一种测量铌酸锂相位调制器半波电压的系统的制作方法

1.本实用新型涉及光纤通信和微波光子学等技术领域，具体涉及一种测量铌酸锂相位调制器半波电压的系统。


背景技术：

2.保密通信不仅在军事、国防等领域发挥独特作用，而且在经济和私人通信等方面也有着广泛的用途。保密通信的安全性主要取决于密钥的安全性，因此，如何安全可靠、迅速高效地在通信双方分配密钥就成为保密通信的一个重大课题。量子密钥分发(quantum key distribution，qkd)利用量子物理基本原理，从理论上讲可产生无条件安全的密钥。相位编码的qkd系统是通过光脉冲上加载的相位来传递信息的，其关键器件为相位调制器，常用的是电光相位调制器，如铌酸锂相位调制器。
3.半波电压作为铌酸锂电光调制器的重要指标之一，它指使光信号相位改变π所需要的驱动电压，通常用vπ表示。其测量精度将直接影响qkd系统的性能，半波电压值偏大或偏小都会造成系统误码率升高，密钥生成率降低。
4.目前测量相位调制器半波电压最常用的方法是极值测量法，其基本原理是搭建马赫-曾德尔干涉仪，在干涉仪的一臂放置调制器，并对调制器加载直流电压，由于所加电压的大小决定了通过干涉仪两臂的光信号的相位差，进而决定了干涉仪输出光强的大小，而根据干涉理论可知，干涉输出光强极大值时的相位差和相邻光强极小值时相位差的差值为π，因此，干涉输出光强相邻极大值和极小值所对应的直流电压之差即为调制器的半波电压；采用极值测量法相对比较简便，但由于外界环境变化(如温度变化、振动等)极易引起相位漂移，从而造成干涉仪输出光强很难长时间稳定，以及准确地定位干涉仪输出光强极大值和极小值的位置本身就有一定的难度，因此极值测量法很难对调制器的半波电压进行精确的测量。
5.因此，有待对现有技术的不足进行改进，提出一种测量铌酸锂相位调制器半波电压的系统。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的是为了克服上述技术的缺陷，为了解决对调制器的半波电压进行精确测量的问题，提出了一种测量铌酸锂相位调制器半波电压的系统。
7.本实用新型通过下述技术方案实现的：
8.一种测量铌酸锂相位调制器半波电压的系统，所述系统包括激光光源、光分束器、待测铌酸锂相位调制器、光耦合器、光电探测器、信号发生器和外接设备；
9.所述激光光源用于产生光信号；
10.所述光分束器用于将光信号分为两路光信号；
11.所述待测铌酸锂相位调制器用于对光信号的相位进行调制；
12.所述光耦合器用于输出周期性余弦或正弦波光信号；
13.所述光电探测器用于将光信号转换成电信号；
14.所述信号发生器用于产生周期性锯齿波信号及周期性锯齿波参考信号；
15.所述外接设备用于查看完整周期的连续的余弦或正弦波；
16.所述激光光源发出的光信号进入所述光分束器后被分为第一路和第二路两路光信号，其中第一路光信号进入所述光耦合器，第二路光信号进入所述待测铌酸锂相位调制器；所述信号发生器输出周期性锯齿波电信号驱动所述待测铌酸锂相位调制器对所述第二路光信号进行相位调制生成相位调制信号，所述相位调制光信号进入所述光耦合器在所述光耦合器中与第一路光信号进行干涉后输出周期性余弦或正弦波光信号后进入光电探测器，所述光电探测器将周期性余弦或正弦波光信号进行转化为周期电信号后输入到外接设备；
17.所述信号发生器还生成周期性锯齿波参考电信号进入到外接设备。
18.进一步地，所述外接设备为示波器。
19.进一步地，所述激光光源发出的光信号至少包括两种，分别为连续光信号和脉冲光信号。
20.进一步地，当激光光源发出的光信号为连续光信号，所述外接设备显示连续的余弦或正弦波。
21.进一步地，当激光光源发出的光信号为脉冲光信号，所述外接设备显示余弦或正弦包络。
22.进一步地，所述光分束器、待测铌酸锂相位调制器和光耦合器的尾纤均为保偏光纤。
23.本实用新型的有益效果为：
24.本实用新型公开的一种测量铌酸锂相位调制器半波电压的系统，将输入相位调制器的直流电信号换成周期性锯齿波电信号，用周期性锯齿波电信号的周期与在周期性锯齿波电信号调制下输出的余弦或正弦波光信号的周期的比值来确定半波电压，减少了当采用极值测量法时因判断位置产生误差从而引起半波电压的测量误差，在实际应用中本发明大大提高了半波电压的测量精度。
附图说明
25.图1为本发明的系统框图；
26.图2为本发明的连续的余弦或正弦波形图；
27.图3为本发明的余弦或正弦包络波形图。
具体实施方式
