一種相位調(diào)制器半波電壓測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種相位調(diào)制器半波電壓測(cè)量系統(tǒng)，包括偏振控制器、環(huán)形器、偏振分束器、第一法拉第反射旋轉(zhuǎn)鏡、第二法拉第反射旋轉(zhuǎn)鏡、第三法拉第反射旋轉(zhuǎn)鏡、相位調(diào)制器、驅(qū)動(dòng)電源、檢偏器、光電轉(zhuǎn)換器和示波器，環(huán)形器包括三個(gè)端口；偏振分束器包括四個(gè)端口；偏振控制器的輸出端與環(huán)形器的端口A連接，環(huán)形器的端口B與偏振分束器的端口A連接，偏振分束器的端口B、端口D分別與第一法拉第反射旋轉(zhuǎn)鏡、第三法拉第反射旋轉(zhuǎn)鏡連接，偏振分束器的端口C與相位調(diào)制器的輸入端連接，相位調(diào)制器與第二法拉第反射旋轉(zhuǎn)鏡連接，驅(qū)動(dòng)電源與相位調(diào)制器的控制端連接；環(huán)形器的端口C與檢偏器的輸入端連接，檢偏器的輸出端通過(guò)光電轉(zhuǎn)換器與示波器連接。
【專利說(shuō)明】
-種相位調(diào)制器半波電壓測(cè)量系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及光纖電路傳感領(lǐng)域，更具體地，設(shè)及一種相位調(diào)制器半波電壓測(cè)量系 統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 相位調(diào)制器在光通信、微波光子學(xué)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。電光相位調(diào)制器的基本 原理利用晶體或各向異性聚合物的光電效應(yīng)，即通過(guò)改變晶體或各向異性聚合物的外加電 壓來(lái)使其折射率改變，從而改變光波相位。半波電壓是相位調(diào)制器最重要的參數(shù)之一，它表 示相位調(diào)制器引起相位延遲為η時(shí)所對(duì)應(yīng)的偏置電壓的改變量，半波電壓表征了相位調(diào)制 器的調(diào)制效率和調(diào)制功耗，很大程度上決定相位調(diào)制器的性能。目前常見(jiàn)的4種測(cè)量電光調(diào) 制晶體半波電壓的方法是光通信模擬法，倍頻調(diào)制法，光譜分析法和極值測(cè)量法。光通信模 擬法是將調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲音信號(hào)，在外調(diào)輸入處連接放音機(jī)，當(dāng)調(diào)制的正弦信號(hào)被切斷 時(shí)，輸出信號(hào)通過(guò)功率輸出端口的揚(yáng)聲器播放，音量由解調(diào)幅度控制，在直流電壓逐漸增大 的過(guò)程中，聲音會(huì)出現(xiàn)兩次音量最小并失真的現(xiàn)象，運(yùn)兩次電壓的差值即為所測(cè)量的半波 電壓。該方法的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量簡(jiǎn)單，但是由于在測(cè)量過(guò)程中對(duì)于最小值的判斷過(guò)于粗糖，所W 測(cè)量數(shù)據(jù)的精度不高。
[0003] 倍頻調(diào)制法的基本原理是同時(shí)加載直流電壓和交流信號(hào)，當(dāng)直流電壓調(diào)到輸出光 強(qiáng)出現(xiàn)極值所對(duì)應(yīng)的電壓值時(shí)，輸出的交流信號(hào)將出現(xiàn)倍頻失真，出現(xiàn)倍頻失真所對(duì)應(yīng)的 直流電壓之差即為半波電壓。測(cè)量方法比較精確，但是調(diào)制法對(duì)調(diào)節(jié)的的要求很高，很難調(diào) 到最佳狀態(tài)。
[0004] 光譜分析法的基本原理是利用正弦信號(hào)對(duì)待測(cè)相位調(diào)制器的光波進(jìn)行調(diào)制，并將 相位調(diào)制器的輸出光信號(hào)輸入光譜分析儀進(jìn)行分析，得到光波的邊帶和副載波的相對(duì)強(qiáng) 度，并且由此計(jì)算出相位調(diào)制器的半波電壓。但是該方法測(cè)量頻率分辨率低，所得的半波電 壓測(cè)量值少，造成某些需要測(cè)量的功率點(diǎn)的半波電壓無(wú)法通過(guò)直接測(cè)量得出。
