高速光电探测器的频率响应测量装置与方法
【专利摘要】本发明提供一种高速光电探测器频率响应测量装置与方法，用于解决现有高速光电探测器频率响应测试不精确的问题。本发明包括第一信号源、第二信号源、第三信号源以及由分束器、偏振控制器、相位调制器、声光移频器和合束器组成的光纤干涉仪，偏振控制器和相位调制器串行连接在光纤干涉仪的一干涉臂上，声光移频器放置在光纤干涉仪的另一个干涉臂上，分束器和合束器串行连接在两干涉臂的两端，分束器光路连接有激光器，合束器光路连接待测高速光电探测器，待测高速光电探测器电路连接有用于分析和记录的采样电路；所述第一信号源和第二信号源经合路器电路连接到相位调制器的电极上，第三信号源电连接在声光移频器的电极上。
【专利说明】高速光电探测器的频率响应测量装置与方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光电子技术中的高速光电探测器领域，具体涉及一种高速光电探测器的频率相应测量装置与方法。
【背景技术】
[0002]光电探测器是光传输与光信号处理系统的基本元件，光电探测器将光信号转换成电信号具有瞬时性、高灵敏性，在高速光纤通信和相干光通信系统具有不可或缺的作用。
[0003]光电探测器的频率响应是光电探测器的重要特性参数之一，其反应出对不同调制频率的光载波转换成电信号的响应能力，光电探测器频率响应的测量对提高光纤通信系统的信噪比，降低误码率有着重要意义。
[0004]目前测量光电探测器频率相应的方法总体上分为两类:频域测量法和时域法，其中时域测量法受到电子采样门的限制，高速数字采样示波器的频率特性只能达到70GHz，已经无法满足高速光电探测器的频响测量的需求。频域测量法由于其很好高频测量特性和易测量性，得到很好研究，包括扫频测试法(A.Ferrero, G.Ghione, F.Mantione, elal.MM-wave on-wafer characterzation of electro-optic devices: a new, simpleapproach.1n:GalIium Arsenide applications symposium.GaAs2000, 2000.10，paris)、光脉冲步页谱分析法(Shao, Y.and R.L.Gallawa, Fiber bandwidth measurement using pulsespectrum analysis, Applied optics.1986，25 (7): 1069-1071.)、干涉频率调制边带谱分析法(Eichen, E.and A.Silletti, Bandwidth measurements of ultrahigh-frequencyoptical detectors using the interferometric FM sideband technique,IEEEJ.Lightwave Technol.1987，5 (10): 1377-1381.)和光外差法(Tan.T.S, Jungerman.R.L, Elliott.S.S, Optical receiver and modulator frequency response meaurementwith a Nd:YAG ring laser heterodyne techniuqe.1EEE Trans Microw TheoryTech, 1989，37 (8): 1217-1222)。其中，扫频测试法由于矢量网络分析仪只能测量比其测试频率低的探测器的频响，且无法忽略调制器频响的影响，同时较高带宽的仪器价格昂贵，具有一定的局限性；光脉冲频谱分析法测量过程额定误差比较大，测量精度不高；干涉频率调制边带谱分析法由于小电流调制产生高阶调频边带不稳定，使得测量结果不精确；光外差法由于两束激光器各自的随机相位噪声的影响造成拍频信号线宽较宽，使得测量系统不稳定，测量光电探测器频响时误差较大。
【发明内容】
[0005]为了解决扫频测试法在高速光电探测器频率响应测量中由于矢量网络分析仪只能测量比其测试频率低的探测器的频响，并且无法忽略调制器频响的影响，需要单独对所用调制器进行校准，测试设备价格昂贵的问题；光脉冲频谱分析法在高速光电探测器频率响应测量过程中额定误差较大，测量精度不高的问题；干涉频率调制边带谱分析法在高速光电探测器频率响应测量过程中由于小电流调制产生高阶调频边带不稳定，使得测量结果不精确的问题；光外差法在高速光电探测器频率响应测量中由于两束激光器各自的随机相位噪声的影响造成拍频信号线宽较宽，使得测量系统不稳定，测量光电探测器频响时误差较大的问题；而提供一种具有自校准能力的高速光电探测器频响测量的装置与方法，实现高速光电探测器频率响应的精确测量。
[0006]为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:
[0007]高速光电探测器的频率响应测量装置，其特征在于，包括第一信号源、第二信号源、第三信号源以及由分束器、偏振控制器、相位调制器、声光移频器和合束器组成的光纤干涉仪，偏振控制器和相位调制器串行连接在光纤干涉仪的一干涉臂上，声光移频器放置在光纤干涉仪的另一个干涉臂上，分束器和合束器串行连接在两干涉臂的两端，分束器光路连接有激光器，合束器光路连接待测高速光电探测器，待测高速光电探测器电路连接有用于分析和记录的采样电路；所述第一信号源和第二信号源经合路器电路连接到相位调制器的电极上，第三信号源电连接在声光移频器的电极上。[0008]所述第一信号源、第二信号源和第三信号源输出的信号为正弦信号。
