CN112327035A - 一种射频半波电压的测量方法、装置及系统 - Google Patents

一种射频半波电压的测量方法、装置及系统 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种射频半波电压的测量方法、装置及系统，所述方法包括：生成测量参数，所述测量参数包括光信号、直流电压信号和多个不同幅度的射频调制电压信号；对所述光信号、直流电压信号和多个不同幅度的射频调制电压信号进行调制处理，得到多个扰动电流信号；根据所述多个扰动电流信号和预先构造的基准正交函数，计算得到与所述基准正交函数对应的多个误差结果；基于所述多个误差结果确定射频半波电压。

Description

一种射频半波电压的测量方法、装置及系统
技术领域
本申请涉及光通信互连技术领域，涉及但不限于一种射频半波电压的测量方法、装置及系统。
背景技术
硅光子技术由于可以兼容现有的互补金属氧化物半导体(CMOS，ComplementaryMetal Oxide Semiconductor)技术，实现低成本，小封装的高速光电混合集成器件，受到了越来越多的关注。其中，在数据中心光互连应用场景中，硅光调制器作为实现光信号高速调制的核心光器件，已经实现小规模化的商用。
硅材料的等离子色散效应包括电折射和电吸收两种效应，即在实际调制过程中同时存在相位调制和强度调制两种效应，这增加了精确测量硅光调制器射频半波电压的难度。当前针对硅光调制器射频半波电压的测试，主要是基于眼图翻转测试法。眼图翻转测试法很难准确地观测到眼图变化的拐点，导致测量结果很粗糙，并且，眼图翻转测试法很难测量高频调制下硅光调制器的射频半波电压。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供一种射频半波电压的测量方法、装置及系统。
本申请实施例的技术方案是这样实现的：
本申请实施例提供一种射频半波电压的测量方法，包括：
生成测量参数，所述测量参数包括光信号、直流电压信号和多个不同幅度的射频调制电压信号；
对所述光信号、直流电压信号和多个不同幅度的射频调制电压信号进行调制处理，得到多个扰动电流信号；
根据所述多个扰动电流信号和预先构造的基准正交函数，计算得到与所述基准正交函数对应的多个误差结果；
基于所述多个误差结果确定射频半波电压。
本申请实施例提供一种射频半波电压的测量装置，包括：
生成模块，用于生成测量参数，所述测量参数包括光信号、直流电压信号和多个不同幅度的射频调制电压信号；
调制模块，用于对所述光信号、直流电压信号和多个不同幅度的射频调制电压信号进行调制处理，得到多个扰动电流信号；
计算模块，用于根据所述多个扰动电流信号和预先构造的基准正交函数，计算得到与所述基准正交函数对应的多个误差结果；
确定模块，用于基于所述多个误差结果确定射频半波电压。
本申请实施例提供一种射频半波电压的测量系统，包括：
激光器，用于发射光信号至被测的硅光调制器；
脉冲码源发生器，用于生成多个不同幅度的调制电压信号，并将所述多个不同幅度的调制电压信号传输至所述硅光调制器；
双通道数模转换器，用于将直流电压信号传输至所述硅光调制器；
所述硅光调制器，用于对所述光信号、直流电压信号和多个不同幅度的调制电压信号进行调制处理，得到多个扰动电流信号；
测量模块，用于根据所述多个扰动电流信号和预先构造的基准正交函数，计算得到与所述基准正交函数对应的多个误差结果；并基于所述多个误差结果确定射频半波电压。
本申请实施例提供一种射频半波电压的测量设备，包括：
处理器；以及
存储器，用于存储可在所述处理器上运行的计算机程序；
其中，所述计算机程序被处理器执行时实现上述射频半波电压的测量方法的步骤。
本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机存储介质中存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令配置为执行上述射频半波电压的测量方法的步骤。
本申请实施例提供一种射频半波电压的测量方法、装置及系统，首先生成光信号、直流电压信号和多个不同幅度的射频调制电压信号；然后对所述光信号、直流电压信号和多个不同幅度的射频调制电压信号进行调制处理，得到多个扰动电流信号；再根据所述多个扰动电流信号和预先构造的基准正交函数，计算得到与所述基准正交函数对应的多个误差结果；最后基于所述多个误差结果确定射频半波电压，不仅能够实现待测硅光调制器的射频半波电压的精确测量，而且测量过程无需人工参与，能够实现全自动化测量。
附图说明
在附图(其不一定是按比例绘制的)中，相似的附图标记可在不同的视图中描述相似的部件。附图以示例而非限制的方式大体示出了本文中所讨论的各个实施例。
图1为本申请实施例提供的射频半波电压的测量方法的一种实现流程示意图；
图2为本申请实施例提供的射频半波电压的测量方法的另一种实现流程示意图；
图3为本申请实施例提供的射频半波电压的测量系统的一种实现流程示意图；
图4为本申请实施例提供的马赫-曾德尔结构硅光调制器射频半波电压的测量装置的一种结构示意图；
图5为本申请实施例提供的马赫-曾德尔结构的硅光调制器射频调制单元的等效模型示意图；
图6为根据不同射频电压下计算得到的多个误差结果进行曲线拟合处理得到的误差曲线示意图；
图7为不同直流电压、不同调制频率的射频半波电压的测量结果示意图；
图8为相同射频调制信号频率，不同直流电压的射频半波电压测试结果示意图；
图9为本申请实施例提供的射频半波电压的测量装置的组成结构示意图；
图10为本申请实施例提供的射频半波电压的测量设备的组成结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述，所描述的实施例不应视为对本申请的限制，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
在以下的描述中，涉及到“一些实施例”，其描述了所有可能实施例的子集，但是可以理解，“一些实施例”可以是所有可能实施例的相同子集或不同子集，并且可以在不冲突的情况下相互结合。
在以下的描述中，所涉及的术语“第一\第二\第三”仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二\第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序，以使这里描述的本申请实施例能够以除了在这里图示或描述的以外的顺序实施。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述本申请实施例的目的，不是旨在限制本申请。
对本申请实施例进行进一步详细说明之前，对本申请实施例中涉及的名词和术语进行说明，本申请实施例中涉及的名词和术语适用于如下的解释。
1)等离子色散效应，一种非线性的电光调制效应，即硅光调制器传输波导的折射率的变化与电场强度成非线性关系。
2)眼图(Eye Diagram)，将示波器跨接在接收滤波器的输出端，然后调整示波器扫描周期，使示波器水平扫描周期与接收码元的周期同步，这时示波器屏幕上看到的图形就称为“眼图”，一般将眼图中的“1”电平称为眼图1，将眼图中的“0”电平称为眼图0。
3)马赫-曾德尔调制器(Mach-Zehnder Modulator)，是将输入光分成两路相等的信号分别进入调制器的两个光支路，这两个光支路采用的材料是电光性材料，其折射率随外部施加的电信号大小而变化。由于光支路的折射率变化会导致信号相位的变化，当两个支路信号调制器输出端再次结合在一起时，合成的光信号将是一个强度大小变化的干涉信号，相当于将电信号的变化转换为光信号的变化，从而实现光强度的调制。
为了更好地理解本申请实施例，首先对相关技术中的射频半波电压的测量方法及存在的缺点进行说明。