[0005] 極值測(cè)量法的基本原理是不在相位調(diào)制器上加載調(diào)制信號(hào)，只加載一個(gè)直流電 壓，當(dāng)逐漸改變所加載直流電壓的大小時(shí)，可W通過(guò)所設(shè)計(jì)的干設(shè)儀光路的輸出光強(qiáng)的大 小來(lái)判斷極值點(diǎn)，相鄰極大值和極小值所對(duì)應(yīng)的直流電壓之差即為半波電壓。運(yùn)種測(cè)量方 法相對(duì)也比較簡(jiǎn)便，但是由于光源等因素的不穩(wěn)定性，使得運(yùn)種方法的測(cè)量精度有限。極值 法測(cè)量半波電壓還會(huì)有光路光程差敏感不穩(wěn)定，系統(tǒng)復(fù)雜，成本高，易受外界環(huán)境影響等缺 點(diǎn)。基于薩尼亞克光纖干設(shè)儀的測(cè)量半波電壓方法解決了光路光程差敏感不穩(wěn)定的問(wèn)題， 由于兩路光所經(jīng)過(guò)的光程一樣，所W系統(tǒng)穩(wěn)定，但是該系統(tǒng)對(duì)不對(duì)稱度的要求很高，不易搭 建。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種相位調(diào)制器半波電 壓測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)光路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于搭建，系統(tǒng)穩(wěn)定，所設(shè)及的光路可完美保證時(shí)域匹 配，不受外界相位漂移和隨機(jī)雙折射的影響，能準(zhǔn)確測(cè)量相位調(diào)制器的半波電壓。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)W上發(fā)明目的，采用的技術(shù)方案是：
[0008] -種相位調(diào)制器半波電壓測(cè)量系統(tǒng)，包括偏振控制器、環(huán)形器、偏振分束器、第一 法拉第反射旋轉(zhuǎn)鏡、第二法拉第反射旋轉(zhuǎn)鏡、第Ξ法拉第反射旋轉(zhuǎn)鏡、相位調(diào)制器、驅(qū)動(dòng)電 源、檢偏器、光電轉(zhuǎn)換器和示波器，其中所述環(huán)形器包括Ξ個(gè)端口，分別為端口A、端口B、端 口 C;所述偏振分束器包括四個(gè)端口，分別為端口 A、端口 B、端口 C、端口 D;
[0009] 其中偏振控制器的輸出端與環(huán)形器的端口 A連接，環(huán)形器的端口 B與偏振分束器的 端口 A連接，偏振分束器的端口 B、端口 D分別與第一法拉第反射旋轉(zhuǎn)鏡、第Ξ法拉第反射旋 轉(zhuǎn)鏡連接，偏振分束器的端口 C與相位調(diào)制器的輸入端連接，相位調(diào)制器的輸出端與第二法 拉第反射旋轉(zhuǎn)鏡連接，驅(qū)動(dòng)電源與相位調(diào)制器的控制端連接；
[0010] 環(huán)形器的端口 C與檢偏器的輸入端連接，檢偏器的輸出端通過(guò)光電轉(zhuǎn)換器與示波 器連接。
[0011] 其測(cè)量半波電壓的具體過(guò)程包括W下步驟：
[0012] S1.輸入光經(jīng)過(guò)偏振控制器后輸出45度線偏振光、135度線偏振光、左旋圓偏振光、 右旋圓偏振光中其中一種；
[0013] S2.輸出的偏振光通過(guò)環(huán)形器進(jìn)入偏振分束器，偏振光經(jīng)過(guò)偏振分束器后被分成 反射分量、投射分量；
[0014] S3.其中透射分量通過(guò)端口 C進(jìn)入相位調(diào)制器，透射分量經(jīng)過(guò)相位調(diào)制器調(diào)制后進(jìn) 入第二法拉第反射旋轉(zhuǎn)鏡，經(jīng)第二法拉第反射旋轉(zhuǎn)鏡反射后通過(guò)相位調(diào)制器首次進(jìn)入偏振 分束器，經(jīng)偏振分束器反射后進(jìn)入第一法拉第反射旋轉(zhuǎn)鏡，透射分量經(jīng)第一法拉第反射旋 轉(zhuǎn)鏡反射后第二次進(jìn)入偏振分束器，經(jīng)偏振分束器透射后進(jìn)入第Ξ法拉第反射旋轉(zhuǎn)鏡，經(jīng) 第Ξ法拉第反射旋轉(zhuǎn)鏡反射后第Ξ次進(jìn)入偏振分束器，此時(shí)偏振分束器對(duì)透射分量起反射 作用；
