CN114337839B - 一种通用光电元器件分析方法 - Google Patents

一种通用光电元器件分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明的一种通用光电元器件分析方法,属于光电器材测量技术领域,测试光光器件时,先后测试无待测件和加入待测件的系统响应,通过计算可得到待测光光器件的幅相响应,本发明可测试光‑电转换、电‑光转换、光‑光变换等芯片、模块以及系统的幅度相位参数,可以广泛应用于光通信、激光雷达、量子通信、光传感以及微波光子等领域,具有高测试效率、大动态范围、高频率分辨率、应用广泛等优势。

Description

一种通用光电元器件分析方法
技术领域
本发明属于光电器件测量技术领域,更具体来说,涉及一种通用光电元器件分析方法。
背景技术
近年来,随着光纤通信、高精度光纤传感、量子通信、光控相控阵雷达及光电武器装备等技术的高速发展,光子系统得到了广泛的应用,这也对系统中关键元器件如电光调制器、光电探测器、激光器、特种光纤等关键元器件的测量提出了更高要求。
目前,商用的通用光电元器件分析仪(LCA)可用来对光电器件、电光器件及光光器件进行频谱分析,但是其基于双边带调制法,无法测试相位调制器及光纤布拉格光栅等器件的频谱响应。
为了测试相位调制器,基于光谱分析仪及干涉仪的结构相继被提出,但是其分辨率较低,且受环境影响明显,为了克服这些问题,《Self-calibrating measurement ofhigh-speed electro-optic phase modulators based on two-tone modulation》中提出了基于双音信号调制的方法,《Large-Dynamic Frequency Response Measurement forBroadband Electro-Optic Phase Modulators》采用了相位-强度调制转换的方法,但是这两种方法系统都比较复杂。
为了测试光纤布拉格光栅等光光器件的频谱响应,移相法、干涉法、多频率调制、光单边带调制、双边带调制等方法被相继提出,但是这些方法都存在一定的问题,分辨率和动态范围、测试效率无法兼顾。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于解决上述的缺陷。
2.技术方案
为达到上述目的,本发明提供的技术方案为:
本发明的一种通用光电元器件分析方法,其特征在于,所述分析方法包括如下步骤:
S1,双波长相干光源生成两路低频差的相干光载波;
S2,两路低频差的相干光载波分别经过加载微波信号的待测的电光调制器和相位稳定模块,得到两路光信号;
S3,两路光信号经过光耦合器合束后,生成双载波光调制信号;
S4,双载波光调制信号通过标准光电探测器转换为调制器微波信号;
S5,幅相接收模块提取该微波信号的幅相信息后经控制与计算模块解算、去嵌,即可得到待测电光调制器的幅相响应;
S6,使用步骤S3的双载波光调制信号分别通过标准光电探测器和待测光电探测器生成两组探测器微波信号;
S7,对比分析两组微波信号的幅相特性,即可提取得到待测光电探测器的幅相响应;
S8,分别测试不接入待测件和接入待测光元器件时标准光电探测器输出的微波信号;
S9,通过分析两组信号的幅相特性,即可得到待测光光器件的幅相响应。
优选的,步骤S2中利用电光调制器进行调制,经光滤波器后保留光载波和正1阶边带,从而形成双波长相干光源,其中,双波长相干光源角频率分别为ω1,ω2,其满足如下条件:
a、ω1和ω2的功率相等;
b、ω12远小于数模转换单元的工作带宽;
c、不同波长间相位稳定。
优选的,步骤S3之后还设有如下步骤:
S3.1,将双载波光调制信号反馈给相位稳定模块,用于实时控制和稳定相干光载波的相位,形成防窥调节。
优选的,步骤S5中的幅相接收模块直接接收由探测器输出的低频差双频信号,并下转换至基带,且低频差双频微波信号与加载到电光调制器上的微波信号频率差远低于数模转换单元的工作带宽,数模转换单元可将其直接转换成数字信号。
优选的,数字信号包含多个微波电电信号的信息,控制与计算模块将对数据进行解调,从而得到相应待测件的频谱响应。
