雙向電光探測器的制造方法

雙向電光探測器的制造方法
【專利摘要】一種探測器，包括：主電光調制器(130)；第一(150)和第二(160)光學耦合器，其均具有相應輸入(152、162)；直通(154、164)和隔離(156、166)端口；以及參考(170)和測試(174)光學檢測器。分別在光學耦合器(150、160)的輸入(152、162)處接收參考光和測試光。主電光調制器130包括：RF直通線路(136)，其處于輸入(132)與輸出(134)RF連接器之間；以及調制器光學路徑(138)，其沿著RF直通線路。第一和第二光學耦合器將參考和測試光耦合到調制器光學路徑的相對端。參考和測試光學檢測器分別耦合到第二和第一隔離端口(166、156)，以生成分別表示沿著RF直通線路的前向和反向RF信號傳輸的參考和測試IF信號。接收到的參考和測試光在LO頻率處受調制，或附屬電光調制器(180)得以提供，以對未受調制的接收到的光進行調制。
【專利說明】
雙向電光探測器
【背景技術】
[0001 ]范圍從低RF頻率到幾百GHz的寬帶網絡分析連續對操作在擴展到微波(3-30GHZ)和毫米波(30-300GHZ)頻率的寬帶興趣頻率范圍中的測試裝備的制造商提出困難的技術挑戰。用在高性能微波和毫米波網絡分析器中的無源和有源RF組件都表示現有技術，但所提出的解決方案在很多方面仍是不足的。例如，毫米波網絡分析器的典型示例可以包括毫米波探測器，其特征是使用現有技術電火花線切割加工(EDM)制造的精密加工的有向耦合器、多個高帶寬雙平衡式混頻器電路、頻率乘法器和放大器的鏈。然而，歸因于缺少能夠正確地驅動雙平衡式混頻器的寬帶平衡-不平衡轉換器(balun)，當組裝這些組件以形成探測器時，可能無法實現組件單獨地提供的性能。毫米波探測器中的另一問題是歸因于所需的大量寬帶線性放大器導致的高功率耗散。每探測器1W的功率耗散是不尋常的。
[0002]以傳統技術中的光學組件替代毫米波探測器的一些電子組件對于上述一些問題提供解決方案。例如，以具有合理響應度并且因此功率效率的高帶寬光電二極管(PD)替換電乘法器和放大器的鏈減少探測器的功率耗散。然而，合適的光電二極管并不容易以合理的成本可得到。即使合適的光電二極管的價格顯著下降，實質性電設計挑戰也仍存在。寬帶有向耦合器對于加工是非常昂貴的，并且背對背連接的多個有向耦合器需要獲得足夠的隔離。這些問題貫穿毫米波頻率范圍是嚴重的，其中，嚴重性隨著增加頻率增加。
[0003]光學組件的另一潛在益處是用于以超寬帶光學平衡-不平衡轉換器替代電平衡-不平衡轉換器的能力。操作在大于大約50GHz的頻率處的寬帶電平衡-不平衡轉換器并不容易可得到。
[0004]在電子組件由傳統技術中的光學組件替換的情況下，需要另一寬帶有源電路(SP下轉換混頻器)。典型探測器具有兩個下轉換混頻器，一個用于參考，一個用于測試。雖然寬帶雙平衡式環形混頻器電路的設計可能顯得相對平凡(僅需要四個標稱上相同的二極管)，但寄生電阻、電容、電感貫穿毫米波頻率范圍使得設計是有挑戰的，其中，挑戰隨著增加頻率增加。此外，封裝的電性質隨著增加頻率變得更有問題:具體地說，芯片與陶瓷載體之間的信號和大地發射的設計變得更關鍵。多模式激勵(即，不期望地生成除了想要的傳輸線路模式之外的電磁模式)隨著增加頻率變得更有可能。為了解決該問題，芯片和陶瓷載體都必須薄化到機械脆性點。
[0005]寬帶網絡分析所經受的另一問題通俗地稱為“混頻器反彈”。當一個探測器的混頻器所生成的并且通過待測試設備(DUT)耦合到另一探測器的混頻器中的混頻器鏡像產物不經意地對DUT進行重新采樣時，混頻器反彈產生。這樣使得具有插入增益/損耗隨著頻率的大變化的DUT展現不期望的類似重影的部分傳輸假象。在傳統的典范網絡分析器中，放大器內插在有向耦合器(耦合和隔離)端口與混頻器之間，以改進隔離度并且減少混頻器反彈。然而，用于毫米波頻率范圍的放大器是昂貴的，具有高功率耗散，并且可能不一定提供足夠的隔離度。
[0006]因此，所需的是一種雙向電光探測器拓撲，其能夠在延伸到微波和毫米波頻率的興趣頻率范圍中操作，并且其基于電子組件或基于電子和光學組件的混合不遭受傳統探測器的性能缺點、高成本和高功率耗散。
【附圖說明】
[0007]圖1和圖2是示出在此所公開的雙向電光探測器(DDEOP)的相應示例的示意圖。
圖3A和圖3B是分別示出具有內部激光光源并且從外部激光光源接收光的圖1所示的DDEOP的示例的框圖。
圖4A和圖4B是分別示出具有內部激光光源并且從外部激光光源接收光的圖2所示的DDEOP的示例的框圖。
圖5是示出響應于本地振蕩器信號生成受調制的參考光和受調制的測試光的激光光源的示例的示意圖。
[0008]圖6是示出生成不受調制的參考光和不受調制的測試光的激光光源的示例的示意圖。
圖7和圖8是分別示出在此所公開的單端口網絡分析系統和多端口網絡分析系統的示例的框圖。
圖9是示出所計算的上述DDEOP的主電光調制器的示例的有效方向性針對RF頻率的示例的曲線圖。
