CN105910797A - 基于双边带调制与受激布里渊散射效应的光器件光谱响应测量方法及测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于双边带调制与受激布里渊散射效应的光器件频谱响应测量方法，将光源输出的光载波分成两路；此信号经过待测光器件后，扫频双边带信号与移频后的载波在光电探测器中拍频，可得到携带待测光器件在扫频双边带信号频率处的光谱响应信息的两个频率不同的射频信号；利用射频幅相提取模块分别提取所述两个射频信号的幅度相位信息，得到待测光器件在光探测信号频率处的幅频响应与相频响应；改变所述光探测信号的波长并重复上述过程，得到待测光器件的光谱矢量响应信息。本发明还公开了一种基于双边带调制的光器件测量装置。相比现有技术，本发明大幅提高了测量范围和测量效率。

Description

基于双边带调制与受激布里渊散射效应的光器件光谱响应测 量方法及测量装置

技术领域

本发明涉及一种光器件测量方法，尤其涉及一种基于双边带调制与受激布里渊散射效应的光器件光谱响应测量方法及测量装置，属于光器件测量、微波光子学技术领域。

背景技术

光子器件的幅频响应与相频响应(即为光谱响应)的测量对器件制造和系统设计来说是非常关键的。近年来，随着激光技术的飞速发展，光子系统得到了广泛的应用，如超高精度光纤传感、长距离光纤通信等。然而，光测量技术的发展却停滞不前，不仅使得高精度光器件的研发制作举步维艰，而且也使得现有的光器件无法在光系统中发挥最大效用。例如：布拉格光纤光栅(FBG)的最小带宽已低至9MHz，而现有的光测量技术的测量精度仍为上百MHz(目前，最先进的光矢量分析仪Luna OVA5000的测量精度也仅为125MHz)，无法精确地测得上述FBG的幅频响应及相频响应特性。为了实现高精度的光器件测量，1998年J.E.Roman提出了基于光单边带调制的光矢量分析方法。该方法将传统光矢量分析仪在光域的扫频操作搬移到电域进行，受益于成熟的电频谱分析技术，其测试精度得到了质的飞跃。我们已在38GHz的频带范围内实现了测量分辨率达78kHz的光器件测量，相比于商用光矢量分析仪的测量结果，该方法所测得的响应更加清晰地反映了待测光器件的响应。在此基础上，一些研究者提出了一系列改进的基于单边带调制的光器件测量方法，例如J.E.Román,等人在"Spectral characterization of fiber gratings with high resolution"(J.E.Román,M.Y.Frankel,and R.D.Esman,“Spectral characterization of fibergratings with high resolution,”Opt.Lett.,vol.23,no.12,pp.939–941,1998.)中，以及薛敏等人在“Accuracy improvement of optical vector network analyzer based onsingle-sideband modulation”(M.Xue,S.L.Pan,and Y.J.Zhao,"Accuracy improvementof optical vector network analyzer based on single-sideband modulation,"Optics Letters,vol.39,no.12,pp.3595-3598,Jun.2014.)提到的光单边带扫频方法等。

为了实现测量分辨率的提高，人们提出了基于单边带调制的光器件测量方法，然而却也引出了测量范围严重不足等问题，大大限制了基于单边带调制的光器件测量方法在实际中的应用和推广。首先，产生光单边带会使系统非常复杂，目前单边带的产生方法大致分为滤波法和90°相移法，前者需要使用滤波器，增加了系统的复杂度和不稳定性，且消光比有限；后者需要对加载到双驱动光电调制器的微波信号进行90°相移，需要使用宽带90°电桥和双驱动光电调制器，系统复杂，且调节不便。其次，单边带扫频法一次测量只能得到一组测量信号，测量效率低下。最后，单边带扫频方法严重受限于仪器，例如单边带扫频范围不能大于光电探测器(PD)带宽。