优选的,需实时控制并同步微波源、双波长相干光源与幅相接收模块,并切换光开关和电开关的状态。
优选的,对加载到电光调制器的微波信号进行扫频,即可得到各类待测件在每个频点的幅相响应。
优选的,通过对双波长相干光源的波长的改变,得到不同波长下待测件的幅相响应。
优选的,双波长相干光源用于生成低频差的两路相干光载波,分为上路相干光载波和下路相干光载波,电光调制器对上路光载波进行调制,生成光双边带调制信号,相位稳定模块对下路光载波相位进行控制,光耦合器对两路光信号进行合束,从而生成双载波光调制信号。
优选的,光双边带调制信号由强度调制器、相位调制器或偏振调制器实现。
优选的,利用电光调制器对单波长光源进行调制,经光滤波器后保留光载波和正1阶边带,从而形成双波长相干光源,其中,两个波长的光功率相等,频差远小于数模转换单元的工作带宽。
优选的,将双载波光调制信号反馈给相位稳定模块,用于实时控制、稳定下路光载波的相位。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案,与现有技术相比,具有如下有益效果:
(1)本发明的一种通用光电元器件分析方法,相比现有技术,本发明可实现对电光调制器(相位、偏振、强度调制器)、光电探测器、光光器件的幅相响应测量,且幅相接收模块可直接提取相应信号进行处理,结构简单,测试效率高。
附图说明
图1为本发明的一种通用光电元器件分析方法的具体结构示意图;
图2为本发明的一种通用光电元器件分析方法的实施例图。
具体实施方式
为了便于理解本发明,下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述,附图中给出了本发明的若干实施例,但是,本发明可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施例,相反地,提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是,当元件被称为“固设于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件;当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件;本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
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发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同;本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明;本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1
参照附图1-图2所示,本实施例的一种通用光电元器件分析方法,其特征在于,所述分析方法包括如下步骤:
S1,双波长相干光源生成两路低频差的相干光载波;
S2,两路低频差的相干光载波分别经过加载微波信号的待测的电光调制器和相位稳定模块,得到两路光信号;
S3,两路光信号经过光耦合器合束后,生成双载波光调制信号;
S4,双载波光调制信号通过标准光电探测器转换为调制器微波信号;
S5,幅相接收模块提取该微波信号的幅相信息后经控制与计算模块解算、去嵌,即可得到待测电光调制器的幅相响应;
S6,使用步骤S3的双载波光调制信号分别通过标准光电探测器和待测光电探测器生成两组探测器微波信号;
S7,对比分析两组微波信号的幅相特性,即可提取得到待测光电探测器的幅相响应;
S8,分别测试不接入待测件和接入待测光元器件时标准光电探测器输出的微波信号;
S9,通过分析两组信号的幅相特性,即可得到待测光光器件的幅相响应。
本实施例的步骤S2中利用电光调制器进行调制,经光滤波器后保留光载波和正1阶边带,从而形成双波长相干光源,其中,双波长相干光源角频率分别为ω1,ω2,其满足如下条件:
