專利名稱：鈮酸鋰光學調制器的半波電壓快速測試方法
技術領域：
本發明涉及集成光學器件的性能測試領域，具體指的是一種基于FPGA的快速測試鈮酸鋰光學調制器的半波電壓測試方法。
背景技術：
鈮酸鋰光學調制器又稱鈮酸鋰集成光波導，是利用電光晶體的Pockels效應，通 過外加電場改變波導的折射率來實現相位調制。半波電壓表征調制器的相位調制能力，是 鈮酸鋰光學調制器最重要的性能指標之一。但由于溫度的變化，半波電壓值會隨之漂移，進 而導致電壓相位比產生變化。而一般使用鈮酸鋰光學調制器的場合總會發生一些溫度的變 化，有效地測試整個溫度范圍內的溫度變化曲線變得十分必要。通常鈮酸鋰集成光波導生 產方只給出常溫下的半波電壓值和波形斜率，這只是一條擬合曲線，實際的溫度變化下的 半波電壓變化波形能更好地了解器件各溫度點的性能。且傳統的鋸齒波調制和η/2調制 的方式采用對2 π復位時產生的誤差信號進行積分來精確地找到當前的半波電壓值，這樣 需要一個較長的積分過程，且容易受到其他閉環的干擾。
發明內容
本發明的目的是根據上述現有技術的不足之處，提供一種鈮酸鋰光學調制器的半 波電壓快速測試方法，該方法可以測試全溫度條件下的半波電壓變化曲線，能夠提供較大 的半波電壓測試范圍及精準的測試結果。本發明的實現由以下技術方案完成一種鈮酸鋰光學調制器的半波電壓快速測試方法，涉及的測試系統包括一 SLD光 源，SLD光源把光信號通過一耦合器送到被測鈮酸鋰光學調制器，鈮酸鋰光學調制器的輸 出分支連接到光纖環形干涉儀中，耦合器同時把由鈮酸鋰光學調制器回來的光引向光探測 器，把光信號變成電信號，再經過前級放大濾波電路、A/D轉換芯片，由FPGA芯片將信號進 行解調，最后經過主D/A轉換芯片、后放電路放大后形成調制信號接入鈮酸鋰光學調制器 輸入端，構成閉環回路，該方法通過鈮酸鋰光學調制器對光纖環形干涉儀進行四態調制；在 FPGA芯片將A/D轉換芯片送達的信號進行解調時，將相隔半周期的兩個采樣值相減即得出 測試系統的增益誤差量，FPGA芯片對所述增益誤差量進行多次積分后傳送給一輔助D/A轉 換芯片，再送達主D/A轉換芯片來改變主D/A轉換芯片的調制增益，以通過產生相應的增益 閉環方式來補償鈮酸鋰光學調制器由于溫度變化所產生的半波電壓變化，實現溫度變化時 鈮酸鋰光學調制器半波電壓的快速自動跟蹤。上述方法中將一溫度芯片和被測的鈮酸鋰光學調制器一起放到測試環境中，所述 溫度芯片將實時的溫度值傳給FPGA芯片，FPGA芯片將同步采集的半波電壓和溫度數據，通 過RS485的方式傳送到上位機。本發明的優點是整個系統集成度高，可實現全固態，穩定性好，半波電壓測試范 圍大。在鈮酸鋰光學調制器在溫度變化時半波電壓跟蹤迅速、準確，在瞬間就實現了較大的積分深度，在全溫的半波電壓采集的過程中更容易發現鈮酸鋰光學調制器在溫度變化下的非線性誤差。使用了溫度實時采集能夠更好地對應半波電壓和溫度的變化關系。
圖1為鈮酸鋰光學調制器半波電壓測試儀原理圖；圖2光纖環形干涉儀示意圖；圖3鈮酸鋰光學調制器半波電壓全溫循環測試曲線；圖4鈮酸鋰光學調制器半波電壓全溫測試擬合曲線。
具體實施例方式下面結合附圖與具體實施方式
