CN116318390A - 一种测量gawbs相位噪声功率谱密度的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测量GAWBS相位噪声功率谱密度的装置，包括窄线宽激光器、光纤隔离器、光纤分光器、待测装置、调制装置、光纤合光器、光电探测器、矢量网络分析仪；窄线宽激光器与光纤隔离器的输入端连接，光纤隔离器的输出端与光纤分光器的输入端连接；光纤分光器将产生的光路分成两路；第一路激光与待测装置的输入端连接，待测装置的输出端与光纤合光器的输入端连接；第二路激光与调制装置的输入端连接，调制装置的输出端与光纤合光器的输入端连接；光纤合光器的输出端与光电探测器的输入端连接；光电探测器的输出端与矢量网络分析仪的输入端连接。本发明利用声光调制器产生固定频差构建自外差测量装置，简化外差测量方案，增加经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及光学测量技术领域，尤其涉及一种测量GAWBS相位噪声功率谱密度的装置。
背景技术
相干光通信系统作为现代通信系统的基石，承担了全球通信系统95％以上的通信流量。相干光通信因具有传输距离更远、传输容量更大的技术优势，因此广受行业各界的关注，研究热度不断攀升，有着广阔的应用前景。在相干光通信中，由于声波导布里渊散射(Guided Acoustic Wave Brillouin Scattering，GAWBS)会引入相位噪声，导致误码率变大。因此定量评估GAWBS对误码率的影响行为十分重要，相位噪声功率谱密度可以帮助人们分析这种定量影响。
传统的相位噪声功率谱密度测量主要为外差法测量，已经在科研实验等领域中得到了大量的应用，也已有许多相关的论文。早在1985年，Shelby R M等人首次观测到标准单模光纤(Single-mode fiber,SMF)中的声波导布里渊散射利用Mach-Zehnder干涉仪测量相位调制，观察到极化型声波导布里渊散射谱。在1992年，美国麻省理工学院的K.Bergman等人在Shelby R M的基础上改进了实验装置，K.Bergman提供的测量装置结构简单，无需保持频差锁定，只需采用1个频率锁定的激光器，可以测量GAWBS增益谱，但是由于在零频中心进行谱分析，环境噪声和光源强度噪声可以强耦入，严重影响了相位噪声的测量精度；在2018年，M.Nakazawa等人改进了实验装置，使用了外差法测量了GAWBS噪声谱，实现对相位噪声谱的高精度的测量结果，成为现有的主要方案。可见，现有技术使用外差法进行测量，需要使用2个频率相互锁定的窄线宽激光器，否则频差的漂移会导致测量失效，为此还需要配置额外的激光器锁频装置，导致测量操作繁琐，成本高，且鲁棒性性差。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种测量GAWBS相位噪声功率谱密度的装置，简化外差测量方案，降低硬件和操作要求，增加经济效益。
技术方案：一种测量GAWBS相位噪声功率谱密度的装置，包括窄线宽激光器、光纤隔离器、光纤分光器、待测装置、调制装置、光纤合光器、光电探测器、矢量网络分析仪；窄线宽激光器与光纤隔离器的输入端连接，光纤隔离器的输出端与光纤分光器输入端连接；光纤分光器将产生的光路分成两路，光纤分光器的第一路激光与待测装置的输入端连接，待测装置的输出端与光纤合光器的输入端连接；光纤分光器的第二路激光与调制装置的输入端连接，调制装置的输出端与光纤合光器的输入端连接；光纤合光器的输出端与光电探测器的输入端连接；光电探测器的输出端与矢量网络分析仪的输入端连接。
进一步，所述待测装置还包括第一可调光纤衰减器和待测光纤；光纤分光器的第一路激光与第一可调光纤衰减器的输入端连接，第一可调光纤衰减器的输出端与待测光纤的输入端连接，待测光纤的输出端与光纤合光器的输入端连接。
进一步，所述第一可调光纤衰减器的损耗为-60dB～-2dB。
进一步，所述调制装置还包括第二可调光纤衰减器和声光调制器；
光纤分光器的第二路激光与第二可调光纤衰减器的输入端连接，第二可调光纤衰减器的输出端与声光调制器的输入端连接，声光调制器的输出端与光纤合光器的输入端连接。