最近，卿婷等人在“Measurement of optical magnitude response based ondouble-sideband modulation”(T.Qing,M.Xue,M.H.Huang and S.L.Pan,"Measurementof optical magnitude response based on double-sideband modulation,"Opt.Lett.,vol.39,no.21,pp.6174–6176,2014.)提出的基于双边带调制的光器件测量方法，将测量范围提高为基于单边带调制的光器件测量方法的两倍。但此方法的缺点是只能测量幅频响应，不能测量相频响应。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种基于双边带调制与受激布里渊散射效应的光器件光谱响应测量方法及测量装置，大幅提高了测量范围和测量效率。

本发明具体采用以下技术方案：

一方面，本发明提供一种基于双边带调制与受激布里渊散射效应的光器件光谱响应测量方法，其特征在于，将光源输出的光载波ω_o分成两路，第一路通过双平行光电调制器模块，所述双平行光电调制器模块由两个并联的调制器组成，在调制器1中，光载波ω_o被扫频微波源ω_e调制，产生上下边带为ω_o+ω_e和ω_o-ω_e的扫频双边带信号，而在调制器2中，光载波ω_o被固定频率的本振模块Δω调制，所述固定频率等于受激布里渊散射频移，产生上下边带为ω_o+Δω和ω_o-Δω的 固定双边带信号，扫频双边带信号与固定双边带信号被耦合为一路信号；第二路作为泵浦光，通过环行器后与第一路信号相向传输，在光纤中激发受激布里渊散射效应，将频率固定的双边带信号的负一阶边带放大，正一阶边带抑制，负一阶边带即作为移频后的载波；此信号经过待测光器件后，扫频双边带信号与移频后的载波在光电探测器中拍频，可得到携带待测光器件在扫频双边带信号频率处的光谱响应信息的两个频率不同的射频信号|ω_e-Δω|与ω_e+Δω；利用射频幅相提取模块分别提取所述两个射频信号的幅度相位信息，得到待测光器件在ω_o+ω_e和ω_o-ω_e频率处的幅频响应与相频响应；改变所述光探测信号的波长并重复上述过程，得到待测光器件的光谱矢量响应信息。

作为本发明的进一步优化方案，所述泵浦光信号经过光放大器放大后，通过环行器与第一路信号相向传输，在光纤中激发受激布里渊散射效应。

作为本发明的进一步优化方案，所述环行器3端口后面接一光分束器，将所述包含扫频双边带信号与移频后的载波两个分量的光信号分成两路，一路经过待测光器后进入光电探测器件作为待测路，一路不经过待测光器件直接进入光电探测器件作为参考路；两路均被幅相提取模块提取出幅度与相位信息，所述待测路幅度相位信息与所述参考路幅度相位信息的比值，即为待测光器件的相对幅度信息与相对相位信息，并可消除系统的测量误差。

另一方面，本发明提供一种基于双边带调制与受激布里渊散射效应的光器件光谱响应测量装置，包括：光源模块、扫频微波源模块、本振模块、双平行调制器模块、隔离器、光纤、环行器、光电探测器、幅相提取模块、控制及数据处理模块；将所述光源模块输出的光载波ω_o分成两路，第一路通过双平行光电调制器模块，所述双平行光电调制器模块由两个并联的调制器组成，在调制器1中，光载波ω_o被扫频微波源模块ω_e调制，产生上下边带为ω_o+ω_e和ω_o-ω_e的扫频双边带信号，而在调制器2中，光载波ω_o被固定频率的本振模块Δω调制，所述固定频率等于受激布里渊散射频移，产生上下边带为ω_o+Δω和ω_o-Δω的固定双边带信号，扫频双边带信号与固定双边带信号被耦合为一路信号；第二路作为泵浦光，通过环行器后与第一路信号相向传输，在光纤中激发受激布里渊散射效应，将频率固定的双边带信号的负一阶边带放大，正一阶边带抑制，负一阶边带即作为移频后的载波；所述隔离器用于防止信号回流；此信号经过待测光器件后， 扫频双边带信号与移频后的载波在光电探测器中拍频，可得到携带待测光器件在扫频双边带信号频率处的光谱响应信息的两个频率不同的射频信号|ω_e-Δω|与ω_e+Δω；利用射频幅相提取模块分别提取所述两个射频信号的幅度相位信息，得到待测光器件在ω_o+ω_e和ω_o-ω_e频率处的幅频响应与相频响应；改变所述光探测信号的波长并重复上述过程，得到待测光器件的光谱矢量响应信息；控制及数据处理模块控制扫频微波源的扫频过程，并同时对幅相接收模块输出的幅度相位信息进行处理并输出待测光器件的光谱矢量响应信息。

