CN1664538A - 光纤陀螺用集成光学调制器在线测试方法及其测试装置 - Google Patents

Abstract

光纤陀螺用集成光学调制器在线测试方法，首先由测试系统提供的高稳定光源，经耦合注入需要测量的集成光学Y波导调制器中，根据光输入输出的参数，测量器件的损耗、分光比等指标；然后将被测量的集成光学Y波导调制器与干涉仪光路熔接耦合，采用手动阶梯波、方波的调制信号，施加给被测器件；最后由信号解调系统输出光路干涉后的电信号，通过器件对于阶梯波的响应后复位曲线的斜率，定量检测器件的动态响应特性；其测试系统由光纤干涉光路、高精度稳定光源、光电探测器及前置放大器、调制解调控制部分、高精度方波和阶梯波发生器及调节部分等组成。本发明中被器件的测试完全在光纤陀螺的实际环境中进行，不仅对器件的标称参数进行测试，同时增加了系统响应的动态测试参量，满足集成光学调制器在陀螺应用环境下关键参数的在线测试。

Description

光纤陀螺用集成光学调制器在线测试方法及其测试装置

技术领域

本发明涉及一种光纤陀螺用集成光学调制器在线测试方法及其测试装置。

背景技术

Y波导集成光学器件(Y-IOC)是光纤陀螺中的一个非常关键的器件。它是在光电晶体材料基片上，采用半导体工艺制备出“Y”字形的平面光波导，通过给波导施加外加电场，改变波导的折射率分布，从而改变通过其中的光的特性。集成光学调制器在光纤陀螺中的作用有：(1)改变通过的光位相，实现光纤陀螺的工作点位于最敏感的位置；(2)通过光位相的调制，实现光纤陀螺的闭环控制；(3)实现精确的光束分光，将一束光均匀的分为两束，再将两束光合而为一；(4)对通过其中的光进行偏振滤波，它本身就是一个高精度的偏振器。该器件的测试是器件应用与光纤陀螺(FOG)系统的重要环节之一。目前该器件的测试均是器件标称参数的测试，有：插入损耗，半波电压，尾纤偏振串音，分束比，残余强度调制和背向反射，这些测试均是针对器件本身进行。在测试方法和测试环境等各项上与光纤陀螺的应用有较大的区别。而该器件在光纤陀螺中表现与光纤陀螺系统有密切的联系，特别反映在对于光纤陀螺应用中的光电响应特性，在器件测试中均无法反映。这对该器件在实际应用中的特性考核带来缺陷。因此，在系统条件下测试成为一个测试的重要环节。

以半波电压为例，半波电压是光纤陀螺中的一个基准电压，系统的复位必须以它为参考。所以，该参数作为一个器件的关键参数有一个精确的测量值，一般的测试方法为：给器件施加一个锯齿波，从光探测器处检测光干涉的输出，当锯齿波的幅度达到2π后，由于干涉的周期性，输出的光强度同锯齿波电压为零时相同，根据此判据在示波器上读出2π电压(参见军标)。由于锯齿波的频率与光纤陀螺的实际调制不同，锯齿波的回扫有一定的延迟，测试中不能够反映出半波电压的稳定性和复位后的特性。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种可以实现器件在光纤陀螺中的在线测试、考核和监控，且对该器件的关键参数的稳定性可以在光纤陀螺实际应用的环境中进行测试、考核，并进一步进行筛选的光纤陀螺用集成光学调制器在线测试方法及其测试装置。

