CN110411715B - 用于确定amzi相位调制器半波电压的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于确定AMZI相位调制器半波电压的装置，包括：依次连接的激光器(1)、光斩波器(2)、待测AMZI(3)以及光功率计(4)；以及信号发生器(5)，电压源(6)以及温度控制器(7)，其中，信号发生器(5)与光斩波器(2)连接，信号发生器(5)向光斩波器(2)发送调制方波信号，以使光斩波器(2)在调制方波信号的作用下将激光调制成光脉冲序列，电压源(6)与待测AMZI(3)中的相位调制器连接。改变电压值至功率值变化覆盖一次最小值与最大值为止，此最大、最小值分别对应的电压之差即为半波电压。该装置结构简单，成本低，易于操作，可以快速测出AMZI相位调制器的半波电压。

Description

用于确定AMZI相位调制器半波电压的装置和方法
技术领域
本发明涉及波导器件相位调制器测试技术领域，尤其涉及一种用于确定AMZI相位调制器半波电压的装置和方法。
背景技术
近年来，集成光学在光通信以及光信息技术处理技术领域得到广泛应用。具有相位调制器的马赫泽德干涉仪(MZI)波导器件在光幅度以及相位调制中的作用非常重要。目前常用的相位调制器测量方法是采用极值测量法，即采用连续光波测试器件进行测量，其中，相位调制器置于干涉仪的一臂中，通过给相位调制器加直流电压，改变相位调制器的相位，所加的电压大小决定干涉仪两臂相位差，进而使干涉仪输出光强发送变化，干涉仪输出光强相邻极大值与极小值所对应的直流电压之差即为半波电压。此方法只能测量等臂马赫泽德干涉仪，对于非等臂马赫泽德干涉仪(AMZI)，由于其非对称性使得连续波光长程相位随机化，因而无法显著干涉，导致输出光强无法随相位明显变化。此外还有研究者提出用光谱仪测量AMZI相位调制器半波电压的方法，根据光谱谱线随调制相位的变化规律，从而反推半波电压，但此方法装置昂贵，而且测试过程涉及扫描光谱，因而十分耗时，如何快速、低成本地测量AMZI相位调制器半波电压成为亟待解决的问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本公开提供了一种用于确定AMZI相位调制器半波电压的装置和方法，至少解决以上技术问题。
(二)技术方案
本公开第一方面，提供了一种用于确定AMZI相位调制器半波电压的装置，包括：依次连接的激光器1、光斩波器2、待测AMZI3以及光功率计4，激光器1用于产生连续波激光，光功率计4用于测量所述待测AMZI3的输出功率；以及信号发生器5，电压源6与温度控制器7，其中，信号发生器5与光斩波器2连接，信号发生器5向光斩波器2发送调制方波信号，以使光斩波器2在调制方波信号的作用下将激光调制成光脉冲序列，温度控制器7用于控制待测AMZI3的温度，待测AMZI3包括相位调制器3-4，电压源6与相位调制器3-4连接，通过改变电压源6电压以使相位调制器3-4改变相位进而改变待测AMZI3输出功率，以得到功率值最大和最小时对应的电压值，功率值最大和最小时对应的电压差即为待测AMZI3的半波电压。
可选地，待测AMZI(3)为波导型器件，包括：依次连接的输入端耦合器3-1、并列设置的长臂延时线3-2和短臂3-3、输出端耦合器3-5，其中，长臂延时线3-2和短臂3-3的长度不相等，输出端耦合器3-5为3dB耦合器，输入端耦合器3-1与输出端耦合器3-5的比值不均等，以使经过短臂与经过长臂的光输出后光强相同，相位调制器3-4设于短臂3-3上。
可选地，激光器1、光斩波器2、待测AMZI3和光功率计4通过光纤连接，信号发生器5与光斩波器2通过射频电缆连接，电压源6与相位调制器3-4通过导线连接。
可选地，若待测AMZI3的材料为二氧化硅或氮氧化硅，则相位调制器3-4为热光调制器；若待测AMZI3的材料为铌酸锂，则相位调制器3-4为电光调制器；若待测AMZI3的材料为硅，则相位调制器3-4为基于载流子色散效应的电光调制器。
可选地，信号发生器5输出的调制方波信号的周期为T、占空比r，其与待测AMZI3的延时时间D的关系满足：T-D＞T×r＞2×D，其中，0＜r＜1。
可选地，光斩波器2调制3db带宽H满足：H＞10/(T×r)。
可选地，待测AMZI3的材料为二氧化硅、硅、氮氧化硅或铌酸锂中的一种或几种。
本公开另一方面，提供了一种用于确定AMZI相位调制器半波电压的方法，包括：S1，开启所述激光器1产生激光，设置信号发生器5产生调制方波信号以驱动光斩波器2，通过温度控制器7控制待测AMZI3的温度为室温；S2，调节电压源6的电压，分别记录电压值对应的功率值，直至功率值变化覆盖一次最小值与最大值为止，功率值中最大值和最小值对应的电压差即为半波电压。