對本發明作進一步詳細描述本發明方法涉及的鈮酸鋰光學調制器的半波電壓測試儀采用了光纖環形干涉儀 和一套具有精密模擬/數字轉換和大電壓輸出范圍的運放構成，用程序控制重新啟動代替 硬件上電啟動，用四態調制方式來快速跟蹤鈮酸鋰光學調制器半波電壓的變化，溫度的采 集通過溫度芯片并用RS485的方式與FPGA進行通信，由主模塊通過RS485的方式把所有的 數據傳送到上位機。本發明所采用的原理是通過鈮酸鋰光學調制器對光纖環形干涉儀進行四態調 制，在探測器端把光信號變成電信號，此時將出現梳狀波，當有角速度引入時，工作點發生 移動，輸出是一個與調制方波同頻的方波信號。調制通道的增益變化時，產生一個二倍于本 征頻率的誤差信號。此時相隔半周期的兩個采樣值相減給出系統的增益誤差量，通過產生 適當的增益閉環來補償就可以抵消由于鈮酸鋰光學調制器由于溫度變化所產生的半波電 壓變化，而此時系統閉環后的閉環量通過換算就可以得到精確的半波電壓值了。系統不斷 地閉環，一旦溫度變化，閉環量自動修正到最正確的值。與此同時，溫度傳感器把實時的溫 度量轉換成數字量通過RS485的方式傳輸給主模塊，這樣實現了半波電壓和溫度的同步采 集。在本實施例中，如圖1所示，整個測試系統由光路和電路兩部分組成，光路運用光 纖環形干涉儀的原理，首先由光源(1)提供1310nm波長的光，通過2*2耦合器(2)把光送 到被測的鈮酸鋰光學調制器(3)，同時把由鈮酸鋰光學調制器(3)回來的光引向光探測器 (5)，鈮酸鋰光學調制器(3)的輸出分支連接到一個長度足夠的光纖環中(4)，此時在鈮酸 鋰光學調制器的兩個輸入端上加上一個由后放電路(12)放大后的調制信號后，就會在這 個光纖環形干涉儀中產生光的干涉現象，在Sagnac效應的作用下就能在探測器(5)端檢測 到相應角速度下的光程差。探測器(5)輸出的信號是個微小的信號，通過前級放大將小信 號放大到合適的大小，同時對信號進行濾波(6)，去除帶外的噪聲。A/D(7)轉換芯片高速地 將模擬信號轉換為數字量，FPGA(S)為整個數字系統的核心，當FPGA(S)得到由A/D(7)轉 換芯片輸出的數字量后把信號進行解調，此時相隔半周期的兩個采樣值相減給出系統的增 益誤差量，為了精確地進行數字閉環，FPGA(S)對這個增益誤差量進行多次的積分，此時許 多的噪聲信號被平滑，有用信號在這個積分的過程中被逐漸提取出來，整個測試系統的精 度就在這個地方被提高了數倍。增益誤差量經過了足夠的積分后傳送給了輔助D/A(10)， 由它來改變主D/A(ll)的調制增益。下一個周期再把上次補償后仍然出現的增益誤差量進行積分輸出，就這樣實現鈮酸鋰光學調制器半波電壓的自動跟蹤，一旦半波電壓隨著溫 度發生了變化，整個系統就會通過閉環迅速找到當前的半波電壓值。該測試原理中之所以 能夠實現快速跟蹤最主要的原因是采用了四態調制技術，該技術將調制點放在了 2 π/3， 4 π /3，-2 π /3，-4 π /3四個點上，通過對這四個工作點進行調制使得系統能在每個周期都 能檢測到增益誤差量，大大縮短了閉環所需的時間，使整個測試的帶寬更大。傳統的η/2 閉環方式要通過引入角速度，使其在2 π復位時檢測增益誤差量，這樣必須要在足夠的復 位次數后整個積分的深度才能滿足閉環的要求，在引入角速度比較小導致復位慢或溫度變 化快的情況下就不能真實反映當前的半波電壓變化情況。整個測試系統還引入了溫度的實時檢測，把溫度芯片和被測的鈮酸鋰光學調制器一起放到測試環境中，并把溫度芯片緊貼Y 波導，在整個溫度的變化過程中把實時的溫度值傳給FPGA(S)，FPGA(S)把溫度值和半波電 壓值顯示在液晶屏上。