相位调制器的频响测量方法及装置与流程

本发明涉及一种相位调制器的频响测量方法及装置，属于电光器件测量和微波光子学交叉的技术领域。

背景技术：

光纤通信具有抗电磁干扰、抗腐蚀、质量轻、容量大等诸多优点，因而广泛应用于高能物理、抗核辐射通信系统、潜艇、军舰、飞机、导弹控制通信系统以及互联网等众多领域。当前光纤通信正往高速率、高效率、大容量以及长距离光纤传输方向发展。随着信息化程度越来越高，对光纤通信传输系统的速率也提出了相应的要求。

随着集成技术的不断进步和发展，集成的工作速度迅速地提高，现有的电互联技术已经不能满足信息速度和通信距离的需求，催使电互联通信向光互联通信转变。而实现光互联的一个关键所在就是电光调制器的应用。

相位调制器作为光纤通信系统的关键器件之一，其研制、检测和应用需首先测量频谱响应。光调制在光通信中占有重要的作用，即把电信号加载到光载波上，通过光纤实现传输，在低速条件下，直接调制相对简单方便，但是在高速条件下，直接调制会产生严重的失真和啁啾现象，而利用电光相位调制器外调制的方法，可以实现零啁啾或负啁啾，而且能够提供宽带宽，从而减少光纤的散射和损耗，因此调制器在高速光通信中有广泛的应用。很多科研工作者都对此有相关深入的研究，例如，传统的光波元件分析法，但是该方法对匹配性要求比较高，具有一定的局限性。

同时，传统光波元件分析法无法测量相位调制器的频率响应，对此，包小斌等人在“highfrequencymeasurementandcharacterizationonhigh-speedelectroopticphasemodulator”一文中提出测量相位调制器的重要参数之一——半波电压，包括光载波零点法、一阶光边带和载波强度比法、外差法等等方法，从而得到相位调制器的高频特性。但是该方法复杂不易实现，因此我们迫切需要研究新型的测量方法来提高精确度，同时研究测量方法的普适性，测量更高带宽的各类型的电光相位调制器的频率响应。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种相位调制器的频响测量方法及装置，具有更高的测量精度和测量效率，且结构更简单，更易于实现。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

相位调制器的频响测量方法，使用待测相位调制器将微波信号调制于光载波上，生成光相位调制信号；令所述光相位调制信号通过标准光器件，使得至少部分光相位调制信号被转换为光强度调制信号，所述标准光器件的幅度和相位的频率响应已知；利用标准光电探测器将所述标准光器件的输出光信号转换为电信号，并提取所述电信号的幅度和相位信息，所述标准光电探测器的幅度和相位的频率响应已知；改变所述微波信号的频率并重复上述过程，即得到待测相位调制器、标准光器件和标准光电探测器的幅度和相位的联合频率响应；最后，从所述联合频率响应中移除标准光器件与标准光电探测器的幅度和相位的频率响应，从而获得待测相位调制器的幅度和相位的频率响应。

根据相同的发明思路还可以得到以下技术方案：

相位调制器的频响测量装置，包括：

光源，用于提供光载波；

微波源，用于提供频率可调的微波信号；

标准光器件，用于将至少部分光相位调制信号转换为光强度调制信号，其幅度和相位的频率响应已知；

标准光电探测器，用于将标准光器件的输出光信号转换为电信号，其幅度和相位的频率响应已知；

幅相接收模块，用于提取标准光电探测器所输出电信号的幅度和相位信息；

控制及数据采集处理单元，用于控制微波源的频率改变，并根据幅相接收模块提取的不同频率下的幅度和相位信息，得到待测相位调制器、标准光器件和标准光电探测器的幅度和相位的联合频率响应；并从所述联合频率响应中移除标准光器件与标准光电探测器的幅度和相位的频率响应，从而获得待测相位调制器的幅度和相位的频率响应。