硅光子技术由于可以兼容现有的CMOS技术，实现低成本、小封装的高速光电混合集成器件，受到了越来越多的关注。其中，硅光调制器作为数据中心光互连应用场景中实现光信号高速调制的核心光器件，已经实现小规模化的商用。
射频半波电压是评价硅光调制器调制性能的关键指标，其指标定义为调制信号加载在电光调制器上产生的相位变化等于π时对应的射频信号幅度。
基于射频半波电压，我们可以准确得到硅光调制器加载实际调制信号后的调制损耗，从而得到硅光调制器在不同调制格式下实际输出光功率。由于硅光调制器的高速调制原理是基于硅材料的等离子色散效应，这使得硅光调制器的射频半波电压随施加的电场强度的变化而变化，并不是固定数值。
然而相关技术中关于电光调制器射频半波电压测试方法都是针对线性电光效应的电光调制器。电光调制器的射频半波电压由调制器材料、设计结构和波导调制行波电极长度确定，不随施加的电场强度的变化而变化，基于电光调制器的射频半波电压测试方法，无法适用于硅光调制器。
另外，硅材料的等离子色散效应包括电折射和电吸收两种效应，即在实际调制过程中同时存在相位调制和强度调制这两种效应，使得精确测量硅光调制器射频半波电压的难度增加。
相关技术中针对硅光调制器射频半波电压的测量，主要基于眼图翻转测试法。应用眼图翻转测试法测量硅光调制器射频半波电压时，主要存在以下两个缺点：
1)在射频半波电压附近，光眼图幅度变化几乎不敏感；并且，硅光调制器输出的光信号，需要经过光放大器才能看到较明显的光眼图，使得眼图0和眼图1电平线较。由此导致使用眼图翻转测试法很难准确地观测到眼图变化的拐点，导致眼图翻转测试法的测量结果粗糙。
2)随着调制频率的变大，硅光调制器的射频半波电压也同时变大。硅光调制器在高速调制速率下，例如32Gbps(每秒吉比特)，其半波电压通常大于6V(伏)，要想直接测试得到该高速调制速率下的射频半波电压，必须施加大于6V的调制信号。但是相关技术中用于驱动硅光调制器的驱动器或信号源，在32Gbps(每秒吉比特)的调制速率下，最大驱动电压摆幅不超过6VPP(峰峰值电压)，所以眼图翻转测试法很难实现高频调制下对硅光调制器射频半波电压的精确测量。
在相关技术中，基于高速调制应用场景的硅光调制器结构大部分都是基于马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)结构的。马赫-曾德尔调制器通过控制其偏置电压，可以实现不同边带的调制。
基于相关技术中存在的问题，本申请实施例提供的射频半波电压的测量方法，不仅能够实现待测硅光调制器的射频半波电压的精确测量，而且测量过程无需人工参与，能够实现全自动化测量。
基于相关技术所存在的问题，本申请实施例提供一种射频半波电压的测量方法，所述方法应用于射频半波电压的测量系统。图1为本申请实施例提供的射频半波电压的测量方法的一种实现流程示意图，如图1所示，所述射频半波电压的测量方法包括以下步骤：
步骤S101，生成测量参数。
这里，所述测量参数包括光信号、直流电压信号和多个不同幅度的射频调制电压信号。
所述光信号可以由射频半波电压的测量系统包括的激光器生成，并传输至射频半波电压的测量系统包括的被测硅光调制器，所述激光器可以为连续输出激光器。本申请实施例中，所述光信号可以通过保偏光纤传输至硅光调制器，保偏光纤可以解决偏振态变化的问题。使用保偏光纤传输光信号，能够确保光信号的线偏振方向保持不变，以实现对射频半波电压的高精度测量。
所述直流电压信号可以由射频半波电压的测量系统包括的双通道数模转换器生成并传输至硅光调制器。直流电压信号可以通过双通道数模转换器与硅光调制器的连接引脚输入至硅光调制器。
所述多个不同幅度的射频调制电压信号可以由射频半波电压的测量系统包括的脉冲码源发生器生成并传输至硅光调制器。所述射频调制电压信号可以通过脉冲码源发生器与硅光调制器的连接引脚输入至硅光调制器。脉冲码源发生器通过调节输出幅度，生成多个不同幅度的射频调制电压信号，该多个不同幅度的射频调制电压信号为相同频率的高频信号；并且，输入至硅光调制器的多个射频调制电压信号的幅度，无需达到硅光调制器的射频半波电压幅度。
步骤S102，对所述光信号、直流电压信号和多个不同幅度的射频调制电压信号进行调制处理，得到多个扰动电流信号。
射频半波电压的测量系统包括的硅光调制器在接收到光信号、直流电压信号和射频调制电压信号后，对其进行调制处理，得到扰动电流信号。这里，得到的扰动电流信号为低频信号。
本申请实施例中的硅光调制器可以为马赫-曾德尔结构的硅光调制器，硅光调制器将输入的直流电压信号和射频调制电压信号分别分为两路，进入硅光调制器的两个光支路。由于两个光支路采用的材料是电光性材料，其折射率随外部施加的电信号大小的变化而变化。进入光支路的直流电压信号和射频调制电压信号，基于光支路的折射率变化，引起光信号相位发生改变。
本申请实施例中，可以通过调节脉冲码源发生器的输出幅度，输出多个不同幅度的射频调制电压信号。该多个不同幅度的射频调制电压信号传输至硅光调制器后，由硅光调制器分别进行调制处理，得到多个扰动电流信号。
步骤S103，根据所述多个扰动电流信号和预先构造的基准正交函数，计算得到与所述基准正交函数对应的多个误差结果。
本申请实施例中，射频半波电压的测量系统包括的测量模块可以预先构造基准正交函数，根据基准正交函数对硅光调制器输出的多个扰动电流信号分别进行数据处理，得到多个不同幅度的射频半波电压下的多个误差结果。
步骤S104，基于所述多个误差结果确定射频半波电压。
测量模块对计算得到的多个误差结果进行曲线拟合，可以得到误差曲线，基于误差曲线确定得到预测量的射频半波电压。
在一些实施例中，测量模块可以预先构造多个基准正交函数，例如构造两个基准正交三角函数sin(ws(t+△t))和cos(ws(t+△t))，其中，ws为频率，t为时间，△t为时延。在步骤S103中根据该两个基准正交三角函数，分别对某一幅度的射频调制电压信号对应的扰动电流信号进行两次数据处理，得到该幅度的射频半波电压下的两个误差值，将该两个误差值确定为一个误差结果。根据两个基准正交三角函数分别对多个不同幅度的射频调制电压信号对应的多个扰动电流信号进行多次数据处理，得到不同幅度的射频半波电压下的多个误差结果。对多个误差结果进行曲线拟合，计算得到该两个基准正交三角函数对应的两条误差曲线，再经过三阶拟合得到两条误差曲线的交点，将所述交点对应的射频调制电压信号的幅度值确定为待测硅光调制器的射频半波电压，从而得到精确测量的射频半波电压，而且测量过程无需人工参与，能够实现全自动化测量。
本申请实施例中，可以在低频调制下测量射频半波电压，输入至待测硅光调制器的射频调制电压信号的幅度可以小于射频半波电压的幅度，不会影响测量得到的射频半波电压的大小，能够在低频条件下实现高频调制的射频半波电压的精确测量。
本申请实施例中，测量一次得到的射频半波电压为当前测量频率下的测量值，可以进一步地通过改变脉冲码源发生器输出的射频调制电压信号的频率，测量得到任意频率点下待测硅光调制器的射频半波电压，从而实现任意频率下射频半波电压的精确测量。或者，通过改变双通道数模转换器输出的直流电压信号的频率，得到任意直流偏置电压条件下测量的射频半波电压，从而实现任意直流偏置电压条件下射频半波电压的精确测量。
本申请实施例提供的射频半波电压的测量方法，首先生成光信号、直流电压信号和多个不同幅度的射频调制电压信号；然后对所述光信号、直流电压信号和多个不同幅度的射频调制电压信号进行调制处理，得到多个扰动电流信号；再根据所述多个扰动电流信号和预先构造的基准正交函数，计算得到与所述基准正交函数对应的多个误差结果；最后基于所述多个误差结果确定射频半波电压，不仅能够实现待测硅光调制器的射频半波电压的精确测量，而且测量过程无需人工参与，能够实现全自动化测量。
在一些实施例中，所述直流电压信号包括第一直流电压信号和第二直流电压信号。上述步骤S102“对所述光信号、直流电压信号和多个不同幅度的射频调制电压信号进行调制处理，得到多个扰动电流信号”，可以通过以下步骤实现：
步骤S1021，对所述第一直流电压信号进行相位偏移处理，得到低频正弦功率抖动信号。