本发明的技术方案是：光纤陀螺用集成光学调制器在线测试方法，其特点在于包括下列步骤：

(1)首先由测试系统提供的高稳定的光源，耦合注入需要测量的集成光学Y波导调制器中，根据光输入输出的参数，测量器件的损耗、分光比等指标；

(2)将被测量的集成光学Y波导调制器与干涉仪光路(光纤环)熔解耦合，采用手动阶梯波、方波的调制信号，施加给被测器件；

(3)由信号解调系统输出光路干涉后的电信号，即位相调制后的光强度变化，通过器件对于阶梯波的响应后复位曲线的斜率，定量检测器件的动态响应特性。

实现上述方法的光纤陀螺用集成光学调制器在线测试系统，其特征在于包括：光纤干涉光路、高精度稳定光源、光电探测器及前置放大器、调制解调部分、高精度方波和阶梯波发生器及调节部分，高精度稳定光源的输出与被测Y波导调制器的输入端相接，为整个测试系统提供光波；探测器及前置放大器将整个测试系统的光干涉信号转换为电信号，经过调制解调部分送到显示器显示；高精度方波和波形发生器为被测Y波导调制器提供测试波形并进行幅度调节；光纤环构成Sagnac干涉仪，对被测器件的位相调节做出反应。

本发明的原理是：在测试系统中，提供了高稳定精度的光源，可以按Y波导测试要求进行插入损耗、分光比、串音等参数测试。系统给Y波导集成光学器件(Y-IOC)施加方波与单一阶梯电压，通过电光参数的调制改变相干光的位相差。方波调制改变了系统的响应灵敏度，一个阶梯波来实现位相差的变化到2π。由于陀螺系统没有角速度输入，当施加上的调制电压达到调制器的半波电压时，干涉输出为零，可以从示波器上观测到一条直线的底线，此时施加的电压即为器件的半波电压V_2π。这一过程与实际的光纤陀螺完全一致，从光源、耦合器及光纤环均同光纤陀螺，器件的测试参数能够体现出器件在光纤陀螺中的实际表现。

本发明与现有技术相比具有的优点在于：器件的测试完全在光纤陀螺的实际环境中进行，输入与输出与实际应用完全一致，对器件的考核非常的合理；不仅对器件的标称参数进行测试，同时增加了系统响应的动态测试参量；对于器件的稳定性考核强化，有利于器件在光纤陀螺中应用；测试参数全面，可以在一套系统中将关键参数依次测量，可对比性大大加强。选装偏振控制器之后可以对器件的偏振特性进行考核。所以，该测试系统可以满足集成光学调制器在陀螺应用环境下关键参数的在线测试。

附图说明

图1为本发明中测试系统的组成框图；

图2为本发明的测试流程图：

图3为本发明的测试响应曲线图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的测试系统由高精度稳定光源1、光纤干涉光路(光纤环)2、光电探测器及前置放大器3、调制解调控制部分4、高精度方波和阶梯波发生器及电位调节计5，高精度稳定光源1的输出与被测Y波导调制器6的输入端相接，为整个测试系统提供光波；探测器及前置放大器3将整个测试系统的光干涉信号转换为电信号，经过调制解调控制4部分送到示波器7显示；高精度方波和波形发生器及电位计5为被测Y波导调制器6提供测试波形并进行幅度调节，光纤干涉光路2对被测器件的位相调节做出反应。

如图2所示，本发明的测试流程是：测试系统加电之后，经过稳定后从光接口1测试光源的功率，即输入被测Y波导调制器件6的光功率P₀；熔接器件的输入端和系统的光接口I，从Y波导调制器件6的两个输出端口A、B测试输入光功率P_A、P_B、P_AMAX、P_AMIN、P_BMAX和P_BMIN等参数，根据测试参数计算Y波导调制器件6的分束比、插入损耗和两个输出端口A、B串音等，其计算公式见以下的(1)、(2)、(3)式；将Y波导调制器件6的输出端A、B与测试系统的光路输入端，即光端口2、3熔接，通过高精度方波和波形发生器施加阶梯波，并调节电位计5，改变施加到调制器6的调制电压V，由于是阶梯波，所以高、低端电压的响应波形会不同。从示波器观测到如图3所示的测试曲线，当光电响应曲线(图3中下方曲线)为一水平的直线时，测量所施加的阶梯波电压高、低端电压差ΔV，该压差使得系统的响应相同，根据半波电压的定义，所以电压差为V_2π。以此可得出该Y波导调制器件6的半波电压、系统响应曲线。