圖10是示出上述DDEOP的主電光調制器的示例的RF直通線路與調制器光學路徑之間的歸一化有效耦合的頻率依賴性的曲線圖。
[0009]圖11和圖12是示出在低頻率處提供較大方向性的主電光調制器的示例的示意圖。圖13和圖14是示出在不同波長處生成受調制的參考光和受調制的測試光的雙激光器激光光源的相應示例的示意圖。
圖15是示出在不同波長處生成不受調制的參考光和不受調制的測試光的激光光源的示例的示意圖。
圖16是示出貢獻于上述DDEOP的參考光學檢測器響應于受LO信號和RF信號所調相的參考光所生成的參考IF信號的七個有關光學頻調。
圖17是示出適合于將相位調制轉換為幅度調制的全通濾波器的示例的示意圖。
【具體實施方式】
[0010]在此公開雙向電光探測器(DDEOP，發音為“滴滴沃普”)的實施例。在此，術語“雙向”指代探測器的分布式電光學耦合結構固有的兩個傳輸方向。探測器包括兩個光學檢測器，每一個用于傳輸方向中的每一個。
[0011]在此所公開的雙向電光探測器(DDEOP)基于具有沿著調制器光學路徑定位的RF直通線路的縱向有向電光調制器。來自主機網絡分析器的RF信號作為前向RF信號在前向方向上沿著RF直通線路傳輸到待測試設備(DUT)。前向RF信號的一部分受DUT反射，并且作為反向RF信號在反向方向上沿著RF直通線路傳輸。參考光在前向方向上沿著調制器光學路徑傳輸，并且受前向RF信號調制。測試光在反向方向上沿著調制器光學路徑傳輸，并且受反向RF信號調制。主機網絡分析器附加地生成本地振蕩器信號，其在頻率上距RF信號偏離達中間頻率。參考光和測試光附加地受本地振蕩器信號調制。在沿著調制器光學路徑傳輸之后，參考光和測試光分別耦合到參考光學檢測器和測試光學檢測器中。在參考光學檢測器中，前向RF信號所生成的邊帶和本地振蕩器信號所生成的邊帶差拍，以生成表示前向RF信號的參考IF信號。在測試光學檢測器中，反向RF信號所生成的邊帶和本地振蕩器信號所生成的邊帶差拍，以生成表示反向RF信號的測試IF信號。可以根據參考IF信號和測試IF信號確定DUT在RF信號的頻率處的性質。
[0012]圖1是示出在此所公開的雙向電光探測器(DDEOP)的示例100的示意圖。圖2是示出在此所公開的雙向電光探測器(DDEOP)的另一示例102的示意圖。對應于DDEOP 100的元件的DDEOP 102的元件是使用相同標號指示的，并且將不單獨描述。在以下描述中，術語參考和測試僅用于使用網絡分析中慣常使用的術語學將DDEOP的元件彼此區分。使用這些術語并非將元件的功能限制為所命名的那樣:例如，命名為參考的元件可以用于生成用于對網絡分析器的測試輸入的輸入的信號，并且反之亦然。
[0013]DDEOP 100和102均包括主電光調制器130、第一光學耦合器150、第二光學耦合器160、參考光學檢測器170、測試光學檢測器174。
[0014]主電光調制器130包括輸入RF連接器132、輸出RF連接器134、連接在輸入RF連接器132與輸出RF連接器134之間的RF直通線路136、調制器光學路徑138。調制器光學路徑138沿著RF直通線路136在第一端140與第二端142之間延伸。
[00?5] 第一光學親合器150包括第一輸入端口 152、第一直通端口 154、第一隔離端口 156。第一輸入端口 152光耦合為接收參考光LR。第一直通端口 154光耦合到主電光調制器130的調制器光學路徑138的第一端140。第二光學耦合器160包括第二輸入端口 162、第二直通端口 164、第二隔離端口 166。第二輸入端口 162光耦合為接收測試光LT。第二直通端口 164光耦合到調制器光學路徑138的第二端142。
[0016]在所不不例中，光纖158將參考光Lr傳送到第一輸入端口 152，光纖168將測試光Lt傳送到第二輸入端口 162。將光傳送到輸入端口 152、162的其它方式是已知的，并且可以得以使用。在示例中，參考光和測試光分別從構成DDEOP 100、102的部分的波束劃分器(未示出)的相應輸出傳送到輸入端口 152、162。
[0017]參考光學檢測器170光耦合到第二隔離端口 166，以生成表示沿著主電光調制器130的RF直通線路136的前向RF信號傳輸的參考中間頻率(IF)電信號。在所示示例中，參考光學檢測器170在參考IF輸出176處輸出參考IF信號。測試光學檢測器174光親合到第一隔離端口 156，以生成表示沿著RF直通線路136的反向RF信號傳輸的測試中間頻率電信號。在所示示例中，測試光學檢測器174在測試IF輸出178處輸出測試IF信號。前向RF信號傳輸是從輸入RF連接器132到輸出RF連接器134的傳輸。反向RF信號傳輸是從輸出RF連接器134到輸入RF連接器132的傳輸。
[0018]在DDEOP 100中，在輸入端口 152和輸入端口 162處接收到的參考光Lr和測試光Lt分別在本地振蕩器頻率處受調制。在DDEOP 102中，在輸入端口 152和輸入端口 162處接收到的參考光和測試光分別不受調制，并且DDEOP 102附加地包括附屬電光調制器180，以響應于本地振蕩器信號調制參考光和測試光。