本申请实施例中，待测硅光调制器包括一热光相移器，用于设定硅光调制器的调制工作点，即直流相位偏置。热光相移器的工作原理为：通过将输入的第一直流电压信号施加给热光相移器内部的加热电极，基于硅波导热光效应改变热光相移器波导臂的温度，从而改变其折射率，这样就引入了额外的直流相位偏移，基于此得到低频正弦功率抖动信号。
本申请实施例中，功率正弦扰动信号VPS_Dither表示如下式(1)：
Figure BDA0002734755640000091
其中，PDither为正弦功率扰动信号的幅度，ws为频率，t为时间。
步骤S1022，基于所述第二直流电压信号和所述多个不同幅度的射频调制电压信号对所述光信号进行调制处理，得到所述光信号的多个相位调制信号。
本申请实施例中，待测硅光调制器还包括一射频调制单元，用于将输入的射频调制电压信号转换为光信号的相位调制信号。射频调制单元基于输入的第二直流电压信号和射频调制电压信号对光信号进行调制处理，得到光信号的相位调制信号。
射频调制单元将输入的第二直流电压信号和射频调制电压信号分成两路，分别进入硅光调制器的两个光支路，基于光支路的折射率变化，引起光信号相位发生改变，得到的信号即为光信号的相位调制信号。
步骤S1023，基于所述低频正弦功率抖动信号，对所述光信号的多个相位调制信号进行干扰处理，得到多个低频扰动光信号。
射频调制单元将步骤S1021得到的低频正弦功率抖动信号，加载在步骤S1022得到的光信号的相位调制信号上，对其进行干扰处理，得到低频扰动光信号。该低频扰动光信号的频率与低频正弦功率抖动信号的频率相等。
本申请实施例中，低频扰动光信号的复振幅表达式如下式(2)：
Figure BDA0002734755640000101
式中，EIN为激光器输出的光信号的复振幅；γ为硅光调制器两个光支路的分光比，该因子为一常数；w0为光信号的频率；αRF_A(t)和αRF_B(t)分别为硅光调制器的两个光支路的吸收损耗；φRF_A(t)和φRF_B(t)分别为输入至两个光支路的第二直流电压信号和射频调制电压信号引起光信号产生的相位偏移；φBIAS为硅光调制器的热光相移器引入的直流偏置相位；i,j为虚数单位，t为射频调制电压信号的周期。
其中，φBIAS主要用于确定硅光调制器在高速调制状态下的工作点，其表达式如下式(3)：
Figure BDA0002734755640000102
式中，VDC_SET是施加在硅光调制器的热光相移器的直流电压，即第一直流电压信号的电压，VDCπ_SET是半波电压，即将第一直流电压VDC_SET的相位偏置π得到的电压。
硅光调制器的两个光支路的吸收损耗αRF_A(t)和αRF_B(t)的表达式如下式(4)、(5)：
Figure BDA0002734755640000111
Figure BDA0002734755640000112
式中，δRF_A_1,2,3,4和δRF_B_1,2,3,4分别为硅光调制器两个光支路的吸收损耗相对于反向PN结偏压的多项式因子，VPN是第二直流电压信号的电压，该电压为射频调制电压信号的直流反向偏置电压，VRF(t)是射频调制电压信号的电压。
硅光调制器的两个光支路的相位偏移φRF_A(t)和φRF_B(t)的表达式如下式(6)、(8)：
Figure BDA0002734755640000113
Figure BDA0002734755640000114
Figure BDA0002734755640000115
Figure BDA0002734755640000116
式中，
Figure BDA0002734755640000117
分别为硅光调制器两个光支路的相移相对于反向PN结偏压的多项式因子。
在实际的测试中，输入至硅光调制器的射频调制电压信号VRF(t)可以是双极性的非归零编码(NRZ，Not Return to Zero)射频调制电压信号，其表达式如下式(10)：
Figure BDA0002734755640000121
式中，VRF为射频调制电压信号VRF(t)的幅值，gT(t)为射频调制电压信号的脉冲序列，取值为1和-1，分别对应NRZ的码源0和1，TS为射频调制电压信号的周期，联合式(6)至式(10)，φRF_A(t)的表达式可换算为式(11)，φRF_B(t)的表达式可换算为式(12)：
Figure BDA0002734755640000122
Figure BDA0002734755640000123
将式(11)和式(12)中VRF相关项分别用fA(VRF)和fB(VRF)两个三阶多项式函数来表示，如下式(13)、(14)：
Figure BDA0002734755640000124
Figure BDA0002734755640000125
利用式(13)、(14)分别对(11)、(12)进行化简，得到式(15)、(16)：
Figure BDA0002734755640000126
Figure BDA0002734755640000127
结合式(2)，当NRZ码源为0时，硅光调制器输出光场的复振幅为：
Figure BDA0002734755640000128
结合式(2)，当NRZ码源为1时，硅光调制器输出光场的复振幅为：
Figure BDA0002734755640000131
步骤S1024，对所述多个低频扰动光信号进行第一转换处理，得到多个扰动电流信号。
由于电流信号的传输，能够尽可能的减小导线电阻对信号的影响，基于此，本申请实施例中，硅光调制器将信号传输至测量模块之前，将光信号转换为电流信号，以减少外界各种因素的干扰，提高射频半波电压的测量精度。
本申请实施例中，待测硅光调制器还包括一光电探测器(PD，PhotoelectricDetector)，所述PD可以为低速PD，用于在硅光调制器正常工作时锁定热光相移器的直流偏置点，还用于将低频的扰动光信号进行第一转换处理，得到低频的扰动电流信号后输出至测量模块，实现光电转换。
基于硅光调制器输出光场的复振幅，低速PD探测得到输出光场的平均光功率可以表示为式(19)：
Figure BDA0002734755640000132
其中NTs为积分时间，N为对应的码源序列总数。
将式(17)和(18)代入式(19)，得到低速PD探测的平均光功率表达式展开为式(20)：
Figure BDA0002734755640000133
引入直流平均光功率POUT_DC、系数FOUT_AC_NRZ0和FOUT_AC_NRZ1，其表达式分别如下：
Figure BDA0002734755640000134
Figure BDA0002734755640000141
Figure BDA0002734755640000142
利用(21)、(22)和(23)，对式(20)进行简化，得到：
Figure BDA0002734755640000143
由于脉冲码源发生器通常输出的伪随机码0和1的概率相同，因此本申请实施例中，假定0和1的码源总数均为
Figure BDA0002734755640000144
则可以得到系数FOUT_AC_NRZ0≈FOUT_AC_NRZ1，由此式(24)可以进一步简化为：
Figure BDA0002734755640000145
将式(1)代入式(25)，得到：
Figure BDA0002734755640000146
本申请实施例中，将热光相移器的直流偏置点设定为90°，即
Figure BDA0002734755640000147
则式(26)可以进一步简化为：
Figure BDA0002734755640000148
Figure BDA0002734755640000151
式(27)即为得到的扰动电流信号的平均光功率。
在一些实施例中，所述基准正交函数包括第一基准正交函数和第二基准正交函数。上述步骤S103“根据所述多个扰动电流信号和预先构造的基准正交函数，计算得到与所述基准正交函数对应的多个误差结果”，可以通过以下步骤实现：