进一步，所述声光调制器的频移量为1GHz；所述第二可调光纤衰减器的损耗为-60dB～-2dB。
进一步，所述光纤合光器与光电探测器之间是通过跳线相连接的。
进一步，所述光电探测器与矢量网络分析仪之间是通过数据线相连接的。
进一步，除了光纤合光器，光电探测器和网络分析仪之间的连接，其余所有部件之间都是通过光纤熔接机将单模光纤与尾纤熔接连接起来的。
进一步，所述窄线宽激光器的功率为10～100mW，线宽为3kHz～10kHz；所述光纤隔离器的隔离度大于30dB；所述光纤分光器的分光比为99：1；所述光纤合光器的合光耦合比为50：50；所述光电探测器的探测器带宽大于2GHz，工作波长为800-1700nm。
本发明与现有技术相比，其显著效果如下：本发明利用声光调制器产生固定频差，构建自外差测量装置，仅需使用1个窄线宽激光器，并且由于声光调制器产生的频移量取决于射频信号，易于保持频差的严格稳定，大大简化外差测量方案；因而降低硬件和操作要求，增加了经济效益。
附图说明
图1为本发明的装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做进一步详细描述。
本发明的硬件连接关系如图1所示，测量GAWBS相位噪声功率谱密度的装置包括窄线宽激光器1、光纤隔离器2、光纤分光器3、待测装置4、调制装置5、光纤合光器6、光电探测器7、矢量网络分析仪8。
其中窄线宽激光器1线宽3kHz～10kHz，功率10～100mW，与光纤隔离器2的输入端连接；纤光隔离器2隔离度>30dB，用来对光源隔离保护。光纤隔离器2的输出端与光纤分光器3的输入端连接；光纤分光器3的分光比为99：1，用于将激光分成不等功率的两路光。光纤分光器3将产生的光路分成两路：第一路激光与待测装置4的输入端连接，待测装置4的输出端与光纤合光器6的输入端连接；光纤分光器3的第二路激光与调制装置5的输入端连接，调制装置5的输出端与光纤合光器6的输入端连接；光纤合光器6输出端与光电探测器7输入端连接，连接方式是使用跳线将两部分连接；光电探测器7输出端与矢量网络分析仪8输入端连接，连接方式是使用数据线将两部分连接的。其中，光电探测器7用来对信号采集测量其中心频率，探测器带宽大于2GHz，工作波长800-1700nm，对信号采集测量其中心频率测量光外差信号；矢量网络分析仪8进行数据的分析与处理，测量获得外差信号偏频0～1GHz范围内的相位噪声谱。
其中，待测装置4包括第一可调光纤衰减器41和待测光纤42。其中，第一可调光纤衰减器41的输出端与待测光纤42的输入端连接；待测光纤42的输出端与光纤合光器6的输入端连接；待测装置4通过旋转第一可调光纤衰减器41中的调节螺钉来控制泵浦光的强度，从而使其达到待测光纤42所需的功率水平。在泵浦光激发GAWBS效应，产生频移0～1GHz的前向散射光，前向散射光和泵浦光一起传输至光纤合光器。
调制装置5包括第二可调光纤衰减器51、声光调制器52。其中，第二可调光纤衰减器51的输出端与声光调制器52输入端连接；声光调制器52的输出端与光纤合光器6的输入端连接；声光调制器52的频移量为1GHz，使光束产生1GHz恒定频率的频移；调制装置5的主要原理是通过旋转第二可调光纤衰减器51中的调节螺钉来控制光信号的衰减，从而使其达到声光调制器52所需的功率水平。声光调制器52产生的声波信号调制光信号的强度，声光调制器52使得激光与原本激光产生1GHz的恒定频率的频移，从而达到对光信号的调制控制。
调制装置5和待测装置4的内部器件是通过光纤熔接机将单模光纤与尾纤熔接连接起来的，其中，第一可调光纤衰减器41和第二可调光纤衰减器51的损耗为-60dB～-2dB，用于控制GAWBS泵浦光功率。
硬件连接完成后，将第一可调光纤衰减器41和第二可调光纤衰减器51衰减调制最大，开启窄线宽激光器1至最大功率，缓慢减少第一可调光纤衰减器41和第二可调光纤衰减器51的衰减，使得进入光电探测器7的双臂功率始终保持1：1，继续同步调控第一可调光纤衰减器41和第二可调光纤衰减器51，使得矢量网络分析仪8中的拍频信号至最大信噪比。然后利用矢量网络分析仪8开启相位噪声分析，生成相位噪声功率谱密度曲线。
