一种相位调制器半波电压的测量装置及方法与流程

1.本发明属于光纤通信技术领域，涉及一种相位调制器半波电压的测量装置及方法。


背景技术：

2.半波电压是表征电光调制时电压对相位差影响大小的一个非常重要的物理量，目前有三种对半波电压的测量方法：1)光通信模拟法是将调制信号转化为声音信号，在外调输入处外接放音机，打开调制加载开关则正弦信号被切断，输出信号通过功率输出端口的扬声器播放，音量可以由“解调幅度”控制，在直流电压逐渐增大的过程中，声音会出现两次音量最小且失真的现象，两次电压所对应的差值就是半波电压；2)极值测量法是在晶体上只加直流电压，在直流电压从小到大的过程中，输出的光强将会出现极小值和极大值，相邻极小值和极大值对应的直流电压之差即是半波电压；3)倍频调制法是在晶体上同时加直流电压和交流信号，在直流电压调到输出光强出现极小值或极大值对应的电压值时，输出的交流信号出现倍频失真，可以由示波器观察调制波形和信号波形，出现相邻倍频失真所对应的直流电压之差就是半波电压。
3.上述三种方法的缺点：1)光通信模拟法中对出现两次声音音量最小的最小值难以判断，得到的结果精度不会很高；2)极值测量法由于光源等因素的不稳定性，使得这种方法的测量精度有限，此外，极值法测量半波电压还会有光路光程差敏感不稳定、系统复杂、成本高、易受外界影响等缺点；3)倍频调制法对调节的要求很高，难以调到最佳状态。
4.现有技术中，公开号为cn107121585a、公开日期为2017年9月1日的中国发明专利申请《一种电光相位调制器半波电压测量系统和测量方法》公开了利用分束器的一个端口、第一偏振控制器、偏振选择装置、相位调制器、第二偏振控制器和分束器的另一个端口依次连接从而构成sagnac环结构，通过调节第一偏振控制器和第二偏振控制器使光功率计输出达到最大，再通过电压源给相位调制器加载脉冲电压，调节相位调制器的调制电压，使光功率计输出的示数达到最大和最小，则半波电压为最大值与最小值之差，最后利用曲线拟合测量半波电压以提高系统测量精度。然而该测量系统结构复杂，且需要调节偏振控制器以及进行曲线拟合，测量方法繁琐且易产生误差。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题在于如何解决现有技术中的测量相位调制器半波电压的装置结构复杂、精度低、成本高以及测量方法复杂的问题。
6.本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：
7.一种相位调制器半波电压的测量装置，包括：波形发生器(1)、激光器(2)、偏振分析仪(3)、光功率计、延时线(5)以及保偏光纤器件；波形发生器(1)的第一通道与激光器(2)的输入端连接、激光器(2)的输出端通过第一尾纤(p1)与保偏光纤器件连接；波形发生器(1)的第二通道与相位调制器(4)的输入端连接，相位调制器(4)的一个输出端口通过第二
尾纤(p2)与保偏光纤器件连接、另一个输出端口与延时线(5)的一端连接、延时线(5)的另一端通过第四尾纤(p4)与保偏光纤器件连接；偏振分析仪(3)或光功率计通过第三尾纤(p3)与保偏光纤器件连接。
8.本发明的装置搭建非常简单，不需要对极值做出判断，系统稳定且不易受外界影响，只需调节波形发生器第二通道输出的电压，观察偏振分析仪中偏振态的变化情况，可观察到偏振分析仪测得偏振态在邦加球上旋转半圈即可测得半波电压；无需手动调节偏振控制器使光功率达到最大，也无需判断光功率计的最大值与最小值，通过搭建的测量装置可以测量相位调制器半波电压的值，其测量更加稳定精确。
9.作为本发明技术方案的进一步改进，所述的激光器(2)发出的光脉冲从保偏光纤器件的第一尾纤(p1)进入，经过保偏光纤器件后被分为两束偏振光，其中一束偏振光的路径是：第二尾纤(p2)
→
相位调制器(4)
→
延时线(5)
→
第四尾纤(p4)；另一束偏振光的路径是：第四尾纤(p4)
→
延时线(5)
→
相位调制器(4)
→
第二尾纤(p2)；两束偏振光的路径构成了一个路程相等、方向相反的回路，回到保偏光纤器件处叠加，形成sagnac环；调整延时线(5)的位置使得相位调制器(4)置于sagnac环非对称位置，相位调制器(4)将sagnac环分开为两段光纤，光脉冲通过这两段光纤的时间差大于波形发生器(1)所加载电压信号的上升和下降时间。
10.作为本发明技术方案的进一步改进，所述的保偏光纤器件为偏振分束器(pbs)或者环形偏振分束器(pcir)。
11.作为本发明技术方案的进一步改进，如果第一尾纤(p1)处连接激光器(2)，那么第三尾纤(p3)处连接偏振分析仪(3)或光功率计；如果在第一尾纤(p1)处连接偏振分析仪(3)或光功率计，那么第三尾纤(p3)处连接激光器(2)。
12.作为本发明技术方案的进一步改进，第一尾纤(p1)、第二尾纤(p2)、第三尾纤(p3)、第四尾纤(p4)均采用保偏光纤。
13.作为本发明技术方案的进一步改进，所述的相位调制器(4)为保偏相位调制器。
14.一种采用所述的测量装置的测量方法，包括以下步骤：
15.步骤一、波形发生器(1)对相位调制器(4)下发信号，改变相位调制器(4)的电压值从而改变sagnac环中光的偏振状态，测量出光功率最大时的延时；
16.步骤二、将波形发生器(1)的延时设置为光功率最大时的延时，通过旋转波形发生器(1)的旋钮调节波形发生器(1)的第二通道输出的电压值，观察偏振分析仪(3)中偏振态的变化情况，当观察到偏振分析仪(3)测得偏振态在邦加球上旋转半圈时，此时相位调制器(4)的电压值就是要测的半波电压值。