可选地，调节电压源6的电压具体为按照预设步长调节电压源6的电压。
(三)有益效果
本公开提供了一种用于确定AMZI相位调制器半波电压的装置和方法，该装置结构简单，成本低，可以快速得出待测AMZI相位调制器的半波电压，该方法操作简单，易于实现。
附图说明
图1示意性示出了根据本公开实施例的用于确定AMZI相位调制器半波电压的装置的结构示意图；
图2示意性示出了根据本公开实施例的待测AMZI的结构示意图；
图3示意性示出了根据本公开实施例的用于确定AMZI相位调制器半波电压的方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本公开的第一方面，提供了一种用于确定AMZI相位调制器半波电压的装置，如图1所示，包括：依次连接的激光器1、光斩波器2、待测AMZI3以及光功率计4，激光器1用于产生连续波激光，光功率计4用于测量待测AMZI3的输出功率；以及信号发生器5，电压源6与温度控制器7，其中，信号发生器5与光斩波器2连接，信号发生器5向光斩波器2发送调制方波信号，以使光斩波器2在调制方波信号的作用下将激光调制成光脉冲序列，温度控制器7用于控制待测AMZI3的温度，待测AMZI3包括相位调制器3-4，电压源6与相位调制器3-4连接，通过改变电压源6电压以使相位调制器3-4改变相位进而改变待测AMZI3输出功率，以得到功率值最大和最小时对应的电压值，功率值最大和最小时对应的电压差即为待测AMZI3的半波电压。
例如，激光器1产生连续光波，信号发生器2产生调制方波，并将调制方波信号发送至光斩波器2以将连续光波调制成光脉冲序列，温度控制器7可以设于待测AMZI3下，实现对其的温度控制，本发明中通过温度控制器7实现待测AMZI3始终保持为室温，电压源6为待测AMZI3提供驱动直流电压，光功率计4用于探测待测AMZI3的输出光功率。
该待测AMZI3为波导型器件，其材料可以为二氧化硅、硅、氮氧化硅或铌酸锂中的一种或几种。例如，可以为二氧化硅与铌酸锂的混合，或者硅与铌酸锂的混合集成等。
如图2所示，该待测AMZI3可以包括依次连接的输入端耦合器3-1、并列设置的长臂延时线3-2和短臂3-3、输出端耦合器3-5，其中，长臂延时线3-2和短臂3-3的长度不相等，输入端耦合器3-1与输出端耦合器3-5的比值不均等，以弥补延时线引入的长臂延时线3-2和短臂3-3损耗差值，以使经过短臂与经过长臂的光输出后光强相同，输入端耦合器3-1与输出端耦合器3-5的端部通过光纤阵列3-6耦合。在短臂3-3上设有相位调制器3-4，电压源6与待测AMZI3的相位调制器3-4连接。
激光器1、光斩波器2、待测AMZI3和光功率计4通过光纤连接，信号发生器5与光斩波器2通过射频电缆连接，电压源6与待测AMZI3的相位调制器3-4通过导线连接。
若待测AMZI3的材料为二氧化硅或氮氧化硅，则相位调制器3-4为热光调制器，通过电压源在其电极施加电压；若待测AMZI3的材料为铌酸锂，则相位调制器3-4为电光调制器，通过电压源在其电极施加电压；若待测AMZI3的材料为硅，则相位调制器3-4为基于载流子色散效应的电光调制器，通过电压源在其电极施加电压。
信号发生器5输出的调制方波信号的周期为T、占空比r，其与待测AMZI3的延时时间D的关系满足：T-D＞T×r＞2×D，其中，0＜r＜1。
光斩波器2调制3db带宽H满足：H＞10/(T×r)。
本公开另一方面，提供了一种基于上述确定AMZI相位调制器半波电压的装置的方法，如图3所示，该方法包括：
S1，开启激光器1产生激光，设置信号发生器5产生调制方波信号以驱动光斩波器2，通过温度控制器7控制待测AMZI3的温度为室温；
S2，调节电压源6的电压，分别记录电压值对应的功率值，直至功率值变化覆盖一次最小值与最大值为止，功率值中最大值和最小值对应的电压差即为半波电压。
例如，该激光按照调制方波信号被调制成光脉冲序列，每个脉冲为一段有限相干波列，通过AMZI长臂延时线3-2的波列分量相对于通过短臂3-3波列分量时间上产生延时，由于脉宽大于AMZI3延时时间，因此两波列分量在输出端耦合器3-5相遇，通过长臂延时线3-2的波列分量的前部分会与通过臂3-3波列分量的后部分产生干涉，此干涉满足如下关系式：
Figure BDA0002146764800000051
其中，Iout为输入光强，Iin为输出光强，
Figure BDA0002146764800000052
为长臂延时线3-2和短臂3-3的相位差，
Figure BDA0002146764800000053
其中，
Figure BDA0002146764800000054
为长臂延时线3-2和短臂3-3光程差引入的相位差，
Figure BDA0002146764800000055
