Y波导的半波电压测试方法

专利名称：Y波导的半波电压测试方法
技术领域：
本发明涉及测量、测试类，具体讲的是一种快速、且具有软启动功能的Y 波导的半波电压测试方法，该方法可以测试Y光波导在整个温度变化范围内 的半波电压值并记录相对应的温度变化曲线，适合在所有需要测试Y波导半 波电压温度变化曲线或使用Y波导的场合使用。
背景技术：
Y波导又称铌酸锂集成光波导，是利用电光晶体的Pockels效应，通过外 加电场改变波导的折射率来实现相位调制。半波电压表征调制器的相位调制 能力，是Y波导最重要的性能指标之一。但由于温度的变化，半波电压值会 随之漂移，进而导致电压相位比产生变化。而一般使用Y波导的场合总会发 生一些温度的变化，有效地测试整个温度范围内的温度变化曲线变得十分必 要。通常铌酸锂集成光波导生产方只给出常温下的半波电压值和波形斜率， 这只是一条拟合曲线，实际的温度变化下的半波电压变化波形能更好地了解 器件各温度点的性能。且传统的锯齿波调制和n/2调制的方式采用对2:i复 位时产生的误差信号进行积分来精确地找到当前的半波电压值，这样需要一 个较长的积分过程，且容易受到其他闭环的干扰。随着Y波导产品的多样化， 各种半波电压的产品孕育而生，以前由于受到后放电压的限制，其测试范围 往往只限制在一个很小的范围内。通常半波电压测试仪在一次上电后只能测 试一支Y波导，如果要测试第另一支Y波导则需要断电后重新上电使其再次 稳定闭环后才能得到测试结果，并且在这个过程中光源作为一个精密部件在 多次点亮关闭后会出现一定的衰退，而在测试多个Y波导时可能需要连续多 次开关电，这将大大折损整个测试系统的寿命。在目前的测试环境中，往往 采用单片机或者是数字信号处理器(DSP)作为核心芯片来控制整个回路，在实际操作中发现想要协调调制和解调之间的时序关系非常困难， 一方面由于速度较慢，也无法去控制更高速的A/D模数转换芯片和D/A数模转换芯片。 传统的单片机或DSP的程序执行方式都是顺序执行，不能在一个时间内同时 处理两件事，所以经常要在还没处理完一个任务时中断去做另一个事，而且 受到最高工作频率的限制，决定了其只能使用在低速测试环境下。 发明内容本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种Y波导的半波 电压测试方法，该方法采用可编程逻辑器件芯片FPGA作为数据处理系统， 可以测试全温度条件下的半波电压变化曲线，能够提供较大的半波电压测试 范围及精准的测试结果，并能实现多次测量而无需断电的软启动方式。FPGA 的程序执行方式为全并行，所有的任务可以一起同时执行，对于象Y波导半 波电压测试这种需要高速同步调制解调的情况可谓得天独厚。本发明目的实现由以下技术方案完成一种Y波导的半波电压测试方法，包括光纤环形干涉仪、A/D模数转换芯 片和D/A数模转换芯片，其特征在于该方法采用可编程逻辑器件芯片FPGA 作为数据处理系统，其中D/A转换芯片把FPGA给出的周期数字信号转换为模 拟量，经过后级放大给Y波导，对光纤干涉仪进行调制，A/D转换芯片在每个 时钟到来时把探测器输出后经过放大了的模拟信号转换为数字量给FPGA，经 过FPGA进行数据处理，将最后锁定的调制增益的值与Y波导的半波电压形成 一个线性关系，按照该关系即可得到当前被Y波导的半波电压值。该方法通过温度芯片用标准差分485串行方式与FPGA进行通信实现温度 的采集，把温度芯片和被测的Y波导一起放到测试环境中，并把温度芯片紧 贴Y波导，在整个温度的变化过程中把实时的温度值传给FPGA， FPGA把温度值和半波电压值显示在液晶屏上。芯片FPGA上连接有软启动开关，以实现整个测试系统的软启动。 本发明的优点是，整个系统集成度高，可实现全固态，稳定性好，在Y波导温度变化时半波电压跟踪迅速、准确，在瞬间就实现了较大的积分深度，找到精确的半波电压值，其精度达到10—3以上，并能实时记录温度变化曲线 与之对应，半波电压测试范围大，能够实现软启动，避免了光源在多次上电 后的退化，延长了仪器的使用寿命。