[0019]在所示的DDEOP 102的示例中，附屬電光調制器180包括參考調制器元件184、測試調制器元件186。在所示示例中，參考調制器元件184位于第二光學耦合器160與參考光學檢測器170之間，測試調制器元件186位于第一光學耦合器150與測試光學檢測器174之間。調制器元件184、186連接為接收公共本地振蕩器信號。在所示示例中，調制器元件184、186從LO輸入182接收本地振蕩器信號。在參考光和測試光已受主電光調制器130調制之后，并且在參考光學檢測器170檢測參考光而且測試光學檢測器174檢測測試光之前，調制器元件184、186分別調制參考光Lr和測試光LT。在主電光調制器130進行調制之后附屬電光調制器180調制光將在此稱為后調制。在DDEOP 102的其它實現方式中，構成附屬電光調制器180的調制器兀件184、186分別插入在參考光Lr的源與第一光學親合器150的第一輸入端口 152之間以及測試光Lt的源與第二光學親合器160的第二輸入端口 162之間。在該不例中，在主電光調制器130調制參考光和測試光之前，附屬電光調制器180調制參考光和測試光。在主電光調制器130進行調制之前附屬電光調制器180調制光將在此稱為預調制。
[0020]圖3A是示出附加地包括內部激光光源200的DDEOP 100的實現方式的框圖。DDEOP內部的激光光源與DDEOP的主電光調制器130共享公共外殼(未示出)。激光光源200生成分別用于光學耦合器150、160的輸入端口 152、162處的輸入的受調制的參考光Lr和受調制的測試光LT。在所示示例中，激光光源200包括:參考光輸出220，第一輸入端口 152連接至其；以及測試光輸出224，第二輸入端口 162連接至其。在所示示例中，遠距第一輸入端口 152的光纖158的一端連接到參考光輸出220，遠距第二輸入端口 162的光纖168的一端連接到測試光輸出224。如以下將更詳細地描述的那樣，激光光源200附加地包括附屬電光調制器180，其響應于在LO輸入182處接收到的本地振蕩器信號預調制激光光源200所生成的參考光和測試光。
[0021 ]圖4A是示出附加地包括內部激光光源210的DDEOP 102的實現方式的框圖。激光光源210生成分別用于光學耦合器150、160的輸入端口 152、162處的輸入的不受調制的參考光Lr和不受調制的的測試光LT。在所示示例中，激光光源210包括:參考光輸出220，第一輸入端口 152連接至其；以及測試光輸出224，第二輸入端口 162連接至其。在所示示例中，遠距第一輸入端口 152的光纖158的一端連接到參考光輸出220，遠距第二輸入端口 162的光纖168的一端連接到測試光輸出224。
[0022]在其它示例中，內部激光光源200和內部激光光源210除了參考光輸出220還包括至少一個附加參考光輸出(未示出)，并且除了測試光輸出224之外還包括至少一個附加測試光輸出(未示出)。附加參考光輸出和測試光輸出允許DDEOP 100、102的實例內的內部激光光源200、210附加地充當用于缺少內部激光光源的DDEOP 100、102的一個或多個附加實例的外部激光光源。
[0023]圖3B是示出從外部激光光源200接收參考光Lr和測試光Lt的DDEOP100的實現方式的框圖。在該實現方式中，光纖112將激光光源200的參考光輸出220連接到DDEOP 100的第一輸入端口 152，光纖116將激光光源200的測試光輸出224連接到DDEOP 100的第二輸入端口 162。圖4B是示出DDEOP 102的實現方式的框圖，其中，激光光源210在DDEOP外部，并且相應光纖112、116將激光光源210的參考光輸出220和測試光輸出224連接到DDEOP 102的第一輸入端口 152和第二輸入端口 162。在圖3B、圖4B的示例中，遠距光輸出220、224的光纖112、116的各端分別連接到第一輸入端口 152和第二輸入端口 162。在另一不例中，遠距光輸出220、224的光纖112、116的各端分別連接到遠距第一輸入端口 152和第二輸入端口 162的光纖158、168(圖2)的各端。
[0024]在其它示例中，外部激光光源200和外部激光光源210包括參考光輸出220的多個實例以及測試光輸出224的多個實例。多個參考光輸出和測試光輸出允許外部激光光源200、210充當用于對應數量的缺少內部激光光源的DDEOP 100、102的實例的外部激光光源。以下將參照圖8更詳細地描述生成用于多個DDEOP的光的單個激光光源。