28.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本实用新型进行进一步详细说明，但本实用新型要求保护的范围并不局限于下述具体实施例。
29.如图1所示，一种测量铌酸锂相位调制器半波电压的系统，所述系统包括激光光源、光分束器、待测铌酸锂相位调制器、光耦合器、光电探测器、信号发生器和外接设备；
30.所述激光光源用于产生光信号；
31.所述光分束器用于将光信号分为两路光信号；
32.所述待测铌酸锂相位调制器用于对光信号的相位进行调制；
33.所述光耦合器用于输出周期性余弦或正弦波光信号；
34.所述光电探测器用于将光信号转换成电信号；
35.所述信号发生器用于产生周期性锯齿波信号及周期性锯齿波参考信号；
36.所述外接设备用于查看完整周期的连续的余弦或正弦波；
37.本系统的工作原理为：所述激光光源发出的光信号进入所述光分束器后被分为第一路和第二路两路光信号，其中第一路光信号进入所述光耦合器，第二路光信号进入所述待测铌酸锂相位调制器；
38.另外，所述信号发生器输出周期性锯齿波电信号驱动所述待测铌酸锂相位调制器对所述第二路光信号进行相位调制生成相位调制信号，所述相位调制光信号进入所述光耦合器在所述光耦合器中与第一路光信号进行干涉后输出周期性余弦或正弦波光信号后进入光电探测器，所述光电探测器将周期性余弦或正弦波光信号进行转化为周期电信号后输入到外接设备；所述信号发生器还生成周期性锯齿波参考电信号进入到外接设备。
39.其中，所述外接设备为示波器，当周期电信号和周期性锯齿波参考电信号输入到示波器后，示波器在锯齿波的一个周期内显示有一个或多个完整周期的余弦或正弦波或者显示有一个或多个完整周期的余弦或正弦包络。
40.激光光源发出的光信号进入所述光分束器，光信号在光分束器中被分为第一路和第二路两路光信号，其中，第一路光信号进入所述光耦合器，第二路光信号则进入所述待测铌酸锂相位调制器；其中，待测铌酸锂调制器主要是利用铌酸锂晶体的电光效应从而使输入的光信号的相位发生变化，而测量半波电压，实质为测量待测铌酸锂调制器引起相位延迟为π时所对应的电压的改变量。
41.在信号发生器输出周期性锯齿波电信号驱动下，待测铌酸锂相位调制器对输入的第二路光信号进行相位调制后生成相位调制信号；由于周期性锯齿波电信号调制的速度远大于器件外部环境变化的速度，则可以解决由于外界环境变化引起相位漂移带来的半波电压测量精度差的问题，在一个锯齿波周期内有多个周期的余弦或正弦光信号时，则测量得到的半波电压相当于在多个周期内测量得到的半波电压，减少了因为只在一个周期内进行测量半波电压会导致的误差，这使得在一定程度上提高了半波电压的测量精度。
42.待测铌酸锂相位调制器输出的相位调制光信号进入光耦合器后与第一路光信号进行干涉，光耦合器输出周期性余弦或正弦波光信号进入光电探测器后转化为周期电信号，周期电信号输入示波器后，当信号发生器输出的周期性锯齿波参考信号到达示波器时，在示波器上可以显示一个或多个周期的余弦或正弦波形图；
43.其中，为了确保测量结果的准确性，应调节信号发生器的电压以改变周期性锯齿波参考信号的周期，使得在示波器上显示多个有完整周期的余弦或正弦波形图。
44.进一步地。所述激光光源发出的光信号至少包括两种，分别为连续光信号和脉冲光信号。
45.当激光光源发出的光信号为连续光信号时，示波器最终显示连续的余弦或正弦波形图，如图2所示，当周期性锯齿波电信号幅度为v
pp
，周期为t1，输出的周期性余弦或正弦波的周期为t2，根据下式计算得到调制器的半波电压v
π
：
[0046][0047]
当激光光源发出的光信号为脉冲光信号时，示波器显示正弦包络,如图3所示，当周期性锯齿波电信号幅度为v
pp
，周期为t1，输出的周期性余弦或正弦包络的周期为t2，根据下式计算得到调制器的半波电压v
π
：
[0048][0049]
本实用新型通过周期性锯齿波电信号加载在待测铌酸锂相位调制器上对光信号进行相位调制，并通过示波器上显示的信号波形图的幅度来计算半波电压，即调制器引起相位延迟为π时所对应的电压的改变量，减少了当采用极值测量法时因判断位置产生误差从而引起半波电压的测量误差；并且当周期性锯齿波电信号的波峰值足够大，使得一个锯齿波周期内有多个周期的正弦光信号时，测量得到的半波电压相当于多次测量得到的半波电压的均值，这使得在一定程度上提高了半波电压的测量精度。
[0050]
根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对实用新型构成任何限制。