为相位调制器3-4引入的相位差，因待测AMZI3通过温度控制器7进行温控，因此
Figure BDA0002146764800000056
为常数，此时长臂延时线3-2和短臂3-3的相位差仅由相位调制器3-4进行控制。
相位调制器3-4的相位
Figure BDA0002146764800000057
与电压V，半波电压Vπ满足：
Figure BDA0002146764800000058
因此，干涉光强满足：
Figure BDA0002146764800000059
对于待测AMZI3，实际输出的光脉冲包含干涉部分和非干涉部分，因此最小功率并不为零，由于调制后的脉宽实际比长臂延时线3-2和短臂3-3延时时间大的多，因此输出光发生干涉的部分占主要成本，因此功率计4实际探测功率P为：
Figure BDA00021467648000000510
其中，Pi为每个输出脉冲的瞬时功率，T为调制方波信号的周期，其倒数即为脉冲序列的重复频率，Pmax为功率计4测量数据中的最大值，Pmin为功率计4测量数据中的最小值，则Pmax所对应的电压值与Pmin所对应电压值的差值即为半波电压Vπ。
综上所述，本公开提供的用于确定AMZI相位调制器半波电压的装置和方法，该装置结构简单，成本低，可以快速得出待测AMZI相位调制器的半波电压。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于确定AMZI相位调制器半波电压的装置，包括：
依次连接的激光器(1)、光斩波器(2)、待测AMZI(3)以及光功率计(4)，所述激光器(1)用于产生连续波激光，光功率计(4)用于测量所述待测AMZI(3)的输出功率；以及
信号发生器(5)、电压源(6)与温度控制器(7)，其中，所述信号发生器(5)与所述光斩波器(2)连接，所述信号发生器(5)向所述光斩波器(2)发送调制方波信号，以使所述光斩波器(2)在所述调制方波信号的作用下将所述激光调制成光脉冲序列，所述温度控制器(7)用于控制所述待测AMZI(3)的温度，所述待测AMZI(3)为波导型器件，包括相位调制器(3-4)，所述电压源(6)与所述相位调制器(3-4)连接，通过改变电压源(6)电压以使相位调制器(3-4)改变相位进而改变所述待测AMZI(3)的输出功率，以得到所述功率值最大和最小时对应的电压值，所述功率值最大和最小时对应的电压差即为所述待测AMZI(3)的半波电压；
所述待测AMZI(3)包括：依次连接的输入端耦合器(3-1)、并列设置的长臂延时线(3-2)和短臂(3-3)、输出端耦合器(3-5)，其中，所述长臂延时线(3-2)和短臂(3-3)的长度不相等，所述输出端耦合器(3-5)为3dB耦合器，所述输入端耦合器(3-1)与所述输出端耦合器(3-5)的比值不均等，以使经过短臂与经过长臂的光输出后光强相同，所述相位调制器(3-4)设于所述短臂(3-3)上；
所述信号发生器(5)输出的调制方波信号的周期为T、占空比r，其与待测AMZI(3)的延时时间D的关系满足：
T-D＞T×r＞2×D
其中，0＜r＜1；
所述光斩波器(2)调制3db带宽H满足：
H＞10/(T×r)。
2.根据权利要求1所述的装置，所述激光器(1)、光斩波器(2)、待测AMZI(3)和光功率计(4)通过光纤连接，所述信号发生器(5)与所述光斩波器(2)通过射频电缆连接，所述电压源(6)与所述相位调制器(3-4)通过导线连接。
3.根据权利要求1所述的装置，若所述待测AMZI(3)的材料为二氧化硅或氮氧化硅，则所述相位调制器(3-4)为热光调制器；若所述待测AMZI(3)的材料为铌酸锂，则所述相位调制器(3-4)为电光调制器；若所述待测AMZI(3)的材料为硅，则所述相位调制器(3-4)为基于载流子色散效应的电光调制器。
4.根据权利要求1所述的装置，所述待测AMZI(3)的材料为二氧化硅、硅、氮氧化硅或铌酸锂中的一种或几种。
5.一种用于确定AMZI相位调制器半波电压的方法，应用于如权利要求1所述的装置，所述方法包括：
S1，开启所述激光器(1)产生激光，设置所述信号发生器(5)产生调制方波信号以驱动所述光斩波器(2)，通过温度控制器(7)控制所述待测AMZI(3)的温度为室温；
S2，调节所述电压源(6)的电压，分别记录所述电压值对应的功率值，直至功率值变化覆盖一次最小值与最大值为止，所述功率值中最大值和最小值对应的电压差即为半波电压。
6.根据权利要求5所述的方法，所述调节所述电压源(6)的电压具体为按照预设步长调节所述电压源(6)的电压。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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