光器(2)、第二可调光衰减器(6)、第二偏振控制器(4)、第二1×3光开关(8)依次连接;第一1×3光开关(7)的第一输出端口和第二1×3光开关(8)的第一输出端口分别与数据采集与控制单元(10)的两个光功率采集端口相连接;第一1×3光开关(7)的第三输出端口和第二1×3光开关(8)的第三输出端口分别与光耦合器(9)的两个分光端口相连接;数据采集与控制单元(10)的通讯端口分别同第一可调谐激光器(1)、第二可调谐激光器(2)、第一偏振控制器(3)、第二偏振控制器(4)、第一可调光衰减器(5)、第二可调光衰减器(6)、第一1×3光开关(7)、第二1×3光开关(8)的通讯端口相连接实现激光器输出光信号的频率、偏振态、功率的调节以及光路切换。
2.根据权利要求1所述的一种测试偏振复用平衡相干接收机共模抑制比的装置,其特征在于:所述的数据采集与控制单元(10)包括光功率采集装置(11)、射频功率采集装置(12)和计算机(13),其中光功率采集装置(11)和射频功率采集装置(12)的通讯端口分别与计算机(13)的通讯端口相连接。
3.根据权利要求1所述的一种测试偏振复用平衡相干接收机共模抑制比的装置,其特征在于:所述的第一可调谐激光器(1)、第二可调谐激光器(2)的频率调谐精度小于100MHz,二者频率之差的调谐范围大于待测接收机的工作带宽,二者的线宽小于10MHz。
4.根据权利要求2所述的一种测试偏振复用平衡相干接收机共模抑制比的装置,其特征在于:所述的光功率采集装置(11)采用光功率计或者光谱仪。
5.根据权利要求2所述的一种测试偏振复用平衡相干接收机共模抑制比的装置,其特征在于:所述的射频功率采集装置(12)采用射频功率计或者示波器或者频谱仪。
6.一种测试共模抑制比的方法,该方法利用权利要求1-5中任一项的测试偏振复用平衡相干接收机共模抑制比的装置进行操作,其特征在于:该方法包括如下步骤:
步骤1:将第一1×3光开关(7)和第二1×3光开关(8)均切换至第一输出端口,数据采集与控制单元(10)调节第一可调光衰减器(5)和第二可调光衰减器(6)使两个光开关的输出光功率相等;
步骤2:将第一1×3光开关(7)和第二1×3光开关(8)均切换至第三输出端口,将光耦合器(9)的合光端口连接至待测偏振复用平衡相干接收机信号输入端(15)或者待测偏振复用平衡相干接收机本振输入端(16),将待测偏振复用平衡相干接收机(15)的射频输出端口连接到数据采集与控制单元(10)的射频功率采集端口,利用数据采集与控制单元(10)调节第一偏振控制器(3)和第二偏振控制器(4),将待测偏振复用平衡相干接收机(14)的X偏振部分或者Y偏振部分的射频输出功率调节至最大;
步骤3:利用数据采集与控制单元(10)调节第一可调谐激光器(1)和第二可调谐激光器(2)的频率,使得两个激光器的频率差值从最小频率差值点以一定的频率间隔扫描到待测偏振复用平衡相干接收机的带宽频率点,数据采集与控制单元(10)同时记录下待测偏振复用平衡相干接收机(14)的X偏振部分或者Y偏振部分在两激光器不同频率差值点的输出电流值ΔI1(f),f表示两激光器的频率差值;
步骤4:将第一1×3光开关(7)和第二1×3光开关(8)均切换至第一输出端口,利用数据采集与控制单元(10)调节第一可调光衰减器(5)和第二可调光衰减器(6),将两光开关输出光功率调节为相等,且为步骤1中调节输出光功率的二分之一;
步骤5:将第一1×3光开关(7)和第二1×3光开关(8)均切换到第二输出端口,并将两个光开关的第二输出端口分别连接到待测偏振复用平衡相干接收机信号输入端(15)和待测偏振复用平衡相干接收机本振输入端(16),将待测偏振复用平衡相干接收机(14)的射频输出端口连接到数据采集与控制单元(10)的射频功率采集端口,利用数据采集与控制单元(10)调节第一偏振控制器(3)和第二偏振控制器(4),将待测偏振复用平衡相干接收机(14)的X偏振部分或者Y偏振部分的射频输出功率调节至最大;
步骤6:利用数据采集与控制单元(10)调节第一可调谐激光器(1)和第二可调谐激光器(2)的频率,使两个激光器的频率差值从二者的最小频率差值点以一定的频率间隔扫描到待测偏振复用平衡相干接收机(14)的带宽频率点,数据采集与控制单元(10)同时记录下待测偏振复用平衡相干接收机(14)的X偏振部分或者Y偏振部分在两激光器的不同频率差值点的输出电流值ΔI2(f);
步骤7:数据采集与控制单元(10)利用其在步骤3和步骤6得到的数据ΔI1(f)和ΔI2(f),计入数据采集与控制单元(10)内部设置的公式 计算待测偏振复用平衡相干接收机(14)的不同频率点的共模抑制比CMRR(f),其中:fmin表示两激光器的最小频率差值点。
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