CN106483373A - 一种电光调制器频率响应测量方法及测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电光调制器频率响应测量方法及测量系统，采用光分束器将光载波信号分成上下两路，上路采用马赫‑曾德尔调制器将微波源1输出的微波信号调制到光载波上，生成抑制载波的双边带信号，并在放大后用作泵浦信号；下路通过待测电光调制器将微波源2输出的微波信号调制到光载波上，生成双边带信号。调节微波源1与微波源2的频率，使得布里渊介质中待测电光调制器所输出的双边带信号形成单边带信号。光电探测器将单边带信号转换为电信号，并由幅相接收机提取该电信号的幅度和相位信息，从而获取待测电光调制器和光电探测器的联合响应；移除光电探测器的频率响应即获得待测电光调制器的频率响应。

Description

一种电光调制器频率响应测量方法及测量系统

技术领域

本发明涉及一种电光调制器频率响应测量方法及测量系统，特别涉及一种基于受激布里渊散射效应的电光调制器频谱响应测量方法及测量系统，属于电光器件测量和微波光子学技术领域。

背景技术

光纤通信具有抗电磁干扰、抗腐蚀、质量轻、容量大等诸多优点，因而广泛应用于高能物理、抗核辐射通信系统、潜艇、军舰、飞机、导弹控制通信系统以及互联网等众多领域。当前光纤通信正往高速率、高效率、大容量以及长距离光纤传输方向发展。随着信息化程度越来越高，对光纤通信传输系统的速率也提出了相应的要求。

随着集成技术的不断进步和发展，集成的工作速度迅速地提高，现有的电互联技术已经不能满足信息速度和通信距离的需求，催使电互联通信向光互联通信转变。而实现光互联的一个关键所在就是电光调制器的应用。

电光调制器作为光纤通信系统的关键器件之一，其研制、检测和应用需首先测量频谱响应。光调制在光通信中占有重要的作用，即把电信号加载到光载波上，通过光纤实现传输，在低速条件下，直接调制相对简单方便，但是在高速条件下，直接调制会产生严重的失真和啁啾现象，而利用电光调制器外调制的方法，可以实现零啁啾或负啁啾，而且能够提供宽带宽，从而减少光纤的散射和损耗，因此调制器在高速光通信中有广泛的应用。很多科研工作者都对此有相关深入的研究，例如，传统的光波元件分析法，但是该方法对匹配性要求比较高，具有一定的局限性。

同时，传统光波元件分析法无法测量相位调制器的频率响应，对此，包小斌等人在‘High frequency measurement and characterization on high-speed electroopticphase modulator’一文中提出测量相位调制器的重要参数之一——半波电压，包括光载波零点法、一阶光边带和载波强度比法、外差法等等方法，从而得到相位调制器的高频特性。但是该方法复杂不易实现，因此我们迫切需要研究新型的测量方法来提高精确度，同时研究测量方法的普适性，测量更高带宽的各类型的电光调制器的频率响应。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种电光调制器频率响应测量方法及测量系统，拓展测量范围，提高测量精度和测量效率。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一方面，本发明提供一种电光调制器频率响应测量方法，包括以下步骤：首先，光分束器将光载波分成上下两路；马赫-曾德尔调制器将第一微波信号调制于上路光载波上，通过调节马赫-曾德尔调制器上加载的直流偏置，使马赫-曾德尔调制器输出抑制载波的双边带信号，双边带信号经过光放大器放大后再通过光环行器作为泵浦信号反向进入布里渊增益介质；待测电光调制器将第二微波信号调制于下路光载波上，生成双边带待测光信号，双边带待测光信号正向进入布里渊增益介质；泵浦信号在布里渊增益介质中激励出布里渊效应，使得双边带待测光信号的+1阶边带被放大，-1阶边带受到抑制，生成单边带信号；单边带信号通过光环形器输出后通过光电探测器转换成电信号，其幅度与相位信息通过幅相接收机提取；以第一、第二微波信号作为参考，提取电信号的幅度和相位信息，得到待测电光调制器和光电探测器的联合相应；移除光电探测器的频率响应，即可获得待测电光调制器的频率响应。

作为本发明的进一步优化方案，第一微波信号和第二微波信号具有一定的频率差，该频率差即为布里渊增益介质所对应的布里渊频移。

另一方面，本发明还提供一种电光调制器频率响应测量系统，包括：光源、分束器、第一和第二微波源、马赫-曾德尔调制器、偏置点控制器、光放大器、布里渊增益介质、光环行器、光电探测器、幅相接收机和控制及数据处理单元。其中：