[0025]圖5是示出適合于用作用于DDEOP100的內部或外部激光光源的激光光源200的示例202的示意圖。圖6是示出適合于用作用于DDEOP 102的內部或外部激光光源的激光光源210的示例212的示意圖。激光光源202、212所輸出的參考光Lr和測試光Lt具有相同波長。激光光源202、212中的每一個包括公共激光器230和波束劃分器240。公共激光器230生成既在參考光輸出220處又在測試光輸出224處輸出的并且將稱為系統光LS的光。在所示示例中，波束劃分器240是雙路波束劃分器，并且具有:輸入242 ；第一輸出244，其光親合到參考光輸出220;以及第二輸出246，其光耦合到測試光輸出224。輸入242光耦合到公共激光器230。波束劃分器240在第一輸出244與第二輸出246之間并且因此在參考光輸出220與測試光輸出224之間切分公共激光器230所輸出的系統光Ls。
[0026]參照圖5，激光光源202附加地包括附屬電光調制器180，其插入在公共激光器230與波束劃分器240之間，以響應于在LO輸入182處接收到的本地振蕩器信號分別預調制激光光源202在參考光輸出220和測試光輸出224處輸出的參考光Lr和測試光Lt。
[0027]在激光光源202、212中，公共激光器230是連續波激光器(例如分布式反饋(DFB)激光器)。公共激光器230所生成的系統光Ls的波長不是關鍵的。然而，由于大量光學組件可用于光通信系統中的使用，因此公共激光器230的典型實施例所生成的系統光的波長是1.55μmD
[0028]波束劃分器240在參考光輸出220與測試光輸出224之間劃分公共激光器230所生成的系統光Ls。在不例中，波束劃分器240在參考光輸出與測試光輸出之間相等地劃分系統光Ls。在另一不例中，波束劃分器240在參考光輸出與測試光輸出之間不相等地劃分系統光Ls。能夠在兩條或更多條輸出路徑之間相等地或不相等地劃分入射光的光學元件是公知的，并且可以得以使用。對于最大動態范圍和信噪比，將更多系統光功率發送到測試光輸出224是有利的。DDEOP 100、102可以在第二輸入端口 162之前附加地包括光學放大器(未示出)，以增加測試光的功率。附加地或替代地，激光光源200、210可以附加地包括位于波束劃分器240的第二輸出246與測試光輸出224之間的光學放大器(未不出)，以增加測試光的功率。
[0029]圖7是示出用于使用上述雙向電光探測器(DDE0P)100、102的單個實例執行單端口網絡分析的在此所公開的單端口網絡分析系統300的示例的框圖。網絡分析系統300包括網絡分析器302和DDEOP 304。在所示示例中，使用具有生成分別用于對DDEOP 100的第一輸入端口 152和第二輸入端口 162的輸入的受調制的參考光Lr和受調制的測試光Lt的內部激光光源200的以上參照圖3A所描述的DDEOP 100實現DDEOP 304。在下述差異的情況下，以下描述同樣可應用于使用具有外部激光光源200的DDEOP 100(圖3B)或具有內部或外部激光光源210的DDEOP 1 2 (圖4A、圖4B)實現DDEOP 304的網絡分析系統30O的示例。使用與以上參照圖1和圖2所描述的DDEOP 100、102的對應輸入和輸出相同的標號指示DDEOP 304的輸入和輸出。在示例中，網絡分析器302是商用網絡分析器(例如加利福尼亞州Santa Clara的Agilent Technologies公司銷售的N5240系列網絡分析器之一)。典型地，網絡分析器302是多信道儀器，但圖7中僅示出用于執行單端口測量的信道。
[0030]網絡分析器302包括:RF源，其具有RF輸出312;本地振蕩器，其具有LO輸出314;測試IF接收機，其具有測試IF輸入316;以及參考IF接收機，其具有參考IF輸入318。由于RF源、本地振蕩器、IF接收機是網絡分析器的普通組件，因此圖7中未示出網絡分析器302的RF源、本地振蕩器、IF接收機。網絡分析器302的典型實施例的RF源和本地振蕩器中的每一個典型地包括數字式受控頻率合成器，其生成可以在興趣頻率范圍上的頻率中受掃描的RF信號。在一些應用中，興趣頻率范圍擴展到幾百吉赫茲:在其它應用中，興趣頻率范圍擴展到遠低于此的頻率。本地振蕩器生成在頻率上距RF源所輸出的RF信號偏離達網絡分析器的IF接收機的所指定的中間頻率的LO信號。中間頻率典型地范圍從大約IMHz到1MHz，并且鮮大于100MHz。在另一示例中，本地振蕩器生成在具有在頻率上距RF源所輸出的RF信號偏離達所指定的中間頻率的諧波的頻率處的LO信號。
[0031]RF連接320將網絡分析器302的RF輸出312連接到DDEOP 304的輸入RF連接器132，RF連接322將DDEOP的輸出RF連接器134連接到待測試設備(DUT) 20的單個端口 22。因此，DUT20的端口 22經由DDE0P304的主電光調制器130的RF直通線路136連接到網絡分析器302的RF輸出312。在所示示例中，RF連接324將網絡分析器302的LO輸出314連接到位于內部激光光源200內的附屬電光調制器180 (圖5)的LO輸入182。在激光光源200處于DDEOP 100的外部的另一示例中，RF連接324將網絡分析器302的LO輸出314連接到位于外部激光光源內的附屬電光調制器180的LO輸入182。在使用DDEOP 102實現DDEOP 304的另一示例中，RF連接324將網絡分析器30 2的LO輸出314連接到DDEOP 1 2內的附屬電光調制器180的LO輸入182。RF連接326將DDEOP 304的測試IF輸出178連接到網絡分析器的測試IF輸入316 JF連接328將DDEOP 304的參考IF輸出176連接到網絡分析器的參考IF輸入318。