进一步地，所述标准光器件是通过改变所述光相位调制信号的相位和幅度或改变所述光相位调制信号的相位来实现至少部分光相位调制信号被转换为光强度调制信号。

优选地，所述标准光器件为希尔伯特变换器、滤波器或色散元件。

相比现有技术，本发明具有以下有益效果：

1)本发明利用幅度和相位响应已知的标准光器件将相位调制信号转换为强度调制信号，从而解决了相位调制信号无法直接通过标准光电探测器拍频的问题。

2)本发明线路结构简单，稳定性好，测试效率高，测量带宽和测量分辨率高，且可以测量高速相位调制器的相位响应。

附图说明

图1为本发明频响测量装置的结构原理示意图。

具体实施方式

针对现有技术的不足，本发明的解决方案为：使用待测相位调制器将微波信号调制于光载波上，生成光相位调制信号；令所述光相位调制信号通过标准光器件，使得至少部分光相位调制信号被转换为光强度调制信号，所述标准光器件的幅度和相位的频率响应已知；利用标准光电探测器将所述标准光器件的输出光信号转换为电信号，并提取所述电信号的幅度和相位信息，所述标准光电探测器的幅度和相位的频率响应已知；改变所述微波信号的频率并重复上述过程，即得到待测相位调制器、标准光器件和标准光电探测器的幅度和相位的联合频率响应；最后，从所述联合频率响应中移除标准光器件与标准光电探测器的幅度和相位的频率响应，从而获得待测相位调制器的幅度和相位的频率响应。

根据以上技术方案可以得到如图1所示的本发明测量装置，其包括：

光源，用于提供光载波；

微波源，用于提供频率可调的微波信号；

标准光器件，用于将至少部分光相位调制信号转换为光强度调制信号，其幅度和相位的频率响应已知；

标准光电探测器，用于将标准光器件的输出光信号转换为电信号，其幅度和相位的频率响应已知；

幅相接收模块，用于提取标准光电探测器所输出电信号的幅度和相位信息；

控制及数据采集处理单元，用于控制微波源的频率改变，并根据幅相接收模块提取的不同频率下的幅度和相位信息，得到待测相位调制器、标准光器件和标准光电探测器的幅度和相位的联合频率响应；并从所述联合频率响应中移除标准光器件与标准光电探测器的幅度和相位的频率响应，从而获得待测相位调制器的幅度和相位的频率响应。

相位调制器由于其自身调制特性的问题，它有两个幅度相同相位相反的边带，如果直接输入光电探测器，无法得到拍频信号。为此，本发明利用标准光器件将相位调制器输出的光相位调制信号部分转换为光强度调制信号，然后再利用标准光电探测器进行拍频。光相位调制到光强度调制的转换，可通过改变光相位调制信号的相位和幅度或者改变光相位调制信号的相位来实现，例如色散元件、希尔伯特变换器、滤波器、布里渊散射元件等，其中色散元件和希尔伯特变换器是改变了光相位调制信号的相位，而滤波器和布里渊散射元件是改变了光相位调制信号的幅度和相位。

标准光器件和标准光电探测器的幅度和相位的频率响应(为便于描述起见，下文将其简称为幅相响应)可预先通过标定测量得到，此为现有技术，此处不再赘述。

为了使公众理解本发明技术方案，下面结合图1所示装置对本发明测量原理进行详细介绍：

假定光源输出的光载波信号为

ein(t)＝e0exp(iωct)

(1)

其中，ω0是光源输出的光载波的角频率，e0表示光载波的幅值大小；

通过待测相位调制器，生成的相位调制信号，根据jacobi-angerexpansion公式可以化为

其中，ωe是微波源输出的微波信号的角频率，β为待测相位调制器的调制系数，jn(β)表示n阶第一类贝赛尔函数在β处的值，t表示时间，i为虚数单位。

假设在小调制系数下，只需考虑载波和一阶边带的信号，因此，待测相位调制器的输出信号可以简化为，

epm(t)＝-e0j1(β)exp[i(ωc-ωe)t]+e0j0(β)exp(iωct)+e0j1(β)exp[i(ωc+ωe)t]

(3)

已知幅相响应的标准光器件，将部分相位调制信号转换为强度调制信号(实际标准光器件无法达到理想情况，不能将所有相位调制信号转换为强度调制信号，因此只能是部分转换)。此时，待测相位调制器输出的信号epm(t)，输入标准光器件后，生成的光双边带信号可表示为

ep(t)＝-e0j1(β)h(ωc-ωe)exp[i(ωc-ωe)t]+e0j0(β)h(ωc)exp(iωct)

+e0j1(β)h(ωc+ωe)exp[i(ωc+ωe)t]

(4)

那么，经过标准光电探测器拍频后产生的微波信号的电流值大小为

由式(5)可得相位调制器的频率响应

最后，减去光电探测器的频率响应η，就可以得到待测电光调制器的频率响应。

对式(6)进行具体化分析，假设标准光器件为希尔伯特变换器，则h(ωc)＝1，h(ωc+ωe)＝-1，h(ωc-ωe)＝1，则式(6)可以化简为

假设标准光器件为带通滤波器，则h(ωc)＝1，h(ωc-ωe)＝1，h(ωc+ωe)＝0，则式(6)可以化简为

。