基于雙邊帶調(diào)制的光器件測(cè)量方法及測(cè)量裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于雙邊帶調(diào)制的光器件測(cè)量方法，屬于光器件測(cè)量、微波光子學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】。首先利用光雙邊帶調(diào)制方法將射頻信號(hào)調(diào)制于第一光載波信號(hào)上，生成雙邊帶調(diào)制信號(hào)；然后令雙邊帶調(diào)制信號(hào)通過(guò)待測(cè)光器件后與第二光載波信號(hào)合束，所述第二光載波信號(hào)與第一光載波信號(hào)之間存在頻率差；利用光電探測(cè)器對(duì)合束后的信號(hào)進(jìn)行拍頻，然后提取拍頻信號(hào)中+1階邊帶信號(hào)及-1階邊帶信號(hào)的幅度信息；掃描所述射頻信號(hào)的頻率，即得到待測(cè)光器件的寬帶幅頻響應(yīng)。本發(fā)明還公開(kāi)了一種基于雙邊帶調(diào)制的光器件測(cè)量裝置。本發(fā)明在降低系統(tǒng)復(fù)雜度和成本的同時(shí)，大幅提高了測(cè)量范圍和測(cè)量效率，更重要地是為光器件測(cè)量技術(shù)開(kāi)辟了一個(gè)全新的方向。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于雙邊帶調(diào)制的光器件測(cè)量方法及測(cè)量裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種光器件測(cè)量方法，尤其涉及一種基于雙邊帶調(diào)制的光器件測(cè)量方 法及測(cè)量裝置，屬于光器件測(cè)量、微波光子學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，隨著激光技術(shù)的飛速發(fā)展，光子系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用，如超高精度光纖 傳感、長(zhǎng)距離光纖通信等。然而，光測(cè)量技術(shù)的發(fā)展卻停滯不前，不僅使得高精度光器件的 研發(fā)制作舉步維艱，而且也使得現(xiàn)有的光器件無(wú)法在光系統(tǒng)中發(fā)揮最大效用。例如：布拉格 光纖光柵（FBG)的最小帶寬已低至9MHz，而現(xiàn)有的光測(cè)量技術(shù)的測(cè)量精度仍為上百M(fèi)Hz (目 前，最先進(jìn)的光矢量分析儀Luna 0VA5000的測(cè)量精度也僅為125MHz)，無(wú)法精確地測(cè)得上 述FBG的幅頻響應(yīng)及相頻響應(yīng)特性。
[0003] 為了實(shí)現(xiàn)高精度的光器件測(cè)量，1998年J. E. Roman提出了基于光單邊帶調(diào)制 的光矢量分析方法。該方法將傳統(tǒng)光矢量分析儀在光域的掃頻操作搬移到電域進(jìn)行， 受益于成熟的電頻譜分析技術(shù)，其測(cè)試精度得到了質(zhì)的飛躍。我們已在38GHz的頻帶 范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了測(cè)量分辨率達(dá)78kHz的光器件測(cè)量，相比于商用光矢量分析儀的測(cè)量 結(jié)果，該方法所測(cè)得的響應(yīng)更加清晰地反映了待測(cè)光器件的響應(yīng)。在此基礎(chǔ)上，一些 研究者提出了 一系列改進(jìn)的基于單邊帶調(diào)制的光器件測(cè)量方法，例如J.E.Romdn，等 人在 ''Spectral characterization of fiber gratings with high resolution"（J. E. Roman, Μ. Y. Frankel, and R. D. Esman, ^Spectral characterization of fiber gratings with high resolution，"0pt.Lett.