同時通過RS485 (14)把這兩個值傳送給上位機。為了加大測試儀的 半波電壓測試范圍，把主D/A的后放電路(12)的電源電壓設定為士 15V。本Y波導半波電壓測試儀的性能實驗和檢測情況如下測試對象為一鈮酸鋰光學調制器，從產品性能參數里了解到其半波電壓值為 3. 662V(22°C )，整個溫度范圍內(_40°C +60°C )的半波電壓變化0. 2V以內。我們把被 測集成光波導放入高低溫箱，以每分鐘3°C的溫度變化速度進行從-40°C到+60°C的溫度循 環變化(先從常溫+22°C變化到-40°C，然后再變化到+60°C，最后再回歸到常溫)。圖3顯 示了鈮酸鋰光學調制器半波電壓全溫循環測試曲線。從曲線中我們可以同時看到溫度曲線 和半波電壓的變化曲線，左邊的縱坐標是溫度，右邊是半波電壓。半波電壓的變化范圍從 3. 765V到3. 598V，變化了 0. 167V，常溫下的半波電壓為3. 666V，基本和廠家提供的參數一 致，并且從波形中我們可以發現Y波導的半波電壓和溫度是負相關，波形的曲折和抖動也 說明了鈮酸鋰光學調制器在溫度變化的過程中不是完全線性的，只能用一根擬合的曲線來 表達，圖4是利用儀器的重起功能再次測得的另一支鈮酸鋰光學調制器的半波電壓全溫測 試擬合曲線，通過軟件我們可以得出擬合曲線的方程，波形中還能發現每個溫度點上半波 電壓發生的細微變化。
權利要求
一種鈮酸鋰光學調制器的半波電壓快速測試方法，涉及的測試系統包括一SLD光源，SLD光源把光信號通過一耦合器送到被測鈮酸鋰光學調制器，鈮酸鋰光學調制器的輸出分支連接到光纖環形干涉儀中，耦合器同時把由鈮酸鋰光學調制器回來的光引向光探測器，把光信號變成電信號，再經過前級放大濾波電路、A/D轉換芯片，由FPGA芯片將信號進行解調，最后經過主D/A轉換芯片、后放電路放大后形成調制信號接入鈮酸鋰光學調制器輸入端，構成閉環回路，其特征在于該方法通過鈮酸鋰光學調制器對光纖環形干涉儀進行四態調制；在FPGA芯片將A/D轉換芯片送達的信號進行解調時，將相隔半周期的兩個采樣值相減即得出測試系統的增益誤差量，FPGA芯片對所述增益誤差量進行多次積分后傳送給一輔助D/A轉換芯片，再送達主D/A轉換芯片來改變主D/A轉換芯片的調制增益，以通過產生相應的增益閉環方式來補償鈮酸鋰光學調制器由于溫度變化所產生的半波電壓變化，實現溫度變化時鈮酸鋰光學調制器半波電壓的快速自動跟蹤。
2.如權利要求1所述的一種鈮酸鋰光學調制器的半波電壓快速測試方法，其特征在于 該方法還增設一溫度芯片和被測的鈮酸鋰光學調制器一起放到測試環境中，所述溫度芯片 將實時的溫度值傳給FPGA芯片，FPGA芯片將同步采集的半波電壓和溫度數據，通過RS485 的方式傳送到上位機。
全文摘要
本發明涉及集成光學器件的性能測試領域，具體指的是一種基于FPGA的快速測試鈮酸鋰光學調制器的半波電壓測試方法。該方法用四態調制方式來快速跟蹤鈮酸鋰光學調制器半波電壓的變化，可以測試鈮酸鋰光學調制器在整個溫度變化范圍內的半波電壓值并記錄相對應的溫度變化曲線，其優點是瞬間內找到精確的半波電壓值，其精度達到10-3以上，并能實時記錄溫度變化曲線與之對應。
文檔編號G01R19/25GK101825656SQ200910247900
公開日2010年9月8日 申請日期2009年12月31日 優先權日2009年12月31日
發明者文雁平 申請人:上海亨通光電科技有限公司