一種馬赫-曾德?tīng)栯姽庹{(diào)制器頻率響應(yīng)的測(cè)量裝置與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光電子器件測(cè)試領(lǐng)域，具體涉及一種馬赫-曾德?tīng)栯姽庹{(diào)制器頻率響 應(yīng)的測(cè)量裝置與方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 馬赫-曾德?tīng)栯姽庹{(diào)制器是光通信系統(tǒng)和微波光子鏈路中的關(guān)鍵器件，隨著工作 速率和工作頻率的不斷提升或擴(kuò)展，馬赫-曾德?tīng)栯姽庹{(diào)制器的頻率響應(yīng)往往影響整個(gè)系 統(tǒng)或者鏈路的性能，因此對(duì)馬赫-曾德?tīng)栯姽庹{(diào)制器頻率響應(yīng)進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，以實(shí)現(xiàn)寬帶 電-光信號(hào)轉(zhuǎn)換和優(yōu)化通信系統(tǒng)的傳輸能力非常重要。
[0003] 目前，測(cè)量馬赫-曾德?tīng)栯姽庹{(diào)制器頻率響應(yīng)方法主要有光譜分析法、掃頻法和外 差法。其中，光譜分析法作為電-光型器件測(cè)量的典型方法（Y.Q. Shi，L. S.Yan， A.E.ffi1lner,^High-speed electrooptic modulator characterization using optical spectrum analysis，''Journal of Lightwave Technology·2003，21(10):2358-2367; Y. Liao ,H.J. Zhou,Z.Meng,^Modulation efficiency of a LiNb〇3waveguide electrooptic intensity modulator operating at high microwave frequency，"Optics Letters.2009,34(12) :1822-1824.),該方法通過(guò)分析光調(diào)制信號(hào)光譜的邊帶幅度，獲得調(diào) 制器件的調(diào)制系數(shù)和半波電壓，但是受限于目前商用光柵光譜分析儀，分辨率較低，并且易 受到激光光源的線寬影響；掃頻法(X.M.Wu，J· W.Man，L.Xie，Y. Liu，X.Q.Qi，L.X. Wang, J.G.LiUjN.H.Zhu,^Novel method for frequency response measurement of optoelectronic devices，〃IEEE Photon · Technol · Lett ·，2012，24(7)，575-577 ·)，該方法 利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)電-光和光-電器件的組合體進(jìn)行掃頻測(cè)量，獲得電-光器件的頻率 響應(yīng)的同時(shí)引入了光-電型器件的不平坦響應(yīng)，需進(jìn)行額外的校準(zhǔn)，增加測(cè)量的難度和誤 差；外差法（A · K · Μ · Lam，Μ · Fairburn，N.A.F.Jaeger，"Wide_band electro-optic intensity modulator frequency response measurement using an optical heterodyne down-conversion technique，〃IEEE Translation.Microwave . Theory Tech·，2006，54(1):240-246;A.A.Chtcherbakov，R.J.Kisch，J·D.Bull，N.A.F.Jaeger" Optical Heterodyne Method for Amplitude and Phase Response Measurements for Ultra-wideband Electro-optic Modulators，"IEEE Photonics Technology Letters, 2007，19( 1): 18-20)，該方法通過(guò)構(gòu)造下變頻系統(tǒng)，對(duì)待測(cè)電-光器件的頻率響應(yīng)進(jìn)行測(cè)量， 這一方法系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，會(huì)引入其它器件的影響，測(cè)量精度不高。