步骤S1031，根据所述多个扰动电流信号，获取多个数字采样信号。
利用数模转换器对扰动电流信号经过转换处理，得到数字采样信号，以便对其进行进一步的计算处理。
在一些实施例中，所述根据所述多个扰动电流信号，获取多个数字采样信号，可以实现为：对所述多个扰动电流信号进行第二转换处理，得到多个扰动电压信号；对所述多个扰动电压信号进行放大处理，得到多个放大扰动电压信号；对所述多个放大扰动电压信号进行采样处理，得到多个数字采样信号。
本申请实施例中，为了避免输入偏置电流和失调电流影响射频半波电压的测量精度，测量模块接收到扰动电流信号后，将硅光调制器输出的扰动电流信号进行电流/电压转换，得到扰动电压信号。在一些实施例中，可以利用跨阻放大器(TIA，Trans-ImpedanceAmplifier)实现电流/电压的转换。
转换完成后，利用放大器对扰动电压信号进行放大处理，得到放大扰动电压信号，最后按照设定采样周期T，对放大后的扰动电压信号进行采样处理，将连续的扰动电压信号转换为离散的数字采样信号。
步骤S1032，将所述多个数字采样信号分别与所述第一基准正交函数进行互相关积分运算，得到多个第一误差结果。
预先构造第一基准正交函数，该第一基准正交函数可以为三角函数，例如sin(ws(t+△t))，将数字采样信号与第一基准正交函数进行互相关积分运算，得到第一误差值ERR_SIN，如下式(28)：
Figure BDA0002734755640000161
步骤S1033，将所述多个数字采样信号分别与所述第二基准正交函数进行互相关积分运算，得到多个第二误差结果。
预先构造第二基准正交函数，该第二基准正交函数可以为三角函数，例如cos(ws(t+△t))，将数字采样信号与第二基准正交函数进行互相关积分运算，得到第二误差值ERR_COS，如下式(29)：
Figure BDA0002734755640000162
互相关积分运算的结果第一误差值和第二误差值为对同一个数字采样信号进行处理得到的不同值，其对应相同幅度下射频半波电压下的两个误差值。对多个数字采样信号进行相同的处理，即可得到多个不同幅度下射频半波电压的多组误差值。
在一些实施例中，上述步骤S104“基于所述多个误差结果确定射频半波电压”，可以通过以下步骤实现：
步骤S1041，分别对所述多个第一误差结果和所述多个第二误差结果进行曲线拟合处理，得到第一拟合曲线函数和第二拟合曲线函数。
对基于第一基准正交函数运算得到的多个误差值进行曲线拟合处理，得到第一拟合曲线，利用该第一拟合曲线上的点获取其曲线函数，作为第一拟合曲线函数。
相应的，对基于第二基准正交函数运算得到的多个误差值进行曲线拟合处理，得到第二拟合曲线，利用该第二拟合曲线上的点获取其曲线函数，作为第二拟合曲线函数。
经过曲线拟合处理得到的第一拟合曲线和第二拟合曲线，可以参见图6所示的两条曲线61和62。
步骤S1042，基于所述第一拟合曲线函数和所述第二拟合曲线函数，确定目标值。
其中，所述目标值满足：将所述目标值代入所述第一拟合曲线函数得到的第一值与将所述目标值代入所述第二拟合曲线函数得到的第二值相等。
联立两个曲线函数，建立方程组，计算求得该方程组的解，方程组的解即为第一拟合曲线和第二拟合曲线的交点即(目标值，第一值/第二值)，该目标值为幅度值，第一值/第二值为误差值，例如，图6所示的点M，确定的目标值即为射频半波电压。
步骤S1043，将所述目标值确定为射频半波电压。
将计算得到的目标值确定为测量得到的射频半波电压，从而得到测量结果，实现高频调制的射频半波电压的精确测量。
本申请实施例提供的射频半波电压的测量方法，利用低频的多个不同幅度的调制电压信号，测量得到多个低频半波电压的误差结果，将多个误差结果进行曲线拟合处理，将拟合得到的曲线的交点确定为射频半波电压，能够在低频条件下实现高频调制的射频半波电压的精确测量。
图2为本申请实施例提供的射频半波电压的测量方法的另一种实现流程示意图，如图2所示，所述射频半波电压的测量方法包括以下步骤：
步骤S201，生成测量参数。
其中，所述测量参数包括光信号、直流电压信号和多个不同幅度的射频调制电压信号。所述直流电压信号包括第一直流电压信号和第二直流电压信号。
所述光信号可以由射频半波电压的测量系统包括的激光器生成，所述激光器可以为连续输出激光器，所述直流电压信号可以由射频半波电压的测量系统包括的双通道数模转换器生成，所述多个不同幅度的射频调制电压信号可以由射频半波电压的测量系统包括的脉冲码源发生器生成。
步骤S202，对所述第一直流电压信号进行相位偏移处理，得到低频正弦功率抖动信号。
在本申请实施例中，通过第一直流电压信号给待测硅光调制器内部的热光相移器施加低频的功率正弦扰动信号VPS_Dither，该功率抖动信号的频率在实际测量中可以选择为820Hz，当然，也可以为其他频率，例如100Hz，本申请实施例中不做限定。
步骤S203，基于所述第二直流电压信号和所述多个不同幅度的射频调制电压信号对所述光信号进行调制处理，得到所述光信号的多个相位调制信号。
硅光调制器内部的射频调制单元，将输入的第二直流电压信号和射频调制电压信号分成两路，分别进入硅光调制器的两个光支路，基于光支路的折射率变化，引起光信号相位发生改变，得到的信号即为光信号的相位调制信号。
步骤S204，基于所述低频正弦功率抖动信号，对所述光信号的多个相位调制信号进行干扰处理，得到多个低频扰动光信号。
射频调制单元将低频正弦功率抖动信号VPS_Dither，加载在步骤S203得到的光信号的相位调制信号上，对其进行干扰处理，得到低频扰动光信号。该低频扰动光信号的频率与低频正弦功率抖动信号的频率相等。
步骤S205，对所述多个低频扰动光信号进行第一转换处理，得到多个扰动电流信号。
由于电流信号的传输，能够尽可能的减小导线电阻对信号的影响，基于此，本申请实施例中，硅光调制器将信号传输至测量模块之前，将光信号转换为电流信号，以减少外界各种因素的干扰，提高射频半波电压的测量精度。
硅光调制器内部的低频PD在硅光调制器正常工作时锁定热光相移器的直流偏置点，并将低频的扰动光信号进行第一转换处理，得到低频的扰动电流信号，实现光电转换。
步骤S206，对所述多个扰动电流信号进行第二转换处理，得到多个扰动电压信号。
本申请实施例中，为了避免输入偏置电流和失调电流影响射频半波电压的测量精度，测量模块接收到扰动电流信号后，将硅光调制器输出的扰动电流信号进行电流/电压转换，得到扰动电压信号。
在一些实施例中，可以利用跨阻放大器TIA实现电流/电压的转换。
步骤S207，对所述多个扰动电压信号进行放大处理，得到多个放大扰动电压信号。
步骤S208，对所述多个放大扰动电压信号进行采样处理，得到多个数字采样信号。
转换完成后，利用放大器对扰动电压信号进行放大处理，得到放大扰动电压信号，最后按照设定采样周期T，对放大后的扰动电压信号进行采样处理，将连续的扰动电压信号转换为离散的数字采样信号。
步骤S209，将所述多个数字采样信号分别与所述第一基准正交函数进行互相关积分运算，得到多个第一误差结果。
步骤S210，将所述多个数字采样信号分别与所述第二基准正交函数进行互相关积分运算，得到多个第二误差结果。
预先构造第一基准正交函数和第一基准正交函数，将数字采样信号分别与第一基准正交函数、第一基准正交函数进行互相关积分运算，得到第一误差值和第二误差值，该两个误差值为对同一个数字采样信号进行处理得到的不同的一组误差值。对多个数字采样信号进行相同的处理，即可得到多个不同幅度下射频半波电压的多组误差值。
步骤S211，分别对所述多个第一误差结果和所述多个第二误差结果进行曲线拟合处理，得到第一拟合曲线函数和第二拟合曲线函数。
对多组误差值分别进行曲线拟合处理，得到第一拟合曲线和第二拟合曲线，再分别利用第一拟合曲线和第二拟合曲线上的点获取其曲线函数，得到第一拟合曲线函数和第二拟合曲线函数。
步骤S212，基于所述第一拟合曲线函数和所述第二拟合曲线函数，确定目标值。
