CN110057544A - 一种光电转换模块频率响应自动测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了光电转换模块频率响应自动测量装置及方法。其中，一种光电转换模块频率响应自动测量装置，包括：激光源，其用于为电光调制器提供连续光波；光电调制器，其用于将连续光波调制成与微波调制信号同频的强度调制光波信号；1*N光分束器，其用于将强度调制光波信号进行功率分配，其中一路输入到标准件，其他路对应输入至各个待测光电转换模块；矢量网络分析仪用于控制单刀多掷开关分别选通标准件和各个待测光电转换模块的电信号输出，计算得到激光源的当前频率响应；再通过测量总体的频率响应参数，求出各路待测光电转换模块的频率响应；其中，光电调制器、1*N光分束器、单刀多掷开关和标准件的频率响应均为已知参数。

Description

一种光电转换模块频率响应自动测量装置及方法

技术领域

本公开属于光电检测领域，尤其涉及一种光电转换模块频率响应自动测量装置及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

光电转换模块主要完成调制光波测试信号的光-电转换，是光纤通信系统光接收机、光电器件频率响应参数测试等重要组成部分，其频率响应、群时延等参数是衡量性能优劣的重要技术指标，因此，在研制、生产光电转换模块过程中，需要对其频率响应等参数进行严格测试。

发明人发现，光电转换模块的频率响应测试一般是需要从低频段至高频段进行全频段线性逐点测试，每个测量点在测量之前都需要进行电校准，过程繁琐，完成一个光电转换模块全频段的频响测试需要很长时间，效率极低，不适合产线上批量光电转换模块的频率响应、群时延等参数的测量。

发明内容

为了解决针对产线批量光电转换模块的频率响应参数测量，解决批量模块逐个测试、逐频点测试、重复校准、效率低的问题，本公开的第一个方面提供一种光电转换模块频率响应自动测量装置，其完全适用于批量的光电转换模块的频率响应测量，当需要更换被测件时，也无需重新进行电校准、光路校准，免去频繁插拔线缆的繁琐步骤；完全可实现光电转换模块的自动测量和数据保存，无需进行操作人员比对分析和计算，大大降低了测量过程对操作人员技能要求。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

一种光电转换模块频率响应自动测量装置，包括：

激光源，其用于为电光调制器提供稳定且预设功率的连续光波；

光电调制器，其用于将连续光波调制成与微波调制信号同频的强度调制光波信号；

1*N光分束器，其用于将强度调制光波信号进行功率分配，其中一路输入到标准件，其他路对应输入至各个待测光电转换模块；其中，N为大于或等于2的正整数；

单刀多掷开关，其与矢量网络分析仪相连；所述矢量网络分析仪用于控制单刀多掷开关分别选通标准件和各个待测光电转换模块的电信号输出，计算得到激光源的当前频率响应；再通过测量总体的频率响应参数，求出各路待测光电转换模块的频率响应；其中，光电调制器、1*N光分束器、单刀多掷开关和标准件的频率响应均为已知参数。

为了解决上述问题，本公开的第二个方面提供一种光电转换模块频率响应自动测量装置的测量方法，其完全适用于批量的光电转换模块的频率响应测量，当需要更换被测件时，也无需重新进行电校准、光路校准，免去频繁插拔线缆的繁琐步骤；完全可实现光电转换模块的自动测量和数据保存，无需进行操作人员比对分析和计算，大大降低了测量过程对操作人员技能要求。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

一种光电转换模块频率响应自动测量装置的测量方法，包括：

矢量网络分析仪控制单刀多掷开关选通标准件的电信号输出，测量得到标准件通路的总频率响应参数数值；

利用标准件通路的总频率响应参数数值逐次减去光电调制器、1*N光分束器、单刀多掷开关和标准件的频率响应，计算得到激光源的当前频率响应；

依次切换单刀多掷开关选择各个待测光电转换模块回路的总频率响应数据，利用各个待测光电转换模块回路的总频率响应数据逐次减去光电调制器、1*N光分束器、单刀多掷开关和标准件的频率响应，计算得到激光源的当前频率响应以及激光源的当前频率响应，计算得到各个待测光电转换模块的频率响应。

