一種光電探測器頻率響應(yīng)測量裝置及其測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光電探測器頻率響應(yīng)測量裝置及其測量方法，屬于光電子【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明避免了現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)方法復(fù)雜的校準(zhǔn)過程，測量裝置包括半導(dǎo)體激光器、偏振控制器、電光調(diào)制器、微波信號源、波長可調(diào)諧激光器、光耦合器、待測光電探測器、頻譜分析儀；所述半導(dǎo)體激光器、偏振控制器、電光調(diào)制器、光耦合器與待測光電探測器之間依次光路連接，所述波長可調(diào)諧激光器光路連接電光調(diào)制器；所述微波信號源與電光調(diào)制器之間為電路連接；所述待測光電探測器與頻譜分析儀之間為電路連接。本發(fā)明具有測量準(zhǔn)確度高、操作簡單的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種光電探測器頻率響應(yīng)測量裝置及其測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光電子【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及到光纖通信技術(shù)和光電信號處理技術(shù)，具體涉及一種光電探測器頻率響應(yīng)測量裝置及其測量方法。
技術(shù)背景
[0002]隨著數(shù)字光通信的發(fā)展，對快速光波的測量無論是在理論研究和實(shí)際應(yīng)用上都變的十分重要。高速探測器是光傳輸和光信號處理系統(tǒng)中的基本元件，隨著光纖通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸和處理速度越來越高，對于精確測量帶寬光電探測器頻率響應(yīng)也變的很難。
[0003]當(dāng)前，測量光電探測器頻率響應(yīng)的方法有:掃頻法(見文獻(xiàn)王松，黃永清，任曉敏，顏強(qiáng)，掃頻法精確測量高速光調(diào)制器頻率響應(yīng)，紅外與激光工程.2009 (006): 1020-1024.)、脈沖頻譜分析法(Shao, Y.and R.L.Gallawa, Fiberbandwidth measurement using pulse spectrum analysis,Appliedoptics.1986，25(7):1069-1071.)、干涉頻率調(diào)制邊帶譜分析法(Eichen，E.and A.Sillettij Bandwidth measurements of ultrahigh-frequency opticaldetectors using the interferometric FM sideband technique, IEEE J.LightwaveTechnol.1987，5 (10): 1377-1381.)和光外差法(傘海生，溫繼敏，劉戩，謝亮，祝寧華，基于光外差技術(shù)的超寬帶頻率響應(yīng)測量系統(tǒng)，光學(xué)學(xué)報(bào).2005，25 (11): 1498-1500.)。前面三種方法都存在一定的局限性，將越來越難以滿足頻率響應(yīng)測試帶寬的要求。而利用光源的相干特性測量帶寬的技術(shù)一光外差寬帶頻率響應(yīng)測量法已經(jīng)被證明是一種準(zhǔn)確可靠和行之有效的方法。然而，在現(xiàn)有所提到的光外差法中對于參與拍頻的兩束光頻率和輸出功率的穩(wěn)定性要求十分苛刻，對此也有很多的校準(zhǔn)方法(王睿，苗昂，王松，黃永清，光外差法測量光探測器頻率響應(yīng)的系統(tǒng)校準(zhǔn)，光電子激光.2008, 19(9):1220-1222.)，但這樣不僅增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度，同樣也使得數(shù)據(jù)處理變的更難。
[0004]在光外差法中，也有米用調(diào)制光波與另外一束光進(jìn)行光外差的方法，但都只是單純的將所拍頻信號作為探測器頻率響應(yīng)(Tan, T.S.，R.L.Jungerman, andS.S.Elliott, Optical receiver and modulator frequency response measurementwith a Nd:YAG ring laser heterodyne technique, IEEE Trans.Microwave TheoryTech..1989, 37 (8): 1217-1222.；Yoshioka, M., S.Sato, and T.Kikuchi, A method formeasuring the frequency response of photodetector modules using twice-modulatedlight, IEEE J.Lightwave Technol.2005, 23(6):2112-2117.；Lam, A.Κ.Μ., M.Fairburn, and N.A.F.Jaeger, ffide-band electrooptic intensity modulator frequencyresponse measurement using an optical heterodyne down—conversion technique, IEEETrans.Microwave Theory Tech..2006，54(1):240-246.)