CN107703562B - 一种用于高带宽平衡光电探测器共模抑制比校准的装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于高带宽平衡光电探测器共模抑制比校准的装置，包括：飞秒激光器、分束镜、斩波器、光学延时线、50/50耦合器、平衡光电探测器、微波探针A、共面波导、微波探针B、50Ω负载、偏振态测量系统、锁相放大器和计算机。本发明还公开了上述装置用于高带宽平衡光电探测器共模抑制比校准的方法。本发明提供了一种高带宽平衡光电探测器共模抑制比的校准方法，突破传统光混频法与光调制法对高带宽平衡光电探测器共模抑制校准能力的局限。

Description

一种用于高带宽平衡光电探测器共模抑制比校准的装置与 方法

技术领域

本发明涉及平衡光电探测器校准领域。更具体地，涉及一种用于高带宽平衡光电探测器共模抑制比校准的装置与方法。

背景技术

随着空间光通信、光载射频通信等技术的发展，平衡光电探测器作为相干光接收的器件，受到越来越多重视。平衡光电探测器可以抑制所探测信号中由本振光引入的相对强度噪声以及一切形式的共模噪声，接收灵敏度可接近量子噪声极限；同时还能充分利用本振光的功率，与普通光电探测器相比具有更大的线性动态范围。共模抑制比为平衡光电探测器差模输出信号与共模输出信号幅度比值的对数，表征了平衡光电探测器抑制共模噪声的能力，是其最重要的参数之一。目前，平衡光电探测器共模抑制比的校准工作尚处于探索阶段，常用的校准方法为光混频法与光调制法。随着平衡光电探测器带宽的不断增高，光混频法与光调制法受频谱仪与矢量网络分析仪带宽的限制，无法满足高带宽平衡光电探测器共模抑制比的校准需求。

因此，需要提供一种用于高带宽平衡光电探测器共模抑制比校准的装置，解决高带宽平衡光电探测器共模抑制比的校准问题。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种用于高带宽平衡光电探测器共模抑制比校准的装置，以解决高带宽平衡光电探测器共模抑制比的校准问题。

本发明的另一个目的在于提供一种用于高带宽平衡光电探测器共模抑制比校准的方法，以可实现带宽达200GHz平衡光电探测器的校准。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

