CN105606345A - 基于波长编码技术光电探测器频响的测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

一种基于波长编码技术的光电探测器频响的测试装置，包括：一光波长编码发生器；一光隔离器，其输入端与光波长编码发生器的输出端相连；一光纤耦合器，其端口①与光隔离器的输出端相连；一光延迟线，其一端与光纤耦合器的端口②相连；一光偏振控制器，其一端与光延迟线的另一端相连，该光偏振控制器的另一端与光纤耦合器的端口④相连；一待测光电探测器，其输入端与光纤耦合器的端口③相连；一拍频信号检测器，其输入端与待测光电探测器的输出端相连。本发明能够快速直观地获取光电探测器的频率响应。

Description

基于波长编码技术光电探测器频响的测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及光电仪器测量技术领域，尤其涉及一种基于波长编码技术的测试装置测量光电探测器频响的测试方法。

背景技术

随着互联网技术的迅速普及，人们对信息量的需求呈现爆炸式的增长。在高速率、大容量的信息网络体系中，光纤通信技术以它在带宽和传输距离方面所具有独特的、无可比拟的优势，成为现代通信的主要支柱之一，在现代电信网中起着举足轻重的作用。光电探测器是光纤通信系统中的关键器件，提高光电探测器频率响应特性的测试水平对光纤通信系统的设计与应用非常重要。目前，光电探测器频率响应的测量方法主要有以下几种：

(1)网络分析仪频率扫描法。该方法原理简单、快速直观，但需要一个已知频响特性的光发射器或探测器作为参考，且整台测试设备价格不菲，测试带宽越高，价格越贵；

(2)时域法。该方法可以直接观察测量波形，简单直观，但需要带宽至少为被测光电探测器带宽3至5倍的标准光源，如需要测量带宽为40GHz的光电探测器，就要求激光器的带宽达到120GHz以上，这显然难以实现；

(3)自发辐射拍频法。即强度噪声技术，简便迅捷、测量范围宽，其主要问题是测试动态范围小，信噪比不高，且连续光谱很容易使探测器达到饱和，效率很低；

发明内容

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种基于波长编码技术的光电探测器频响的测试装置及测试方法，以能够快速直观地获取光电探测器的频率响应。

本发明提供一种基于波长编码技术的光电探测器频响的测试装置，包括：

一光波长编码发生器，用于产生包括参考光脉冲信号和延时光脉冲信号的编码光脉冲信号；

一光隔离器，其输入端与光波长编码发生器的输出端相连，用于将光波长编码发生器产生的编码光脉冲信号单向传输；

一光纤耦合器，其端口①与光隔离器的输出端相连；

一光延迟线，其一端与光纤耦合器的端口②相连，用于将延时光脉冲信号进行延时；

一光偏振控制器，其一端与光延迟线的另一端相连，该光偏振控制器的另一端与光纤耦合器的端口④相连，用于调整延时光脉冲信号的偏振态；

一待测光电探测器，其输入端与光纤耦合器的端口③相连；

一拍频信号检测器，其输入端与待测光电探测器的输出端相连，用于检测和记录待测光电探测器的频率响应曲线，其显示的频谱峰值包络线即为所述待测光电探测器的频率响应曲线。

本发明还提供一种基于波长编码技术光电探测器频响的测试装置的测试方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：光波长编码发生器产生参考光脉冲信号和延时光脉冲信号的编码光脉冲信号，所述产生的参考光脉冲信号和延时光脉冲信号的波长随时间阶梯变化；

步骤2：参考光脉冲编码信号由光纤耦合器的端口①进入，端口③输出，进入到光电探测器；

步骤3：延时光脉冲编码信号由光纤耦合器的端口①进入，端口④输出，经光偏振控制器，光延迟线再次进入光纤耦合器，一部分信号经端口③输出进入光电探测器，另一部分再次经端口④进行延时；

步骤4：参考光脉冲编码信号和不同延时的光脉冲编码信号一起进入光电探测器进行拍频，由于同一时刻包含不同波长差的光信号分量，因此拍频可以得到不同频率的电信号，拍频信号进入拍频信号检测装置，进行检测和记录，显示的频谱峰值包络线即为所述待测光电探测器的频率响应曲线。

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的一种基于波长编码技术的光电探测器频响的测试装置及利用该装置测试光电探测器频响的方法，无需像传统方法那样利用连续光谱进行测试，利用分立的波长进行拍频测试，待测光电探测器的输入功率不容易饱和，提高了测试效率及动态范围；