其中，所述目标值满足：将所述目标值代入所述第一拟合曲线函数得到的第一值与将所述目标值代入所述第二拟合曲线函数得到的第二值相等。
步骤S213，将所述目标值确定为射频半波电压。
联立两个曲线函数，建立方程组，计算求得该方程组的解，方程组的解即为第一拟合曲线和第二拟合曲线的交点即(目标值，第一值/第二值)，该目标值为幅度值，第一值/第二值为误差值，确定的目标值即为射频半波电压。
本申请实施例提供的射频半波电压的测量方法，首先生成光信号、直流电压信号和多个不同幅度的射频调制电压信号；然后对所述光信号、直流电压信号和多个不同幅度的射频调制电压信号依次进行调制处理、光电转换处理、电流/电压转换处理、放大处理、采样处理，再将采样处理得到的数字采样信号与预先构造的基准正交函数进行互相关积分运算，计算得到与所述基准正交函数对应的多个误差结果；最后基于多个误差结果进行拟合处理得到的拟合曲线函数确定射频半波电压，不仅能够实现待测硅光调制器的射频半波电压的精确测量，而且测量过程无需人工参与，能够实现全自动化测量。
在上述实施例的基础上，本申请实施例提供一种射频半波电压的测量系统，图3为本申请实施例提供的射频半波电压的测量系统的一种实现流程示意图，如图3所示，所述射频半波电压的测量系统包括以下器件：
激光器31，用于发射光信号至被测的硅光调制器34；
脉冲码源发生器32，用于生成多个不同幅度的调制电压信号，并将所述多个不同幅度的调制电压信号传输至所述硅光调制器34；
双通道数模转换器33，用于将直流电压信号传输至所述硅光调制器34；
硅光调制器34，用于对所述光信号、直流电压信号和多个不同幅度的调制电压信号进行调制处理，得到多个扰动电流信号；
测量模块35，用于根据所述多个扰动电流信号和预先构造的基准正交函数，计算得到与所述基准正交函数对应的多个误差结果；并基于所述多个误差结果确定射频半波电压。
在一些实施例中，所述激光器31可以为连续输出激光器。
在一些实施例中，所述系统还可以还包括：保偏光纤36，用于将所述激光器31发射的光信号以固定的线偏振方向输入至所述硅光调制器34；
在一些实施例中，所述双通道数模转换器33可以包括：
第一传输单元331，用于将第一直流电压信号传输至所述硅光调制器34；
第二传输单元332，用于将第二直流电压信号传输至所述硅光调制器34。
在一些实施例中，所述硅光调制器34可以包括：
热光相移器341，用于对所述第一直流电压信号进行相位偏移处理，得到低频正弦功率抖动信号；
射频调制单元342，用于基于所述第二直流电压信号和所述多个不同幅度的射频调制电压信号对所述光信号进行调制处理，得到所述光信号的多个相位调制信号；基于所述低频正弦功率抖动信号，对所述光信号的多个相位调制信号进行干扰处理，得到多个低频扰动光信号；
光电探测器343，用于对所述多个低频扰动光信号进行第一转换处理，得到多个扰动电流信号。
在一些实施例中，所述测量模块35可以包括：
跨阻放大器351，用于对所述多个扰动电流信号进行第二转换处理，得到多个扰动电压信号；
交流电压放大器352，用于对所述多个扰动电压信号进行放大处理，得到多个放大扰动电压信号；
采样单元353，用于对所述多个放大扰动电压信号进行采样处理，得到多个数字采样信号；
数据处理单元354，用于根据所述多个数字采样信号和预先构造的基准正交函数，计算得到与所述基准正交函数对应的多个误差结果；并基于所述多个误差结果确定射频半波电压。
待测的硅光调制器34包含三个主要功能单元：热光相移器341、射频调制单元342和低频PD343。所述射频半波电压的测量系统30的工作原理为：
激光器31输出的光信号通过保偏光纤36输入到基于待测马赫-曾德尔结构的硅光调制器34中。脉冲码源发生器32用于产生频率可调的NRZ电平脉冲调制电压信号加载在射频调制单元342。双通道数模转换器33可以输出两路模拟电压信号：第一直流电压信号和第二直流电压信号，其中一路用于给热光相移器341的直流偏置引脚提供第一直流电压外加低频正弦功率抖动信号，另一路用于给射频调制单元342的直流偏置引脚提供第二直流电压。
热光相移器341设定硅光调制器34的调制工作点即直流相位偏置，工作原理为通过双通道数模转换器33给热光相移器341内部的加热电极施加第一直流电压，基于硅波导热光效应来改变热光相移器341波导臂的温度从而改变其折射率，这样就引入了额外的直流相位偏移；射频调制单元342，通过双通道数模转换器33为射频调制单元342提供第二直流电压，将输入的射频调制电压信号转换为输入光信号的相位调制信号；低速PD343用于在硅光调制器34正常工作时将热光相移器341直流偏置点锁定，该低速PD343通常接收硅光调制器34输出的部分低频扰动光信号，再将低频扰动光信号转换为低频扰动电流信号。低频扰动电流信号经过低速跨阻放大器TIA351和交流电压放大器352转换为相同频率的放大扰动电压信号，经过交流信号采样单元353转换为数字采样信号，数据处理单元354预先构造一对基准正交三角函数，利用构造的基准正交函数与数字采样信号进行互相关积分运算，得出一组误差运算结果。
通过调节脉冲码源发生器32的射频调制电压信号的输出幅度，进行上述过程的调制、计算，可以得到多组误差运算结果，对不同基准正交函数运算得到的每组误差运算结果中对应的误差值进行曲线拟合，得到两条误差运算曲线，经过三阶拟合得到该两条误差运算曲线的函数表达式后，确定该两条误差运算曲线函数的交点，将交点对应的射频信号幅度确定为硅光调制器34的射频半波电压。
在一些实施例中，可以通过改变脉冲码源发生器32输出射频调制电压信号的频率，得到待测硅光调制器在任意频率点的射频半波电压。
本申请实施例提供的射频半波电压的测量系统，包括：激光器，用于发射光信号至被测的硅光调制器；脉冲码源发生器，用于生成多个不同幅度的调制电压信号，并将所述多个不同幅度的调制电压信号传输至所述硅光调制器；双通道数模转换器，用于将直流电压信号传输至所述硅光调制器；所述硅光调制器，用于对所述光信号、直流电压信号和多个不同幅度的调制电压信号进行调制处理，得到多个扰动电流信号；测量模块，用于根据所述多个扰动电流信号和预先构造的基准正交函数，计算得到与所述基准正交函数对应的多个误差结果；并基于所述多个误差结果确定射频半波电压，不仅能够实现待测硅光调制器的射频半波电压的精确测量，而且测量过程无需人工参与，能够实现全自动化测量。
下面，将说明本申请实施例在一个实际的应用场景中的示例性应用。
本申请实施例提供一种马赫-曾德尔结构硅光调制器射频半波电压的测量方法，给待测的马赫-曾德尔结构硅光调制器内部用于直流相位偏置的热光相移器引入低频正弦功率抖动信号，此时硅光调制器内置低速PD输出信号将包含同频交流电流信号，将该交流电流信号通过前置跨阻放大器和交流电压放大器进行电流到电压变换以及电压信号放大，放大后的交流电压信号经过模数转换器进行采样转换为数字信号，同时构造一对基准正交三角函数其频率跟扰动信号频率相同，将基准正交三角函数分别与采样得到的数字信号进行互相关积分运算，得到一组误差运算结果，可以证明当加载在硅光调制器的射频信号幅度等于射频半波电压时，上述误差运算结果等于0。在此基础上可以得到不同幅度射频电压下互相关运算的结果，并将其拟合成相对于射频电压幅度的两条三阶多项式误差函数曲线，这两条曲线交点对应的射频电压幅度即为射频半波电压，因此在实际测量中射频信号幅度不需要达到待测硅光调制器射频半波电压幅度，只需要得到上述两组误差函数曲线并通过数值拟合得到相对于射频信号幅度的三阶误差函数，最后通过数值计算得到三阶函数交点对应的射频电压幅度即为待测硅光调制器的射频半波电压。
图4为本申请实施例提供的马赫-曾德尔结构硅光调制器射频半波电压的测量装置的一种结构示意图，如图4所示，所述测量装置40包括：
连续输出激光器41保偏光纤42，待测马赫-曾德尔结构的硅光调制器43，脉冲码源发生器44，双通道数模转换器45，低速跨阻放大器TIA46，交流电压放大器47，交流信号采样单元48以及数据处理单元49。