本发明的主要原理如下：本发明利用声光调制器的频移特性，使得两束激光之间有着固定的1GHz恒定频率的频移。通过窄线宽激光器1产生激光传输至光纤隔离器2，通过光纤隔离器2传输至光纤分光器3并将激光分成不等功率的两路光；第一路激光为泵浦光，功率占比99％，首先进入第一可调光纤衰减器41，通过第一可调光纤衰减器41调整进入待测光纤42的功率，然后进入在待测光纤42中，泵浦光激发GAWBS效应，产生频移0～1GHz的前向散射光，和泵浦光一起传输至光纤合光器6；第二路激光通过第二可调光纤衰减器51调整进入声光调制器52的功率，声光调制器52使得激光与原本激光产生1GHz的恒定频率的频移，然后传输至光纤合光器6，在光纤合光器6将两路不同频率的激光按照50:50合束，合束后的激光传输至光电探测器7，产生自外差拍频信号，由于产生拍频的两束光来源于同一个激光器，当声光调制器52的驱动频率固定时，拍频在原理上即可保持稳定。再使用矢量网络分析仪8分析拍频信号的相位噪声即可获得GAWBS的相位噪声谱。
Claims (9)
1.一种测量GAWBS相位噪声功率谱密度的装置，包括窄线宽激光器(1)、光纤隔离器(2)、光纤分光器(3)、待测装置(4)、调制装置(5)、光纤合光器(6)、光电探测器(7)、矢量网络分析仪(8)，其特征在于：窄线宽激光器(1)与光纤隔离器(2)的输入端连接，光纤隔离器(2)的输出端与光纤分光器(3)输入端连接；光纤分光器(3)将产生的光路分成两路，光纤分光器(3)的第一路激光与待测装置(4)的输入端连接，待测装置(4)的输出端与光纤合光器(6)的输入端连接；光纤分光器(3)的第二路激光与调制装置(5)的输入端连接，调制装置(5)的输出端与光纤合光器(6)的输入端连接；光纤合光器(6)的输出端与光电探测器(7)的输入端连接；光电探测器(7)的输出端与矢量网络分析仪(8)的输入端连接。
2.如权利要求1所述的测量GAWBS相位噪声功率谱密度的装置，其特征在于：所述待测装置(4)还包括第一可调光纤衰减器(41)和待测光纤(42)；
光纤分光器(3)的第一路激光与第一可调光纤衰减器(41)的输入端连接，第一可调光纤衰减器(41)的输出端与待测光纤(42)的输入端连接，待测光纤(42)的输出端与光纤合光器(6)的输入端连接。
3.如权利要求2所述的测量GAWBS相位噪声功率谱密度的装置，其特征在于：所述第一可调光纤衰减器(41)的损耗为-60dB～-2dB。
4.如权利要求1所述的测量GAWBS相位噪声功率谱密度的装置，其特征在于：所述调制装置(5)还包括第二可调光纤衰减器(51)和声光调制器(52)；
光纤分光器(3)的第二路激光与第二可调光纤衰减器(51)的输入端连接，第二可调光纤衰减器(51)的输出端与声光调制器(52)的输入端连接，声光调制器(52)的输出端与光纤合光器(6)的输入端连接。
5.如权利要求4所述的测量GAWBS相位噪声功率谱密度的装置，其特征在于：所述声光调制器(52)的频移量为1GHz；所述第二可调光纤衰减器(51)的损耗为-60dB～-2dB。
6.如权利要求1所述的测量GAWBS相位噪声功率谱密度的装置，其特征在于：所述光纤合光器(6)与光电探测器(7)之间是通过跳线相连接的。
7.如权利要求1所述的测量GAWBS相位噪声功率谱密度的装置，其特征在于：所述光电探测器(7)与矢量网络分析仪(8)之间是通过数据线相连接的。
8.如权利要求1所述的测量GAWBS相位噪声功率谱密度的装置，其特征在于：除了光纤合光器(6)和光电探测器(7)，光电探测器(7)和网络分析仪(8)之间的连接，其余所有部件之间都是通过光纤熔接机将单模光纤与尾纤熔接连接起来的。
9.如权利要求1所述的测量GAWBS相位噪声功率谱密度的装置，其特征在于：所述窄线宽激光器(1)的功率为10～100mW，线宽为3kHz～10kHz；所述光纤隔离器(2)的隔离度大于30dB；所述光纤分光器(3)的分光比为99：1；所述光纤合光器(6)的合光耦合比为50：50；所述光电探测器(7)的探测器带宽大于2GHz，工作波长为800-1700nm。
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