一種光器件光譜響應測量方法、測量系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種光器件光譜響應測量方法，屬于光學測量【技術領域】。本發明方法將單波長的光探測信號分為兩路，一路以固定的頻移量進行移頻操作，另一路通過待測光器件；然后對兩路光進行拍頻，得到攜帶待測光器件在光探測信號頻率處的光譜響應信息的射頻信號；利用工作頻率與所述頻移量相同的射頻幅相提取裝置提取所述射頻信號的幅度相位信息，得到待測光器件在光探測信號頻率處的幅頻響應與相頻響應；改變所述光探測信號的波長并重復上述過程，得到待測光器件的光譜矢量響應信息。本發明還公開了一種光器件光譜響應測量系統。相比現有技術，本發明能夠在實現光器件幅頻響應和相頻響應的高精度測量的同時，大幅降低成本。
【專利說明】一種光器件光譜響應測量方法、測量系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種光器件測量方法，尤其涉及一種光器件光譜響應測量方法、測量系統，屬于光學測量【技術領域】。
【背景技術】
[0002]隨著光子技術的快速發展和不斷完善，高精度光器件的研制、已有高精度光器件(如微環、微球等高Q值微諧振器等)在光子系統中的應用，亟需高精細的光器件光譜響應測試技術。然而，現有的光器件光譜響應技術難以對上述高精度光譜響應進行多維度、高精細的表征。現唯一商用的光器件多維光譜響應測量儀表為美國LUNA公司推出的0VA5000，該測試儀表可測量光器件的多維光譜響應(如幅度、相位、群時延、偏振模色散、偏振相關損耗等)，但是其測試精細度僅為l.6pm (200MHz)，難以滿足受激布里淵增益譜的測試需求。此夕卜，科研機構廣泛采用基于DFB激光器掃頻技術和光功率探測技術進行光器件光譜響應的測量，該測量技術受益于DFB激光器高精細的波長掃描技術實現高精細的測量。但該測試技術只能檢測光功率的變化，獲取幅頻響應信息，無法獲得相頻響應等其他維度的關鍵信息。若用于高精度光器件光譜響應的測量，無法測得相頻響應，使得高精度光器件無法用于光時延、光移相、光子信號處理等。
[0003]為了實現高精度光器件光譜響應的高精細、多維度測量，1998年J.E.Roman提出了基于光單邊帶調制的光矢量分析方法。這種方法的本質是將光域的掃頻操作轉換到電域進行，受益于成熟的電頻譜分析技術，其測試精細度有了質的飛躍。然而，上述方法需要采用寬帶的微波幅相接收模塊進行射頻信號幅度和相位的提取，使整個測量裝置造價不菲。此外，上述方法還存在無法測量帶通待測光器件、測量帶寬窄(受電光調制器的帶寬限制，小于40GHz )、測量動態范圍不高等問題。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題在于克服現有光器件光譜響應測量技術的不足，提供一種光器件光譜響應測量方法、測量系統，能夠在實現光器件幅頻響應和相頻響應的高精度測量的同時，還大幅降低實現成本。
[0005]本發明的光器件光譜響應測量方法，將單波長的光探測信號分為兩路，一路以固定的頻移量進行移頻操作，另一路通過待測光器件；然后對兩路光進行拍頻，得到攜帶待測光器件在光探測信號頻率處的光譜響應信息的射頻信號；利用工作頻率與所述頻移量相同的射頻幅相提取裝置提取所述射頻信號的幅度相位信息，得到待測光器件在光探測信號頻率處的幅頻響應與相頻響應；改變所述光探測信號的波長并重復上述過程，得到待測光器件的光譜矢量響應信息。
[0006]本發明的光器件光譜響應測量系統，包括:
[0007]光源模塊，用于輸出單波長掃頻光探測信號；
[0008]光分束器，用于將光源模塊輸出的光探測信號分為兩路；[0009]移頻模塊，用于對光分束器輸出的其中一路光探測信號以固定的頻移量進行移頻操作；