作为本发明的进一步优化方案，该装置还包括光放大器，所述光放大器将所述泵浦光信号放大后，泵浦光信号通过环行器与第一路信号相向传输，在光纤中激发受激布里渊散射效应。

作为本发明的进一步优化方案，所述扫频微波源模块，本振模块、幅相提取模块与控制及数据处理模块可由微波矢量网络分析仪实现。

另一方面，本发明还提供一种上述基于双边带调制与受激布里渊散射效应的光器件光谱响应测量装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤1、将所述即环行器3端口，以及所述光电探测器的输入端作为两个测试端口，在这两个测试端口直接连接的情况下，控制及数据处理模块控制所述光源模块进行扫频，同时控制幅相提取模块提取扫频光探测信号各频点处的幅度和相位变化，得到所述测量系统的矢量响应函数；

步骤2、在所述两个测试端口间级联待测光器件的情况下，控制及数据处理模块控制所述光源模块进行扫频，同时控制幅相提取模块提取扫频光探测信号各频点处的幅度和相位变化，得到待测光器件与测量系统的联合矢量响应函数；

步骤3、用联合矢量响应函数除以测量系统的矢量响应函数，得到待测光器件的幅频响应与相频响应。

相比现有技术，本发明具有以下有益效果：

一、本发明突破了传统的基于单边带调制的光器件测量方法中扫频范围小于等于光电探测器带宽等仪器限制，将扫频范围提高到光电器件与微波器件带宽的两倍；

二、本发明将扫频效率提高到原来的两倍，一次拍频可以得到两个信号；

三、本发明在基于双边带调制的光器件测量方法的基础上，实现了技术突破，既能测量幅频响应，又能测量相频响应。

附图说明

图1为本发明光器件测量装置的一个实施例的结构示意图。

图2为图1所示装置工作时各部位信号的频谱示意图。

图3为本发明光器件测量装置的又一个实施例的结构示意图。

图4为固定频率双边带信号经过受激布里渊散射效应后的光谱图(实线)与未经过受激布里渊散射效应的光谱图(虚线)的对比。

图5为实验获得的用光谱仪作为对照组测得的待测布拉格光纤光栅的幅频响应图与本发明所述方法测得的待测布拉格光纤光栅的幅频响应曲线的对比。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：

本发明的思路是在经过待测器件的光双边带调制信号中添加与原始光载波相干且存在微小频率差的光载波，这样在光电探测器拍频后，±1阶边带对应的微波分量具有不同的频率，从而可同时提取±1阶边带上的幅度响应信息。而本发明添加移频后的载波的方式为，利用受激布里渊散射效应，将频率固定的双边带信号的负一阶边带放大，正一阶边带抑制，负一阶边带即作为移频后的载波。

图1显示了本发明光器件测量装置的一个实施例，如图1所示，该装置包括：光源模块、扫频微波源模块、本振模块、双平行调制器模块、光放大器，隔离器、光纤、环行器、光电探测器、幅相提取模块、控制及数据处理模块；将所述光源模块输出的光载波ω_o分成两路，第一路通过双平行光电调制器模块，所述双平行光电调制器模块由两个并联的调制器组成，在调制器1中，光载波ω_o被扫频微波源模块ω_e调制，产生上下边带为ω_o+ω_e和ω_o-ω_e的扫频双边带信号，而在调制器2中，光载波ω_o被固定频率的本振模块Δω调制，所述固定频率等于受激布里渊散射频移，产生上下边带为ω_o+Δω和ω_o-Δω的固定双边带信号，扫频双边带信号与固定双边带信号被耦合为一路信号；第二路作为泵浦光，被光放大器放大后通过环行器后与第一路信号相向传输，在光纤中激发受激布里渊散射效应，将频率固定的双边带信号的负一阶边带放大，正一阶边带抑制，负一阶边带即作为移频后的载波；所述隔离器用于防止信号回流；此信号经过待测光器件后， 扫频双边带信号与移频后的载波在光电探测器中拍频，可得到携带待测光器件在扫频双边带信号频率处的光谱响应信息的两个频率不同的射频信号|ω_e-Δω|与ω_e+Δω；利用射频幅相提取模块分别提取所述两个射频信号的幅度相位信息，得到待测光器件在ω_o+ω_e和ω_o-ω_e频率处的幅频响应与相频响应；改变所述光探测信号的波长并重复上述过程，得到待测光器件的光谱矢量响应信息；控制及数据处理模块控制扫频微波源的扫频过程，并同时对幅相接收模块输出的幅度相位信息进行处理并输出待测光器件的光谱矢量响应信息。图2为图1所示装置工作时各部位信号的频谱示意图。

