CN110098866B - 一种光电器件频率响应测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种光电器件频率响应测试系统及方法，包括激光光源、宽带电光调制器、功率调节模块和矢量网络分析仪；所述激光光源为宽带电光调制器提供稳定的连续光信号；所述功率调节模块用于接收宽带电光调制器输出的调制光信号，根据矢量网络分析仪的控制信号，输出不同功率大小的光信号到被测光电器件；所述矢量网络分析仪用于提供微波调制信号和功率调节模块的控制信号，接收被测光电器件输出的电输出信号和功率调节模块反馈的功率调节后的光信号，计算被测光电器件在不同功率光信号下的频率响应，解决了光源模块动态范围不足的问题，可实现大动态功率调节，可避免调整光功率时电光调制器重新扫描、寻找工作点的问题，大大提高了测试效率。

Description

一种光电器件频率响应测试系统及方法

技术领域

本公开涉及频率响应测试领域，特别涉及一种光电器件频率响应测试系统及方法。

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，并不必然构成现有技术。

宽带电光调制模块主要完成射频信号对连续光的调制，进而实现光电器件频响特性的测试，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。被测光电器件在不同功率调制光信号，频率响应均不相同，所以电光调制模块需提供不同光功率的调制光信号才能满足测试需求。一方面，光源驱动模块提供的光信号动态范围不足，无法满足被测光电器件测试需求；另一方面，由于电光调制器本身特性，导致光功率改变时需要重新调整工作点，才能保证电光调制器实现线性调制，而每次调制工作点都需要特定算法重新扫描，严重影响光信号元件分析仪测试效率。

因此，本发明要解决的技术问题是：(1)现有的光电测试中光信号动态范围不足，无法满足被测光电器件测试需求；(2)现有的光电测试中，在功率调节时需要进行每个功率点的逐个扫描和寻找工作点，测试效率低下。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种光电器件频率响应测试系统及方法，解决了光源模块动态范围不足的问题，可实现大动态功率调节，同时可避免调整光功率时电光调制器重新扫描、寻找工作点的问题，大大提高了测试效率。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

第一方面，本公开提供了一种光电器件频率响应测试系统；

一种光电器件频率响应测试系统，包括激光光源、宽带电光调制器、功率调节模块和矢量网络分析仪；所述激光光源为宽带电光调制器提供稳定、足够功率的连续光信号；所述宽带电光调制器用于将连续光信号调制成与微波调制信号同频的调制光信号；

所述功率调节模块用于接收宽带电光调制器输出的调制光信号，根据矢量网络分析仪的控制信号，输出不同功率大小的光信号到被测光电器件；所述矢量网络分析仪用于提供电光调制模块所需的微波调制信号和功率调节模块的控制信号，接收被测光电器件输出的电输出信号和功率调节模块反馈的功率调节后的光信号，根据接收到的被测光电器件的电输出信号和功率调节模块反馈的功率调节后的光信号，计算被测光电器件在不同功率的光信号下的频率响应。

作为可能的一些实现方式，所述功率调节模块包括可调光衰减模块、光分束器和光功率计，所述可调光衰减模块接收宽带电光调制器发出的调制光信号和矢量网络分析仪的控制信号，根据控制信号对调制光信号进行衰减；所述可调光衰减模块输出衰减后的光信号到光分束器的输入端，所述光分束器将衰减后的光信号分成两路，一路输入到光功率计的输入端进行功率检测，并将检测值输出到矢量网络分析仪进行光功率的实时监控，另一路输出到被测光电器件作为测试光信号。

作为可能的一些实现方式，所述光分束器的分光比例为1:9，10％的衰减后的光信号输入到光功率计进行光功率的实时监测，剩余90％的衰减后的光信号输出到被测光电器件作为测试光信号。

作为可能的一些实现方式，所述矢量网络分析仪根据光功率计反馈的衰减后的光信号的功率对可调光衰减模块进行动态微调，用于抑制光功率的漂移。

作为可能的一些实现方式，将激光光源、宽带电光调制器和可调光衰减模块视作一个整体电光调制模块，每间隔0.5dB进行标定和校准，并将校准数据传输到矢量网络分析仪进行存储，所述矢量网络分析仪在每次调整可调光衰减模块的衰减值时，通过光功率计反馈的功率值，在测试被测光电器件的同时，自动调取存储的校准数据，计算得到当前电光调制模块的输出频率响应参数。

