CN108344560A - 一种光波形发生器频率噪声的测量系统 - Google Patents

一种光波形发生器频率噪声的测量系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光波形发生器频率噪声的测量系统，该测量系统包括待测源101，光纤可调衰减器102，高速光电探测器103，自动增益控制器104，混频器105，自动增益控制器106，本振源107，示波器108，计算机109，计算机根据示波器采样得到的混频器的中频输出信号来调节自动增益控制器104和106的输出微波信号，使得混频器处在最佳的混频工作点。该测量装置相对于传统的光学测量装置具有稳定度高、测量方法简单等特点。

Description

一种光波形发生器频率噪声的测量系统
技术领域
本发明涉及一种测量装置，具体为一种光波形发生器频率噪声的测量系统。
背景技术
光任意波形发生器是一种能输出各种波形的激光器。常见的有连续光、脉冲光、正弦和方波连续光信号以及具有一定重复频率的频率梳。目前最常用的测量该类光波形发生器的频率噪声的方法为光干涉仪自外差法。此外也有利用三端口光纤耦合器来实现对光波形发生器的频率噪声进行测量。上述测量方法都是光学测量方法，测量结果容易受到环境等因素的影响。
本发明提出了一种利用高速示波器直接采样，通过对采用得到的数据进行包络检波来实现待测光任意波形发生器频率噪声的提取。该测量方法采用成熟的电测量和处理方法，相对于传统的光学测量方法具有稳定度高、测量方法简单等特点。
因此本发明提出一种光波形发生器频率噪声的测量系统和测量方法，已解决上述问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是光波形发生器频率噪声的测量装置和测量方法具有稳定度高、测量方法简单，因而提供一种光波形发生器频率噪声的测量系统和测量方法，从而解决上述问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
一种光波形发生器频率噪声的测量系统，其特征在于，包括待测源101，光纤可调衰减器102，高速光电探测器103，自动增益控制器104，混频器105，自动增益控制器106，本振源107，示波器108，计算机109，待测源101经过光纤可调衰减器102后入射到一高速光电探测器103上，该高速光电探测器103将光信号转变成电信号后经一自动增益控制器104后进入混频器105的射频输入端，本振源107输出的本振信号经过一个自动增益控制器106后接入到混频器105的本振输入端，该混频器105将探测器103输出的高频信号转化为中频信号，该中频信号经过示波器108采集并通过计算机109进行分析，计算机根据示波器采样得到的混频器的中频输出信号来调节自动增益控制器104和106的输出微波信号，使得混频器处在最佳的混频工作点。
光波形发生器的频率噪声的测量原理如下所示：
光波形发生器的输出可表示为：
式中ε(t)为光波形发生器输出信号的幅度，为输出信号的相位抖动。该光波形发生器经光电转换变成了电信号，该电信号通过与本振混频后变为中频信号，则可用示波器对该中频信号进行直接探测，因此光波形发生器输出信号的幅值可通过对中频信号包络检波的方法来实现，对式(1)对时间求导可得：
光任意波形发生器频率f(t)可表示为：
上式中的第二项即为待测光波形发生器或锁模激光器的频率噪声。由此可知式(2)可表示为：
其中ψ(t)＝tan-1[ε′(t)/2πε(t)f(t)]。
上式中的A(t)也可以对式(3)得到的信号通过包络检波的方法来得到。因此根据A(t)的表达式就可以得到待测光波形发生器的频率为：
根据上式(4)就可以得到待测光波形发生器的频率噪声。
该测量装置和方法采用成熟的电测量和处理方法，相对于传统的光学测量方法具有稳定度高、测量方法简单等特点。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
在附图中：
图1是本发明系统框架结构示意图；
图2是本发明中光波形发生器频率噪声测量的工作流程。