[0032]附加地參照圖1和圖2，現將描述網絡分析系統300中的DDEOP304的各個實現方式100、102的操作。分別在第一光學親合器150的第一輸入端口 152處和第二光學親合器160的第二輸入端口 162處接收激光光源200所生成的參考光Lr和測試光Lt。在以上參照圖5和圖6所描述的激光光源202、212生成參考光Lr和測試光Lt的不例中，由于參考光Lr和測試光Lt都由公共激光器230生成，因此它們具有相同波長。以下將描述在不同波長處生成參考光Lr和測試光Lt的激光光源200、210的不例。在激光光源200生成參考光Lr和測試光Lt的所不不例中，參考光和測試光響應于從網絡分析器302的LO輸出接收到的本地振蕩器信號受激光光源中的附屬電光調制器預調制。在激光光源210生成參考光Lr和測試光Lt的示例中，參考光和測試光不受調制。
[0033]第一光學耦合器150將經由第一直通端口 154將第一輸入端口 152處接收到的參考光Lr耦合到主電光調制器130的調制器光學路徑138的第一端140。隨著其沿著調制器光學路徑138傳輸，參考光受在前向方向上沿著RF直通線路136從輸入RF連接器132傳輸到輸出RF連接器134的從網絡分析器302接收到的RF信號調制。在前向方向上傳輸的RF信號調制參考光在參考光中生成光學邊帶。這些光學邊帶鑒于它們對RF信號的關系將在此稱為RF邊帶。RF邊帶在頻率上相對于參考光Lr偏移達RF信號的頻率。
[0034]參考光Lr在調制器光學路徑138的第二端142處退出調制器光學路徑138，并且經由第二直通端口 164進入第二光學耦合器160。第二光學耦合器經由第二隔離端口 166將第二直通端口 164處接收到的參考光耦合到參考光學檢測器170。在參考光學檢測器170處，參考光不僅包括主電光調制器130中的前向傳輸RF信號所生成的RF邊帶，而且還包括附屬電光調制器180響應于從網絡分析器30 2的LO輸出314接收到的LO信號調制參考光所生成附加光學邊帶。附加光學邊帶歸因于它們對LO信號的關系將在此稱為LO邊帶。在DDEOP 100中，LO邊帶由激光光源200內的附屬電光調制器180生成，并且構成DDEOP 100接收到的受調制的參考光的部分。在DDEOP 102中，調制參考光的參考調制器元件184生成LO邊帶。在DDEOP100、102中，LO邊帶在頻率上相對于參考光Lr偏移達附屬電光調制器接收到的LO信號的頻率或達LO信號的諧波。
[0035]在DDEOP 100、102中，參考光學檢測器170檢測其上入射的受調制的參考光，以生成作為電信號的參考IF信號。在檢測受調制的參考光的處理中，受調制的參考光中的RF邊帶與受調制的參考光中的LO邊帶差拍，以在等于RF邊帶與LO邊帶之間的頻率差(即等于RF信號與LO信號之間的頻率差)的頻率處生成參考IF信號。參考光學檢測器170在參考IF輸出176處輸出參考IF信號。
[0036]第二光學耦合器160將第二輸入端口 162處接收到的測試光Lt經由第二直通端口164耦合到主電光調制器130的調制器光學路徑138的第二端142。隨著其沿著調制器光學路徑138傳輸，測試光受在反向方向上沿著RF直通線路136從輸出RF連接器134傳輸到輸入RF連接器132的RF信號調制。反向方向上傳輸的RF信號是已受DUT 20反射的前向方向上傳輸的RF信號的一部分。反向方向上傳輸的RF信號調制測試光在測試光中生成RF邊帶(其實際上是光學邊帶，如上所述KRF邊帶在頻率上相對于測試光偏移達RF信號的頻率。
[0037]測試光Lt在調制器光學路徑138的第一端140處退出調制器光學路徑138，并且進入第一光學親合器150。第一光學親合器經由第一隔離端口 156將第一直通端口 154處接收到的測試光耦合到測試光學檢測器174。在測試光學檢測器174處，測試光不僅包括主電光調制器130中的反向傳輸RF信號所生成的RF邊帶，而且還包括附屬電光調制器180響應于從網絡分析器302的LO輸出314接收到的LO信號調制測試光所生成的LO邊帶(其實際上是光學邊帶)。在DDEOP 100中，LO邊帶由激光光源200內的附屬電光調制器180生成，并且構成輸入到DDEOP 100的受調制的測試光的部分。在DDEOP 102中，調制測試光的測試調制器元件186生成LO邊帶。在DDEOP 100、102中，LO邊帶在頻率上相對于測試光偏移達附屬電光調制器接收到的LO信號的頻率或達LO信號的諧波。
