CN106501601B - 一种光电探测器频率响应测量方法及测量系统 - Google Patents

一种光电探测器频率响应测量方法及测量系统 Download PDF

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    • G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
    • G01R23/02—Arrangements for measuring frequency, e.g. pulse repetition rate; Arrangements for measuring period of current or voltage

Abstract

本发明公开了一种光电探测器频率响应测量方法及测量系统，属于光电器件测量和微波光子学技术领域。本发明采用强度调制器将微波信号调制到光载波上，加以适当的直流偏置，生成抑制载波的光双边带探测信号；光分束器将上述光信号分成两路，一路输入光功率计检测光功率，另一路输入待测光电探测器；微波功率计测量待测光电探测器输出微波信号的功率。对微波信号进行频率扫描，即可获取光探测信号光功率和光电探测器输出微波信号功率随频率的变化曲线。根据光电探测器频率响应定义，可得到待测光电探测器的频率响应曲线。本发明还公开了一种光电探测器频率响应测量系统。相比现有技术，拓展了测量范围，提高了测量精度和效率。

Description

一种光电探测器频率响应测量方法及测量系统
技术领域
本发明涉及一种光电探测器频率响应测量方法及测量系统，特别涉及一种基于强度调制的光电探测器频谱响应测量方法及测量装置，属于光电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。
光电探测器是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。上个世纪五十年代，人们已经开始光电探测器频谱响应测量的研究，现今已经发展出了诸多光电探测器频谱响应测试方法，大致可分为两类：时域法和频域法。
时域法测量光电探测器频率响应的关键器件是采样示波器，但是时域法的局限性在于测量光电探测器的频率范围受采样示波器带宽限制。
频域法又可细分为外差拍频和外部调制两大类。典型的测量方法比如矢量网络分析法(带宽受限、精度不高)、利用半导体光放大器的白噪声测量法(灵敏度不够)、光外差法(相位、振幅、偏振态匹配要求高)。
因此我们迫切需要研究新型的测量方法来提高精确度，测量更高带宽的光电探测器的频率响应。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种光电探测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，本发明提供一种光电探测器频率响应测量方法，包括以下步骤：强度调制器将微波信号调制于光载波上，生成光双边带探测信号；光分束器将光双边带探测信号分成两路，一路输入光功率计以测量光双边带探测信号的功率，另一路输入待测光电探测器后，通过微波功率计测量待测光电探测器输出信号的功率；以微波信号的频率为参考，获取光双边带探测信号的功率和待测光电探测器输出信号的功率随频率的变化曲线；根据光电探测器频率响应的定义，得到待测光电探测器的频率响应曲线。
作为本发明的进一步优化方案，在强度调制器上加载一定的直流偏置信号，使得强度调制器工作在最小传输点，输出的信号为抑制载波的双边带信号。
作为本发明的进一步优化方案，待测光电探测器输出的信号的频率是微波源频率的两倍。
另一方面，本发明还提供一种光电探测器频率响应测量系统，包括：光源、微波源、直流偏置模块、强度调制器、光分束器、光功率计、微波功率计和控制及数据处理单元，其中：
强度调制器，用于将微波源输出的微波信号调制到光源输出的光载波上，生成抑制载波的光双边带探测信号；
直流偏置模块，用于为强度调制器提供一定的直流偏置信号，使得强度调制器工作在最小传输点；
光分束器，用于将强度调制器输出的光双边带探测信号分成两路；
光功率计，用于测量光双边带探测信号的功率；
微波功率计，用于测量待测光电探测器输出的信号的功率；
控制及数据处理单元，用于控制微波源进行频率扫描，接收光功率计和微波功率计的测量结果，处理测试结果得到待测光电探测器的频率响应曲线。
作为本发明的进一步优化方案，待测光电探测器输出的信号的频率是微波源频率的两倍。
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、本发明中待测光电探测器所输出微波信号的频率是微波源输出频率的2倍，因而，该测试技术可将测量频率范围拓展一倍；
2、本发明采用光功率计和微波功率计探测光探测信号和微波信号的功率，因此其测量精度极高，该方法具有较高的测量精确度；
3、本发明结构简单，测试效率高。
附图说明
图1为本发明测量系统的结构框图。
图2为本发明测量系统的一个实施例的结构示意图。
图3为图2所示装置中马赫-曾德尔调制器载波抑制前后的光谱图。
图4为一次实验测量得到的40GHz高速光电探测器的频率响应曲线。
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：
本发明一种光电探测器频率响应测量系统，如图1所示，包括：光源、微波源、直流偏置模块、强度调制器、光分束器、光功率计、微波功率计和控制及数据处理单元。本发明的思路是采用强度调制器将微波源输出的微波信号调制到光源输出的光载波上，生成光双边带探测信号；光分束器将该光双边带探测信号分成两路，一路输出光功率计探测光双边带探测信号的功率，另一路输入待测光电探测器；微波功率计测量待测光电探测器输出信号的功率；扫描微波信号的频率，获取探测光双边带探测信号的功率和待测光电探测器输出信号的功率随频率的变化曲线；根据光电探测器频率响应定义，得到待测光电探测器的频率响应曲线。
图2显示了本发明光电探测器频率响应测量系统的一个实施例，该实施例中测量系统包括：光源、偏置模块、马赫-曾德尔调制器、光分束器、光功率计、微波功率计、待测光电探测器和控制及数据处理单元。将所述光源输出的光信号通过工作在最小传输工作点的马赫-曾德尔调制器，载波ωo被抑制，如图3所示，此信号经微波源、直流过待测光电探测器件后，正一阶边带和负一阶边带信号在光电探测器中拍频，可得到射频信号|2ωe|；记录光功率计测量的探测光信号功率和矢量网络分析仪测量待测光电探测器输出微波信号的功率，再改变加载在马赫-曾德尔调制器上的调制频率f的值并重复上述测量过程。
根据光电探测器频率响应的定义，即可得到待测光电探测器件的频率响应随调制频率的变化曲线，如图4所示。
为了使公众理解本发明技术方案，下面对图2的测量原理进行详细介绍：
假定光源输出的光载波为
其中，E0表示光载波的幅度大小，ω0表示光载波的角频率。
经过强度调制器后，载波被抑制的光信号由正负一阶边带主导，该载波被抑制的光信号记作E1(t)，根据Jacobi-Anger expansion公式可以简化为
其中ω0，ωe分别是光源输出光载波和微波源输出微波信号的角频率，β为强度调制器的调制系数，J+1(β)、J-1(β)分别表示正负一阶贝赛尔函数在β处的值。
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
再根据光电探测器频率响应的定义公式Rf＝10lg(if/Pf)，即可获得待测光电探测器的频率响应曲线，其中Pf为输出光功率计的探测光信号功率值。
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 (5)