为了使公众理解本发明技术方案，下面对图3的测量原理进行详细介绍：

经过双平行光电调制器后的光信号为

$\begin{array}{c}{E}_1\left(t\right)=\[E_1\left(t\right)+E_2\left(t\right)\]/\sqrt{2}\\ =a_{-1}\exp j({\mathrm{\ω}}_o-{\mathrm{\ω}}_e)t+a_0{\mathrm{expj\ω}}_o+a_{+1}\exp j({\mathrm{\ω}}_o+{\mathrm{\ω}}_e)t\\ +b_{-1}\exp j({\mathrm{\ω}}_o-\mathrm{\Δ}\mathrm{\ω})t+b_{+1}\exp j({\mathrm{\ω}}_o+\mathrm{\Δ}\mathrm{\ω})t\end{array}---\left(1\right)$

其中，a_-1,a₀,a₊₁,b_-1和b₊₁分别是扫频双边带信号的负一阶边带、光载波、扫频双边带信号的正一阶边带、固定双边带信号的负一阶边带和固定双边带信号的正一阶边带的幅度值。而ω_o，ω_e和Δω分别为光源输出的光信号、扫频微波源和本振的角频率。经过受激布里渊散射效应后，固定双边带信号的负一阶边带被放大，正一阶边带被抑制(此项可忽略)，负一阶边带作为移频后的光载波，则环行器3口输出信号为

E₂(t)＝a_-1exp j(ω_o-ω_e)t+a₀exp jω_ot＋a_＋1exp j(ω_o+ω_e)t＋B_-1exp j(ω_o-Δωt )t (2)

其中B_-1为移频后的光载波的幅度。对(2)式进行傅里叶变换，转换为频域函数：

E₂(ω)＝2π{a_-1δ[ω-(ω_o-ω_e)]＋a₀δ(ω-ω_o)＋a_＋1δ[ω-(ω_o+ω_e)]+B_-1δ[ω-(ω_o-Δω)]}

(3)

经过光分束器后，包含扫频双边带和移频后的光载波的光信号被分成待测路和参考路，待测路的输出为：

$\begin{array}{c}{E}_{DUT}\left(\mathrm{\ω}\right)=E_2\left(\mathrm{\ω}\right)\·H\left(\mathrm{\ω}\right)/\sqrt{2}=\sqrt{2}\mathrm{\π}\{a_{-1}H({\mathrm{\ω}}_o-{\mathrm{\ω}}_e)\mathrm{\δ}\[\mathrm{\ω}-({\mathrm{\ω}}_o-{\mathrm{\ω}}_e)\]\\ +a_{+1}H({\mathrm{\ω}}_o+{\mathrm{\ω}}_e)\mathrm{\δ}\[\mathrm{\ω}-({\mathrm{\ω}}_o+{\mathrm{\ω}}_e)\]+a_{0}H\left({\mathrm{\ω}}_o\right)\mathrm{\δ}(\mathrm{\ω}-{\mathrm{\ω}}_o)\\ +B_{-1}H({\mathrm{\ω}}_o-\mathrm{\Δ}\mathrm{\ω})\mathrm{\δ}\[\mathrm{\ω}-({\mathrm{\ω}}_o-\mathrm{\Δ}\mathrm{\ω})\]\}\end{array}---\left(1\right)$