[0038]在DDEOP100、102中，測試光學檢測器174檢測其上入射的受調制的測試光，以生成作為電信號的測試IF信號。在檢測受調制的測試光的處理中，測試光中的RF邊帶與測試光中的LO邊帶差拍，以在等于RF邊帶與LO邊帶之間的頻率差(即等于RF信號與LO信號之間的頻率差)的頻率處生成測試IF信號。測試光學檢測器174在測試IF輸出178處輸出測試IF信號。
[0039]網絡分析器302分別在其參考IF輸入318和其測試IF輸入316處接收DDEOP304所輸出的參考IF信號和測試IF信號。網絡分析器302使得參考IF信號和測試IF信號經受復數(實部和虛部)模數轉換，以生成分別表示參考IF信號和測試IF信號的幅度和相位的相應數字值。根據這些數字值，網絡分析器302可以計算DUT 20的各個單端口性質(例如但不限于回波損耗/增益以及反射相位)。網絡分析器302的典型示例附加地在顯示器(未示出)上顯示DUT 20的這些計算出的性質的頻率依賴性。
[0040]圖8是示出用于使用上述DDEOP100、102的多個實例執行多端口網絡分析的在此所公開的網絡分析系統350的示例的框圖。在所示示例中，多端口網絡分析是使用兩個DDEOP的雙端口網絡分析。網絡分析系統350包括:網絡分析器302;DDE0P 354、356;以及外部激光光源358，其是激光光源200的實現方式。注意DDEOP 356相對于DDEOP 354的鏡像定向。
[0041]如上所述，網絡分析器302是多信道網絡分析器。為了簡化附圖，僅示出多信道網絡分析器302的兩個信道。在所示示例中，DDEOP 354、356均使用激光光源200處于DDEOP外部的以上參照圖3B所描述的DDEOP 100的相應實例得以實現。在下述差異的情況下，以下描述同樣可應用于DDEOP 354、356均使用具有內部激光光源200的DDEOP 100(圖3A)的相應實例或具有內部和外部激光光源210的DDEOP 102(圖4A、圖4B)的相應實例得以實現的網絡分析系統350的示例。使用與DDEOP 100、102的對應輸入和輸出相同的標號指示DDEOP 354、356的輸入和輸出。
[0042]除了2N路波束劃分器280替換2路波束劃分器240之外，激光光源358在結構方面與以上參照圖5所描述的激光光源202相似。N是激光光源358生成光的DDEOP的數量。在所示示例中，N = 2，并且激光光源358具有均連接到4路波束劃分器280的相應輸出的參考光輸出220、222和測試光輸出224、226。相應光纖112、116將參考光輸出220和測試光輸出224連接到DDEOP 354的第一輸入端口 152和第二輸入端口 162。相應光纖112、116將參考光輸出222和測試光輸出226連接到DDEOP 356的第一輸入端口 152和第二輸入端口 162。
[0043]網絡分析器302包括上述RF源、本地振蕩器、IF接收機。RF源的輸出可在信道IRF輸出312與信道2RF輸出362之間切換。RF源并未連接到的RF輸出通過具有網絡分析器302的特征阻抗的端接受端接。網絡分析器302的本地振蕩器連接到LO輸出314。信道I測試IF輸入316連接到信道I測試IF接收機，信道I參考IF輸入318連接到信道I參考IF接收機。信道2測試IF輸入366連接到信道2測試IF接收機，信道2參考IF輸入368連接到信道2參考IF接收機。由于RF源、本地振蕩器、IF接收機是網絡分析器的普通組件，因此圖8中未示出網絡分析器302內的RF源、本地振蕩器、IF接收機。
[0044]RF連接320將網絡分析器302的信道IRF輸出312連接到DDEOP 354的輸入RF連接器132，RF連接322將DDEOP的輸出RF連接器134連接到待測試設備(DUT)20的第一端口 22。因此，DUT 20的第一端口經由DDEOP 354的主電光調制器130的RF直通線路136連接到網絡分析器302的信道IRF輸出312。在所示示例中，RF連接324將網絡分析器302的LO輸出314連接到位于生成用于DDEOP 354、356二者的受調制的光的外部激光光源358中的附屬電光調制器180的LO輸入182。在使用具有相應內部激光光源200(圖3A)的DDEOP 100或使用具有相應內部或外部激光光源210(圖4A、圖4B)或具有公共外部激光光源210的DDEOP 102實現DDEOP354、356的另一示例中，RF連接324將LO輸出314連接到DDEOP的LO輸入182IF連接326將DDEOP 354的測試IF輸出178連接到網絡分析器的信道I測試IF輸入316AF連接328將DDEOP354的參考IF輸出176連接到網絡分析器的信道I參考IF輸入318。