图中标号：101：待测源；102：光纤可调衰减器；103：高速光电探测器；104：自动增益控制器；105：混频器；106：自动增益控制器；107：本振源；108：示波器；109：计算机。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，待测光波形发生器或锁模激光器101经过光纤可调衰减器102后入射到一高速光电探测器103上，该高速光电探测器103将光信号转变成电信号后经一自动增益控制器104后进入混频器105的射频输入端，本振源107输出的本振信号经过一个自动增益控制器106后接入到混频器105的本振输入端。该混频器将探测器输出的高频信号转化为中频信号，该中频信号经过示波器108采集并通过计算机109进行分析。计算机根据示波器采样得到的混频器的中频输出信号来调节自动增益控制器104和106的输出微波信号，使得混频器处在最佳的混频工作点。本发明提出的光波形发生器的频率噪声的测量原理如下所示：
光波形发生器的输出可表示为：
式中ε(t)为光波形发生器输出信号的幅度，为输出信号的相位抖动。该光波形发生器经光电转换变成了电信号，该电信号通过与本振混频后变为中频信号，则可用示波器对该中频信号进行直接探测。因此光波形发生器输出信号的幅值可通过对中频信号包络检波的方法来实现。对式(1)对时间求导可得：
光任意波形发生器频率f(t)可表示为：
上式中的第二项即为待测光波形发生器或锁模激光器的频率噪声。由此可知式(2)可表示为：
其中ψ(t)＝tan-1[ε′(t)/2πε(t)f(t)]。
上式中的A(t)也可以对式(3)得到的信号通过包络检波的方法来得到。因此根据A(t)的表达式就可以得到待测光波形发生器的频率为：
根据上式(4)就可以得到待测光波形发生器的频率噪声。
系统对频率噪声的测量精度与示波器的频率分辨率、采样时钟的相位噪声、ADC的噪声以及本振信号的相位噪声有关。通过选择合适的本振频率使得混频器的中频输出在MHz量级，利用常见的ADC噪声本底小于-120dBc/Hz的高速示波器就能满足测试系统对示波器频率分辨率的要求。由于光任意波形发生器的强度噪声要大于常用本振信号源的相噪，所以选用-85dBc/Hz@1kHz的本振源就能满足系统测量的需求。
本光波形发生器频率噪声测量的工作流程如图2所示：
打开系统，系统开始初始化，初始化完毕后进入正常工作状态，如果未进入正常工作状态，则重新复位，正常进入工作状态后，输入各参数，使得调节进入混频器的本振和射频信号在最佳混频器工作点，然后数据采集卡进行数据采集，如果工作点未锁定，则重新调节进入混频器的本振和射频信号在最佳混频器工作点，当工作点进入锁定后，包络检波并进行求导，然后二次包络检波，显示结果，然后进行下一次测量。整个流程速度响应快，测量精度高。
最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种光波形发生器频率噪声的测量系统，其特征在于，包括待测源101，光纤可调衰减器102，高速光电探测器103，自动增益控制器104，混频器105，自动增益控制器106，本振源107，示波器108，计算机109，待测源101经过光纤可调衰减器102后入射到一高速光电探测器103上，该高速光电探测器103将光信号转变成电信号后经一自动增益控制器104后进入混频器105的射频输入端，本振源107输出的本振信号经过一个自动增益控制器106后接入到混频器105的本振输入端，该混频器105将探测器103输出的高频信号转化为中频信号，该中频信号经过示波器108采集并通过计算机109进行分析，计算机根据示波器采样得到的混频器的中频输出信号来调节自动增益控制器104和106的输出微波信号，使得混频器处在最佳的混频工作点。
2.根据权利要求1所述的一种光波形发生器频率噪声的测量系统，其特征在于：光波形发生器的频率噪声的测量原理如下所示：
光波形发生器的输出可表示为：
式中ε(t)为光波形发生器输出信号的幅度，为输出信号的相位抖动。该光波形发生器经光电转换变成了电信号，该电信号通过与本振混频后变为中频信号，则可用示波器对该中频信号进行直接探测，因此光波形发生器输出信号的幅值可通过对中频信号包络检波的方法来实现，对式(1)对时间求导可得：
光任意波形发生器频率f(t)可表示为：
上式中的第二项即为待测光波形发生器或锁模激光器的频率噪声。由此可知式(2)可表示为：
其中ψ(t)＝tan-1[ε′(t)/2πε(t)f(t)]。
上式中的A(t)也可以对式(3)得到的信号通过包络检波的方法来得到。因此根据A(t)的表达式就可以得到待测光波形发生器的频率为：
根据上式(4)就可以得到待测光波形发生器的频率噪声。
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