其中，H(ω)是待测物的系统函数，经过光电探测器后有：

$\begin{array}{c}{I}_{PD}\left(t\right)={\mathrm{\ηE}}_{DUT}\left(t\right)\·E_{DUT}^{*}\left(t\right)\\ =\mathrm{\η}\mathrm{Re}\{a_{-1}^{*}{B}_{-1}{H}^{*}({\mathrm{\ω}}_o-{\mathrm{\ω}}_e)H({\mathrm{\ω}}_o-\mathrm{\Δ}\mathrm{\ω})\exp j({\mathrm{\ω}}_o-\mathrm{\Δ}\mathrm{\ω})\\ +a_{+1}{B}_{-1}^{*}H({\mathrm{\ω}}_o+{\mathrm{\ω}}_e)H^{*}({\mathrm{\ω}}_o-\mathrm{\Δ}\mathrm{\ω})\exp j({\mathrm{\ω}}_o+\mathrm{\Δ}\mathrm{\ω})\}+I_{other}\end{array}---\left(2\right)$

由于我们只提取ωe-Δω,Δω-ωe和ωe+Δω三个频率分量的信息，因此有：

$\begin{array}{c}{I}_{PD}({\mathrm{\&omega;}}_e-\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;})={\mathrm{\&eta;a}}_{-1}^{*}{B}_{-1}{H}^{*}({\mathrm{\&omega;}}_o-{\mathrm{\&omega;}}_e)H({\mathrm{\&omega;}}_o-\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;}),{\mathrm{\&omega;}}_e>\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;}\\ I_{PD}(\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;}-{\mathrm{\&omega;}}_e)={\mathrm{\&eta;a}}_{-1}{B}_{-1}^{*}H({\mathrm{\&omega;}}_o-{\mathrm{\&omega;}}_e)H^{*}({\mathrm{\&omega;}}_o-\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;}),{\mathrm{\&omega;}}_e<\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;}\\ I_{PD}({\mathrm{\&omega;}}_e+\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;})={\mathrm{\&eta;a}}_{+1}{B}_{-1}^{*}H({\mathrm{\&omega;}}_o+{\mathrm{\&omega;}}_e)H^{*}({\mathrm{\&omega;}}_o-\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;})\end{array}---\left(3\right)$

则频谱响应为

$\begin{array}{c}H({\mathrm{\&omega;}}_o-{\mathrm{\&omega;}}_e)=I_{PD}({\mathrm{\&omega;}}_e-\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;})/{\mathrm{\&eta;a}}_{-1}^{*}{B}_{-1}H({\mathrm{\&omega;}}_o-\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;}),{\mathrm{\&omega;}}_e>\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;}\\ H({\mathrm{\&omega;}}_o-{\mathrm{\&omega;}}_e)=I_{PD}(\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;}-{\mathrm{\&omega;}}_e)/{\mathrm{\&eta;a}}_{-1}{B}_{-1}^{*}{H}^{*}({\mathrm{\&omega;}}_o-\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;}),{\mathrm{\&omega;}}_e<\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;}\\ H({\mathrm{\&omega;}}_o+{\mathrm{\&omega;}}_e)=I_{PD}({\mathrm{\&omega;}}_e+\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;})/{\mathrm{\&eta;a}}_{+1}{B}_{-1}^{*}{H}^{*}({\mathrm{\&omega;}}_o-\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;})\end{array}---\left(4\right)$

其中H(ω)是频谱响应的总称，由参考路、待测光器件的光谱响应以及参考路与待测路的光谱响应差组成，即H(ω)＝H_DUT(ω)·H_Ref(ω)·H_Δ(ω)。参考路的光谱响应类似于公式(7)：