硅光调制器43包括用于加载直流相位偏置的热光相移器431、基于硅基等离子色散效应的反向PN结结构的射频调制单元432和低速光电探测器PD433。
测量装置40的工作原理为：连续输出激光器41的输出光信号通过保偏光纤42输入到基于待测马赫-曾德尔结构的硅光调制器43中，其中待测马赫-曾德尔结构的硅光调制器43包含的热光相移器431用于设定硅光调制器43的调制工作点即直流相位偏置，工作原理为通过给热光相移器431内部的加热电极施加电压，基于硅波导热光效应来改变热光相移器431波导臂的温度从而改变其折射率，这样就引入了额外的直流相位偏移；待测马赫-曾德尔结构的硅光调制器43包含的射频调制单元432是将输入的射频调制电信号转换为输入光信号的相位调制信号，其中VPN是射频调制单元的直流反向偏置电压输入引脚，VRF是射频信号输入引脚。脉冲码源发生器42用于产生频率可调的NRZ电平脉冲调制电压信号加载于VRF引脚。双通道数模转换器45可以输出两路模拟电压信号，其中一路用于给热光相移器431的直流偏置引脚VDC_SET提供直流电压外加正弦功率抖动信号VPS_Dither，抖动信号频率可选定为820Hz；另外一路用于给射频调制单元432的直流偏置引脚VPN提供直流电压信号。待测马赫-曾德尔结构的硅光调制器43包含的低速PD433用于在硅光调制器43正常工作时，将热光相移器431的直流偏置点进行锁定，该低速PD433可以接收硅光调制器43输出的部分光信号，例如接收硅光调制器43输出的5％光信号，低速PD433在本测量中还用于将低频扰动的光信号转换为低频扰动的电流信号。低频扰动电流信号经过低速跨阻放大器TIA46和交流电压放大器47转换为同频扰动的电压信号，经过交流信号采样单元48转换为数字采样信号，数据处理单元49构造一对基准正交三角函数跟上述数字采样信号进行互相关积分运算得出一组误差运算结果，调节脉冲码源发生器44的射频信号输出幅度可以得到两条误差运算曲线，经过三阶拟合得到两条误差运算曲线函数其交点对应的射频信号幅度即为待测硅光马赫-曾德尔结构的硅光调制器43的射频半波电压；通过改变脉冲码源发生器44输出射频信号的频率可以得到任意频率点的射频半波电压。
图5为本申请实施例提供的马赫-曾德尔结构的硅光调制器射频调制单元的等效模型示意图，如图5所示，射频调制单元432包括射频信号源501，上臂行波电极502，下臂行波电极503，上、下臂等效PN结504，终端电阻505。
其中，射频信号源501等效于图4所示的脉冲码源发生器44。射频调制单元432的等效模型的工作原理为：射频信号通过待测马赫-曾德尔结构的硅光调制器43射频调制单元432的上臂行波电极502、下臂行波电极503分别加载在上、下臂等效PN结504上，待测马赫-曾德尔结构的硅光调制器43在高速调制状态下，其上、下臂等效PN结504可以等效为一对处于反向偏置状态的PN结，终端电阻504与上臂行波电极502、下臂行波电极503的阻抗相等，能够保证射频信号在硅波导内传输时阻抗匹配，从而降低高速调制状态下射频信号的反射效应。
下面将推导射频半波电压测量方法的理论计算公式，图4中待测马赫-曾德尔结构的硅光调制器43输出光场的复振幅表达式如下：
Figure BDA0002734755640000251
式中EIN为连续输出激光器41输出光场的复振幅，γ为待测马赫-曾德尔结构的硅光调制器43上下臂的分光比，w0为输入光载波频率，αRF_A(t)和αRF_B(t)分别为待测马赫-曾德尔结构的硅光调制器43由调制信号引起的上下臂吸收损耗因子，φRF_A(t)和φRF_B(t)为待测马赫-曾德尔结构的硅光调制器43由调制信号引起的上下臂相移，φBIAS为待测马赫-曾德尔结构的硅光调制器43内置热光相移器431引入的直流偏置相位，主要用于确定硅光调制器43在高速调制状态下的工作点，其表达式为
Figure BDA0002734755640000252
VDC_SET是热光相移器431施加的直流电压，VDCπ_SET是热光相移器431的半波电压即相位偏置为π时对应的直流电压，射频调制信号引起上下臂的损耗和相移可以用VRF(t)的三阶多项式来表示；
Figure BDA0002734755640000253
Figure BDA0002734755640000261
Figure BDA0002734755640000262
Figure BDA0002734755640000263
Figure BDA0002734755640000264
Figure BDA0002734755640000265
δRF_A_1,2,3,4、δRF_B_1,2,3,4分别为待测马赫-曾德尔结构的硅光调制器上、下臂的吸收损耗，
Figure BDA0002734755640000266
分别为待测马赫-曾德尔结构的硅光调制器上、下臂相移相对于反向PN结偏压的多项式因子，VPN是射频信号的直流反向偏置电压，φREF_A和φREF_B是无射频信号仅有直流反向偏置电压时，待测马赫-曾德尔结构的硅光调制器的上下臂相移。
在实际的测试中，给硅光调制器两个射频调制臂施加的是双极性的NRZ调制电压信号，调制电压信号的表达式为：
Figure BDA0002734755640000267
其中VRF为射频信号源501输出射频信号的幅值，gT(t)为调制信号的脉冲序列，0和1的NRZ编码对应序列gT(t)为1和-1，TS为调制信号的周期，联合式(31)至式(37)，φRF_A(t)和φRF_B(t)的表达式可换算为：
Figure BDA0002734755640000268
Figure BDA0002734755640000269
将式(38)和式(39)中VRF相关项分别用fA(VRF)和fB(VRF)两个三阶多项式函数来表示，则上述两式可以进一步化简为：
Figure BDA0002734755640000271
Figure BDA0002734755640000272
当NRZ码源为0时，待测马赫-曾德尔结构的硅光调制器43输出光场复振幅为：
Figure BDA0002734755640000273
当NRZ码源为1时，待测马赫-曾德尔结构的硅光调制器43输出光场复振幅为：
Figure BDA0002734755640000274
由于低速PD接收到待测马赫-曾德尔结构的硅光调制器输出光功率的分光比为常数，此因子不会影响最终的推导结论，因此后续推导中将其省略。则低速PD探测的平均光功率为：
Figure BDA0002734755640000275
其中NTs为积分时间，N为对应的码源序列总数，脉冲码源发生器44通常输出的伪随机码0和1的概率相同，因此假定0和1的码源总数均为
Figure BDA0002734755640000276
这个条件是合理的。将式(42)和式(43)代入到式(44)中，低速PD探测的平均光功率表达式可以进一步的展开为：
Figure BDA0002734755640000277
Figure BDA0002734755640000281
假定：
Figure BDA0002734755640000282
Figure BDA0002734755640000283
Figure BDA0002734755640000284
式(45)表达式可以简化为：
Figure BDA0002734755640000285
考虑FOUT_AC_NRZ0≈FOUT_AC_NRZ1，式(49)可以进一步简化为：
Figure BDA0002734755640000286
从上式可以明显得出当脉冲码源发生器44输出的射频信号峰峰值等于半波电压时，即
Figure BDA0002734755640000287
此时
Figure BDA00027347556400002812
和
Figure BDA0002734755640000289