目前對(duì)馬赫-曾德?tīng)栯姽?調(diào)制器頻率響應(yīng)的測(cè)量，特別是不同調(diào)制頻率下的半波電壓的測(cè)量仍缺乏簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確、有效 的測(cè)量方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服現(xiàn)有馬赫-曾德?tīng)栯姽庹{(diào)制器測(cè)量中頻率分 辨率低、校準(zhǔn)困難、高帶寬需求的問(wèn)題，提出一種馬赫-曾德?tīng)栯姽庹{(diào)制器頻率響應(yīng)的測(cè)量 裝置與方法，實(shí)現(xiàn)具有高分辨、無(wú)校準(zhǔn)、低帶寬需求的電光調(diào)制器頻率響應(yīng)的準(zhǔn)確測(cè)量。
[0005] -種馬赫-曾德?tīng)栯姽庹{(diào)制器頻率響應(yīng)的測(cè)量裝置，其包括:激光器、待測(cè)馬赫-曾 德?tīng)栯姽庹{(diào)制器、第一信號(hào)源、第二信號(hào)源、第三信號(hào)源、合路器、光電探測(cè)器、頻譜分析模 塊、以及控制及數(shù)據(jù)處理模塊;所述的第一信號(hào)源與第二信號(hào)源經(jīng)過(guò)合路器加載在待測(cè)馬 赫-曾德?tīng)栯姽庹{(diào)制器的驅(qū)動(dòng)電極上，所述的第三信號(hào)源加載在待測(cè)馬赫-曾德?tīng)栯姽庹{(diào)制 器的偏置電極上;光電探測(cè)器用于將電光調(diào)制器輸出的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后利用頻 譜分析模塊進(jìn)行記錄與分析，控制及數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)第一信號(hào)源、第二信號(hào)源的頻率進(jìn)行 掃頻控制，并同步提取與處理頻譜分析模塊中所需頻率成分的幅度信息，求出不同調(diào)制頻 率下的半波電壓，即獲得待測(cè)馬赫-曾德?tīng)栯姽庹{(diào)制器的頻率響應(yīng)。
[0006] -種馬赫-曾德?tīng)栯姽庹{(diào)制器頻率響應(yīng)的測(cè)量，其特征在于，包括以下步驟：
[0007] 步驟A、設(shè)定第一信號(hào)源輸出頻率為的正弦信號(hào)，第二信號(hào)源輸出頻率為f2的正 弦信號(hào)，兩束信號(hào)經(jīng)過(guò)合路器同時(shí)加載在待測(cè)馬赫-曾德?tīng)栯姽庹{(diào)制器的驅(qū)動(dòng)電極上，第三 信號(hào)源輸出頻率為fb的正弦或者三角波信號(hào)加載在待測(cè)馬赫-曾德?tīng)栯姽庹{(diào)制器的偏置電 極上；
[0008] 步驟B、待測(cè)馬赫-曾德?tīng)栯姽庹{(diào)制器輸出的光信號(hào)經(jīng)過(guò)光電探測(cè)器轉(zhuǎn)換為電信號(hào) 后，利用頻譜分析模塊記錄光電探測(cè)器輸出電信號(hào)中頻率為心士+仏心士-仏加勺幅度， 分別記為i (fi-f2+fb)，i (fi-fVfb)，i (fb);
[0009] 步驟C、使用頻譜分析模塊直接測(cè)量第一信號(hào)源和第二信號(hào)源經(jīng)過(guò)合路器后輸出 正弦信號(hào)的驅(qū)動(dòng)幅度Vi、V2;
[0010] 步驟D、按照如下公式中的一個(gè)計(jì)算待測(cè)馬赫-曾德?tīng)栯姽庹{(diào)制器的在調(diào)制頻率為 fi的調(diào)制系數(shù)mi:
i.