$\begin{array}{c}{H}_{\mathrm{Re}f}({\mathrm{\&omega;}}_o-{\mathrm{\&omega;}}_e)=I_{PD}^{\mathrm{Re}f}({\mathrm{\&omega;}}_e-\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;})/{\mathrm{\&eta;a}}_{-1}^{*}{B}_{-1}{H}_{\mathrm{Re}f}({\mathrm{\&omega;}}_o-\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;}),{\mathrm{\&omega;}}_e>\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;}\\ H_{\mathrm{Re}f}({\mathrm{\&omega;}}_o-{\mathrm{\&omega;}}_e)=I_{PD}^{\mathrm{Re}f}(\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;}-{\mathrm{\&omega;}}_e)/{\mathrm{\&eta;a}}_{-1}{B}_{-1}^{*}{H^{*}}_{\mathrm{Re}f}({\mathrm{\&omega;}}_o-\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;}),{\mathrm{\&omega;}}_e<\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;}\\ H_{\mathrm{Re}f}({\mathrm{\&omega;}}_o+{\mathrm{\&omega;}}_e)=I_{PD}^{\mathrm{Re}f}({\mathrm{\&omega;}}_e+\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;})/{\mathrm{\&eta;a}}_{+1}{B}_{-1}^{*}{H^{*}}_{\mathrm{Re}f}({\mathrm{\&omega;}}_o-\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;})\end{array}---\left(5\right)$

可得到：

$\begin{array}{c}{H}_{DUT+\mathrm{\&Delta;}}({\mathrm{\&omega;}}_o-{\mathrm{\&omega;}}_e)=\frac{H({\mathrm{\&omega;}}_o-{\mathrm{\&omega;}}_e)}{H_{\mathrm{Re}f}({\mathrm{\&omega;}}_o-{\mathrm{\&omega;}}_e)}=\frac{I_{PD}({\mathrm{\&omega;}}_e-\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;})}{I_{PD}^{\mathrm{Re}f}({\mathrm{\&omega;}}_e-\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;})}\frac{H_{\mathrm{Re}f}({\mathrm{\&omega;}}_o-\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;})}{H({\mathrm{\&omega;}}_e+\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;})}\\ =I_{PD}({\mathrm{\&omega;}}_e-\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;})/I_{PD}^{\mathrm{Re}f}({\mathrm{\&omega;}}_e-\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;})\&CenterDot;C_1,{\mathrm{\&omega;}}_e>\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;}\\ H_{DUT+\mathrm{\&Delta;}}({\mathrm{\&omega;}}_o-{\mathrm{\&omega;}}_e)=I_{PD}(\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;}-{\mathrm{\&omega;}}_e)/I_{PD}^{\mathrm{Re}f}(\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;}-{\mathrm{\&omega;}}_e)\&CenterDot;C_2,{\mathrm{\&omega;}}_e<\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;}\\ H_{DUT+\mathrm{\&Delta;}}({\mathrm{\&omega;}}_o+{\mathrm{\&omega;}}_e)=I_{PD}(\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;}+{\mathrm{\&omega;}}_e)/I_{PD}^{\mathrm{Re}f}(\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;}+{\mathrm{\&omega;}}_e)\&CenterDot;C_3\end{array}---\left(6\right)$

其中C₁、C₂、C₃和H(ω_o-Δω)/H_Ref(ω_o-Δω)均为常数。参考路与待测路的光谱响应之差可通过移除待测光器件后重复上面的测量过程得到第二次测量的结果：

$\begin{array}{c}{H}_{\mathrm{\&Delta;}}({\mathrm{\&omega;}}_o-{\mathrm{\&omega;}}_e)=I_{PD}^{\&prime;}({\mathrm{\&omega;}}_e-\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;})/{I_{PD}^{\mathrm{Re}f}}^{\&prime;}({\mathrm{\&omega;}}_o-\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;})\&CenterDot;C_1,{\mathrm{\&omega;}}_e>\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;}\\ H_{\mathrm{\&Delta;}}({\mathrm{\&omega;}}_o-{\mathrm{\&omega;}}_e)=I_{PD}^{\&prime;}(\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;}-{\mathrm{\&omega;}}_e)/{I_{PD}^{\mathrm{Re}f}}^{\&prime;}(\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;}-{\mathrm{\&omega;}}_e)\&CenterDot;C_2,{\mathrm{\&omega;}}_e<\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;}\\ H_{\mathrm{\&Delta;}}({\mathrm{\&omega;}}_o-{\mathrm{\&omega;}}_e)=I_{PD}^{\&prime;}(\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;}+{\mathrm{\&omega;}}_e)/{I_{PD}^{\mathrm{Re}f}}^{\&prime;}(\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;}+{\mathrm{\&omega;}}_e)\&CenterDot;C_3\end{array}---\left(7\right)$