，vol.23，no.l2，pp. 939 - 941，1998.)中，以及薛 敏等人在 "Accuracy improvement of optical vector network analyzer based on single-sideband modulation(M. Xue, S. L. Pan, and Y. J. Zhao, ''Accuracy improvement of optical vector network analyzer based on single-sideband modulation, ^Optics Letters, vol. 39, no. 12, pp. 3595-3598, Jun. 2014.)提到的光單邊帶掃頻方法等。
[0004] 然而，基于單邊帶調(diào)制的光器件測(cè)量方法也存在嚴(yán)重的不足。首先，產(chǎn)生光單邊帶 會(huì)使系統(tǒng)非常復(fù)雜，目前單邊帶的產(chǎn)生方法大致分為濾波法和90°相移法，前者需要使用 濾波器，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度和不穩(wěn)定性，且消光比有限；后者需要對(duì)加載到雙驅(qū)動(dòng)光電調(diào) 制器的微波信號(hào)進(jìn)行90°相移，需要使用寬帶90°電橋和雙驅(qū)動(dòng)光電調(diào)制器，系統(tǒng)復(fù)雜， 且調(diào)節(jié)不便。其次，單邊帶掃頻法一次測(cè)量只能得到一組測(cè)量信號(hào)，測(cè)量效率低下。最后， 單邊帶掃頻方法嚴(yán)重受限于儀器，例如單邊帶掃頻范圍不能大于光電探測(cè)器（PD)帶寬。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于雙邊帶調(diào)制 的光器件測(cè)量方法及測(cè)量裝置，在降低系統(tǒng)復(fù)雜度和成本的同時(shí)，大幅提高了測(cè)量范圍和 測(cè)量效率，更重要地是為光器件測(cè)量技術(shù)開(kāi)辟了一個(gè)全新的方向。
[0006] 本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案：
[0007] 基于雙邊帶調(diào)制的光器件測(cè)量方法，首先利用光雙邊帶調(diào)制方法將頻率為的 射頻信號(hào)調(diào)制于頻率為的第一光載波信號(hào)上，生成雙邊帶調(diào)制信號(hào)；然后令雙邊帶調(diào)制 信號(hào)通過(guò)待測(cè)光器件后與第二光載波信號(hào)合束，所述第二光載波信號(hào)與第一光載波信號(hào)之 間存在頻率差；利用光電探測(cè)器對(duì)合束后的信號(hào)進(jìn)行拍頻，然后提取拍頻信號(hào)中+1階邊帶 信號(hào)及-1階邊帶信號(hào)的幅度信息，該+1階邊帶信號(hào)的幅度信息和-1階邊帶信號(hào)的幅度信 息分別為待測(cè)光器件在頻率和頻率的幅頻響應(yīng)；掃描所述射頻信號(hào)的頻 率，即得到待測(cè)光器件的寬帶幅頻響應(yīng)。
[0008] 根據(jù)相同的發(fā)明思路還可以得到一種基于雙邊帶調(diào)制的光器件測(cè)量裝置，包括： 光載波生成單元、光合束器、光雙邊帶調(diào)制器、微波掃頻源、光電探測(cè)器、頻譜分析單元、主 控單元；所述光載波生成單元可輸出兩路相互之間存在頻率差的光載波信號(hào)；光雙邊帶調(diào) 制器將微波掃頻源輸出的微波掃頻信號(hào)調(diào)制于光載波生成單兀輸出的其中一路光載波信 號(hào)，生成光雙邊帶調(diào)制信號(hào)；光雙邊帶調(diào)制信號(hào)經(jīng)過(guò)待測(cè)光器件后與光載波生成單元輸出 的另外一路光載波信號(hào)經(jīng)光合束器進(jìn)行合束，然后送入光電探測(cè)器進(jìn)行拍頻；頻譜分析單 元提取拍頻信號(hào)中+1階邊帶信號(hào)和-1階邊帶信號(hào)的幅度信息，該+1階邊帶信號(hào)的幅度信 息和-1階邊帶信號(hào)的幅度信息分別為待測(cè)光器件在頻率<^+0^和頻率（^-(^處的幅頻 響應(yīng)，其中為輸入光雙邊帶調(diào)制器的光載波信號(hào)的頻率，為微波掃頻源輸出的射頻 信號(hào)頻率；主控單元控制微波掃頻源掃頻，并根據(jù)頻譜分析單元所提取的幅度信息，得到待 測(cè)光器件的寬帶幅頻響應(yīng)。