[0011] - 5
[0012]公式選擇依據(jù)為公式的分子和分母中頻率差別最小者，Ji( · )，j〇( ·)為分別為1， 〇階第一類(lèi)貝塞爾函數(shù)；同理計(jì)算f2的調(diào)制系數(shù)m2，ml/m2 = Vl/V2;步驟E、通過(guò)關(guān)系式Vπ = ：πV1/ nu，求得調(diào)制頻率Sf i時(shí)的馬赫-曾德?tīng)栯姽庹{(diào)制器半波電壓νπ;
[0013] 步驟F、保持fb不變且固定f^f2的差值，控制及數(shù)據(jù)處理模塊控制f^f2掃頻變 化，重復(fù)B、C、D、E步驟得到待測(cè)馬赫-曾德?tīng)栯姽庹{(diào)制器在不同調(diào)制頻率的半波電壓，即 該電光調(diào)制器的頻率響應(yīng)。
[0014] 為了減少測(cè)量誤差，第一信號(hào)源和第二信號(hào)源的信號(hào)頻率fdPf2滿足1.8fb< |f\-f2| <2.2fb或者(Klfr&l <0.2fb。
[0015] 激光器輸出的光載波經(jīng)過(guò)待測(cè)馬赫-曾德?tīng)栯姽庹{(diào)制器形成的光調(diào)制信號(hào)為
[0016]
[0017]其中t是時(shí)間，j表示復(fù)數(shù)，Α〇和fQ分別光載波的幅度和頻率，γ是待測(cè)馬赫-曾德?tīng)?電光調(diào)制器兩臂的分光比，naPm2分別對(duì)應(yīng)于第一信號(hào)源輸出的正弦信號(hào)νΜηΟπ?Η+θΟ 和第二信號(hào)源輸出正弦信號(hào)V2sin(2Jif2t+92)所引起的調(diào)制系數(shù)，0^02為初始相位，識(shí)為第 三信號(hào)源輸出的低頻正弦信號(hào)V bSin(23ifbt+0b)，0b為初始相位，加載在待測(cè)馬赫-曾德?tīng)栯?光調(diào)制器的偏置電極上所引起的相位偏移，可表示為：
[0018]
(2)
[0019] 其中御〇為待測(cè)馬赫-曾德?tīng)栯姽庹{(diào)制器的靜態(tài)偏置相位，mb為低頻正弦信號(hào)引起 的調(diào)制系數(shù)。
[0020] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0021] -、本發(fā)明在電域中準(zhǔn)確地測(cè)量了馬赫-曾德?tīng)栯姽庹{(diào)制器的頻率響應(yīng)，提高了光 電子器件測(cè)量的分辨率和頻率范圍。
[0022] 二、本發(fā)明通過(guò)三個(gè)信號(hào)源在電光強(qiáng)度調(diào)制中的混頻，將所需測(cè)量邊帶的頻率降 到低頻的KHz，減少光電探測(cè)器和頻譜分析模塊的帶寬需求，有效的避免了光電探測(cè)器的不 平坦響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了自校準(zhǔn)測(cè)量，同時(shí)降低了測(cè)量成本。
【附圖說(shuō)明】
[0023] 圖1為本發(fā)明一種馬赫-曾德?tīng)栯姽庹{(diào)制器頻率響應(yīng)的裝置示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分 實(shí)施例，并不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出 創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的其他所用實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0025]如圖1所示，由激光器發(fā)出的光載波經(jīng)過(guò)待測(cè)馬赫-曾德?tīng)栯姽庹{(diào)制器進(jìn)行調(diào)制， 其中第一信號(hào)源和第二信號(hào)源經(jīng)過(guò)合路器聯(lián)合加載在待測(cè)馬赫-曾德?tīng)栯姽庹{(diào)制器上的驅(qū) 動(dòng)電極上，第三信號(hào)源加載在待測(cè)馬赫-曾德?tīng)栯姽庹{(diào)制器上的偏置電極上，電光調(diào)制器輸 出的光調(diào)制信號(hào)經(jīng)過(guò)光電探測(cè)器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，在頻譜分析模塊上進(jìn)行記錄和分析，通過(guò) 控制及數(shù)據(jù)控制模塊對(duì)所需拍頻信號(hào)的幅度信息進(jìn)行讀取和計(jì)算，獲得待測(cè)馬赫-曾德?tīng)?電光調(diào)制器的調(diào)制系數(shù)和半波電壓，最后控制及數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)第一信號(hào)源和第二信號(hào)源 的輸出頻率進(jìn)行掃頻控制，并同步讀取和計(jì)算頻譜分析模