CN105281829B - 基于萨格纳克环的光矢量网络分析仪装置 - Google Patents

Abstract

一种基于萨格纳克环的光矢量网络分析仪装置，包括：一窄线宽激光器；一第一偏振控制器，其输入端与窄线宽激光器的光输出端相连；一环形器，其输入端口①与第一偏振控制器的输出端相连；一偏振分束器，其输入端与环形器的端口②相连；一第二偏振控制器，其输入端与偏振分束器的一个输出端口①相连；一第三偏振控制器，其输入端与偏振分束器的另一个输出端口②相连；一偏振调制器，其一个光输入端口①与第二偏振控制器的输出端相连，其另一个光输入端口②与第三偏振控制器的输出端相连；一第四偏振控制器，其输入端与环形器的端口③相连；一光带通滤波器，及依次连接的一起偏器、待测器件、光电探测器、矢量网络分析仪、电放大器。

Description

基于萨格纳克环的光矢量网络分析仪装置

技术领域

本发明属于微波光子学领域，更具体的说是一种基于萨格纳克环的光矢量网络分析仪。

背景技术

微波光子学是上个世纪70年代提出一种融合微波技术和光子技术的交叉学科，其兼顾了微波技术的灵活性和光子技术的宽带以及低损耗特性。光矢量网络分析仪在表征光无源器件的幅度和相位响应方面具有重要的意义。光矢量网络分析仪充分利用了微波矢量网络分析高分辨率特性以及光子系统的宽带以及低损耗的特性。传统的基于激光器扫频无法高精度测试无源高Q光子器件的幅度和相位响应。

一般的光矢量网络分析仪是基于小信号调制单边带技术测试光子无源器件的响应。然而，小信号不能避免的降低光矢量网络分析仪的测试精度。当扫频的一阶边带功率低的情况下，无法测试更高Q值滤波器。本专利提出在大信号调制的情况下，首先扫频得出光子无源待测器件的幅度和相位响应，然后通过萨格纳克环结合起偏器实现载波抑制，进而扫频得出光子无源器件的幅度和相位响应，最后通过扣除高阶边带的误差实现高精度光矢量网络分析仪。

综上所述，为了实现更加精确测试光子无源器件的幅度和相位响应，基于萨格纳克的光矢量网络分析仪应运而生。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于萨格纳克环的光矢量网络分析仪装置，具有结构简单、能够高灵敏度的测试高Q值光滤波器以及其他无源光子器件的幅度和相位响应。

本发明提供一种基于萨格纳克环的光矢量网络分析仪装置，包括：

一窄线宽激光器，其用于提供连续光信号；

一第一偏振控制器，其用于调节输出光的偏振态，其输入端与窄线宽激光器的光输出端相连；

一环形器，其输入端口①与第一偏振控制器的输出端相连；

一偏振分束器，其用于将光分成两束相互垂直的偏振光，其输入端与环形器的端口②相连；

一第二偏振控制器，其输入端与偏振分束器的一个输出端口①相连；

一第三偏振控制器，其输入端与偏振分束器的另一个输出端口②相连；

一偏振调制器，其用于产生行波调制的光信号，输出的光信号包括多个调制边带，其一个光输入端口①与第二偏振控制器的输出端相连，其另一个光输入端口②与第三偏振控制器的输出端相连；

一第四偏振控制器，其输入端与环形器的端口③相连；

一光带通滤波器，其用于滤除下边带，只剩余载波和上边带，其输入端与第四偏振控制器的输出端相连；

一起偏器，其用于获得一定方向的偏振光，其输入端与光带通滤波器的输出端相连；

一待测器件，其输入端与起偏器的输出端相连；

一光电探测器，其用于将光信号转换成电信号，其输入端与待测器件的输出端相连；

一矢量网络分析仪，其用于在扫频模式下测量待测器件的频率响应，其输入端与光电探测器的输出端相连；

一电放大器，其用于放大电信号，其输入端与矢量网络分析仪的输出端相连，其输出端与偏振调制器偏的电输入端口相连。

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

该基于萨格纳克环的光矢量网络分析仪装置的系统结构简单、能够高灵敏度的测试高Q值光滤波器以及其他无源光子器件的幅度和相位响应。

附图说明

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明，其中：

图1是本发明中基于萨格纳克环的光矢量网络分析仪的装置图；

图2是本发明中基于萨格纳克环的光矢量网络分析仪装置的原理示意图；

图3是本发明中基于萨格纳克环的光矢量网络分析仪装置测试的幅度响应；

图4是本发明中基于萨格纳克环的光矢量网络分析仪装置测试的相位响应。

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明提供一种基于萨格纳克环的光矢量网络分析仪装置，包括：

一窄线宽激光器1，其用于提供连续光信号，其偏振态由第一偏振控制器2调节。该窄线宽激光器1是半导体激光器或光纤激光器；

一第一偏振控制器2，其用于调节窄线宽激光器输出的光信号的偏振态，使进入环形器3的光信号具有一定的偏振方向，且有一定强度的光功率。其输入端口与窄线宽激光器1相连，其输出端口与环形器3的①端口相连；