1.一种光电探测器频率响应测量方法，其特征在于，包括以下步骤：强度调制器将微波信号调制于光载波上，生成光双边带探测信号；光分束器将光双边带探测信号分成两路，一路输入光功率计以测量光双边带探测信号的功率，另一路输入待测光电探测器后，通过微波功率计测量待测光电探测器输出信号的功率；以微波信号的频率为参考，获取光双边带探测信号的功率和待测光电探测器输出信号的功率随频率的变化曲线；根据光电探测器频率响应的定义，得到待测光电探测器的频率响应曲线。
2.根据权利要求1所述的一种光电探测器频率响应测量方法，其特征在于，在强度调制器上加载一定的直流偏置信号，使得强度调制器工作在最小传输点，输出的信号为抑制载波的双边带信号。
3.根据权利要求1所述的一种光电探测器频率响应测量方法，其特征在于，待测光电探测器输出的信号的频率是微波源频率的两倍。
4.一种光电探测器频率响应测量系统，其特征在于，包括：光源、微波源、直流偏置模块、强度调制器、光分束器、光功率计、微波功率计和控制及数据处理单元，其中：
强度调制器，用于将微波源输出的微波信号调制到光源输出的光载波上，生成抑制载波的光双边带探测信号；
直流偏置模块，用于为强度调制器提供一定的直流偏置信号，使得强度调制器工作在最小传输点；
光分束器，用于将强度调制器输出的光双边带探测信号分成两路；
光功率计，用于测量光双边带探测信号的功率；
微波功率计，用于测量待测光电探测器输出的信号的功率；
控制及数据处理单元，用于控制微波源进行频率扫描，接收光功率计和微波功率计的测量结果，处理测试结果得到待测光电探测器的频率响应曲线。
5.根据权利要求4所述的一种光电探测器频率响应测量系统，其特征在于，待测光电探测器输出的信号的频率是微波源频率的两倍。
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