[0015] 至于反射分量，其經(jīng)偏振分束器反射后進(jìn)入第Ξ法拉第反射旋轉(zhuǎn)鏡，經(jīng)第Ξ法拉 第反射旋轉(zhuǎn)鏡反射后首次進(jìn)入偏振分束器，此時(shí)經(jīng)偏振分束器透射后反射分量進(jìn)入第一法 拉第反射旋轉(zhuǎn)鏡，經(jīng)第一法拉第反射旋轉(zhuǎn)鏡反射后第二次進(jìn)入偏振分束器，經(jīng)偏振分束器 反射后通過(guò)相位調(diào)制器進(jìn)入第二法拉第反射旋轉(zhuǎn)鏡，經(jīng)第二法拉第反射旋轉(zhuǎn)鏡反射后通過(guò) 相位調(diào)制器第Ξ次進(jìn)入偏振分束器，偏振分束器對(duì)反射分量起透射作用，此時(shí)反射與經(jīng)歷 過(guò)同樣長(zhǎng)光路歷程的透射分量進(jìn)行偏振疊加，并通過(guò)端口 A射出；
[0016] 其中，相位調(diào)制器對(duì)經(jīng)過(guò)其的反射分量或透射分量進(jìn)行相位調(diào)制；
[0017] S4.疊加后的偏振光通過(guò)偏振分束器的端口 A進(jìn)入環(huán)形器，然后通過(guò)環(huán)形器的端口 C進(jìn)入檢偏器，偏振光經(jīng)過(guò)檢偏器進(jìn)行投影，經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換器后形成電信號(hào)的輸出光強(qiáng)，輸 出光強(qiáng)通過(guò)示波器進(jìn)行顯示，形成光強(qiáng)的時(shí)域分布輸出；
[0018] S5.按照等梯度值改變驅(qū)動(dòng)電源向相位調(diào)制器輸出的電壓，然后重復(fù)S1~S4的操 作，并記錄輸出光強(qiáng)；
[0019] S6.當(dāng)輸出光強(qiáng)出現(xiàn)極大值和極小值時(shí)，記錄驅(qū)動(dòng)電源所加載電壓的大小，極大 值、極小值所對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電源加載電壓差的兩倍為半波電壓。
[0020] 優(yōu)選地，所述偏振分束器的端口 B、端口 C、端口 D分別通過(guò)光纖與第一法拉第反射 旋轉(zhuǎn)鏡、相位調(diào)制器、第Ξ法拉第反射旋轉(zhuǎn)鏡連接，相位調(diào)制器的輸出端通過(guò)光纖與第二法 拉第反射旋轉(zhuǎn)鏡連接。
[0021 ]優(yōu)選地，所述光纖為單模光纖或保偏光纖。
[0022] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0023] 本發(fā)明提供的一種半波電壓測(cè)量系統(tǒng)光路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于搭建，系統(tǒng)穩(wěn)定，所設(shè)及 的光路可完美保證時(shí)域匹配，不受外界相位漂移和隨機(jī)雙折射的影響，能準(zhǔn)確測(cè)量相位調(diào) 制器的半波電壓。
【附圖說(shuō)明】
[0024] 圖1為測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025] 圖2為相位分布圖，輸入連續(xù)光時(shí)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電源脈寬小于兩分量被調(diào)制的時(shí)間差 時(shí)，兩分量的相位改變W及產(chǎn)生的脈沖光強(qiáng)。
[0026] 圖3為相位分布圖，輸入連續(xù)光時(shí)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電源脈寬大于兩分量被調(diào)制的時(shí)間差 時(shí)，兩分量的相位改變W及產(chǎn)生的脈沖光強(qiáng)。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 附圖僅用于示例性說(shuō)明，不能理解為對(duì)本專利的限制；
[0028] W下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的闡述。
[00巧]實(shí)施例1