阶梯波和方波均可以由电位计5进行调节。系统的输出曲线是系统前置放大器处理之后的信号。Y波导调制器件6接入过程非常方便，接入过程中先测试Y波导调制器件6的输入光功率和经过其后的输出光功率，测试考核Y波导调制器件6的插入损耗和分束比，根据不同的测试规范，可以测试该两项参数的稳定性。根据不同的要求，本发明还可以置于温度环境进行温度和稳定性试验。

Y波导波调制器件损耗计算公式： $\mathrm{Loss}=10\log \frac{P_0}{2(P_A+P_B)}---\left(\mathrm{dB}\right)---\left(1\right)$

分束比计算公式： $S=50\%\±\left|\frac{P_A-P_B}{2(P_A+P_B)}\right|\×100\%---\left(2\right)$

串音计算公式： $\mathrm{\η}=10\log \frac{P_{\min }}{P_{\max }}\left(\mathrm{dB}\right)---\left(3\right)$

本发明中的高稳定的宽谱光源1输出和干涉检测的光路(光纤环)2，其稳定性与高精度光纤陀螺一致；高稳定的宽谱光源1可以采用边发光二极管ELED，或超发光二极管SLD，或宽带掺铒光纤光源SFS；高精度、低噪声的光电探测器及前置放大器3可以实时监测波形；干涉检测的光路(光纤环)2可以为单模光纤或保偏光纤。

此外，还可以外置偏振测试仪，连接在系统光端口1后的分束器上，对光路中的光功率、偏振态进行实时检测。

Claims (9)

1、光纤陀螺用集成光学调制器在线测试方法，其特征在于包括下列步骤：

(1)首先由测试系统提供的高稳定光源，经耦合注入需要测量的集成光学Y波导调制器中，根据光输入输出的参数，测量器件的损耗、分光比等指标；

(2)将被测量的集成光学Y波导调制器与干涉仪光路熔接耦合，采用手动阶梯波、方波的调制信号，施加给被测器件；

(3)由信号解调系统输出光路干涉后的电信号，即位相调制后的光强度变化，通过器件对于阶梯波的响应后复位曲线的斜率，定量检测器件的动态响应特性。

2、根据权利要求1所述的光纤陀螺用集成光学调制器在线测试方法，其特征在于：所述的高稳定光源为边发光二极管(ELED)，或超发光二极(SLD)，或宽带掺铒光纤光源(SFS)。

3、根据权利要求1所述的的光纤陀螺用集成光学调制器在线测试方法，其特征在于：所述的高稳定的宽谱光源的输出稳定性与高精度光纤陀螺一致。

4、根据权利要求1所述的的光纤陀螺用集成光学调制器在线测试方法，其特征在于：还可以通过外置偏振测试仪，对光路中的光功率、偏振态进行实时检测。

5、一种光纤陀螺用集成光学调制器在线测试系统，其特征在于包括：光纤干涉光路、高精度稳定光源、光电探测器及前置放大器、调制解调控制部分、高精度方波和阶梯波发生器及调节部分，高精度稳定光源的输出与被测Y波导调制器的输入端相接，为整个测试系统提供光波；探测器及前置放大器将整个测试系统的光干涉信号转换为电信号，经过调制解调部分送到显示器显示；高精度方波和波形发生器为被测Y波导调制器提供测试波形并进行幅度调节；光纤环构成Sagnac干涉仪，对被测器件的位相调节做出反应。

6、根据权利要求5所述的光纤陀螺用集成光学调制器在线测试方法，其特征在于：所述的高稳定光源为边发光二极管(ELED)，或超发光二极(SLD)，或宽带掺铒光纤光源(SFS)。

7、根据权利要求5所述的的光纤陀螺用集成光学调制器在线测试方法，其特征在于：所述的高稳定的宽谱光源的输出稳定性与高精度光纤陀螺一致。

8、根据权利要求5所述的的光纤陀螺用集成光学调制器在线测试方法，其特征在于：还包括可以对光路中的光功率、偏振态进行实时检测的外置偏振测试仪。

9、根据权利要求5所述的的光纤陀螺用集成光学调制器在线测试方法，其特征在于：所述的被测Y波导调制器留有三个光接口，一个输入接口，两个输出接口。

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