分束器，用于将光源输出的光载波分成上下两路；

第一和第二微波源，均用于提供微波信号，其中，第一微波源为马赫-曾德尔调制器提供微波信号，微波源2为待测电光调制器提供微波信号；

马赫-曾德尔调制器，用于将第一微波源输出的第一微波信号调制到上路光载波上，生成载波被抑制的光双边带信号；

偏置点控制器，用于给马赫-曾德尔调制器提供直流偏置，使其工作在最小传输点；

光放大器，用于放大马赫-曾德尔调制器输出的信号；

布里渊增益介质，用于产生布里渊散射效应的媒质；

光环行器，用于将泵浦信号导入布里渊增益介质中，将待测电光调制器调制得到的光信号导出至光电探测器；

光电探测器，用将接收到的光信号转换为电信号；

幅相接收机，用于提取光电探测器输出电信号的幅度和相位信息；

控制及数据处理单元，用于控制第一和第二微波源进行扫频，根据幅相接收机提取的幅度和相位信息得到待测电光调制器的频率响应。

作为本发明的进一步优化方案，第一和第二微波源具有固定的频率差，该频率差即为布里渊增益介质所对应的布里渊频移。

作为本发明的进一步优化方案，光环行器包括三个端口，光放大器的输出信号由第一端口进入光环行器后由第二端口输出至布里渊增益介质中，待测电光调制器调制得到的光信号经过布里渊增益介质后又第二端口进入光环行器后由第三端口输出至光电探测器。

作为本发明的进一步优化方案，布里渊增益介质通过长距离光纤、掺铋短光纤或硫化砷光波导实现。

作为本发明的进一步优化方案，该系统还包括一个光隔离器，待测电光调制器的输出通过该光隔离器后进入布里渊增益介质。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1)本发明采用受激布里渊散射效应放大一个一阶边带，抑制另一个一阶边带的方式实现电光器件的测量，不仅仅适用于强度调制器的测量，也适用于相位调制器等的测量，具有普适性。

3)本发明线路结构简单，测试精度高，稳定性好，测试效率高

附图说明

图1是本发明测量系统的结构示意图。

图2是本发明实施例的测量系统结构示意图。

图3是本发明实施例测量得到的40GHz相位调制器的频率响应曲线。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明一种电光调制器频率响应测量系统，如图1所示，包括：光源、分束器、微波源1、微波源2、马赫-曾德尔调制器、偏置点控制器、光放大器、布里渊增益介质、光环行器、光电探测器、幅相接收机和控制及数据处理单元。光分束器将光源输出的光载波信号分成两路，上路马赫-曾德尔调制器将微波源1输出的微波信号调制于光载波，调节马赫-曾德尔调制器上加载的直流偏置，使得马赫-曾德尔调制器输出抑制载波的双边带信号，该光信号经过光放大器放大后用作泵浦信号，泵浦信号输入光环行器端口1，从光环形器端口2输出，反向进入布里渊增益介质；下路待测电光调制器将微波源2输出的微波信号调制于光载波，生成待测光信号，待测光信号正向进入布里渊增益介质，而后输入光环形器端口2，从光环形器端口3输出；光电探测器将光环形器端口3输出的光信号转换成电信号，其幅度与相位信息由幅相接收机提取；扫描微波源1和微波源2输出信号的频率，获得待测电光调制器和光电探测器的联合响应；最后，移除光电探测器的频率响应，即可获得待测电光调制器的频率响应曲线。其中，微波源1和微波源2具有固定的频率差，该频率差为布里渊增益介质所对应的布里渊频移，泵浦信号在布里渊增益介质激励出布里渊效应，使得待测电光调制器所输出光信号的+1阶边带被放大，-1阶边带受到抑制，生成单边带信号。

实施例

如图2所示，本发明电光调制器频率响应测量系统的一个实施例。该系统包括：光源、微波源、矢量网络分析仪、偏置点控制器、马赫-曾德尔调制器、待测40GHz相位调制器、光电探测器、布里渊增益介质、光放大器、光隔离器、光分束器、光环行器和控制及数据处理单元。本实施例中选用矢量网络分析仪，同时具备上述微波源2与幅相接收机的功能。具体实施思路是采用光分束器将激光器输出的光载波信号分成上下两路，上路采用马赫-曾德尔调制器将微波源输出的微波信号调制到光载波上，辅以适当的直流偏置，生成抑制载波的双边带信号，并采用光放大器放大，用作泵浦信号；下路输入待测40GHz相位调制器，待测40GHz相位调制器将矢量网络分析仪输出的微波信号调制到光载波上，生成双边带信号。调节微波信号源输出微波信号与矢量网络分析仪输出微波信号的频率，使得在布里渊增益介质中，待测40GHz相位调制器所输出的双边带信号的一个边带被放大，另一个边带被抑制。光电探测器将经布里渊介质传输后的光信号转换为电信号，并采用矢量网络分析仪中的幅相接收机提取该电信号的幅度和相位信息。扫描微波源和矢量网络分析仪输出信号的频率，从而获取待测40GHz相位调制器和光电探测器的联合响应。最后，移除光电探测器的频率响应曲线，即可获得待测40GHz相位调制器的频率响应曲线，如图3所示。

为了使公众理解本发明技术方案，下面对图1的测量原理进行详细介绍：

假定光源输出的光载波光信号为

其中，ω₀是光源输出的光载波的角频率，E₀表示光载波的幅度大小。

经光分束器，上路经过马赫-曾德尔调制器后，微波源1输出的微波信号被调制到上路光载波上，生成的载波被抑制的光双边带信号由正负一阶边带主导，根据Jacobi-Anger expansion公式可以简化为