均等于0，将此时射频信号电压确定为马赫-曾德尔结构的硅光调制器43射频半波电压即VRF_π假定
Figure BDA00027347556400002810
Figure BDA00027347556400002811
其中，<.>表示.随时间变化的积分函数。
在本申请实施例的测量方案中，通过给马赫-曾德尔结构的硅光调制器43内部热光相移器431施加功率正弦扰动信号VPS_Dither，其表达式为：
Figure BDA0002734755640000291
其中PDither为功率扰动信号的幅度，ws为功率抖动信号的频率，实际测量中选择频率为820Hz；则式(50)可以简化为：
Figure BDA0002734755640000292
在实际测试中将热光相移器的直流偏置点设定为90°偏置点即
Figure BDA0002734755640000293
则上式可以进一步简化为：
Figure BDA0002734755640000294
采用一组频率等于抖动信号的正交三角函数基准信号sin(ws(t+△t))、cos(ws(t+△t))与POUT(t)进行互相关积分运算，其表达式为：
Figure BDA0002734755640000295
Figure BDA0002734755640000301
上式中T为低频PD平均光电流的采样时间，△t为三角函数基准信号跟低速PD平均光电流采样信号之间的时延；通过式(56)和式(57)可以得到下面几个结论：
1)当VRF＝VRF_π，ERR_SIN＝ERR_COS＝0。
2)参见图6，图6为根据不同射频电压下计算得到的多个误差结果进行曲线拟合处理得到的误差曲线示意图，在不同射频电压下可以得到ERR_SIN和ERR_COS构成的两条误差曲线，这两条误差曲线是射频电压VRF的三阶多项式函数。射频调制信号频率为1GHz和反向偏置电压VPN＝4V，在不同射频信号幅度下，计算得到ERR_SIN和ERR_COS运算结果以及多项式拟合法得到的ERR_SIN_FIT(曲线61)和ERR_COS_FIT(曲线62)拟合曲线。
3)上述两条误差曲线的交点M对应的射频电压即为待测马赫-曾德尔结构的硅光调制器的射频半波电压。
4)图7为不同直流电压、不同调制频率的射频半波电压的测量结果示意图，如VPN＝1V、2V、4V；图8为相同射频调制信号频率，不同直流电压的射频半波电压测试结果示意图，图8中，射频调制信号的频率为1GHz；如图7、图8所示，通过改变加载在待测马赫-曾德尔结构的硅光调制器两个调制臂射频信号的频率，可以得到任意调制频率下硅光调制器的射频半波电压。
5)在本发明中调制信号峰峰值不需要大于半波电压，可以通过低峰峰值电压的射频调制信号得到ERR_SIN和ERR_COS两组误差值，将两组误差值通过三阶多项式拟合，然后求出经过多项式拟合后的曲线ERR_SIN_FIT(曲线61)和ERR_COS_FIT(曲线62)交点对应的射频电压信号幅度即为待测马赫-曾德尔结构的硅光调制器射频半波电压。
本申请实施例提供的马赫-曾德尔结构的硅光调制器射频半波电压的测量装置及方法，从马赫-曾德尔结构硅光调制器的调制机理出发通过理论推导得到了其输出光信号的矢量表达式，通过给待测马赫-曾德尔结构的硅光调制器内部的热光相移器引入正弦低频功率扰动，通过低速PD可以将包含同频扰动马赫-曾德尔结构的硅光调制器的输出光信号转换为同频抖动的电流信号，提取电流信号中的交流成分通过低速TIA和交流电压放大器实现电流信号到电压信号的转换和放大，同时构造一对跟扰动信号同频的正交基准三角函数跟采样后交流电压信号进行数字化的互相关积分运算，得到不同射频电压幅度下上述积分误差运算结果并拟合一组基于射频信号幅度的三阶曲线，曲线交点对应的射频电压幅度即为待测马赫-曾德尔结构的硅光调制器射频半波电压，这种测试装置及方法可以实现任意反向直流偏置电压条件下马赫-曾德尔结构的硅光调制器射频半波电压的精确测量，测试方便并可实现全自动化测试；另外当脉冲码源发生器输出射频信号幅度的最大值即使小于马赫-曾德尔结构硅光调制器射频半波电压值时，此方法仍然适用。因此该方法也可以准确测量马赫-曾德尔结构硅光调制器在高频调制下例如32Gbps调制速率下的射频半波电压。
基于前述的实施例，本申请实施例提供一种射频半波电压的测量装置，该装置包括的各模块、以及各模块包括的各单元，可以通过计算机设备中的处理器来实现；当然也可通过具体的逻辑电路实现；在实施的过程中，处理器可以为中央处理器(CPU，CentralProcessing Unit)、微处理器(MPU，Microproc essor Unit)、数字信号处理器(DSP，Digital Signal Processing)或现场可编程门阵列(FPGA，Field Programmable GateArray)等。
本申请实施例再提供一种射频半波电压的测量装置，图9为本申请实施例提供的射频半波电压的测量装置的组成结构示意图，如图9所示，所述射频半波电压的测量装置900包括：
生成模块901，用于生成测量参数，所述测量参数包括光信号、直流电压信号和多个不同幅度的射频调制电压信号；
调制模块902，用于对所述光信号、直流电压信号和多个不同幅度的射频调制电压信号进行调制处理，得到多个扰动电流信号；
计算模块903，用于根据所述多个扰动电流信号和预先构造的基准正交函数，计算得到与所述基准正交函数对应的多个误差结果；
确定模块904，用于基于所述多个误差结果确定射频半波电压。
在一些实施例中，所述直流电压信号包括第一直流电压信号和第二直流电压信号；所述调制模块902，还可以用于：对所述第一直流电压信号进行相位偏移处理，得到低频正弦功率抖动信号；基于所述第二直流电压信号和所述多个不同幅度的射频调制电压信号对所述光信号进行调制处理，得到所述光信号的多个相位调制信号；基于所述低频正弦功率抖动信号，对所述光信号的多个相位调制信号进行干扰处理，得到多个低频扰动光信号；对所述多个低频扰动光信号进行第一转换处理，得到多个扰动电流信号。
在一些实施例中，所述基准正交函数包括第一基准正交函数和第二基准正交函数；所述计算模块903，还可以用于：根据所述多个扰动电流信号，获取多个数字采样信号；将所述多个数字采样信号分别与所述第一基准正交函数进行互相关积分运算，得到多个第一误差结果；将所述多个数字采样信号分别与所述第二基准正交函数进行互相关积分运算，得到多个第二误差结果。
在一些实施例中，所述计算模块903，还可以用于：对所述多个扰动电流信号进行第二转换处理，得到多个扰动电压信号；对所述多个扰动电压信号进行放大处理，得到多个放大扰动电压信号；对所述多个放大扰动电压信号进行采样处理，得到多个数字采样信号。
在一些实施例中，所述确定模块904，还可以用于：分别对所述多个第一误差结果和所述多个第二误差结果进行曲线拟合处理，得到第一拟合曲线函数和第二拟合曲线函数；基于所述第一拟合曲线函数和所述第二拟合曲线函数，确定目标值，其中，所述目标值满足：将所述目标值代入所述第一拟合曲线函数得到的第一值与将所述目标值代入所述第二拟合曲线函数得到的第二值相等；将所述目标值确定为射频半波电压。
这里需要指出的是：以上射频半波电压的测量装置实施例项的描述，与上述方法描述是类似的，具有同方法实施例相同的有益效果。对于本申请射频半波电压的测量装置实施例中未披露的技术细节，本领域的技术人员请参照本申请方法实施例的描述而理解。
需要说明的是，本申请实施例中，如果以软件功能模块的形式实现上述的射频半波电压的测量方法，并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read Only Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。这样，本申请实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。