a、ω1和ω2的功率相等;
b、ω12远小于数模转换单元的工作带宽;
c、不同波长间相位稳定。
本实施例的步骤S3之后还设有如下步骤:
S3.1,将双载波光调制信号反馈给相位稳定模块,用于实时控制和稳定相干光载波的相位,形成防窥调节。
本实施例的步骤S5中的幅相接收模块直接接收由探测器输出的低频差双频信号,并下转换至基带,且低频差双频微波信号与加载到电光调制器上的微波信号频率差远低于数模转换单元的工作带宽,数模转换单元可将其直接转换成数字信号。
本实施例的数字信号包含多个微波电电信号的信息,控制与计算模块将对数据进行解调,从而得到相应待测件的频谱响应。
本实施例的需实时控制并同步微波源、双波长相干光源与幅相接收模块,并切换光开关和电开关的状态。
本实施例的对加载到电光调制器的微波信号进行扫频,即可得到各类待测件在每个频点的幅相响应。
本实施例的通过对双波长相干光源的波长的改变,得到不同波长下待测件的幅相响应。
本实施例的双波长相干光源用于生成低频差的两路相干光载波,分为上路相干光载波和下路相干光载波,电光调制器对上路光载波进行调制,生成光双边带调制信号,相位稳定模块对下路光载波相位进行控制,光耦合器对两路光信号进行合束,从而生成双载波光调制信号。
本实施例的,光双边带调制信号由强度调制器、相位调制器或偏振调制器实现。
本实施例的利用电光调制器对单波长光源进行调制,经光滤波器后保留光载波和正1阶边带,从而形成双波长相干光源,其中,两个波长的光功率相等,频差远小于数模转换单元的工作带宽。
本实施例的将双载波光调制信号反馈给相位稳定模块,用于实时控制、稳定下路光载波的相位。
图1为本发明的具体装置的结构图,如图所示,该结构包括双波长相干光源、电光调制器、相位稳定模块、微波源、光耦合器、光开关、标准光电探测器、电开关、幅相接收模块、控制与计算模块。测试电光调制器时,双波长相干光源生成两路低频差的相干光载波,上路经过加载微波信号的待测电光调制器,生成光双边带调制信号,下路经过相位稳定模块,频率不变,两路光信号经过光耦合器合束后,生成双载波光调制信号,同时,光耦合器分出一路用于相位稳定模块的实时反馈修正;控制与计算模块切换光开关、电开关状态,使双载波光调制信号通过连接标准光电探测器的一路,从而生成微波电信号,该微波信号与幅相接收模块的参考源频差远小于数模转换单元的工作带宽,幅相接收模块直接提取该电信号的幅相信息后经控制与计算模块解算、去嵌,即可得到待测电光调制器的幅相响应;测试光电探测器时,控制与计算模块控制光开关、电开关状态,使光耦合器输出的双载波光调制信号先后通过标准光电探测器和待测光电探测器生成两组微波电信号,幅相接收模块提取该两组微波电信号后,通过控制与计算模块对比分析,即可得到待测光电探测器的幅相响应;测试光光器件时,分别提取不接入待测件和接入待测光光器件时标准光电探测器输出的微波信号,通过分析两组信号的幅相特性,即可得到待测光光器件的幅相响应。控制与计算模块还可控制微波源进行扫频操作,重复上述步骤,可得到待测件的宽谱幅相响应。同时,控制与计算模块在测试中会对微波源、双波长相干光源、幅相接收模块进行同步。
图2为本发明测量装置的一个具体实施例结构图,待测电光调制器为马赫增德尔调制器,待测光器件为光纤布拉格光栅,待测光电探测器为PIN探测器。如图2所示,双波长相干光源输出两个频率差为Δω的光载波,上下两路光源信号分别为:
上路光载波经过电光调制器,偏置点控制器使其工作在线性点,即可生成光双边带调制信号,假设加载到调制器上的微波信号频率为ωe,则调制器的输出可表示为:
其中,HEO(ω)为电光调制器的传输函数。
调制器生成的光双边带调制信号经光耦合器,和下路光载波合束后,生成双载波光调制信号,可表示为:
该双载波光调制信号进入光电探测器、光光器件后,光电流的交流部分可表示为:
其中,HPD(ω)为光电探测器的传输函数,HOO(ω)为光光器件的传输函数。