本公开的有益效果是：

(1)本公开采用1*N光分束器产生多路调制光波信号，一路输入至标准件，其他路分别输入至待测量的光电转换模块中，然后由矢量网络分析仪通过多路单刀多掷开关分别选通标准和待测量光电转换模块的电输出，由矢量网络分析仪进行数据处理后，计算得到当前调制源的频率响应，通过测量总体的频率响应参数后，进而可求出各路待测频率响应，可快速实现多个光电转换模块的频率响应的数据测量，极大提高了数据测量测试效率，完全满足产线的应用测试需求，一方面，本公开完全适用于批量的光电转换器或光电探测器的频率响应测量，当需要更换被测件时，也无需重新进行电校准、光路校准，免去频繁插拔线缆的繁琐步骤；另一方面，本公开完全可实现光电转换模块的自动测量和数据保存，无需进行操作人员比对分析和计算，大大降低了测量过程对操作人员技能要求。

(2)本公开实现了对产线光电转换模块批量化频率响应测量，结构简单，易于实现，对操作人员的技能要求低，实现了频率响应的自动测量，不要求过多的人工干预，大大提高了测试效率，完全满足批量产品的测量需求；还具有实现在线自动校准，免去了采用独立仪器组合系统下重复连接校准通路的繁琐过程，实现产线自动化测试。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1是本公开实施例提供的光外差法测量原理图。

图2是本公开实施例提供的光电转换模块频率响应自动测量装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

目前产线或研制的光电转换模块频率响应参数测量方法是光外差法测量方法，该方法可实现光电转换模块频率响应的全频段快速扫描测量，下面介绍光外差法测量方法的主要特点。

光外差法测量方案是通过光学差频产生高频信号，用于频率响应的测试。其基本原理如图1所示。其原理是由两个波长相近的可调激光源通过偏振控制器后，通过3d耦合器后进行拍频，拍频后获得两个相近波长的光源的差频信号，该差频信号通过调节可调激光源的一路信号实现频率调整，可覆盖待测光电转换模块的频率响应范围，通过被测光电转换模块后，其电输出到微波功率计和频谱仪中，测量得到当前频率和功率数值，进而通过频率响应公式可计算得到全频段的频率响应参数数值。

光电转换模块或光电探测器主要完成调制光波测试信号的光-电转换，是光纤通信系统光接收机、光电器件频率响应参数测试系统等的重要组成部分，其频率响应、群时延等参数是衡量性能优劣的重要技术指标，因此，在研制、生产光电转换模块过程中，需要对其频率响应等参数进行严格测试。

光外差法测试过程相比较光波元件分析仪测量过程更为繁琐，对可调谐激光源的功率、波长稳定性、拍频线宽变化、偏振稳定性等技术要求高，对操作人员的技能要求较高。产线布局多台高性能仪器会导致生产均摊成本高。

针对产线批量光电转换模块的频率响应参数测量，解决批量模块逐个测试、逐频点测试、重复校准、效率低的问题，本公开提出了一种光电转换模块频率响应自动测量装置及方法，采用了1*N光分束器产生多路调制光波信号，一路输入至标准光电转换模块，其他路分别输入至待测量的光电转换模块中，然后由矢量网络分析仪通过多路单刀多掷开关分别选通标准和待测量光电转换模块的电输出，由矢量网络分析仪进行数据处理后，计算得到当前调制源的频率响应，通过测量总体的频率响应参数后，进而可求出各路待测频率响应，并将数据写入至待测量光电转换模块存储器或控制器中。

如图2所示，本实施例的一种光电转换模块频率响应自动测量装置，包括：

激光源，其用于为电光调制器提供稳定且预设功率的连续光波；

光电调制器，其用于将连续光波调制成与微波调制信号同频的强度调制光波信号；

1*N光分束器，其用于将强度调制光波信号进行功率分配，其中一路输入到标准件，其他路对应输入至各个待测光电转换模块；其中，N为大于或等于2的正整数；

单刀多掷开关，其与矢量网络分析仪相连；所述矢量网络分析仪用于控制单刀多掷开关分别选通标准件和各个待测光电转换模块的电信号输出，计算得到激光源的当前频率响应；再通过测量总体的频率响应参数，求出各路待测光电转换模块的频率响应；其中，光电调制器、1*N光分束器、单刀多掷开关和标准件的频率响应均为已知参数。