，往往將電光調(diào)制器頻響忽略，或者進(jìn)行復(fù)雜的校準(zhǔn)，以便去除電光調(diào)制器的頻率響應(yīng)。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的目的在于提供一種能簡化測量過程并能提高測量精度的光電探測器頻率響應(yīng)測量裝置及其測量方法，旨在解決現(xiàn)有測量光電探測器頻率響應(yīng)的測量裝置及其測量方法復(fù)雜的校準(zhǔn)過程，以數(shù)據(jù)處理困難的問題。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]—種光電探測器頻率響應(yīng)測量裝置，其特征在于，包括半導(dǎo)體激光器1、偏振控制器2、電光調(diào)制器3、微波信號源4、波長可調(diào)諧激光器5、光耦合器6、待測光電探測器7、頻譜分析儀8;
[0008]所述半導(dǎo)體激光器1、偏振控制器2、電光調(diào)制器3、光耦合器6與待測光電探測器7之間依次光路連接，所述波長可調(diào)諧激光器5光路連接電光調(diào)制器3 ；
[0009]所述微波信號源4與電光調(diào)制器3之間為電路連接；
[0010]所述待測光電探測器7與頻譜分析儀8之間為電路連接。
[0011]上述方案中，所述波長可調(diào)諧激光器5為半導(dǎo)體波長可調(diào)諧激光器或?yàn)楣饫w波長可調(diào)諧激光器。
[0012]上述方案中，所述電光調(diào)制器3為電光強(qiáng)度調(diào)制器或?yàn)殡姽庀辔徽{(diào)制器。
[0013]本發(fā)明還提供了一種采用權(quán)利要求1的光電探測器頻率響應(yīng)測量裝置的頻率響應(yīng)測量方法，其特征在于，包括以下步驟，
[0014]①半導(dǎo)體激光器I輸出的光波經(jīng)偏振控制器2輸入到電光調(diào)制器3,由微波信號源4輸出的微波信號經(jīng)由電光調(diào)制器3調(diào)制到光載波上，調(diào)制后的光信號與波長可調(diào)諧激光器輸出的光信號通過光耦合器入射到待測光電探測器，待測光電探測器的輸出信號進(jìn)入頻譜分析儀中進(jìn)行測量。
[0015]②使半導(dǎo)體激光器輸出光波的頻率為Q1，使波長可調(diào)諧激光器輸出光波的頻率為ω2，ωι>ω2，使微波信號的調(diào)制頻率為ωπ;在頻譜分析儀上，將會觀測到半導(dǎo)體激光器中心載波、-1階微波調(diào)制邊帶、+1階微波調(diào)制邊帶分別與波長可調(diào)諧激光器5中心載波的拍頻/[目號，二個拍頻/[目號的頻率分別為CO1-CO2' CO1-COfCOm和ω?_ω2_ωηι，并且ω 測量頻率為和頻率為的拍頻信號的幅度之比，此即待測光電探測器在兩個頻點(diǎn)的頻率響應(yīng)之比，通過改變微波調(diào)制頻率ωπ或者波長可調(diào)諧激光器輸出光波的頻率ω2，重復(fù)測量頻率為(^-(^+(^和CO1-CO2-COni的信號幅度之比，SP可得到待測光電探測器在不同頻率的響應(yīng)特性。
[0016]本發(fā)明工作原理為:
[0017]半導(dǎo)體激光器I輸出的光波經(jīng)偏振控制器2輸入到電光調(diào)制器3,由微波信號源4輸出的微波信號經(jīng)由電光調(diào)制器3調(diào)制到光載波上，與波長可調(diào)諧激光器5發(fā)出的光波通過光耦合器6混頻?；祛l的光波通過待測光電探測器7進(jìn)行拍頻探測，最后進(jìn)入頻譜分析儀8中進(jìn)行差頻信號功率的檢測，并記錄對應(yīng)差頻信號功率值。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0019]一、本發(fā)明光電探測器頻率響應(yīng)的測量裝置與方法，由于采用的是邊帶拍頻信號對比測量，電光調(diào)制器頻率響應(yīng)和微波信號源功率起伏對測試結(jié)果沒有影響，相對于傳統(tǒng)測量方法，該測量裝置和方法無需對電光調(diào)制器頻率響應(yīng)和微波源頻率響應(yīng)進(jìn)行校準(zhǔn)。
[0020]二、本發(fā)明光電探測器頻率響應(yīng)的測量裝置與方法，頻率為ωπ的微波信號驅(qū)動時，光電探測器產(chǎn)生的拍頻信號分別為和O1-O2-Om,頻率差異為2* COm，即所需要的微波調(diào)制信號頻率范圍僅為待測光電探測器頻響測量的頻率范圍的一半，因此，本發(fā)明裝置和方法具有二倍頻率擴(kuò)展能力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明光電探測器頻率響應(yīng)測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2是本發(fā)明實(shí)施例中所列舉的幾組測量值圖形；
[0023]圖3是本發(fā)明實(shí)施例中所測待測光電探測器頻率響應(yīng)曲線；