[0009]高速光电探测器的频率响应测量方法，包括以下步骤:
[0010](I)构建高速光电探测器的频率响应测量装置，该装置包括第一信号源、第二信号源、第三信号源以及由分束器、偏振控制器、相位调制器、声光移频器和合束器组成的光纤干涉仪，偏振控制器和相位调制器串行连接在光纤干涉仪的一干涉臂上，声光移频器放置在光纤干涉仪的另一个干涉臂上，分束器和合束器串行连接在两干涉臂的两端，分束器光路连接有激光器，合束器光路连接待测高速光电探测器，待测高速光电探测器电路连接有用于分析和记录的采样电路；所述第一信号源和第二信号源经合路器电路连接到相位调制器的电极上，第三信号源电连接到声光移频器的电极上；
[0011](2)激光器输出的光载波经分束器分为两束光载波,一束光载波输入到相位调制器上，第一信号源输出频率为的正弦信号和第二信号源输出频率为f2的正弦信号经过合路器形成双音正弦信号加载到相位调制器上；另一束光载光输入到声光移频器，声光移频器的电极上加载第三信号源输出的频率为fs的正弦信号；
[0012](3)通过待测高速光电探测器和采样电路记录步骤(2)中三种正弦信号共同作用下的输出信号，记录频率为?\?、fi_f2+fs> fi+f2_fs> fi+f2+fs的幅度，分别记为i (frf2-fs)、i (frf2+fs)、i (Α+--)、i (--+f；);
[0013](4)按照如下公式中的任意一个计算待测高速光电探测器的频率响应:
【权利要求】
1.高速光电探测器的频率响应测量装置，其特征在于，包括第一信号源、第二信号源、第三信号源以及由分束器、偏振控制器、相位调制器、声光移频器和合束器组成的光纤干涉仪，偏振控制器和相位调制器串行连接在光纤干涉仪的一干涉臂上，声光移频器放置在光纤干涉仪的另一个干涉臂上，分束器和合束器串行连接在两干涉臂的两端，分束器光路连接有激光器，合束器光路连接待测高速光电探测器，待测高速光电探测器电路连接到用于分析和记录的采样电路；所述第一信号源和第二信号源经合路器电路连接到相位调制器的电极上，第三信号源电连接在声光移频器的电极上。
2.根据权利要求1所述的高速光电探测器的频率响应测量装置，其特征在于，第一信号源、第二信号源和第三信号源输出的信号为正弦信号。
3.高速光电探测器的频率响应测量方法，包括以下步骤: (1)构建高速光电探测器的频率响应测量装置，该装置包括第一信号源、第二信号源、第三信号源以及由分束器、偏振控制器、相位调制器、声光移频器和合束器组成的光纤干涉仪，偏振控制器和相位调制器串行连接在光纤干涉仪的一干涉臂上，声光移频器放置在光纤干涉仪的另一个干涉臂上，分束器和合束器串行连接在两干涉臂的两端，分束器光路连接有激光器，合束器光路连接待测高速光电探测器，待测高速光电探测器电路连接有用于分析和记录的采样电路；所述第一信号源和第二信号源经合路器电路连接到相位调制器的电极上，第三信号源电连接在声光移频器的电极上； (2)激光器输出的光载波经分束器分为两束光载波，一束光载波输入到相位调制器上，第一信号源输出频率为的正弦信号和第二信号源输出频率为f2的正弦信号经过合路器形成双音正弦信号加载到相位调制器上；另一束光载光输入到声光移频器，声光移频器的电极上加载第三信号源输出的频率为fs的正弦信号； (3)通过待测高速光电探测器和采样电路记录步骤(2)中三种正弦信号共同作用下的输出信号，记录频率为f1-f2-fs、f1-f2+fs, f1+f2-fs, f1+f2+fs的幅度，分别记为i (f1-f2-fs)、i (f1-f2+fs)、i (f1+f2-fs)、i (f1+f2+fs); (4)按照如下公式中的任意一个计算待测高速光电探测器的频率响应:
4.根据权利要求3所述的高速光电探测器的频率响应测量方法，其特征在于，激光器输出光载波E = A0exp (j2π f0t)，式中A0是光载波的振幅，f0是光载波的频率；分束器的一束光载波在相位调制器中被双音正弦信号调制，输出的光信号为:
E1 = A0exp (j(j(m1Sin(2 π f1t)+m2sin(2 n f2t) +2πf0t))，其中，调制系数 m1 = π V1/Vπ1,m2 = πν2/νπ2, V1, V2分别为第一信号源和第二信号源输出正弦信号的信号幅度值，Vπ1和νπ2和为相位调制器在频率f1和f2时的半波电压；另一束光载光经声光移频器后移频后得到的光信号为 E2 = Aciexp (j2 Ji (f0-fs) t)。
5.根据权利要求4所述的高速光电探测器的频率响应测量方法，其特征在于，两束光信号通过合束器在待测高速光电探测器上拍频形成的光电流为:`1 =及(/)(乓+￡2)(片+ €)，式中!^)是待测高速光电探测器对应不同频率的响应度，E1*和E1*分别是光信号E1和E2的共轭复数。
【文档编号】G01R31/00GK103926492SQ201410180903
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月30日 优先权日:2014年4月30日
【发明者】张尚剑, 王恒, 邹新海, 尹欢欢, 陈沫, 张雅丽, 刘永 申请人:电子科技大学