[0009] 作為其中一個(gè)優(yōu)選方案，所述光載波生成單元包括兩個(gè)并聯(lián)的光源，且兩個(gè)光源 所輸出光信號(hào)之間存在頻率差。
[0010] 作為另一個(gè)優(yōu)選方案，所述光載波生成單兀包括：光源、光分束器、光移頻器；光 分束器將光源輸出的光信號(hào)分為兩路，其中一路經(jīng)由所述光移頻器移頻后輸出，另外一路 直接輸出。
[0011] 相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0012] 一、本發(fā)明突破了傳統(tǒng)單邊帶掃頻方法中掃頻范圍小于等于光電探測(cè)器帶寬等儀 器限制，將掃頻范圍提高到儀器帶寬的兩倍；
[0013] 二、本發(fā)明將掃頻效率提高到原來(lái)的兩倍，一次拍頻可以得到兩個(gè)信號(hào)；
[0014] 三、本發(fā)明不需要產(chǎn)生單邊帶信號(hào)，使系統(tǒng)復(fù)雜度大大降低；本發(fā)明不需要光域或 者電域的濾波器，消除了濾波器帶來(lái)的不穩(wěn)定和消光比有限的問(wèn)題，使系統(tǒng)穩(wěn)定性大大提 商；
[0015] 四、本發(fā)明首次提出利用雙邊帶掃頻信號(hào)進(jìn)行光器件測(cè)量，為光器件測(cè)量技術(shù)開(kāi) 辟了一個(gè)全新的方向。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1為本發(fā)明光器件測(cè)量裝置的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖2為圖1所示裝置工作時(shí)各部位信號(hào)的頻譜示意圖；
[0018] 圖3為本發(fā)明光器件測(cè)量裝置的又一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖4為仿真獲得的用光譜儀測(cè)得的待測(cè)布拉格光纖光柵的幅頻響應(yīng)圖與本發(fā)明 所述方法測(cè)得的待測(cè)布拉格光纖光柵的幅頻響應(yīng)曲線(xiàn)的對(duì)比；
[0020] 圖5為實(shí)驗(yàn)獲得的用光譜儀測(cè)得的待測(cè)布拉格光纖光柵的幅頻響應(yīng)圖與本發(fā)明 所述方法測(cè)得的待測(cè)布拉格光纖光柵的幅頻響應(yīng)曲線(xiàn)的對(duì)比。

【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明：
[0022] 本發(fā)明的思路是在經(jīng)過(guò)待測(cè)器件的光雙邊帶調(diào)制信號(hào)中添加與原始光載波相干 且存在微小頻率差的光載波，這樣在光電探測(cè)器拍頻后，±1階邊帶對(duì)應(yīng)的微波分量具有不 同的頻率，從而可同時(shí)提取±1階邊帶上的幅度響應(yīng)信息。