作为一种实施方式，所述激光源为保偏激光源。

保偏激光源为电光调制器提供稳定、足够功率的连续光波。

可以理解的，在其他的实施例中，激光源也可采用其他形式的激光源，本领域技术人员可以根据具体情况来选择，在此不作详述。

作为一种实施方式，所述光电调制器为M-Z型强度电光调制器。

M-Z型强度电光调制器的输入光波经过一段光路后在一个Y分支处被分成相等的两束，分别通过两光波导传输，光波导是由电光材料制成的，其折射率随外加电压的大小而变化，从而使两束光信号到达第2个Y分支处产生相位差。若两束光的光程差是波长的整数倍，两束光相干加强；若两束光的光程差是波长的1/2，两束光相干抵消，调制器输出很小。因此通过控制电压就能对光信号进行调制。

可以理解的，在其他的实施例中，电光调制器也可采用定向耦合式调制器等其他形式的电光调制器，本领域技术人员可以根据具体情况来选择，在此不作详述。

需要说明的，在本实施例中标准件为频率响应参数已知或标定过的性能稳定的光电转换模块或光电探测器，本领域技术人员可以根据具体情况来选择，在此不作详述。

具体地，所述微波调制信号由矢量网络分析仪产生，并输入至光电调制器中。

在本实施例中，所述单刀多掷开关为多选一型选择开关，主要完成待测和标准件的电输出的切换，切换过程由矢量网络分析仪控制实现。

作为一种实施方式，所述矢量网络分析仪，还用于将各路待测光电转换模块的频率响应写入至相应待测量光电转换模块的存储器或控制器中。

本实施例的光电转换模块频率响应自动测量装置的测量方法，包括：

矢量网络分析仪控制单刀多掷开关选通标准件的电信号输出，测量得到标准件通路的总频率响应参数数值；

利用标准件通路的总频率响应参数数值逐次减去光电调制器、1*N光分束器、单刀多掷开关和标准件的频率响应，计算得到激光源的当前频率响应；

依次切换单刀多掷开关选择各个待测光电转换模块回路的总频率响应数据，利用各个待测光电转换模块回路的总频率响应数据逐次减去光电调制器、1*N光分束器、单刀多掷开关和标准件的频率响应，计算得到激光源的当前频率响应以及激光源的当前频率响应，计算得到各个待测光电转换模块的频率响应。

各路待测光电转换模块的频率响应写入至相应待测量光电转换模块的存储器或控制器中。

具体地，本实施例的光电转换模块频率响应自动测量装置的工作原理是：

矢量网络分析仪通过控制电光调制器产生光波调制激励测试信号，输入至光分束器的公共端，由分束器将激励测试信号分为多路均等功率的测试信号，测试信号其中一路输入至标准光电转换模块，其他路分别输入至相应数量待测件中。

矢量网络分析仪首先控制单刀多掷开关选择标准件的电信号输出，测量得到该路的总频率响应参数数值为R₀，标准件的频率响应参数已知为R₁光分束器的频率响应也可在测量之前进行计量得到为R₂，单刀多掷开关频率也可预先进行测量得知为R₃，总频率响应、标准件频率响应、单刀多掷开关频率响应均为已知，进而可计算得知调制光波源的频率响应R。计算公式如下：

R＝R₀-R₁-R₂-R₃

上述公式计算单位为dB。

矢量网络分析仪在计算得到(当前调制光波源)的频率响应后，将会依次切换单刀多掷开关选择待测件回路的总的频率响应数据分析和计算，而在被测件的回路中，调制光波源频率响应已经由光分束器频率响应计算得到，仅有待测件的频率响应为未知，进而与前述过程类似，计算得到被测件的频率响应；

矢量网络分析仪在依次测量每路待测件的频率响应参数，并将相应的数据保存，完成所有路待测件的频率响应测量，整个测量过程全部由矢量网络分析仪实现控制、数据采集与处理、保存等。

本实施例的光电转换模块频率响应自动测量装置具有自动校准功能，矢量网络分析仪在接收到重新校准命令后，先暂停当前被测通路的频率响应测试，把单刀多掷开关选通至标准件通路中重新进行当前调制源输出频率响应的测量，重新计算得到当前调制源的输出频率响应参数。采用这种方式，无需重新连接校准通路，直接采用单刀多掷开关切换通路实现无插拔在线自动校准，并保存数据。