[0045]RF連接370將網絡分析器302的信道2RF輸出362連接到DDEOP 356的輸入RF連接器132，RF連接372將DDEOP 356的輸出RF連接器134連接到DUT 20的第二端口24。因此，DUT 20的第二端口 24經由DDEOP 356的主電光調制器130的RF直通線路136連接到網絡分析器302的信道2RF輸出362AF連接376將DDEOP 356的測試IF輸出178連接到網絡分析器的信道2測試IF輸入366AF連接378將DDEOP 356的參考IF輸出176連接到網絡分析器的信道2參考IF輸入368。
[0046]網絡分析系統350中的DDEOP 354、356的操作與網絡分析系統300中的DDEOP 304的操作相似，并且將不單獨描述。網絡分析器302分別在其信道I參考IF輸入318和其信道I測試IF輸入316處接收DDEOP 354所輸出的參考IF信號和測試IF信號。網絡分析器302使得從DDEOP 354接收到的信道I參考IF信號和測試IF信號經受復數(實部和虛部)模數轉換，以生成分別表示信道I參考IF信號和測試IF信號的幅度和相位的相應數字值。網絡分析器302分別在其信道2參考IF輸入368和其信道I測試IF輸入366處附加地接收DDEOP 356所輸出的參考IF信號和測試IF信號。網絡分析器302使得從DDEOP 356接收到的信道2參考IF信號和測試IF信號經受復數(實部和虛部)模數轉換，以生成分別表示信道2參考IF信號和測試IF信號的幅度和相位的相應數字值。根據這些數字值，網絡分析器302可以計算DUT 20的各種性質(例如但不限于回波損耗/增益、插入損耗/增益、反射相位、傳輸相位)。網絡分析器302的典型示例附加地在顯示器(未示出)上顯示DUT 20的這些計算出的性質的頻率依賴性。
[0047]在網絡分析系統350確定DUT20的S參數的示例中，網絡分析器302將RF信號從信道I RF輸出312輸出到DUT 20的第一端口 22。網絡分析器的信道2RF輸出362受端接。網絡分析器302通過將表示信道I測試IF信號的數字值除以表示信道I參考IF信號的數字值計算DUT 20的Sll，并且通過將表示信道2測試IF信號的數字值除以表示信道I參考IF信號的數字值計算DUT 20的S21。網絡分析器302接下來將RF信號從信道2RF輸出362輸出到DUT 20的第二端口 24。信道IRF輸出312受端接。網絡分析器302通過將表示信道2測試IF信號的數字值除以表示信道2參考IF信號的數字值計算DUT 20的S22，并且通過將表示信道I測試IF信號的數字值除以表示信道2參考IF信號的數字值計算DUT 20的S12。
[0048]現將參照圖1-圖6更詳細地描述雙向電光探測器(DDEOP) 100、102。在主電光調制器130中，調制器光學路徑138在分布式行波意義上以電光方式耦合到在輸入RF連接器132與輸出RF連接器134之間延伸的RF直通線路136。主電光調制器130的縱向幾何形狀不同于光學信號在與RF信號正交的方向上傳輸的傳統高速電光探測器的幾何形狀。傳統布置在RF信號與光學信號之間產生微小交互區帶。取決于探測器的最大操作頻率，交互區帶的典型尺寸范圍從幾微米到大約200μπι。微小交互區帶無需速度匹配，但也是對于很多應用具有不足的靈敏度的傳統電光探測器的主要原因。此外，因為使用高介電常數材料(例如鈦酸鋰(LiTaO3)或碲化鋅(ZnTe))，這些探測器中的普通材料降低正受探測的電傳輸線路的局部阻抗和速度，所以橫向電光探測器比通常所設想的更有侵入性。最后，傳統橫向定向的電光探測器幾何形狀固有地是無方向的。
[0049]為了獲得同向傳輸幾何形狀的靈敏度優點，主電光調制器130的RF直通線路136和調制器光學路徑138受速度匹配，從而沿著RF直通線路傳輸的RF信號以及在相同方向上沿著調制器光學路徑傳輸的光具有在所定義的百分比內匹配的傳輸速度。在示例中，該百分比是3 %，在更好的示例中，該百分比是I %，在2014年現有技術示例中，該百分比是0.5%。速度匹配組件可通過商業方式得自很多制造商，并且可以用作主電光調制器130的部分。速度匹配提供以厘米而非小于幾百微米為單位測量的交互長度。較好的速度匹配增加交互長度。增加的交互長度提供靈敏度的顯著增加。反之，歸因于各信號之間的大的速度失配，當RF和光學信號反向傳輸時，靈敏度減少。速度(與速率區分)是矢量，并且因此其方向有意義。因此，DDEOP 100、102具有顯著有向性質。方向依賴的靈敏度表征為方向性。高方向性是DDEOP 100、102的有益特征之一。
[0050]在DDEOP 100、102中，參考光Lr從第一輸入端口 152通過第一光學耦合器150和第一直通端口 154傳輸到主電光調制器130的調制器光學路徑138的第一端140，并且進一步通過調制器光學路徑傳輸到第二端142。在調制器光學路徑138中，參考光Lr與在前向方向上沿著RF直通線路136從輸入RF連接器132傳輸到輸出RF連接器134的前向RF信號同向傳輸，并且受其調制。此外，參考光與在反向方向上沿著RF直通線路136從輸出RF連接器134傳輸到輸入RF連接器132的反向RF信號反向傳輸，并且最小程度地受其調制(如果有)。因此，調制器光學路徑138的第二端142處的參考光輸出的調制原則上表示沿著RF直通線路136的前向RF信號傳輸。