第二方面，本公开提供了一种光电器件频率响应测试方法：

一种光电器件频率响应测试方法，步骤如下：

(1)系统初始化，通过激光光源提供稳定、足够功率的连续光信号到宽带电光调制器；

(2)宽带电光调制器接收微波调制信号，将连续光信号调制成与微波调制信号同频的调制光信号，并传输给可调光衰减模块；

(3)设定被测光电器件频率响应测试需要的光信号的功率值，矢量网络分析仪根据设定的测试光信号的功率值控制可调光衰减模块的衰减量，可调光衰减模块的输出端的信号通过光分束器形成两个支路，其中一个支路输出到被测光电器件的光输入端作为测试光信号，另一个支路作为反馈信号接入光功率计进行光功率的动态监测。

(4)矢量网络分析仪根据光功率计反馈的光功率值和被测光电器件的电输出信号，计算被测光电器件的频率响应。

作为可能的一些实现方式，所述步骤(3)中，矢量网络分析仪根据光功率计的反馈的衰减后的调制光信号的功率和对可调光衰减单元发出的衰减控制信号对可调光衰减模块进行动态微调，用于抑制光功率的漂移。

作为可能的一些实现方式，所述动态微调方法为：

801光功率计读取初始化0dB的位置点对应的功率值P₀；

802矢量网络分析仪根据设定功率调节量ΔP将可调光衰减模块调节到设定位置；

803光功率计读取光衰减单元调节后设定位置上的光功率值P_X；

804计算实际衰减量ΔP_X＝P₀-P_X；

805判断调节误差是否在设定阈值范围内，若是则返回步骤802，若否则输出补偿脉冲，调节可调光衰减模块，返回步骤803；

调节误差＝|ΔP_X-ΔP|。

作为可能的一些实现方式，所述步骤(4)中，将激光光源、宽带电光调制器和可调光衰减模块视作一个整体电光调制模块，每间隔0.5dB进行标定和校准，并将校准数据传输到矢量网络分析仪进行存储。

作为可能的一些实现方式，所述矢量网络分析仪在每次调整可调光衰减模块的衰减值时，通过光功率计反馈的功率值，在测试被测光电器件的同时，自动调取存储的校准数据，计算得到当前电光调制模块的输出频率响应参数。

与现有技术相比，本公开的有益效果是：

1、本公开所述的光电器件频率响应测试系统及方法，可实现射频信号对连续光的调制，提供大动态范围、高精度的调制光信号，进而完成各类光电器件的频率响应测试，相比前面所述方法，该方法大大拓宽了光信号元件分析仪的光输出动态范围，操作简单快捷。

2、本公开所述的测试系统和方法可实现频率响应的快速精确测量和保存，大大提高了测试效率，完全满足批量产品的测量需求。

3、本公开所述的内容将保偏激光源、宽带电光调制器及可调光衰减器模块视作一个整体电光调制模块，每间隔0.5dB进行精确标定和校准，通过校准数据和光功率计反馈的功率值，在测试被测光电器件的同时，自动根据当前设置参数调取储存在系统内部的校准数据，计算得到当前调制源的输出频率响应参数，从而实现了定时的系统校准，极大的提高了输出功率信号的准确性，也提高了频率响应的测试精度。

4、本公开所述的内容通过光分束器将10％的衰减后的光信号输入到光功率计进行功率的实时监测，剩余90％的衰减后的光信号输出到被测光电器件作为测试光信号，所述矢量网络分析仪根据光功率计反馈的衰减后的光信号的功率对可调光衰减模块进行动态微调，保证了输出光信号光功率的准确性，降低了光光源模块或其他光路影响导致光功率出现漂移。

5、本公开所述的内容通过矢量网络分析控制可调光衰减模块实现输出功率的线性调节，可随时根据需要获得不同功率的光信号，极大的提高了频率响应的测试效率，提升了测试精度。

6、本公开所述的内置可调光衰减模块的各项参数可通过标定并嵌入到系统校准算法中，通过简捷有效的校准，即可避免外置可调光衰减器测试方案导致的测试精度不足问题，大大提高了小信号频率响应的测试精度。