相应地，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中提供的射频半波电压的测量方法中的步骤。
本申请实施例提供一种射频半波电压的测量设备，图10为本申请实施例提供的射频半波电压的测量设备的组成结构示意图，根据图10示出的射频半波电压的测量设备100的示例性结构，可以预见射频半波电压的测量设备100的其他的示例性结构，因此这里所描述的结构不应视为限制，例如可以省略下文所描述的部分组件，或者，增设下文所未记载的组件以适应某些应用的特殊需求。
图10所示的射频半波电压的测量设备100包括：一个处理器1001、至少一个通信总线1002、用户接口1003、至少一个外部通信接口1004和存储器1005。其中，通信总线1002配置为实现这些组件之间的连接通信。其中，用户接口1003可以包括显示屏，外部通信接口1004可以包括标准的有线接口和无线接口。其中，所述处理器1001配置为执行存储器中存储的射频半波电压的测量方法的程序，以实现上述实施例提供的射频半波电压的测量方法中的步骤。
以上射频半波电压的测量设备和存储介质实施例的描述，与上述方法实施例的描述是类似的，具有同方法实施例相似的有益效果。对于本申请射频半波电压的测量设备和存储介质实施例中未披露的技术细节，请参照本申请方法实施例的描述而理解。
应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。
上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元；既可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理单元中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、ROM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
或者，本申请上述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台产品执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、ROM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本申请的实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种射频半波电压的测量方法，其特征在于，所述方法包括：
生成测量参数，所述测量参数包括光信号、直流电压信号和多个不同幅度的射频调制电压信号；
对所述光信号、直流电压信号和多个不同幅度的射频调制电压信号进行调制处理，得到多个扰动电流信号；
根据所述多个扰动电流信号和预先构造的基准正交函数，计算得到与所述基准正交函数对应的多个误差结果；
基于所述多个误差结果确定射频半波电压。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述直流电压信号包括第一直流电压信号和第二直流电压信号；
所述对所述光信号、直流电压信号和多个不同幅度的射频调制电压信号进行调制处理，得到多个扰动电流信号，包括：
对所述第一直流电压信号进行相位偏移处理，得到低频正弦功率抖动信号；
基于所述第二直流电压信号和所述多个不同幅度的射频调制电压信号对所述光信号进行调制处理，得到所述光信号的多个相位调制信号；
基于所述低频正弦功率抖动信号，对所述光信号的多个相位调制信号进行干扰处理，得到多个低频扰动光信号；
对所述多个低频扰动光信号进行第一转换处理，得到多个扰动电流信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基准正交函数包括第一基准正交函数和第二基准正交函数；
所述根据所述多个扰动电流信号和预先构造的基准正交函数，计算得到与所述基准正交函数对应的多个误差结果，包括：
根据所述多个扰动电流信号，获取多个数字采样信号；
将所述多个数字采样信号分别与所述第一基准正交函数进行互相关积分运算，得到多个第一误差结果；
将所述多个数字采样信号分别与所述第二基准正交函数进行互相关积分运算，得到多个第二误差结果。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述多个扰动电流信号，获取多个数字采样信号，包括：
对所述多个扰动电流信号进行第二转换处理，得到多个扰动电压信号；
对所述多个扰动电压信号进行放大处理，得到多个放大扰动电压信号；
对所述多个放大扰动电压信号进行采样处理，得到多个数字采样信号。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述多个误差结果确定射频半波电压，包括：
分别对所述多个第一误差结果和所述多个第二误差结果进行曲线拟合处理，得到第一拟合曲线函数和第二拟合曲线函数；
基于所述第一拟合曲线函数和所述第二拟合曲线函数，确定目标值，其中，将所述目标值代入所述第一拟合曲线函数得到的第一值与将所述目标值代入所述第二拟合曲线函数得到的第二值相等；
将所述目标值确定为射频半波电压。
6.一种射频半波电压的测量装置，其特征在于，所述装置包括：
生成模块，用于生成测量参数，所述测量参数包括光信号、直流电压信号和多个不同幅度的射频调制电压信号；
调制模块，用于对所述光信号、直流电压信号和多个不同幅度的射频调制电压信号进行调制处理，得到多个扰动电流信号；
计算模块，用于根据所述多个扰动电流信号和预先构造的基准正交函数，计算得到与所述基准正交函数对应的多个误差结果；
确定模块，用于基于所述多个误差结果确定射频半波电压。
7.一种射频半波电压的测量系统，其特征在于，所述系统包括：
激光器，用于发射光信号至被测的硅光调制器；
脉冲码源发生器，用于生成多个不同幅度的调制电压信号，并将所述多个不同幅度的调制电压信号传输至所述硅光调制器；
双通道数模转换器，用于将直流电压信号传输至所述硅光调制器；
所述硅光调制器，用于对所述光信号、直流电压信号和多个不同幅度的调制电压信号进行调制处理，得到多个扰动电流信号；
测量模块，用于根据所述多个扰动电流信号和预先构造的基准正交函数，计算得到与所述基准正交函数对应的多个误差结果；并基于所述多个误差结果确定射频半波电压。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
保偏光纤，用于将所述激光器发射的光信号以固定的线偏振方向输入至所述硅光调制器；
所述双通道数模转换器包括：
第一传输单元，用于将第一直流电压信号传输至所述硅光调制器；
第二传输单元，用于将第二直流电压信号传输至所述硅光调制器。
9.根据权利要求8所述的系统，所述硅光调制器包括：
热光相移器，用于对所述第一直流电压信号进行相位偏移处理，得到低频正弦功率抖动信号；
射频调制单元，用于基于所述第二直流电压信号和所述多个不同幅度的射频调制电压信号对所述光信号进行调制处理，得到所述光信号的多个相位调制信号；基于所述低频正弦功率抖动信号，对所述光信号的多个相位调制信号进行干扰处理，得到多个低频扰动光信号；
光电探测器，用于对所述多个低频扰动光信号进行第一转换处理，得到多个扰动电流信号。
10.根据权利要求7所述的系统，所述测量模块包括：
跨阻放大器，用于对所述多个扰动电流信号进行第二转换处理，得到多个扰动电压信号；
交流电压放大器，用于对所述多个扰动电压信号进行放大处理，得到多个放大扰动电压信号；
采样单元，用于对所述多个放大扰动电压信号进行采样处理，得到多个数字采样信号；
数据处理单元，用于根据所述多个数字采样信号和预先构造的基准正交函数，计算得到与所述基准正交函数对应的多个误差结果；并基于所述多个误差结果确定射频半波电压。
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