[0023] 圖1顯示了本發(fā)明光器件測(cè)量裝置的一個(gè)實(shí)施例，如圖1所示，該裝置包括光源、 光分束器、光合束器、光移頻器、光雙邊帶調(diào)制器、微波掃頻源、光電探測(cè)器、頻譜分析單元、 主控單元。光源發(fā)出的光信號(hào)經(jīng)光分束器分為兩路，一路經(jīng)光移頻器移頻，生成移頻光信 號(hào)；光雙邊帶調(diào)制器將微波掃頻源輸出的微波掃頻信號(hào)調(diào)制于另一路光信號(hào)，生成光雙邊 帶調(diào)制信號(hào)；光雙邊帶調(diào)制信號(hào)經(jīng)過(guò)待測(cè)光器件后與移頻光信號(hào)經(jīng)光合束器合束后送入光 電探測(cè)器進(jìn)行拍頻；頻譜分析單元提取拍頻信號(hào)中+1階邊帶信號(hào)和-1階邊帶信號(hào)的幅度 信息；主控單元控制微波掃頻源掃頻，并根據(jù)頻譜分析單元所提取的幅度信息，得到待測(cè)光 器件的寬帶幅頻響應(yīng)。
[0024] 為了使公眾理解本發(fā)明技術(shù)方案，下面對(duì)上述測(cè)量裝置的測(cè)量原理進(jìn)行詳細(xì)介 紹：
[0025] 經(jīng)光雙邊帶調(diào)制后的光信號(hào)為

【權(quán)利要求】
1. 基于雙邊帶調(diào)制的光器件測(cè)量方法，其特征在于，首先利用光雙邊帶調(diào)制方法將頻 率為叫的射頻信號(hào)調(diào)制于頻率為叫的第一光載波信號(hào)上，生成雙邊帶調(diào)制信號(hào)；然后令 雙邊帶調(diào)制信號(hào)通過(guò)待測(cè)光器件后與第二光載波信號(hào)合束，所述第二光載波信號(hào)與第一光 載波信號(hào)之間存在頻率差；利用光電探測(cè)器對(duì)合束后的信號(hào)進(jìn)行拍頻，然后提取拍頻信號(hào) 中+1階邊帶信號(hào)及-1階邊帶信號(hào)的幅度信息，該+1階邊帶信號(hào)的幅度信息和-1階邊帶 信號(hào)的幅度信息分別為待測(cè)光器件在頻率％ +?和頻率《% - %處的幅頻響應(yīng)；掃描所述 射頻信號(hào)的頻率，即得到待測(cè)光器件的寬帶幅頻響應(yīng)。
2. 基于雙邊帶調(diào)制的光器件測(cè)量裝置，其特征在于，包括：光載波生成單元、光合束 器、光雙邊帶調(diào)制器、微波掃頻源、光電探測(cè)器、頻譜分析單元、主控單元；所述光載波生成 單元可輸出兩路相互之間存在頻率差的光載波信號(hào)；光雙邊帶調(diào)制器將微波掃頻源輸出 的微波掃頻信號(hào)調(diào)制于光載波生成單元輸出的其中一路光載波信號(hào)，生成光雙邊帶調(diào)制信 號(hào)；光雙邊帶調(diào)制信號(hào)經(jīng)過(guò)待測(cè)光器件后與光載波生成單元輸出的另外一路光載波信號(hào)經(jīng) 光合束器進(jìn)行合束，然后送入光電探測(cè)器進(jìn)行拍頻；頻譜分析單元提取拍頻信號(hào)中+1階邊 帶信號(hào)和-1階邊帶信號(hào)的幅度信息，該+1階邊帶信號(hào)的幅度信息和-1階邊帶信號(hào)的幅度 信息分別為待測(cè)光器件在頻率％+?和頻率叫-％處的幅頻響應(yīng)，其中叫為輸入光雙邊 帶調(diào)制器的光載波信號(hào)的頻率，A為微波掃頻源輸出的射頻信號(hào)頻率；主控單元控制微波 掃頻源掃頻，并根據(jù)頻譜分析單元所提取的幅度信息，得到待測(cè)光器件的寬帶幅頻響應(yīng)。
3. 如權(quán)利要求2所述基于雙邊帶調(diào)制的光器件測(cè)量裝置，其特征在于，所述光載波生 成單兀包括：光源、光分束器、光移頻器；光分束器將光源輸出的光信號(hào)分為兩路，其中一 路經(jīng)由所述光移頻器移頻后輸出，另外一路直接輸出。
4. 如權(quán)利要求2所述基于雙邊帶調(diào)制的光器件測(cè)量裝置，其特征在于，所述光載波生 成單元包括兩個(gè)并聯(lián)的光源，且兩個(gè)光源所輸出光信號(hào)之間存在頻率差。
【文檔編號(hào)】G01M11/02GK104101484SQ201410291393
【公開(kāi)日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月25日
【發(fā)明者】潘時(shí)龍, 卿婷, 薛敏, 黃夢(mèng)昊 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)