一环形器3，其端口①与第一偏振控制器2的输出端口相连，端口②与偏振分束器4的输入端口相连，端口③与第四偏振控制器8的输入端口相连；

一偏振分束器4，其用于将光分成两束相互垂直的偏振光，一束光顺时针通过第二偏振控制器5进入强度调制器，另一束光逆时针通过第三偏振控制器6进入强度调制器，其输入端口与环形器3的②端口相连，输出端口分别与第二偏振控制器5、第三偏振控制器6的输入端口相连；

一第二偏振控制器5，其用于调节偏振分束器输出的光信号的偏振态，和第三偏振控制器6一起调节，确保顺时针和逆时针的光功率大小相近或相等，其输入端口与偏振分束器4的一个端口相连，其输出端口与偏振调制器7的一个光输入端口相连；

一第三偏振控制器6，其用于调节偏振分束器输出的光信号的偏振态，其输入端口与偏振分束器4的另一个端口相连，其输出端口与偏振调制器7的另一个光输入端口相连；

一偏振调制器7，由矢量网络分析仪13输出端口提供的经过电放大器14放大的微波信号作用于偏振调制器7，该微波信号的频率与顺时针光信号频率匹配，与逆时针光信号不匹配，因此只与顺时针的光信号发生作用，产生多个调制边带，而逆时针的光通过偏振调制器不受影响，回到环形器里的光将是有边带的载波光信号，加上未被调制的光载波信号，此时的调制为大信号调制；其用于产生行波调制的光信号，输出的光信号包括多个调制边带，其一个光输入端口与第二偏振控制器5的输出端相连，其另一个光输入端口与第三偏振控制器6的输出端相连。该偏振调制器7是一种行波调制器，可以是铌酸锂晶体的也可以是半导体聚合物的或者有机聚合物的；调制带宽越宽越好，半波电压越小越好，偏压越稳定越好，插损越低越好；

一第四偏振控制器8，其用于调节偏振分束器输出的光信号的偏振态，其输入端口与环形器的③端口相连，其输出端口与光带通滤波器9的输入端口相连。

其中所述第一、第二、第三、第四偏振控制器2、5、6、8是光纤结构、波导结构的偏振控制器或空间结构的偏振控制器。

一光带通滤波器9，其用于滤除下边带，只剩余载波和上边带，调节起偏器10，使萨格纳克环中顺时针的载波信号和逆时针的载波信号相位差为零和π，通过光带通滤波器9滤掉调制信号的下边带，将滤掉下边带的调制信号经过待测器件，测试待测器件的幅度和相移响应，两次测量从而可以扣除高阶边带引入的测试待测器件的测试误差。其输入端与第四偏振控制器8的输出端相连，该光带通滤波器9是基于硅基液晶技术的波形整形器、光滤波器、波分复用器或光纤光栅，滤波器的通带边沿越陡越好，插损越小越好；

一起偏器10，其用于获得一定方向的偏振光，由环形器3、偏振分束器4和偏振调制器7组成的萨格纳克环可等效成一个马赫曾德调制器：光从环形器①端口进②端口出，进入偏振分束器4分成顺时针和逆时针且相互垂直的偏振光，顺时针光信号经过偏振调制器7调制，逆时针光信号则不受影响，然后再从偏振分束器4出来进入环形器②端口，从环形器③端口射出，因此可等效成一个马赫增德调制器。通过调节第四偏振控制器8和起偏器10，可以实现顺时针和逆时针的光载波相位发生变化，从0变化到π。光带通滤波器9的输入端口与第四偏振控制器8的输出端口相连，其输出端口与起偏器10的输入端口相连；

一待测器件11，其输入端口与起偏器10的输出端口相连，其输出端口与光电探测器12的输入端口相连；

一光电探测器12，用于将待测器件11输出的光信号转化为电信号，同时，将转化之后的电信号入射到矢量网络分析仪13内响应待测器件11的频响，其输入端口与待测器件11的输出端口相连，其电输出端口与矢量网络分析仪13的输入端口相连；该光电探测器12是光电二极管或光电倍增管；该光电探测器12是磷化铟材料的或硅基材料的，带宽越宽越好，饱和输入光功率越大越好，光电转化效率越高越好；一矢量网络分析仪13，用于在扫频模式下测量待测器件11的频率响应，且经过电放大后作为偏振调制器7的调制信号，其输入端与光电探测器12的输出端相连，其输出端口与电放大器14的输入端口相连；