附图说明

图1为本公开实施例1所述的现有技术中的通过光信号元件分析仪法进行频率响应测试的原理框图。

图2为本公开实施例1所述的光电器件频率响应测试系统的原理框图。

图3为本公开实施例2所述的光电器件频率响应测试方法的流程图。

图4为本公开实施例2所述的光电器件频率响应测试方法中动态微调方法流程图。

具体实施方式

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。

实施例1：

光信号元件分析仪是光电转换模块频率响应参数测量的常用方法之一，其内部可实现射频信号对连续光的调制，通过调节光光源模块的光功率可实现不同光功率下的光电转换模块频率响应测量，外置可调光衰减器组成的测试系统可在测试过程中，实时调节衰减器的衰减值，同样可实现不同光功率下的光电转换模块频率响应测量，两种方法也是目前主要的测量方法，光信号元件分析仪法是采用集成化台式测量方案，其原理基于矢量网络分析仪实现微波调制信号发射和接收，并可实现连续线性频率扫描，并根据相关算法计算得到被测件的频率响应参数，其原理框图如图1所示。

台式光信号元件分析仪主要包括矢量网络分析仪和光测试底座两部分，其技术原理为：由矢量网络分析仪提供射频驱动信号，输入到光测试底座中的电光调制器，实现对连续光信号的调制，这种测试方案的光功率调节主要由光光源模块来实现，通过程控控制光光源模块，输出不同功率的稳定连续光信号，每次改变光功率，需要重新对电光调制器的工作点进行扫描，从而实现无失真线性调制，才能完成新状态参数下的测量。

本公开实施例1提供了一种光电器件频率响应测试系统，包括保偏激光源、宽带电光调制器、功率调节模块和矢量网络分析仪；所述保偏激光源为宽带电光调制器提供稳定、足够功率的连续光信号；所述宽带电光调制器用于将连续光信号调制成与微波调制信号同频的调制光信号；

所述功率调节模块用于接收宽带电光调制器输出的调制光信号，根据矢量网络分析仪的控制信号，输出不同功率大小的光信号到被测光电器件；所述矢量网络分析仪用于提供电光调制模块所需的微波调制信号和功率调节模块的控制信号，接收被测光电器件输出的电输出信号和功率调节模块反馈的功率调节后的光信号，根据接收到的被测光电器件的电输出信号和功率调节模块反馈的功率调节后的光信号，进行数据处理及分析，计算得到被测光电器件在不同功率的光信号下的频率响应。

所述功率调节模块包括可调光衰减模块、光分束器和光功率计，所述可调光衰减模块接收宽带电光调制器发出的调制光信号和矢量网络分析仪的控制信号，根据控制信号对调制光信号进行衰减；所述可调光衰减模块输出衰减后的光信号到光分束器的输入端，所述光分束器将衰减后的光信号分成两路，一路输入到光功率计的输入端进行功率检测，并将检测值输出到矢量网络分析仪进行光功率的实时监控，另一路输出到被测光电器件作为测试光信号。

所述光分束器的分光比例为1:9，10％的衰减后的光信号输入到光功率计进行功率的实时监测，剩余90％的衰减后的光信号输出到被测光电器件作为测试光信号。

所述矢量网络分析仪根据光功率计反馈的衰减后的光信号的功率对可调光衰减模块进行动态微调，用于抑制光功率的漂移。

将保偏激光源、宽带电光调制器和可调光衰减模块视作一个整体电光调制模块，每间隔0.5dB进行标定和校准，并将校准数据传输到矢量网络分析仪进行存储，所述矢量网络分析仪在每次调整可调光衰减模块的衰减值时，通过光功率计反馈的功率值，在测试被测光电器件的同时，自动调取存储的校准数据，计算得到当前电光调制模块的输出频率响应参数。