本发明提供了一种用于高带宽平衡光电探测器共模抑制比校准的装置，包括：

飞秒激光器，用于输出激光，并输入至分束镜；

分束镜，用于将激光分为第一激光和第二激光，并分别输入至斩波器和光学延时线；

斩波器，用于对第一激光进行调制并输入至50/50耦合器，以及用于给锁相放大器提供参考信号；

50/50耦合器，用于将经调制的第一激光平均分成两束，分别输入至平衡光电探测器的两个输入端口，为平衡光电探测器提供光信号；

平衡光电探测器，用于将输入的光信号转化为电信号，并输入至微波探针A；

微波探针A压接在所述共面波导上，用于将平衡光电探测器输出的电信号耦合到共面波导；

共面波导的末端通过微波探针B与50Ω负载连接，确保与同轴传输线之间的匹配；

光学延时线，用于改变第一激光和第二激光的相对延时，经延时的第二激光输入至共面波导；

共面波导，利用平衡光电探测器输出的电信号改变共面波导衬底晶体的折射率，以对延时的第二激光进行反射，反射出偏振态发生变化的光，并入射到偏振态测量系统中；

偏振态测量系统，用于将第二激光的偏振态变化转化为电信号，并输入至锁相放大器；

锁相放大器，用于对偏振态测量系统输出的电信号进行测量；

计算机，用于控制光学延时线和锁相放大器，及对锁相放大器测得的信号进行处理实现对平衡光电探测器输出信号的测量。

进一步，所述平衡光电探测器可通过改变施加给平衡光电探测器的偏置电压，使其工作在共模与差模状态，得到两种状态下的电信号。

本发明还提供了利用上述装置用于高带宽平衡光电探测器共模抑制比校准的测量方法，包括以下步骤：

a)飞秒激光器输出激光通过分束镜分为第一激光和第二激光；

b)第一激光经斩波器调制并输入至50/50耦合器中，且斩波器为锁相放大器提供参考信号；

c)50/50耦合器将输入第一激光平均分为两束，分别输入至平衡光电探测器的两个输入端口，为平衡光电探测器提供光信号；

d)平衡光电探测器将输入的光信号转化为电信号，并输入至微波探针A，将电信号耦合到共面波导中；

e)第二激光作为探测光，输入至光学延时线，光学延时线改变第二激光与第一激光间的延时，实现对信号的扫描；

f)光学延时线出射的第二激光继续入射到共面波导的衬底之中，经由共面波导金属电极反射，入射至偏振态测量系统中；

g)共面波导中传输的平衡光电探测器输出电信号改变衬底晶体的折射率，进而改变第二激光的偏振态；

h)偏振态测量系统将第二激光的偏振态变化转化为电信号，锁相放大器对其进行测量，所测信号强度正比于共面波导中传输电信号的强度；

i)计算机控制光学延时线步进和锁相放大器采集数据，及对锁相放大器测得的信号进行处理，实现对平衡光电探测器输出信号的测量。

具体的，在测量过程中，

j)改变施加给平衡光电探测器的偏置电压，使其工作在共模与差模状态，测量两种状态下对应的信号波形vcm(t)与vdm(t)；

k)将两个信号进行傅立叶变换，得到共模与差模状态下的频谱Vcm(ω)与Vdm(ω)；

l)将两频谱相除并取对数，得到平衡光电探测器共模抑制比的校准结果CMRR＝20×log₁₀(Vcm(ω)÷Vdm(ω))。

本发明的有益效果如下：

本方法的优点在于可以提供一种高带宽平衡光电探测器共模抑制比的校准方法，突破传统光混频法与光调制法对高带宽平衡光电探测器共模抑制校准能力的局限。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出一种用于高带宽平衡光电探测器共模抑制比校准的装置示意图。

附图中，1、飞秒激光器，2、分束镜，3、斩波器，4、光学延时线，5、50/50耦合器，6、平衡光电探测器，7、微波探针A，8、共面波导，9、微波探针B，10、50Ω负载，11、偏振态测量系统，12、锁相放大器，13、计算机。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

一种用于高带宽平衡光电探测器共模抑制比校准装置，如图1所示，包括：飞秒激光器1、分束镜2、斩波器3、光学延时线4、50/50耦合器5、平衡光电探测器6、微波探针A7、共面波导8、微波探针B9、50Ω负载10、偏振态测量系统11、锁相放大器12、计算机13；