图1为本发明Y波导半波电压测试原理图； 图2为本发明实施例光纤环形干涉仪示意图； 图3为本发明实施例Y波导半波电压全温循环测试曲线图； 图4为本发明实施例Y波导半波电压全温测试拟合曲线；具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说 明，以便于同行业技术人员的理解 本实施例所述的Y波导的半波电压测试方法采用了光纤环形干涉仪和一 套具有精密模拟/数字转换和大电压输出范围的运放构成，用程序控制重新启 动代替硬件上电启动，用四态调制方式来快速跟踪Y波导半波电压的变化，温度的采集通过温度芯片并用标准差分485串行方式与FPGA进行通信，由主 模块通过RS485的方式把所有的数据传送到上位机。如图1所示，本实施例涉及的整个测试系统由光路和电路两部分组成， 光路运用光纤环形干涉仪的原理，首先由光源l提供1310mn波长的光，通过 2*2耦合器2把光送到被测的Y波导3，同时把由Y波导3回来的光引向光探 测器5。 Y波导3的输出分支连接到一个长度足够的光纤环中4，此时在Y波 导的两个输入端上加上一个由后放电路12放大后的调制信号后，就会在这个 光纤环形干涉仪中产生光的干涉现象，在Sagnac效应的作用下就能在探测器 5端检测到相应角速度下的光程差。探测器5输出的信号是个微小的信号，通 过前级放大将小信号放大到合适的大小，同时对信号进行滤波6，去除带外的 噪声。A/D转换芯片7高速地将模拟信号转换为数字量，FPGA8为整个数字系 统的核心，当FPGA8得到由A/D转换芯片7输出的数字量后把信号进行解调， 此时相隔半周期的两个采样值相减给出系统的增益误差量，为了精确地进行个增益误差量进行多次的积分，此时许多的噪声信号被 平滑，有用信号在这个积分的过程中被逐渐提取出来，整个测试系统的精度 就在这个地方被提高了数倍。增益误差量经过了足够的积分后传送给了辅助 D/A10，由它来改变主D/A11的调制增益。下一个周期再把上次补偿后仍然出 现的增益误差量进行积分输出，就这样实现Y波导半波电压的自动跟踪，一 旦半波电压随着温度发生了变化，整个系统就会通过闭环迅速找到当前的半 波电压值。该测试方法中之所以能够实现快速跟踪最主要的原因是采用了四 态调制技术，该技术将调制点放在了 2n/3， 4 ii/3， -2n/3， -4兀/3四个点 上，通过对这四个工作点进行调制使得系统能在每个周期都能检测到增益误 差量，大大縮短了闭环所需的时间，使整个测试的带宽更大。传统的n/2闭 环方式要通过引入角速度，使其在2:i复位时检测增益误差量，这样必须要 在足够的复位次数后整个积分的深度才能满足闭环的要求，在引入角速度比 较小导致复位慢或温度变化快的情况下就不能真实反映当前的半波电压变化 情况。整个测试系统还引入了温度的实时检测，把温度芯片和被测的Y波导 一起放到测试环境中，并把温度芯片紧贴Y波导，在整个温度的变化过程中 把实时的温度值传给FPGA8， FPGA8把温度值和半波电压值显示在液晶屏上。 同时通过标准差分485串行方式14把这两个值传送给上位机。为了加大本实 施例测试方法的半波电压测试范围，把主D/A的后放电路12的电源电压设定 为士15V。为了实现软启动，避免光源在多次上电后的退化和其他元件的老化 在FPGA8上连接了一个软启动开关9， 一旦按下软启动开关9，整个程序进入 重起顺序，把所有的软件模块中的变量赋初值并在此时关闭整个闭环回路， 此时就可以更换被测波导，当再次按下软启动开关9后经过10ms的延时后程 序就又把所有的寄存器放开，重新给出四态调制波形驱动整个系统再次进入 闭环。本实施例Y波导半波电压测试方法的性能实验和检测情况如下 测试对象为国内某公司生产的一支Y波导，从产品性能参数里了解到其半波 电压值为3.662V (22°C)，整个温度范围内(-40°C +60°C)的半波电压变化0.2V以内。