[0010]光合束器，用于將移頻操作后的光探測信號與經過待測光器件的光探測信號進行合束；
[0011]光探測模塊，用于對光合束器輸出的合束光進行光電探測，輸出攜帶待測光器件在光探測信號頻率處的光譜響應信息的射頻信號；
[0012]幅相接收模塊，用于提取所述光探測模塊輸出的射頻信號的幅度相位信息，其工作頻率與所述移頻模塊的頻移量相同；
[0013]控制及數據處理模塊，用于控制光源模塊進行頻譜掃描，同時對幅相接收模塊輸出的幅度相位信息進行處理并輸出待測光器件的光譜矢量響應信息。
[0014]一種如上所述光器件光譜響應測量系統的使用方法，包括以下步驟:
[0015]步驟1、將所述光分束器未連接移頻模塊的另一個輸出端，以及所述光合束器未連接移頻模塊的另一個輸入端作為兩個測試端口，在這兩個測試端口直接連接的情況下，控制及數據處理模塊控制所述光源模塊進行掃頻，同時控制幅相提取模塊提取掃頻光探測信號各頻點處的幅度和相位變化，得到所述測量系統的矢量響應函數；
[0016]步驟2、在所述兩個測試端口間級聯待測光器件的情況下，控制及數據處理模塊控制所述光源模塊進行掃頻，同時控制幅相提取模塊提取掃頻光探測信號各頻點處的幅度和相位變化，得到待測光器件與測量系統的聯合矢量響應函數；
[0017]步驟3、用聯合矢量響應函數除以測量系統的矢量響應函數，得到待測光器件的幅頻響應與相頻響應。
[0018]本發明結合光波長移頻技術和射頻信號幅相提取技術，實現了光器件光譜響應的幅頻響應和相頻響應的測量。輔以高精細單波長掃頻光源，本發明即可實現光器件光譜相應的高精細測量。此外，本發明具有結構簡單、制造成本低等優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為【具體實施方式】中本發明光器件光譜響應測量系統的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖對本發明的技術方案進行詳細說明:
[0021]本發明的思路是結合光子移頻技術和射頻信號幅相提取技術來實現光器件的光譜響應的測量。具體而言，首先將單波長掃頻光信號分為兩路，一路進行光移頻，另一路經待測光器件傳輸；而后對兩路光信號進行拍頻，將光器件的光譜響應信息轉換至電域；再采用射頻幅相提取技術提取光器件的光譜響應信息，從而實現光器件的光譜響應測量。
[0022]圖1顯示了本發明光器件光譜響應測量系統的一種結構，如圖所示，該測量系統包括光源模塊、光分束器、移頻模塊、待測光器件、光合束器、光探測模塊、幅相接收模塊及控制及數據處理模塊；光源模塊輸出單波長掃頻光探測信號；光分束器將光源模塊輸出的光探測信號分成兩路；移頻模塊對光分束器輸出的一路光探測信號進行移頻；待測光器件改變另一路光探測信號的幅度和相位；光合束器將移頻模塊和待測光器件輸出的光信號合成一路，輸至光探測模塊；光探測模塊接收光合束器輸入的光信號，將待測光器件的光譜響應信息轉移至射頻信號中；工作頻率與移頻模塊頻移量相同的幅相接收模塊提取光探測模塊所輸出射頻信號的幅度相位信息；控制及數據處理模塊一方面控制光源模塊進行頻譜掃描，另一方面接收幅相接收模塊輸入的信息并處理，得到待測光器件的光譜矢量響應信息。
[0023]所述移頻模塊可采用現有的各類光頻移技術，如基于雙平行馬赫-曾德爾調制器的載波抑制的單邊帶調制技術，該頻移技術可通過調節輸入射頻信號的頻率實現光波長頻移量的靈活調節，但存在諸多高階邊帶；又如基于聲光調制器的光頻移技術，該技術具有移頻后無高階邊帶殘留的優點，但只能對光波進行特定頻移量的移頻，且移頻量較小(通常小于200MHz)。本發明僅需對光波進行較小頻量的頻移，且希望移頻后無高階邊帶，因此本發明優選采用聲光調制器來實現光波的移頻。