其中，飞秒激光器1，用于输出激光，并输入至分束镜2；

分束镜2，用于将激光分为第一激光和第二激光，并分别输入至斩波器3和光学延时线4；

斩波器3，用于对第一激光进行调制并输入至50/50耦合器5，以及用于给锁相放大器提供参考信号；

50/50耦合器5，用于将经调制的第一激光平均分成两束，分别输入至平衡光电探测器6的两个输入端口，为平衡光电探测器6提供光信号；

平衡光电探测器6，用于将输入的光信号转化为电信号，并输入至微波探针A7；

微波探针A7压接在所述共面波导8上，用于将平衡光电探测器6输出的电信号耦合到共面波导8；

所述共面波导8末端通过微波探针B9与50Ω负载10连接，确保与同轴传输线之间的匹配；

光学延时线4，用于改变第一激光和第二激光的相对延时，经延时的第二激光输入至共面波导8；

共面波导8，用于利用平衡光电探测器6输出的电信号改变共面波导8衬底晶体的折射率，以对延时的第二激光进行反射，反射出偏振态发生变化的光，并入射到偏振态测量系统中；

偏振态测量系统11，将第二激光的偏振态变化转化为电信号，并输入至锁相放大器；

锁相放大器12，用于对偏振态测量系统11输出的电信号进行测量；

计算机13，用于控制光学延时线4和锁相放大器12，及对锁相放大器12测得的信号进行处理实现对平衡光电探测器6输出信号的测量。

本发明上述装置用于高带宽平衡光电探测器共模抑制比校准的方法，具体步骤为：

a)飞秒激光器1输出激光通过分束镜2分为第一激光和第二激光；

b)第一激光经斩波器3调制并输入至50/50耦合器5中，且斩波器3为锁相放大器12提供参考信号；

c)50/50耦合器5将第一激光平均分为两束，分别输入至平衡光电探测器6的两个输入端口，为平衡光电探测器6提供激励光信号；

d)平衡光电探测器6将输入的光信号转化为电信号，并输入至微波探针A7，将电信号耦合到共面波导8中；

e)第二激光作为探测光，输入至光学延时线4，光学延时线4改变第二激光与第一激光间的延时，实现对信号的扫描；

f)光学延时线4出射的第二激光继续入射到共面波导8的衬底之中，经由共面波导8金属电极反射，入射至偏振态测量系统11中；

g)共面波导8中传输的平衡光电探测器6输出电信号改变衬底晶体的折射率，进而改变第二激光的偏振态；

h)偏振态测量系统11将第二激光的偏振态变化转化为电信号，锁相放大器12对其进行测量，所测信号强度正比于共面波导8中传输电信号的强度；

i)计算机13控制光学延时线4步进和锁相放大器12采集数据，及对锁相放大器12测得的信号进行处理，实现对平衡光电探测器6输出信号的测量；

j)改变施加给平衡光电探测器6的偏置电压，使其工作在共模与差模状态，测量两种状态下对应的信号波形vcm(t)与vdm(t)；

k)将两个信号进行傅立叶变换，得到共模与差模状态下的频谱Vcm(ω)与Vdm(ω)；

l)将两频谱相除并取对数，得到平衡光电探测器6共模抑制比的校准结果CMRR＝20×log10(Vcm(ω)÷Vdm(ω))。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (4)

1.一种用于高带宽平衡光电探测器共模抑制比校准的装置，其特征在于，包括：

飞秒激光器，用于输出激光，并输入至分束镜；

分束镜，用于将激光分为第一激光和第二激光，并分别输入至斩波器和光学延时线；

斩波器，用于对第一激光进行调制并输入至50/50耦合器，以及用于给锁相放大器提供参考信号；

50/50耦合器，用于将经调制的第一激光平均分成两束，分别输入至平衡光电探测器的两个输入端口，为平衡光电探测器提供光信号；

平衡光电探测器，用于将输入的光信号转化为电信号，并输入至微波探针A；

微波探针A压接在共面波导上，用于将平衡光电探测器输出的电信号耦合到共面波导；

共面波导末端通过微波探针B与50Ω负载连接；

光学延时线，用于改变第一激光和第二激光的相对延时，经延时的第二激光输入至共面波导；

共面波导，利用平衡光电探测器输出的电信号改变共面波导衬底晶体的折射率，以对延时的第二激光进行反射，反射出偏振态发生变化的光，并入射到偏振态测量系统中；

偏振态测量系统，用于将第二激光的偏振态变化转化为电信号，并输入至锁相放大器；

锁相放大器，用于对偏振态测量系统输出的电信号进行测量；

计算机，用于控制光学延时线和锁相放大器，及对锁相放大器测得的信号进行处理实现对平衡光电探测器输出信号的测量。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述平衡光电探测器可通过改变施加给平衡光电探测器的偏置电压，使其工作在共模与差模状态，得到两种状态下的电信号。

3.一种权利要求1或2所述的装置用于高带宽平衡光电探测器共模抑制比校准的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a)飞秒激光器输出激光通过分束镜分为第一激光和第二激光；

b)第一激光经斩波器调制并输入至50/50耦合器中，且斩波器为锁相放大器提供参考信号；

c)50/50耦合器将输入第一激光平均分为两束，分别输入至平衡光电探测器的两个输入端口，为平衡光电探测器提供光信号；

d)平衡光电探测器将输入的光信号转化为电信号，并输入至微波探针A，将电信号耦合到共面波导中；

e)第二激光作为探测光，输入至光学延时线，光学延时线改变第二激光与第一激光间的延时，实现对信号的扫描；

f)光学延时线出射的第二激光继续入射到共面波导的衬底之中，经由共面波导金属电极反射，入射至偏振态测量系统中；

g)共面波导中传输的平衡光电探测器输出电信号改变衬底晶体的折射率，进而改变第二激光的偏振态；

h)偏振态测量系统将第二激光的偏振态变化转化为电信号，锁相放大器对其进行测量；

i)计算机控制光学延时线步进和锁相放大器采集数据，及对锁相放大器测得的信号进行处理，实现对平衡光电探测器输出信号的测量。

4.根据权利要求3所述的的方法，其特征在于，在测量过程中，

j)改变施加给平衡光电探测器的偏置电压，使其工作在共模与差模状态，测量两种状态下对应的信号波形vcm(t)与vdm(t)；

k)将两个信号进行傅立叶变换，得到共模与差模状态下的频谱Vcm(ω)与Vdm(ω)；

l)将两频谱相除并取对数，得到平衡光电探测器共模抑制比的校准结果CMRR＝20×log₁₀(Vcm(ω)÷Vdm(ω))。