本公开实施例1所述的系统的工作原理为：

矢量网络分析仪通过输出射频信号，保偏光光源模块输出固定光功率的保偏光信号，输入至电光调制器的射频输入和光输入接口，控制宽带电光调制器产生稳定的宽带光信号调制激励测试信号，将调制光信号输入至功率调整模块，功率调节模块由可调光衰减单元、光功率计以及1:9光分束器组成，首先通过矢量网络分析仪控制可调光衰减单元的衰减值，输出的光信号连接到光分束器的输入端口，光分束器分出10％输入到光功率计进行功率的实时监测，剩余90％的光信号即可在光底座的输出端口输出大动态、高稳定的测试光信号；将测试光信号输入到被测光电器件的光输入端口，同时将电输出端口用射频线缆连接到矢量网络分析仪输入端口，进行数据采集、处理及分析，得到不同功率测试光信号下的被测光电器件的频率响应指标。

本公开实施例1所述的内容通过采用在光测试底座内置可调光衰减器模块的方案，放置在电光调制器输出端，对调制完成的光信号进行功率调节，从而使光底座输出不同功率的调制光信号，采用该系统可满足大动态、高精度、高效率的光电测试，其获得了如下有益效果：第一、可完全解决光光源模块动态范围不足的问题，可实现大动态功率调节；第二、可避免调整光功率时电光调制器重新扫描、寻找工作点的问题，大大提高了测试效率；第三、内置可调光衰减模块的各项参数可通过标定并嵌入到系统校准算法中，通过简捷有效的校准，即可避免外置可调光衰减器测试方案导致的测试精度不足问题，大大提高了小信号频率响应的测试精度。

实施例2：

如图3和4所示，本公开实施例2提供了一种光电器件频率响应测试方法，步骤如下：

(1)系统初始化，通过激光光源提供稳定、足够功率的连续光信号到宽带电光调制器；

(2)宽带电光调制器接收微波调制信号，将连续光信号调制成与微波调制信号同频的调制光信号，并传输给可调光衰减模块；

(3)设定被测光电器件频率响应测试需要的光信号的功率值，矢量网络分析仪根据设定的测试光信号的功率值控制可调光衰减模块的衰减量，可调光衰减模块的输出端的信号通过光分束器形成两个支路，其中一个支路输出到被测光电器件的光输入端作为测试光信号，另一个支路作为反馈信号接入光功率计进行光功率的动态监测。

(4)矢量网络分析仪根据光功率计反馈的光功率值和被测光电器件的电输出信号，计算被测光电器件的频率响应。

所述步骤(3)中，矢量网络分析仪根据光功率计的反馈的衰减后的调制光信号的功率和对可调光衰减单元发出的衰减控制信号对可调光衰减模块进行动态微调，用于抑制光功率的漂移。

所述动态微调方法为：

801光功率计读取初始化0dB的位置点对应的功率值P₀；

802矢量网络分析仪根据设定功率调节量ΔP将可调光衰减模块调节到设定位置；

803光功率计读取光衰减单元调节后设定位置上的光功率值P_X；

804计算实际衰减量ΔP_X＝P₀-P_X；

805判断调节误差是否在设定阈值范围内，若是则返回步骤802，若否则输出补偿脉冲，调节可调光衰减模块，返回步骤803；

调节误差＝|ΔP_X-ΔP|。

所述步骤(4)中，将激光光源、宽带电光调制器和可调光衰减模块视作一个整体电光调制模块，每间隔0.5dB进行标定和校准，并将校准数据传输到矢量网络分析仪进行存储。

所述矢量网络分析仪在每次调整可调光衰减模块的衰减值时，通过光功率计反馈的功率值，在测试被测光电器件的同时，自动调取存储的校准数据，计算得到当前电光调制模块的输出频率响应参数。

本公开实施例2所述的内容通过将可调光衰减模块放置在电光调制器输出端，对调制完成的光信号进行功率调节，从而使光底座输出不同功率的调制光信号，采用该方法可满足大动态、高精度、高效率的光电测试，其获得了如下有益效果：第一、可完全解决光光源模块动态范围不足的问题，可实现大动态功率调节；第二、可避免调整光功率时电光调制器重新扫描、寻找工作点的问题，大大提高了测试效率；第三、内置可调光衰减模块的各项参数可通过标定并嵌入到系统校准算法中，通过简捷有效的校准，即可避免外置可调光衰减器测试方案导致的测试精度不足问题，大大提高了小信号频率响应的测试精度。

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 (7)

1.一种光电器件频率响应测试系统，其特征在于，包括激光光源、宽带电光调制器、功率调节模块和矢量网络分析仪；所述激光光源为宽带电光调制器提供稳定的连续光信号；所述宽带电光调制器用于将连续光信号调制成与微波调制信号同频的调制光信号；