其中，I′_PD和为第二次测量中光电探测器1和光电探测器2的电流结果。则待测光器件的光谱响应为

$\begin{array}{c}{H}_{DUT}({\mathrm{\&omega;}}_o-{\mathrm{\&omega;}}_e)=\frac{I_{PD}({\mathrm{\&omega;}}_e-\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;})}{I_{PD}^{\mathrm{Re}f}({\mathrm{\&omega;}}_e-\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;})}/\frac{I_{PD}^{\&prime;}({\mathrm{\&omega;}}_e-\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;})}{{I_{PD}^{\mathrm{Re}f}}^{\&prime;}({\mathrm{\&omega;}}_e-\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;})}\&CenterDot;C_1,{\mathrm{\&omega;}}_e>\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;}\\ H_{DUT}({\mathrm{\&omega;}}_o-{\mathrm{\&omega;}}_e)=\frac{I_{PD}(\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;}-{\mathrm{\&omega;}}_e)}{I_{PD}^{\mathrm{Re}f}(\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;}-{\mathrm{\&omega;}}_e)}/\frac{I_{PD}^{\&prime;}(\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;}-{\mathrm{\&omega;}}_e)}{{I_{PD}^{\mathrm{Re}f}}^{\&prime;}(\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;}-{\mathrm{\&omega;}}_e)}\&CenterDot;C_2,{\mathrm{\&omega;}}_e<\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;}\\ H_{DUT}({\mathrm{\&omega;}}_o+{\mathrm{\&omega;}}_e)=\frac{I_{PD}(\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;}+{\mathrm{\&omega;}}_e)}{I_{PD}^{\mathrm{Re}f}(\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;}+{\mathrm{\&omega;}}_e)}/\frac{I_{PD}^{\&prime;}(\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;}+{\mathrm{\&omega;}}_e)}{{I_{PD}^{\mathrm{Re}f}}^{\&prime;}(\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;}+{\mathrm{\&omega;}}_e)}\&CenterDot;C_3\end{array}---\left(8\right)$

改变所述光探测信号的波长并重复上述过程，得到待测光器件的光谱矢量响应信息；控制及数据处理模块控制扫频微波源的扫频过程，并同时对幅相接收模块输出的幅度相位信息进行处理并输出待测光器件的光谱矢量响应信息。图4为固定频率双边带信号经过受激布里渊散射效应后的光谱图(实线)与未经过受激布里渊散射效应的光谱图(虚线)的对比。图5为实验获得的用光谱仪作为对照组测得的待测布拉格光纤光栅的幅频响应图与本发明所述方法测得的待测布拉格光纤光栅的幅频响应曲线的对比。

Claims (7)

1.基于双边带调制与受激布里渊散射效应的光器件光谱响应测量方法，其特征在于，将光源输出的光载波ω_o分成两路，第一路通过双平行光电调制器模块，所述双平行光电调制器模块由两个并联的调制器组成，在调制器1中，光载波ω_o被扫频微波源ω_e调制，产生上下边带为ω_o+ω_e和ω_o-ω_e的扫频双边带信号，而在调制器2中，光载波ω_o被固定频率的本振模块Δω调制，所述固定频率等于受激布里渊散射频移，产生上下边带为ω_o+Δω和ω_o-Δω的固定双边带信号，扫频双边带信号与固定双边带信号被耦合为一路信号；第二路作为泵浦光，通过环行器后与第一路信号相向传输，在光纤中激发受激布里渊散射效应，将频率固定的双边带信号的负一阶边带放大，正一阶边带抑制，负一阶边带即作为移频后的载波；此信号经过待测光器件后，扫频双边带信号与移频后的载波在光电探测器中拍频，可得到携带待测光器件在扫频双边带信号频率处的光谱响应信息的两个频率不同的射频信号|ω_e-Δω|与ω_e+Δω；利用射频幅相提取模块分别提取所述两个射频信号的幅度相位信息，得到待测光器件在ω_o+ω_e和ω_o-ω_e频率处的幅频响应与相频响应；改变所述光探测信号的波长并重复上述过程，得到待测光器件的光谱矢量响应信息。