当测量电光调制器时,移除待测光器件,探测器为标准探测器,幅相接收模块提取系统幅相影响,并对标准探测器进行去嵌,即可得到待测电光调制器的幅相响应;当测量光电探测器时,移除待测光器件,使双载波光调制信号分别经过标准光电探测器及待测光电探测器,幅相提取模块提取除两组微波电信号,通过对其分析,可得到待测光电探测器的幅相响应;当测量光器件时,保留电光调制器和光电探测器,分别提取不接入待测件和接入待测光器件时光电探测器输出的微波信号,通过分析两组信号的幅相特性,即可得到待测光光器件的幅相响应。由于ωe-Δω与ωe+Δω之间频差远低于幅相接收机的中频带宽,因此无需进行混频处理,可以对中频信号进行直接处理,得到待测件幅度相位信息,从而可以极大的简化系统结构并降低系统成本。
以上所述实施例仅表达了本发明的某种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制;应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围;因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种通用光电元器件分析方法,其特征在于,所述分析方法包括如下步骤:
S1,双波长相干光源生成两路低频差的相干光载波;
所述双波长相干光源用于生成低频差的两路相干光载波,分为上路相干光载波和下路相干光载波,电光调制器对上路光载波进行调制,生成光双边带调制信号,相位稳定模块对下路光载波相位进行控制,光耦合器对两路光信号进行合束,从而生成双载波光调制信号;
S2,两路低频差的相干光载波分别经过加载微波信号的待测的电光调制器和相位稳定模块,得到两路光信号;
所述S2中利用电光调制器进行调制,经光滤波器后保留光载波和正1阶边带,从而形成双波长相干光源,其中,双波长相干光源角频率分别为ω1,ω2,其满足如下条件:
a、ω1和ω2的功率相等;
b、ω1-ω2远小于数模转换单元的工作带宽;
c、不同波长间相位稳定;
S3,两路光信号经过光耦合器合束后,生成双载波光调制信号;
S4,双载波光调制信号通过标准光电探测器转换为调制器微波信号;
S5,幅相接收模块提取该微波信号的幅相信息后经控制与计算模块解算、去嵌,即可得到待测电光调制器的幅相响应;
所述S5中的幅相接收模块直接接收由探测器输出的低频差双频信号,并下转换至基带,且低频差双频微波信号与加载到电光调制器上的微波信号频率差远低于数模转换单元的工作带宽,数模转换单元可将其直接转换成数字信号;
S6,使用步骤S3的双载波光调制信号分别通过标准光电探测器和待测光电探测器生成两组探测器微波信号;
S7,对比分析两组微波信号的幅相特性,即可提取得到待测光电探测器的幅相响应;
S8,分别测试不接入待测件和接入待测光元器件时标准光电探测器输出的微波信号;
S9,通过分析两组信号的幅相特性,即可得到待测光光器件的幅相响应。
2.根据权利要求1所述的一种通用光电元器件分析方法,其特征在于,所述步骤S3之后还设有如下步骤:
S3.1,将双载波光调制信号反馈给相位稳定模块,用于实时控制和稳定相干光载波的相位,形成防窥调节。
3.根据权利要求1所述的一种通用光电元器件分析方法,其特征在于,所述数字信号包含多个微波电电信号的信息,控制与计算模块将对数据进行解调,从而得到相应待测件的频谱响应。
4.根据权利要求1所述的一种通用光电元器件分析方法,其特征在于,对所述加载到电光调制器的微波信号进行扫频,即可得到各类待测件在每个频点的幅相响应。
5.根据权利要求1所述的一种通用光电元器件分析方法,其特征在于,通过对双波长相干光源的波长的改变,得到不同波长下待测件的幅相响应。
6.根据权利要求1所述的一种通用光电元器件分析方法,其特征在于:所述光双边带调制信号由强度调制器、相位调制器或偏振调制器实现。
7.根据权利要求1所述的一种通用光电元器件分析方法,其特征在于:所述电光调制器对单波长光源进行调制,经光滤波器后保留光载波和正1阶边带,从而形成双波长相干光源,其中,两个波长的光功率相等,频差远小于数模转换单元的工作带宽。
8.根据权利要求1所述的一种通用光电元器件分析方法,其特征在于:将所述双载波光调制信号反馈给相位稳定模块,用于实时控制、稳定下路光载波的相位。
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