2、本发明提供的一种基于波长编码技术的光电探测器频响的测试装置及利用该装置测试光电探测器频响的方法，利用同一个激光器进行拍频，相干性稳定性好；

3、本发明提供的一种基于波长编码技术的光电探测器频响的测试装置及利用该装置测试光电探测器频响的方法，通过编码脉冲信号波长，可以产生宽频带的信号，提高光电探测器频响的测试范围；

4、本发明提供的一种基于波长编码技术的光电探测器频响的测试装置及利用该装置测试光电探测器频响的方法，成本小，测试速度快。

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，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明，其中：

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的工作原理的坐标图。

具体实施方式

需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。

请参照图1，本发明提供一种基于波长编码技术的光电探测器频响的测试装置，包括：

一光波长编码发生器10，用于产生包括参考光脉冲信号和延时光脉冲信号的编码光脉冲信号，所述光波长编码发生器10由可调谐光源和编码信号发生器组成，该编码信号发生器是可编程脉冲源或波长发生器，通过手动调节或者计算机控制其输出编码信号的时序参数，该时序参数至少包括周期、占空比及幅值，该可调谐光源可以是分布布拉格反射型激光器、直调激光器或者外调激光器，在编码信号发生器输出的编码信号的控制下，产生对应的编码光脉冲信号；

一光隔离器11，其输入端与光波长编码发生器10的输出端相连，用于将光波长编码发生器10产生的编码光脉冲信号单向传输；

一光纤耦合器12，其端口①与光隔离器11的输出端相连，该光纤耦合器12，其端口①和端口②的功率比为50∶50，端口③和端口④的功率比为50∶50；

一光延迟线13，其一端与光纤耦合器12的端口②相连，用于将延时光脉冲信号进行延时；

一光偏振控制器14，其一端与光延迟线13的另一端相连，该光偏振控制器14的另一端与光纤耦合器12的端口④相连，用于调整延时光脉冲信号的偏振态；

一待测光电探测器15，其输入端与光纤耦合器12的端口③相连；

一拍频信号检测器16，其输入端与待测光电探测器15的输出端相连，用于检测和记录待测光电探测器的频率响应曲线，其显示的频谱峰值包络线即为所述待测光电探测器的频率响应曲线，该拍频信号检测装置16是频谱分析仪，或是具有带通电滤波器的检波器与电流检测装置。

请再结合参阅图1，本发明还提供一种基于波长编码技术光电探测器频响的测试装置的测试方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：光波长编码发生器10产生参考光脉冲信号和延时光脉冲信号的编码光脉冲信号，所述产生的参考光脉冲信号和延时光脉冲信号的波长随时间阶梯变化，参考光脉冲信号的谱形如图2(a)所示，通过调节编码信号发生器的周期、幅值等，使得参考光脉冲信号包含不同的波长分量，该光波长编码发生器10产生的参考光脉冲编码信号的波长分别为λ₀、λ_1n以及λ_2n，其中λ_1n＝λ₀-3nΔλ，λ_2n＝λ_1n+Δλ，每个波长的周期均为ΔT，其中n的取值根据待测光电探测器的带宽决定，待测光电探测器的带宽越大，n的取值越大；

步骤2：参考光脉冲编码信号由光纤耦合器12的端口①进入，端口③输出，进入到光电探测器15；

步骤3：延时光脉冲编码信号由光纤耦合器12的端口①进入，端口④输出，经光偏振控制器14，光延迟线13再次进入光纤耦合器12，一部分信号经端口③输出进入光电探测器15，另一部分再次经端口④进行延时，其中该光延迟线的长度决定了延时光脉冲编码信号每次经历的延时τ＝T₂-T₁，须调整该延迟线长度，使得该延时与参考光脉冲编码信号的周期相等，即τ＝ΔT，进一步，

其中c为光速，n_eff为所述延时光纤的有效折射率，L为光纤延迟线的长度，因此，该延迟线长度

步骤4：参考光脉冲编码信号和不同延时的光脉冲编码信号一起进入光电探测器15进行拍频，由于同一时刻包含不同波长差的光信号分量，因此拍频可以得到不同频率的电信号，拍频信号进入拍频信号检测装置16，进行检测和记录，显示的频谱峰值包络线即为所述待测光电探测器的频率响应曲线。