其中，ω_e是微波源1输出的微波信号的角频率，E₁表示载波被抑制的光双边带信号的幅度大小，γ为马赫-曾德尔调制器的调制系数，J₊₁(γ)、J_-1(γ)分别表示正、负一阶贝赛尔函数在γ处的值。

下路输入待测电光调制器，将微波源2(或图2中的矢量网络分析仪)输出的微波信号调制到下路光载波上，生成的光双边带信号可简化为

其中，ω_B为布里渊散射频移，ω_e-ω_B为微波源2(或图2中的矢量网络分析仪)输出的微波信号的角频率，E₂表示待测电光调制器生成的光双边带信号的幅度大小，κ为待测电光调制器的调制系数，J₀(κ)、J₊₁(κ)、J_-1(κ)分别表示零阶、正一阶和负一阶贝赛尔函数在κ处的值。

上路载波被抑制的光双边带信号经光环行器反向进入布里渊增益介质，与下路正向进入布里渊增益介质的光双边带信号相互作用，使得下路生成的光双边带信号负一阶边带被放大，假定放大系数为α，正一阶边带被抑制，假定抑制系数为β，则从光环行器输出的光信号为

其中，表示E₃表示从光环行器输出的光信号的幅度大小。

由于抑制系数β足够大，所有正一阶边带信号基本上可以忽略，上式(4)可以化简为

那么，经过光电探测器拍频后产生的微波信号的电流值大小为

其中，η为响应系数。

由于功率计探测的只是交流部分，所以测得的电流大小为

该拍频得到的电流的幅度和相位信息由幅相接收机获取。

最后，减去光电探测器的频率响应，就可以得到待测电光调制器的频率响应。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种电光调制器频率响应测量方法，其特征在于，包括以下步骤：首先，光分束器将光载波分成上下两路；马赫-曾德尔调制器将第一微波信号调制于上路光载波上，通过调节马赫-曾德尔调制器上加载的直流偏置，使马赫-曾德尔调制器输出抑制载波的双边带信号，双边带信号经过光放大器放大后再通过光环行器作为泵浦信号反向进入布里渊增益介质；待测电光调制器将第二微波信号调制于下路光载波上，生成双边带待测光信号，双边带待测光信号正向进入布里渊增益介质；泵浦信号在布里渊增益介质中激励出布里渊效应，使得双边带待测光信号的+1阶边带被放大，-1阶边带受到抑制，生成单边带信号；单边带信号通过光环形器输出后通过光电探测器转换成电信号，其幅度与相位信息通过幅相接收机提取；以第一、第二微波信号作为参考，提取电信号的幅度和相位信息，得到待测电光调制器和光电探测器的联合相应；移除光电探测器的频率响应，即可获得待测电光调制器的频率响应。

2.根据权利要求1所述的一种电光调制器频率响应测量方法，其特征在于，第一微波信号和第二微波信号具有一定的频率差，该频率差即为布里渊增益介质所对应的布里渊频移。

3.一种电光调制器频率响应测量系统，其特征在于，包括：光源、分束器、第一和第二微波源、马赫-曾德尔调制器、偏置点控制器、光放大器、布里渊增益介质、光环行器、光电探测器、幅相接收机和控制及数据处理单元。其中：

分束器，用于将光源输出的光载波分成上下两路；

第一和第二微波源，均用于提供微波信号，其中，第一微波源为马赫-曾德尔调制器提供微波信号，第二微波源为待测电光调制器提供微波信号；

马赫-曾德尔调制器，用于将第一微波源输出的第一微波信号调制到上路光载波上，生成载波被抑制的光双边带信号；

偏置点控制器，用于给马赫-曾德尔调制器提供直流偏置，使其工作在最小传输点；

光放大器，用于放大马赫-曾德尔调制器输出的信号；

布里渊增益介质，用于产生布里渊散射效应的媒质；

光环行器，用于将泵浦信号导入布里渊增益介质中，将待测电光调制器调制得到的光信号导出至光电探测器；

光电探测器，用将接收到的光信号转换为电信号；

幅相接收机，用于提取光电探测器输出电信号的幅度和相位信息；

控制及数据处理单元，用于控制第一和第二微波源进行扫频，根据幅相接收机提取的幅度和相位信息得到待测电光调制器的频率响应。

4.根据权利要求3所述的一种电光调制器频率响应测量系统，其特征在于，第一和第二微波源具有固定的频率差，该频率差即为布里渊增益介质所对应的布里渊频移。

5.根据权利要求3所述的一种电光调制器频率响应测量系统，其特征在于，光环行器包括三个端口，光放大器的输出信号由第一端口进入光环行器后由第二端口输出至布里渊增益介质中，待测电光调制器调制得到的光信号经过布里渊增益介质后又由第二端口进入光环行器后由第三端口输出至光电探测器。

6.根据权利要求3所述的一种电光调制器频率响应测量系统，其特征在于，布里渊增益介质通过长距离光纤、掺铋短光纤或硫化砷光波导实现。

7.根据权利要求3所述的一种电光调制器频率响应测量系统，其特征在于，该系统还包括一个光隔离器，待测电光调制器的输出通过该光隔离器后进入布里渊增益介质。