17.作为本发明技术方案的进一步改进，步骤一中所述的光功率最大时的延时的测量方法为：
18.步骤1)、搭建测量装置，将相位调制器半波电压的测量装置中的偏振分析仪(3)换成光功率计；
19.步骤2)、打开波形发生器(1)，分别设置波形发生器(1)的第一通道和第二通道输出的参数，并确认第一通道输出的脉冲波形与第二通道输出的正弦波形正常；
20.步骤3)、通过旋转波形发生器(1)旋钮，调节第二通道输出的电压的相位数值，从而调节光的偏振态，从0
°
一直调节到360
°
，此时光功率会发生改变，光功率计上的读数会随
之发生改变，观察光功率计读数，记下读数最大值时的延时。
21.作为本发明技术方案的进一步改进，步骤2)中的参数包括：波形、频率、延时、高低电平、占空比。
22.作为本发明技术方案的进一步改进，步骤3)中从0
°
一直调节到360
°
的调节步进值设置为1
°
。
23.本发明的优点在于：
24.(1)本发明的装置搭建非常简单，不需要对极值做出判断，系统稳定且不易受外界影响，只需调节波形发生器第二通道输出的电压，观察偏振分析仪中偏振态的变化情况，可观察到偏振分析仪测得偏振态在邦加球上旋转半圈即可测得半波电压。
25.(2)本发明通过搭建的测量装置可以测量相位调制器半波电压的值，其测量更加稳定精确。
26.(3)本发明可以测量尾纤为保偏光纤的光器件，无需手动调节偏振控制器使光功率达到最大，也无需判断光功率计的最大值与最小值。
附图说明
27.图1是本发明实施例一的装置结构图；
28.图2是本发明实施例二的装置结构图；
29.图3是本发明实施例一、二的测量方法的流程图。
具体实施方式
30.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.下面结合说明书附图以及具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述：
32.实施例一
33.如图1所示，本实施例的一种相位调制器半波电压的测量装置，包括波形发生器1、激光器2、偏振分析仪3、光功率计(图中未示出)、延时线5以及四端口偏振分束器pbs。
34.四端口偏振分束器有四根尾纤p1、p2、p3、p4，均为保偏光纤，其中尾纤p1连接激光器2，尾纤p2连接相位调制器4的in口，尾纤p3连接偏振分析仪3或光功率计，尾纤p4连接延时线5的一端；激光器2连接波形发生器1的ch1口；相位调制器4连接波形发生器1的ch2口，相位调制器4的out口连接延时线5的另一端；所述的相位调制器4采用保偏相位调制器。
35.激光器2发出的光脉冲从pbs的尾纤p1进入，经过pbs后被分为两束偏振光，其中一束偏振光的路径是：pbs
→
尾纤p2
→
相位调制器4
→
延时线5
→
尾纤p4
→
pbs；另一束偏振光的路径是：pbs
→
尾纤p4
→
延时线5
→
相位调制器4
→
尾纤p2
→
pbs；两束偏振光的路径构成了一个路程相等、方向相反的回路，回到pbs处叠加，形成sagnac环。
36.调整延时线5的位置使得相位调制器4置于sagnac环非对称位置，其时间不对称度必须大于波形发生器1所加载电压信号的上升和下降时间，即相位调制器4将sagnac环分开为两段光纤，光脉冲通过这两段光纤的时间差必须大于波形发生器1所加载电压信号的上
升和下降时间，以保证测量结果的准确性。
37.如图3所示，一种测量相位调制器半波电压的方法，具体为：
38.步骤一、波形发生器1对相位调制器4下发信号，改变保偏相位调制器4的电压值从而改变sagnac环中光的偏振状态，测量出光功率最大时的延时；
39.步骤二、将波形发生器1的延时设置为光功率最大时的延时，通过旋转波形发生器1的旋钮调节波形发生器ch2口输出的电压值，观察偏振分析仪3中偏振态的变化情况，当观察到偏振分析仪3测得偏振态在邦加球上旋转半圈时，此时相位调制器4的电压值就是要测的半波电压值。
40.步骤一中所述的光功率最大时的延时的测量方法为：
41.1、将图1中的偏振分析仪3换成光功率计，并按照图1搭建测量装置；
42.2、打开波形发生器1，分别设置波形发生器1的ch1口和ch2口输出的波形、频率、延时、高低电平、占空比等参数，并确认ch1口输出的脉冲波形与ch2口输出的正弦波形正常；
43.3、通过旋转波形发生器1旋钮，调节ch2口输出的电压的相位(延时)数值，从而调节光的偏振态，从0
°
一直调节到360
°
(步进设置为1
°
)，此时光功率会发生改变，光功率计上的读数会随之发生改变，观察光功率计读数，记下读数最大值时的延时。
44.本实施例中，激光器2与偏振分析仪3或光功率计的位置可以互换，即如果尾纤p1处连接了激光器2，那么在尾纤p3处连接偏振分析仪3或光功率计，如果在尾纤p1处连接偏振分析仪3或光功率计，那么在尾纤p3处连接激光器2。
45.实施例二
46.如图2所示，与实施例一不同的是，本实施例将实施例一中的pbs替换为环形偏振分束器(pcir)，激光器2发出的光从环形偏振分束器的尾纤p1进入，经过pcir中的pbs被分为两束偏振光，分别由尾纤p2和尾纤p4经过路程相等方向相反的光程回到pcir处叠加，形成sagnac环。
47.如图3所示，本实施例的测量方法与实施例一的测量方法相同。
48.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。