采用本实施例方法，把被测集成光波导放入高低温箱，以每分 钟3'C的温度变化速度进行从-40'C到+6(TC的温度循环变化(先从常温+22"C 变化到-4(TC，然后再变化到+6(TC，最后再回归到常温)。图3显示了Y波 导半波电压全温循环测试曲线。从曲线中我们可以同时看到温度曲线和半波 电压的变化曲线，左边的纵坐标是温度，右边是半波电压。半波电压的变化 范围从3.765V到3.598V，变化了 0. 167V，常温下的半波电压为3. 666V，基 本和厂家提供的参数一致，并且从波形中可以发现Y波导的半波电压和温度 是负相关，波形的曲折和抖动也说明了 Y波导在温度变化的过程中不是完全 线性的，只能用一根拟合的曲线来表达，图4是利用仪器的重起功能再次测 得的另一支Y波导的半波电压全温测试拟合曲线，通过软件可以得出拟合曲 线的方程，波形中还能发现每个温度点上半波电压发生的细微变化。本发明所采用的原理是通过Y波导对光纤环形干涉仪进行四态调制，在 探测器端把光信号变成电信号，此时将出现梳状波，当有角速度引入时，工 作点发生移动，输出是一个与调制方波同频的方波信号。调制通道的增益变 化时，产生一个二倍于本征频率的误差信号。此时相隔半周期的两个采样值 相减给出系统的增益误差量，通过产生适当的增益闭环来补偿就可以抵消由 于Y波导由于温度变化所产生的半波电压变化，而此时系统闭环后的闭环量 通过换算就可以得到精确的半波电压值了。系统不断地闭环， 一旦温度变化， 闭环量自动修正到最正确的值。 一旦按下软启动开关，整个程序进入重起顺 序，把所有的软件模块中的变量赋初值并在此时关闭整个闭环回路；与此同 时，温度传感器把实时的温度量转换成数字量通过标准差分485串行方式传 输给主模块，这样实现了半波电压和温度的同步采集。
权利要求
1.一种Y波导的半波电压测试方法，包括光纤环形干涉仪、A/D模数转换芯片和D/A数模转换芯片，其特征在于该方法采用可编程逻辑器件芯片FPGA作为数据处理系统，其中D/A转换芯片把FPGA给出的周期数字信号转换为模拟量，经过后级放大给Y波导，对光纤干涉仪进行调制，A/D转换芯片在每个时钟到来时把探测器输出后经过放大了的模拟信号转换为数字量给FPGA，经过FPGA进行数据处理，将最后锁定的调制增益的值与Y波导的半波电压形成一个线性关系，按照该关系即可得到当前被Y波导的半波电压值。
2. 根据权利要求1所述的一种Y波导的半波电压测试方法，其特征在于该方 法通过温度芯片用标准差分485串行方式与FPGA进行通信实现温度的采 集，把温度芯片和被测的Y波导一起放到测试环境中，并把温度芯片紧贴 Y波导，在整个温度的变化过程中把实时的温度值传给FPGA， FPGA把温度 值和半波电压值显示在液晶屏上。
3. 根据权利要求1所述的一种Y波导的半波电压测试方法，其特征在于芯片 FPGA上连接有软启动开关，以实现整个测试系统的软启动。
全文摘要
本发明涉及的Y波导的半波电压测试方法，采用可编程逻辑器件芯片FPGA作为数据处理系统，其中D/A转换芯片把FPGA给出的周期数字信号转换为模拟量，经过后级放大给Y波导，对光纤干涉仪进行调制，A/D转换芯片在每个时钟到来时把探测器输出后经过放大了的模拟信号转换为数字量给FPGA，经过FPGA进行数据处理，将最后锁定的调制增益的值与Y波导的半波电压形成一个线性关系，按照该关系即可得到当前被Y波导的半波电压值，其优点是，整个系统集成度高，可实现全固态，稳定性好，温度变化时半波电压跟踪迅速、准确，瞬间实现较大的积分深度，找到精确的半波电压值，其精度达到10^-3以上，能实时记录温度变化曲线与之对应，半波电压测试范围大，能够实现软启动。
文档编号G01R31/00GK101216518SQ20071017378
公开日2008年7月9日 申请日期2007年12月29日 优先权日2007年12月29日
发明者吴圣宇, 吴海林, 浩 王, 翔 虞 申请人:上海亨通光电科技有限公司