参考光脉冲编码信号和不同延时的光脉冲编码信号在所述光纤耦合器12中发生干涉，其谱形如图2(b)所示，现举例说明，在T₂至T₃时刻，其中T₃＝T₂+ΔT，同时存在不同波长的光信号，波长分别为λ₀、λ₂₁、λ₁₁、λ₁₂、…λ_1n，其波长差分别为Δλ，2Δλ，3Δλ，……3nΔλ，同时，不同时刻，也存在着波长差为Δλ，2Δλ，……3nΔλ的波长信号。干涉信号进入光电探测器15，将会进行拍频，拍频信号进入拍频信号检测装置16，进行检测和记录，可以得到不同频率的电信号，根据

Δf＝c(1/λ₁-1/λ₂)＝c(λ₁-λ₂)/λ₁λ₂≈c(λ₁-λ₂)/λ²，则得到的拍频信号的频率分别为

从而实现了分立的宽带扫频信号，这些频谱峰值包络线即为所述待测光电探测器的频率响应曲线，大大提高了测试的灵敏度和动态范围。

以上所述的具体实施例，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，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，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 (9)

1.一种基于波长编码技术的光电探测器频响的测试装置，包括：

一光波长编码发生器，用于产生包括参考光脉冲信号和延时光脉冲信号的编码光脉冲信号；

一光隔离器，其输入端与光波长编码发生器的输出端相连，用于将光波长编码发生器产生的编码光脉冲信号单向传输；

一光纤耦合器，其端口①与光隔离器的输出端相连；

一光延迟线，其一端与光纤耦合器的端口②相连，用于将延时光脉冲信号进行延时；

一光偏振控制器，其一端与光延迟线的另一端相连，该光偏振控制器的另一端与光纤耦合器的端口④相连，用于调整延时光脉冲信号的偏振态；

一待测光电探测器，其输入端与光纤耦合器的端口③相连；

一拍频信号检测器，其输入端与待测光电探测器的输出端相连，用于检测和记录待测光电探测器的频率响应曲线，其显示的频谱峰值包络线即为所述待测光电探测器的频率响应曲线。

2.根据权利要求1所述的基于波长编码技术的光电探测器频响的测试装置，其中所述光波长编码发生器由可调谐光源和编码信号发生器组成。

3.根据权利要求2所述的基于波长编码技术的光电探测器频响的测试装置，其中该编码信号发生器是可编程脉冲源或波长发生器，通过手动调节或者计算机控制其输出编码信号的时序参数，该时序参数至少包括周期、占空比及幅值。

4.根据权利要求2所述的基于波长编码技术的光电探测器频响的测试装置，其中该可调谐光源可以是分布布拉格反射型激光器、直调激光器或者外调激光器，在编码信号发生器输出的编码信号的控制下，产生对应的编码光脉冲信号。

5.根据权利要求1所述的基于波长编码技术的光电探测器频响的测试装置，其中该光纤耦合器，其端口①和端口②的功率比为50∶50，端口③和端口④的功率比为50∶50。

6.根据权利要求1所述的基于波长编码技术的光电探测器频响的测试装置，其中该拍频信号检测装置是频谱分析仪，或是具有带通电滤波器的检波器与电流检测装置。

7.一种利用权利要求1所述的基于波长编码技术光电探测器频响的测试装置的测试方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：光波长编码发生器产生参考光脉冲信号和延时光脉冲信号的编码光脉冲信号，所述产生的参考光脉冲信号和延时光脉冲信号的波长随时间阶梯变化；

步骤2：参考光脉冲编码信号由光纤耦合器的端口①进入，端口③输出，进入到光电探测器；

步骤3：延时光脉冲编码信号由光纤耦合器的端口①进入，端口④输出，经光偏振控制器，光延迟线再次进入光纤耦合器，一部分信号经端口③输出进入光电探测器，另一部分再次经端口④进行延时；

步骤4：参考光脉冲编码信号和不同延时的光脉冲编码信号一起进入光电探测器进行拍频，由于同一时刻包含不同波长差的光信号分量，因此拍频可以得到不同频率的电信号，拍频信号进入拍频信号检测装置，进行检测和记录，显示的频谱峰值包络线即为所述待测光电探测器的频率响应曲线。

8.根据权利要求7所述的基于波长编码技术光电探测器频响的测试装置的测试方法，其中，光波长编码发生器产生的参考光脉冲编码信号的波长分别为λ₀、λ_1n以及λ_2n，其中λ_1n＝λ₀-3nΔλ，λ_2n＝λ_1n+Δλ，每个波长的周期均为ΔT。

9.根据权利要求7所述的基于波长编码技术光电探测器频响的测试装置的测试方法，其中光延迟线的长度决定了延时光脉冲编码信号每次经历的延时τ＝T₂-T₁，须调整该延迟线长度，使得该延时与参考光脉冲编码信号的周期相等，即τ＝ΔT。