一电放大器14，其用于放大电信号，其输入端与矢量网络分析仪13的输出端相连，其输出端与偏振调制器7的电输入端口相连。

图2给出了本发明中基于萨格纳克环的光矢量网络分析仪装置的原理示意图，行波调制的光载波和调制边带(如图2a)，此时的调制为大信号调制，经过光滤波器只保留载波上边带(如图2b)，光载波与调制边带的频率差等于强度调制器上所加载的微波信号的频率，调节起偏器，让从环形器③端口出射的无边带的载波和有边带的载波信号相位差为零，此时的调制光信号入射到光带通滤波器实现单边带调制产生(如图2c1)，然后入射到待测器件，测试待测器件的幅度和相位响应；第二步调节起偏器的偏振态，让从环形器③端口出射的无边带的载波和有边带的载波信号相位差为π，实现消除载波信号，此时的调制光信号再入射到光带通滤波器实现单边带调制产生(如图2c2)，然后再次入射到待测器件测试其幅度和相位响应，通过两次测试扣除高阶边带引入的测试误差，同时提高测试灵敏度；

图3是本发明中基于萨格纳克环的光矢量网络分析仪装置测试待测器件的幅度响应，通过两次测试可以扣除测试幅度误差和提高探测灵敏度；

图4给出本发明中基于萨格纳克环的光矢量网络分析仪装置测试待测器件的相位响应，通过两次测试可以扣除测试相位误差和提高探测灵敏度；

以上所述的具体实例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于萨格纳克环的光矢量网络分析仪装置，包括：

一窄线宽激光器，其用于提供连续光信号；

一第一偏振控制器，其用于调节输出光的偏振态，其输入端与窄线宽激光器的光输出端相连；

一环形器，其输入端口①与第一偏振控制器的输出端相连；

一偏振分束器，其用于将光分成两束相互垂直的偏振光，其输入端与环形器的端口②相连；

一第二偏振控制器，其输入端与偏振分束器的一个输出端口①相连；

一第三偏振控制器，其输入端与偏振分束器的另一个输出端口②相连；

一偏振调制器，其用于产生行波调制的光信号，输出的光信号包括多个调制边带，其一个光输入端口①与第二偏振控制器的输出端相连，其另一个光输入端口②与第三偏振控制器的输出端相连；

一第四偏振控制器，其输入端与环形器的端口③相连；

一光带通滤波器，其用于滤除下边带，只剩余载波和上边带，其输入端与第四偏振控制器的输出端相连；

一起偏器，其用于获得一定方向的偏振光，其输入端与光带通滤波器的输出端相连；

一待测器件，其输入端与起偏器的输出端相连；

一光电探测器，其用于将光信号转换成电信号，其输入端与待测器件的输出端相连；

一矢量网络分析仪，其用于在扫频模式下测量待测器件的频率响应，其输入端与光电探测器的输出端相连；

一电放大器，其用于放大电信号，其输入端与矢量网络分析仪的输出端相连，其输出端与偏振调制器的电输入端口相连；

其中，所述环形器、偏振分束器和偏振调制器组成所述萨格纳克环，所述电放大器输出的微波信号的频率与所述萨格纳克环中顺时针光信号的频率匹配，与所述萨格纳克环中逆时针光信号的频率不匹配；所述起偏器用于分别使所述萨格纳克环中顺时针的载波信号和逆时针的载波信号相位差为零和π，以分别测试待测器件的幅度和相移响应，扣除高阶边带引入的测试待测器件的测试误差。

2.根据权利要求1所述的基于萨格纳克环的光矢量网络分析仪装置，其中窄线宽激光器是半导体激光器或光纤激光器。

3.根据权利要求1所述的基于萨格纳克环的光矢量网络分析仪装置，其中第一、第二、第三、第四偏振控制器是光纤结构、波导结构的偏振控制器或空间结构的偏振控制器。

4.根据权利要求3所述的基于萨格纳克环的光矢量网络分析仪装置，其中偏振调制器是铌酸锂晶体的、半导体聚合物的或有机聚合物的偏振调制器。

5.根据权利要求1所述的基于萨格纳克环的光矢量网络分析仪装置，其中光滤波器是基于硅基液晶技术的波形整形器、光滤波器、波分复用器或光纤光栅。

6.根据权利要求1所述的基于萨格纳克环的光矢量网络分析仪装置，其中光电探测器是光电二极管或光电倍增管。

7.根据权利要求6所述的基于萨格纳克环的光矢量网络分析仪装置，其中该光电探测器是磷化铟材料的或硅基材料的。