[0030] 本實(shí)施例采用脈沖光作為輸入光，如圖1所示，本實(shí)施例中半波電壓測(cè)量系統(tǒng)包括 偏振控制器1、偏振無(wú)關(guān)環(huán)形器2、偏振分束器3、第一法拉第反射旋轉(zhuǎn)鏡5、第二法拉第反射 旋轉(zhuǎn)鏡7、第Ξ法拉第反射旋轉(zhuǎn)鏡4、偏振無(wú)關(guān)相位調(diào)制器6、驅(qū)動(dòng)電源8、檢偏器9、光電轉(zhuǎn)換 器和示波器，其中所述環(huán)形器2包括Ξ個(gè)端口，分別為端口A、端口B、端口C;所述偏振分束器 3包括四個(gè)端口，分別為端口A、端口B、端口C、端口D;
[0031] 其中偏振控制器1的輸出端與環(huán)形器2的端口 A連接，環(huán)形器2的端口 B與偏振分束 器3的端口 A連接，偏振分束器3的端口 B、端口 D分別與第一法拉第反射旋轉(zhuǎn)鏡5、第Ξ法拉第 反射旋轉(zhuǎn)鏡4連接，偏振分束器3的端口 C與相位調(diào)制器6的輸入端連接，相位調(diào)制器6的輸出 端與第二法拉第反射旋轉(zhuǎn)鏡7連接，驅(qū)動(dòng)電源8與相位調(diào)制器6的控制端連接;環(huán)形器2的端 口 C與檢偏器9的輸入端連接，檢偏器9的輸出端通過(guò)光電轉(zhuǎn)換器與示波器連接。
[0032] 測(cè)量方案如下，當(dāng)輸入脈沖光經(jīng)過(guò)偏振分束器3后被等概率反射和透射形成水平 分量和垂直分量，透射分量經(jīng)過(guò)相位調(diào)制器即寸開(kāi)始加載矩形波電壓進(jìn)行相位調(diào)制，設(shè)置電 壓脈寬大于透射分量?jī)纱谓?jīng)過(guò)相位調(diào)制器6的時(shí)間差，并且小于透射分量和反射分量經(jīng)過(guò) 相位調(diào)制器6的時(shí)間差，同時(shí)調(diào)節(jié)其時(shí)間延遲W保證只對(duì)輸入光的其中某一分量進(jìn)行調(diào)制。 兩分量的電壓差決定兩分量的相位差，相位差的不同形成不同偏振態(tài)，輸出的偏振態(tài)W及 光在某一方向的分量的相位改變?nèi)Q于相位調(diào)制器6加載相位，加載的相位取決于驅(qū)動(dòng)電 源所輸入的電壓，得到不同的輸出光強(qiáng)。不斷按照等梯度值改變驅(qū)動(dòng)電源輸出的矩形波高 電平電壓的數(shù)值V，即可W改變透射分量和反射分量的相位差Δφ，當(dāng)輸出光強(qiáng)出現(xiàn)極大和 極小值時(shí)，記錄下所加載的電壓大小，相鄰兩個(gè)光強(qiáng)極值所對(duì)應(yīng)電壓的差值即為半波電壓。 由于該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，在電壓高電平期間下，脈沖光某一分量被相位調(diào)制器6調(diào)制了兩次，所 W所測(cè)得的輸出光強(qiáng)極大值與極小值所對(duì)應(yīng)電壓差值的兩倍是半波電壓。
[0033] 實(shí)施例2
[0034] 采用連續(xù)光作為輸入光，本實(shí)施例的半波電壓測(cè)量系統(tǒng)和實(shí)施例1的一致。所輸入 的連續(xù)光經(jīng)過(guò)偏振分束器3后分為兩個(gè)方向上的分量:透射分量和反射分量，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電源8 的脈寬設(shè)置為不同特征取值時(shí)，其調(diào)制效果不同。
[0035] 當(dāng)驅(qū)動(dòng)電源8的脈寬設(shè)置為大于同一時(shí)刻進(jìn)入偏振分束器3的兩個(gè)分量先后經(jīng)過(guò) 相位調(diào)制器6的時(shí)間差。兩方向上的分量都會(huì)受同一周期的矩形波電壓調(diào)制，每個(gè)分量都會(huì) 受到相位調(diào)制器6調(diào)制兩次，產(chǎn)生兩次相同的相位改變，后被調(diào)制的反射分量會(huì)出現(xiàn)時(shí)間延 遲。同一時(shí)間點(diǎn)的兩個(gè)分量會(huì)出現(xiàn)相位差，如圖2的b、C所示。