[0024]其中，附圖標(biāo)記:1為半導(dǎo)體激光器、2為偏振控制器、3為電光調(diào)制器、4為微波信號源、5為波長可調(diào)諧激光器、6為光耦合器、7為待測光電探測器、8為頻譜分析儀。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面將結(jié)合附圖及【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0026]一種光電探測器頻率響應(yīng)測量裝置，包括半導(dǎo)體激光器1、偏振控制器2、電光調(diào)制器3、微波信號源4、波長可調(diào)諧激光器5、光耦合器6、待測光電探測器7、頻譜分析儀8 ；所述半導(dǎo)體激光器1、偏振控制器2、電光調(diào)制器3、光耦合器6與待測光電探測器7之間依次光路連接，所述波長可調(diào)諧激光器5光路連接電光調(diào)制器3 ;所述微波信號源4與電光調(diào)制器3之間為電路連接；所述待測光電探測器7與頻譜分析儀8之間為電路連接。電光調(diào)制器3為電光強(qiáng)度調(diào)制器或?yàn)殡姽庀辔徽{(diào)制器。
[0027]所述波長可 調(diào)諧激光器5輸出光波中電場矢量的復(fù)數(shù)表不為:
[0028]Et = A2C^j(I)
[0029]當(dāng)電光調(diào)制器3為電光強(qiáng)度調(diào)制器時，調(diào)節(jié)調(diào)制電壓為半波電壓的一半，半導(dǎo)體激光器I輸出光波經(jīng)過信號調(diào)制后，從電光強(qiáng)度調(diào)制器輸出光波中電場矢量的復(fù)數(shù)表示為:
[0030]Ed = ?卿 + / 十一,)](2)
[0031]其中，Μ(ωω)是電光強(qiáng)度調(diào)制器的調(diào)制系數(shù)，A1和A2分別是波長可調(diào)諧激光器5輸出信號和半導(dǎo)體激光器I輸出光波信號的幅值。
[0032]兩束光通過光耦合器6混頻后經(jīng)待測光電探測器7檢測為:
[0033]I = R(co)( Kn + Ετ )(Ε; + E；)(3)
[0034]其中R(co)是光電探測器對不同頻率的頻率響應(yīng)度，g、K分別是ED、ET的共軛
復(fù)矢量。
[0035]HR(P) = 42(l + i?iM(e>w)cos?Ki +eβHω'^^)?x,sa^",) + A12
[0036]+4為[/嶺~(4)
[0037]+4A[e"i[ferC32Ji+^+W(f%')COSfVl+e'?f0l^;f]
[0038]設(shè)定Λ Q = Q1-Q20化簡上式可得:
[0039]J/R{o:)) = A~ A; + 2A: cos(/W(Ci)m)cost"./)
π (^)
[0040]+ 2 A, A2 [cos(A0.v + —+ M ) CosojijJ ) + cos Acof][0041]對(5)進(jìn)行貝塞爾函數(shù)展開得:
[0042]
【權(quán)利要求】
1.一種光電探測器頻率響應(yīng)測量裝置，其特征在于，包括半導(dǎo)體激光器(I)、偏振控制器(2)、電光調(diào)制器(3)、微波信號源(4)、波長可調(diào)諧激光器(5)、光耦合器(6)、待測光電探測器(7)、頻譜分析儀(8);所述半導(dǎo)體激光器(I)、偏振控制器、電光調(diào)制器、光耦合器與待測光電探測器之間依次光路連接，所述波長可調(diào)諧激光器光路連接電光調(diào)制器；所述微波信號源與電光調(diào)制器之間為電路連接；所述待測光電探測器與頻譜分析儀之間為電路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電探測器頻率響應(yīng)測量裝置，其特征在于，所述波長可調(diào)諧激光器(5)為半導(dǎo)體波長可調(diào)諧激光器或?yàn)楣饫w波長可調(diào)諧激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光電探測器頻率響應(yīng)測量裝置，其特征在于，所述電光調(diào)制器(3)為電光強(qiáng)度調(diào)制器或?yàn)殡姽庀辔徽{(diào)制器。
4.一種采用權(quán)利要求1的光電探測器頻率響應(yīng)測量裝置的頻率響應(yīng)測量方法，其特征在于，包括以下步驟， ①半導(dǎo)體激光器(I)輸出的光波經(jīng)偏振控制器(2)輸入到電光調(diào)制器(3),由微波信號源(4)輸出的微波信號經(jīng)由電光調(diào)制器(3)調(diào)制到光載波上，調(diào)制后的光信號與波長可調(diào)諧激光器輸出的光信號通過光耦合器入射到待測光電探測器，待測光電探測器的輸出信號進(jìn)入頻譜分析儀中進(jìn)行測量。 ②使半導(dǎo)體激光器輸出光波的頻率為Q1，使波長可調(diào)諧激光器輸出光波的頻率為ω2，ωι>ω2，使微波信號的調(diào)制頻率為ωπ;在頻譜分析儀上，將會觀測到半導(dǎo)體激光器中心載波、-1階微波調(diào)制邊帶、+1階微波調(diào)制邊帶分別與波長可調(diào)諧激光器(5)中心載波的拍頻/[目號，二個拍頻/[目號的頻率分別為CO1-CO2' CO1-COfCOm和ω?_ω2_ωηι，并且ω測量頻率為 0^+0^和頻率為的拍頻信號的幅度之比，此即待測光電探測器在兩個頻點(diǎn)的頻率響應(yīng)之比，通過改變微波調(diào)制頻率ωπ或者波長可調(diào)諧激光器輸出光波的頻率ω2，重復(fù)測量頻率為(^-(^+(^和CO1-CO2-COni的信號幅度之比，SP可得到待測光電探測器在不同頻率的響應(yīng)特性。
【文檔編號】G01D18/00GK103837188SQ201310015436
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年1月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月16日
【發(fā)明者】張尚劍, 鄒新海, 王恒, 張雅麗, 劉永, 陸榮國 申請人:電子科技大學(xué)