所述功率调节模块用于接收宽带电光调制器输出的调制光信号，根据矢量网络分析仪的控制信号，输出不同功率大小的光信号到被测光电器件；所述矢量网络分析仪用于提供电光调制模块所需的微波调制信号和功率调节模块的控制信号，接收被测光电器件输出的电输出信号和功率调节模块反馈的功率调节后的光信号，计算被测光电器件在不同功率光信号下的频率响应；

所述功率调节模块至少包括可调光衰减模块，将激光光源、宽带电光调制器和可调光衰减模块视作一个整体电光调制模块，每间隔一定分贝进行标定和校准，并将校准数据传输到矢量网络分析仪进行存储，所述矢量网络分析仪在每次调整可调光衰减模块的衰减值时，通过光功率计反馈的功率值，在测试被测光电器件的同时，自动调取存储的校准数据，计算得到当前电光调制模块的输出频率响应参数。

2.如权利要求1所述的光电器件频率响应测试系统，其特征在于，所述功率调节模块还包括光分束器和光功率计，所述可调光衰减模块接收宽带电光调制器发出的调制光信号和矢量网络分析仪的控制信号，根据控制信号对调制光信号进行衰减；所述光分束器接收衰减后的光信号并将其分成两路，一路输入到光功率计中进行功率检测，并将光功率值输出到矢量网络分析仪进行光功率的实时监控，另一路输出到被测光电器件作为测试光信号。

3.如权利要求2所述的光电器件频率响应测试系统，其特征在于，所述光分束器的分光比例为1：9，10％的衰减后的光信号输入到光功率计进行光功率的实时监测，剩余90％的衰减后的光信号输出到被测光电器件作为测试光信号。

4.如权利要求3所述的光电器件频率响应测试系统，其特征在于，所述矢量网络分析仪根据光功率计反馈的光功率值对可调光衰减模块进行动态微调，用于抑制光功率的漂移。

5.一种光电器件频率响应测试方法，其特征在于，步骤如下：

(1)系统初始化，通过激光光源提供稳定、足够功率的连续光信号到宽带电光调制器；

(2)宽带电光调制器接收微波调制信号，将连续光信号调制成与微波调制信号同频的调制光信号，并传输给可调光衰减模块；

(3)设定被测光电器件频率响应测试需要的光信号的功率值，矢量网络分析仪根据设定的测试光信号的功率值控制可调光衰减模块的衰减量，可调光衰减模块的输出端的信号通过光分束器形成两个支路，其中一个支路输出到被测光电器件的光输入端作为测试光信号，另一个支路作为反馈信号接入光功率计进行光功率的动态监测；

(4)矢量网络分析仪根据光功率计反馈的光功率值和被测光电器件的电输出信号，计算被测光电器件的频率响应；

所述步骤(4)中，将激光光源、宽带电光调制器和可调光衰减模块视作一个整体电光调制模块，每间隔一定分贝进行标定和校准，并将校准数据传输到矢量网络分析仪进行存储；

所述矢量网络分析仪在每次调整可调光衰减模块的衰减值时，通过光功率计反馈的功率值，在测试被测光电器件的同时，自动调取存储的校准数据，计算得到当前电光调制模块的输出频率响应参数。

6.如权利要求5所述的光电器件频率响应测试方法，其特征在于，所述步骤(3)中，矢量网络分析仪根据光功率计的反馈的衰减后的调制光信号的功率和对可调光衰减单元发出的衰减控制信号对可调光衰减模块进行动态微调，用于抑制光功率的漂移。

7.如权利要求6所述的光电器件频率响应测试方法，其特征在于，所述动态微调的方法为：

801光功率计读取初始化0dB的位置点对应的功率值P₀；

802矢量网络分析仪根据设定功率调节量ΔP将可调光衰减模块调节到设定位置；

803光功率计读取光衰减单元调节后设定位置上的光功率值P_X；

804计算实际衰减量ΔP_X＝P₀-P_X；

805判断调节误差是否在设定阈值范围内，若是则返回步骤802，若否则输出补偿脉冲，调节可调光衰减模块，返回步骤803；

调节误差＝|ΔP_X-ΔP|。

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