[0024]此外，光探測模塊輸出的射頻信號為單頻信號且頻率小于200MHz，因此已有成熟的技術可提取該射頻信號的幅度和相位信息。如ADI公司推出的AD8302射頻信號幅相信息提取芯片，該芯片可提取〈2.7GHz射頻信號的幅相信息，本發明即優選采用該芯片實現相應的射頻信號幅相提取。
[0025]使用上述系統進行光器件測量時，首先，在兩測試端口(即待測光器件兩端的光分束器、光合束器的連接端口)間不級聯待測光器件的條件下，光源模塊輸出掃頻光探測信號，測得系統的響應函數；然后，級聯待測光器件，光源模塊輸出掃頻光探測信號，測得待測光器件和測量系統的聯合響應；最后，控制及數據處理模塊將測得的聯合響應函數除以測得的系統響應函數，從而測得待測光器件的響應函數。
[0026]為了使公眾更清晰地了解本發明技術方案，下面對本發明的測量原理進行簡要介紹:
[0027]光源輸出的光載波為Et5U) =EtjeXpao^t),其中Et^P ω。分別是光載波的幅度與角
頻率。上述光探測信號由光分束器分成兩路，其表達式如下:
[0028]
【權利要求】
1.一種光器件光譜響應測量方法，其特征在于，將單波長的光探測信號分為兩路，一路以固定的頻移量進行移頻操作，另一路通過待測光器件；然后對兩路光進行拍頻，得到攜帶待測光器件在光探測信號頻率處的光譜響應信息的射頻信號；利用工作頻率與所述頻移量相同的射頻幅相提取裝置提取所述射頻信號的幅度相位信息，得到待測光器件在光探測信號頻率處的幅頻響應與相頻響應；改變所述光探測信號的波長并重復上述過程，得到待測光器件的光譜矢量響應信息。
2.一種光器件光譜響應測量系統，其特征在于，包括: 光源模塊，用于輸出單波長掃頻光探測信號； 光分束器，用于將光源模塊輸出的光探測信號分為兩路； 移頻模塊，用于對光分束器輸出的其中一路光探測信號以固定的頻移量進行移頻操作； 光合束器，用于將移頻操作后的光探測信號與經過待測光器件的光探測信號進行合束； 光探測模塊，用于對光合束器輸出的合束光進行光電探測，輸出攜帶待測光器件在光探測信號頻率處的光譜響應信息的射頻信號； 幅相接收模塊，用于提取所述光探測模塊輸出的射頻信號的幅度相位信息，其工作頻率與所述移頻模塊的頻移量相同； 控制及數據處理模塊，用于控制光源模塊進行頻譜掃描，同時對幅相接收模塊輸出的幅度相位信息進行處理并輸出待測光器件的光譜矢量響應信息。
3.如權利要求2所述光器件光譜響應測量系統，其特征在于，所述移頻模塊為聲光調制器。
4.如權利要求2或3所述光器件光譜響應測量系統的使用方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1、將所述光分束器未連接移頻模塊的另一個輸出端，以及所述光合束器未連接移頻模塊的另一個輸入端作為兩個測試端口，在這兩個測試端口直接連接的情況下，控制及數據處理模塊控制所述光源模塊進行掃頻，同時控制幅相提取模塊提取掃頻光探測信號各頻點處的幅度和相位變化，得到所述測量系統的矢量響應函數； 步驟2、在所述兩個測試端口間級聯待測光器件的情況下，控制及數據處理模塊控制所述光源模塊進行掃頻，同時控制幅相提取模塊提取掃頻光探測信號各頻點處的幅度和相位變化，得到待測光器件與測量系統的聯合矢量響應函數； 步驟3、用聯合矢量響應函數除以測量系統的矢量響應函數，得到待測光器件的幅頻響應與相頻響應。
【文檔編號】G01J3/28GK103954356SQ201410145131
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月11日 優先權日:2014年4月11日
【發明者】潘時龍, 薛敏, 唐震宙, 趙永久, 張方正, 朱丹 申請人:南京航空航天大學