[0036] 當(dāng)設(shè)置調(diào)制電壓脈寬小于同一時(shí)刻進(jìn)入偏振分束器3的兩個(gè)分量先后經(jīng)過(guò)相位調(diào) 制器6的時(shí)間差，兩分量的相位變化如圖3的b、c所示。運(yùn)種情況下，一個(gè)周期的矩形波電壓 只能調(diào)制某一個(gè)方向的分量?jī)纱?，另一個(gè)分量不受此周期的電壓調(diào)制。
[0037] 有相位差的地方會(huì)使輸出光強(qiáng)形成時(shí)域脈沖分布，如圖2的d和圖3的d所示。根據(jù) 該系統(tǒng)的W上輸出特點(diǎn)，可W不斷改變矩形波高電平電壓的數(shù)值V，即可W改變透射分量和 反射分量的相位差Δ黎，當(dāng)輸出光強(qiáng)出現(xiàn)最大和最小值時(shí)，記錄下所加載的電壓大小，相鄰 兩個(gè)光強(qiáng)極值所對(duì)應(yīng)電壓的差值的兩倍即為半波電壓。根據(jù)出現(xiàn)最大干設(shè)光強(qiáng)和最小干設(shè) 光強(qiáng)的輸出位置，通過(guò)記錄最大光強(qiáng)和最小光強(qiáng)所對(duì)應(yīng)的調(diào)制電壓，即可得到相位調(diào)制器6 的半波電壓。
[0038] 顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì) 本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可 W做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。運(yùn)里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予W窮舉。凡在本 發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求 的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種相位調(diào)制器半波電壓測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:包括偏振控制器、環(huán)形器、偏振分 束器、第一法拉第反射旋轉(zhuǎn)鏡、第二法拉第反射旋轉(zhuǎn)鏡、第三法拉第反射旋轉(zhuǎn)鏡、相位調(diào)制 器、驅(qū)動(dòng)電源、檢偏器、光電轉(zhuǎn)換器和示波器，其中所述環(huán)形器包括三個(gè)端口，分別為端口A、 端口 B、端口 C;所述偏振分束器包括四個(gè)端口，分別為端口 A、端口 B、端口 C、端口 D; 其中偏振控制器的輸出端與環(huán)形器的端口 A連接，環(huán)形器的端口 B與偏振分束器的端口 A連接，偏振分束器的端口 B、端口 D分別與第一法拉第反射旋轉(zhuǎn)鏡、第三法拉第反射旋轉(zhuǎn)鏡 連接，偏振分束器的端口 C與相位調(diào)制器的輸入端連接，相位調(diào)制器的輸出端與第二法拉第 反射旋轉(zhuǎn)鏡連接，驅(qū)動(dòng)電源與相位調(diào)制器的控制端連接； 環(huán)形器的端口 C與檢偏器的輸入端連接，檢偏器的輸出端通過(guò)光電轉(zhuǎn)換器與示波器連 接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的相位調(diào)制器半波電壓測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述偏振分束器 的端口 B、端口 C、端口 D分別通過(guò)光纖與第一法拉第反射旋轉(zhuǎn)鏡、相位調(diào)制器、第三法拉第反 射旋轉(zhuǎn)鏡連接，相位調(diào)制器的輸出端通過(guò)光纖與第二法拉第反射旋轉(zhuǎn)鏡連接。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的相位調(diào)制器半波電壓測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述光纖為單模 光纖或保偏光纖。
【文檔編號(hào)】G01R15/24GK205484522SQ201620276898
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年4月1日
【發(fā)明人】陳文君, 王金東, 蘇華填, 王曉靜, 江銀珠, 魏正軍, 張智明
【申請(qǐng)人】華南師范大學(xué)