2.如权利要求1所述的基于双边带调制与受激布里渊散射效应的光器件光谱响应测量方法，其特征在于，所述泵浦光信号经过光放大器放大后，通过环行器与第一路信号相向传输，在光纤中激发受激布里渊散射效应。

3.如权利要求1或2所述的基于双边带调制与受激布里渊散射效应的光器件光谱响应测量方法，其特征在于，所述环行器3端口后面接一光分束器，将所述包含扫频双边带信号与移频后的载波两个分量的光信号分成两路，一路经过待测光器后进入光电探测器件作为待测路，一路不经过待测光器件直接进入光电探测器件作为参考路；两路均被幅相提取模块提取出幅度与相位信息，所述待测路幅度相位信息与所述参考路幅度相位信息的比值，即为待测光器件的相对幅度信息与相对相位信息，并可消除系统的测量误差。

4.基于双边带调制与受激布里渊散射效应的光器件光谱响应测量装置，其特征在于，包括：光源模块、扫频微波源模块、本振模块、双平行调制器模块、隔离器、光纤、环行器、光电探测器、幅相提取模块、控制及数据处理模块；将所述光源模块输出的光载波ω_o分成两路，第一路通过双平行光电调制器模块，所述双平行光电调制器模块由两个并联的调制器组成，在调制器1中，光载波ω_o被扫频微波源模块ω_e调制，产生上下边带为ω_o+ω_e和ω_o-ω_e的扫频双边带信号，而在调制器2中，光载波ω_o被固定频率的本振模块Δω调制，所述固定频率等于受激布里渊散射频移，产生上下边带为ω_o+Δω和ω_o-Δω的固定双边带信号，扫频双边带信号与固定双边带信号被耦合为一路信号；第二路作为泵浦光，通过环行器后与第一路信号相向传输，在光纤中激发受激布里渊散射效应，将频率固定的双边带信号的负一阶边带放大，正一阶边带抑制，负一阶边带即作为移频后的载波；所述隔离器用于防止信号回流；此信号经过待测光器件后，扫频双边带信号与移频后的载波在光电探测器中拍频，可得到携带待测光器件在扫频双边带信号频率处的光谱响应信息的两个频率不同的射频信号|ω_e-Δω|与ω_e+Δω；利用射频幅相提取模块分别提取所述两个射频信号的幅度相位信息，得到待测光器件在ω_o+ω_e和ω_o-ω_e频率处的幅频响应与相频响应；改变所述光探测信号的波长并重复上述过程，得到待测光器件的光谱矢量响应信息；控制及数据处理模块控制扫频微波源的扫频过程，并同时对幅相接收模块输出的幅度相位信息进行处理并输出待测光器件的光谱矢量响应信息。

5.如权利要求4所述基于双边带调制与受激布里渊散射效应的光器件光谱响应测量装置，其特征在于，包括光放大器，所述光放大器将所述泵浦光信号放大后，泵浦光信号通过环行器与第一路信号相向传输，在光纤中激发受激布里渊散射效应。

6.如权利要求4或5所述的基于双边带调制与受激布里渊散射效应的光器件光谱响应测量装置，其特征在于，所述扫频微波源模块，本振模块、幅相提取模块与控制及数据处理模块可由微波矢量网络分析仪实现。

7.如权利要求4至6中任一所述基于双边带调制与受激布里渊散射效应的光器件光谱响应测量装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将所述即环行器3端口，以及所述光电探测器的输入端作为两个测试端口，在这两个测试端口直接连接的情况下，控制及数据处理模块控制所述光源模块进行扫频，同时控制幅相提取模块提取扫频光探测信号各频点处的幅度和相位变化，得到所述测量系统的矢量响应函数；

步骤2、在所述两个测试端口间级联待测光器件的情况下，控制及数据处理模块控制所述光源模块进行扫频，同时控制幅相提取模块提取扫频光探测信号各频点处的幅度和相位变化，得到待测光器件与测量系统的联合矢量响应函数；

步骤3、用联合矢量响应函数除以测量系统的矢量响应函数，得到待测光器件的幅频响应与相频响应。