本实施例的光电转换模块频率响应自动测量装置中被测件的最大数量应该由保偏光源和电光调制器输出至1*N光分束器后的光功率大小是否能满足被测件的输入决定。其中，被测件指的被测光电转换模块。

采用了1*N光分束器产生多路调制光波信号，一路输入至标准光电转换模块，其他路分别输入至待测量的光电转换模块中，然后由矢量网络分析仪通过单刀多掷开关分别选通标准和待测量光电转换模块的电输出，由矢量网络分析仪进行数据处理后，计算得到当前调制源的频率响应，通过测量总体的频率响应参数后，进而可求出各路待测频率响应，并将数据写入至待测量光电转换模块存储器或控制器中。采用该方法可一次性实现多个光电转换模块的频率响应的数据测量，极大提高了数据测量测试效率，完全满足产线的应用测试需求。

本实施例可实现对产线光电转换器或光电探测器批量化频率响应测量，相比光外差法测量方法，该装置结构简单，易于实现，对操作人员的技能要求低，可实现频率响应的自动测量和保存，不要求过多的人工干预，大大提高了测试效率，完全满足批量产品的测量需求；还具有实现在线自动校准，免去了采用独立仪器组合系统下重复连接校准通路的繁琐过程，实现产线自动化测试。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光电转换模块频率响应自动测量装置，其特征在于，包括：

激光源，其用于为电光调制器提供稳定且预设功率的连续光波；

光电调制器，其用于将连续光波调制成与微波调制信号同频的强度调制光波信号；

1*N光分束器，其用于将强度调制光波信号进行功率分配，其中一路输入到标准件，其他路对应输入至各个待测光电转换模块；其中，N为大于或等于2的正整数；

单刀多掷开关，其与矢量网络分析仪相连；所述矢量网络分析仪用于控制单刀多掷开关分别选通标准件和各个待测光电转换模块的电信号输出，计算得到激光源的当前频率响应；再通过测量总体的频率响应参数，求出各路待测光电转换模块的频率响应；其中，光电调制器、1*N光分束器、单刀多掷开关和标准件的频率响应均为已知参数。

2.如权利要求1所述的一种光电转换模块频率响应自动测量装置，其特征在于，所述激光源为保偏激光源。

3.如权利要求1所述的一种光电转换模块频率响应自动测量装置，其特征在于，所述光电调制器为M-Z型强度电光调制器。

4.如权利要求1所述的一种光电转换模块频率响应自动测量装置，其特征在于，所述标准件为频率响应已知的光电转换模块或光电探测器。

5.如权利要求1所述的一种光电转换模块频率响应自动测量装置，其特征在于，所述微波调制信号由矢量网络分析仪产生，并输入至光电调制器中。

6.如权利要求1所述的一种光电转换模块频率响应自动测量装置，其特征在于，所述单刀多掷开关为多选一型选择开关。

7.如权利要求1所述的一种光电转换模块频率响应自动测量装置，其特征在于，所述矢量网络分析仪，还用于将各路待测光电转换模块的频率响应写入至相应待测量光电转换模块的存储器或控制器中。

8.一种如权利要求1-7中任一项所述的光电转换模块频率响应自动测量装置的测量方法，其特征在于，包括：

矢量网络分析仪控制单刀多掷开关选通标准件的电信号输出，测量得到标准件通路的总频率响应参数数值；

利用标准件通路的总频率响应参数数值逐次减去光电调制器、1*N光分束器、单刀多掷开关和标准件的频率响应，计算得到激光源的当前频率响应；

依次切换单刀多掷开关选择各个待测光电转换模块回路的总频率响应数据，利用各个待测光电转换模块回路的总频率响应数据逐次减去光电调制器、1*N光分束器、单刀多掷开关和标准件的频率响应，计算得到激光源的当前频率响应以及激光源的当前频率响应，计算得到各个待测光电转换模块的频率响应。

9.如权利要求8所述的光电转换模块频率响应自动测量装置的测量方法，其特征在于，各路待测光电转换模块的频率响应写入至相应待测量光电转换模块的存储器中。

10.如权利要求8所述的光电转换模块频率响应自动测量装置的测量方法，其特征在于，各路待测光电转换模块的频率响应写入至相应待测量光电转换模块的控制器中。