[0051]此外，測試光Lt從第二輸入端口 162通過第二光學耦合器160和第二直通端口 164傳輸到調制器光學路徑138的第二端142，并且進一步通過調制器光學路徑傳輸到第一端140。在調制器光學路徑138中，測試光Lt與在反向方向上沿著RF直通線路136從輸出RF連接器134朝向輸入RF連接器132傳輸的反向電信號同向傳輸，并且受其調制。此外，測試光與在前向方向上沿著RF直通線路136從輸入RF連接器13 2傳輸到輸出RF連接器134的前向電信號反向傳輸，并且最小程度地受其調制(如果有)。因此，調制器光學路徑138的第一端140處的測試光輸出上的調制原則上表示沿著RF直通線路136的反向RF信號傳輸。
[0052]無源有向耦合器可以看作具有輸入端口、直通端口、耦合端口、隔離端口。該有向耦合器將輸入端口處接收到的輸入信號的所定義的小部分功率耦合到耦合端口。耦合端口通過對稱性/互易性耦合到隔離端口。有向耦合器的方向性(D)定義為耦合端口處接收到的信號的功率對于隔離端口處接收到的信號的功率的典型地以分貝(dB)為單位表示的比率。其假設:
輸入信號是在輸入端口處接收到的，
直通端口通過理想端接(無反射)得以端接，以及相同接收機連接到耦合端口和隔離端口。
[0053]較大的方向性比較小的方向性更好。對于超寬帶有向耦合器，貫穿所指定的帶寬大于20dB的方向性看作是非常良好的。典型有向耦合器鮮有在所指定的帶寬上超過15dB的方向性。網絡分析中的低方向性使得更難以測量端接的質量。因為使用高質量端接標準的校準在甚低頻率處是非常可靠的，所以在此將稱為甚低頻率(例如小于大約IGHz的頻率)的頻率處的低方向性是可容忍的。然而，為了提供可接受的結果，因為關于單獨校準在信號路徑中存在很多未知的頻率依賴的(有損的、色散的等)無源結構，所以低方向性在高頻率處是不可接受的。
[OO54 ]圖9是示出主電光調制器13 O的示例的所計算的有效方向性針對RF頻率的示例的曲線圖。在以下意義上使用詞語有效。在主電光調制器130中，沿著RF直通線路136傳輸的RF信號將RF邊帶(其如上所述是光學邊帶)施加在相同方向上沿著調制器光學路徑138傳輸的參考光Lr或測試光Lt上。如果假設光學耦合器150、160實質上相同，并且光學檢測器170、174實質上相同，那么在LO邊帶(其如上所述也是光學邊帶)在光學檢測器中與RF邊帶差拍的光混頻處理之后，光學檢測器170、174所輸出的相應電IF信號的各功率之間的比率與相應IF信號表示下轉換后的拷貝的前向和反向RF信號的各功率之間的比率相同。光學檢測器170、174所輸出的IF信號分別稱為參考IF信號和測試IF信號。這些術語是應用于傳統網絡分析器探測器中的對應信號的術語。LO邊帶是附屬電光調制器180分別施加在傳輸到參考光學檢測器170的參考光和傳輸到測試光學檢測器174的測試光上的光學邊帶，RF邊帶是沿著主電光調制器130的RF直通線路136傳輸的RF信號施加在沿著調制器光學路徑138傳輸的參考光和測試光上的光學邊帶。有效方向性于是僅為光學檢測器174所輸出的測試IF信號的功率對于光學檢測器170所輸出的參考IF信號的功率的比率。其假設:
RF信號輸入是RF直通線路136的輸入RF連接器13 2處的輸入，
RF直通線路136的輸出RF連接器134通過理想端接(無反射)得以端接，以及光學耦合器150、160實質上是相同的，并且光學檢測器170、174實質上是相同的(如上所述)。
[0055]歸因于DDEOP 100、1 2的對稱性，也可以通過憑借理想端接所端接的輸出RF連接器134和輸入RF連接器132處的RF輸入信號定義有效方向性。在此情況下，光學檢測器170是測試光學檢測器，并且輸出測試IF信號，光學檢測器174是參考光學信號，并且輸出參考IF信號。
[0056]關于以上圖9的描述中所假設的參數，主電光調制器130中的光學和RF信號的速度僅由光學信號的光學群速度和RF信號的電相位速度表示。在所示示例中，光學群速度和電相位速度失配達大約2%，其表示在標稱上速度匹配的主電光調制器130的實現方式的殘差速度失配。在以下描述中，假設RF直通線路136包括信號線路(未示出)和大地導體(未示出)，并且具有50 Ω的阻抗。假設RF直通線路136的插入損耗受趨膚效應導體損耗主導。為了對趨膚效應進行建模，假設5μπι的RF直通線路136的有效凈導體寬度Weff。有效凈導體寬度Wrff由下式給出:
Weff = Ws ’ effffg, eff/( Ws ’ eff+ffg,eff )，
其中:
Ws,eff是RF直通線路136的信號線路的有效凈導體寬度，以及 Wg,是RF直通線路的大地導體的有效寬度。
較小的Weff值產生較高的趨膚效應損耗。在示例中，RF直通線路136的材料是在室溫時的銅(Cu)，RF直通線路136的長度是50mm。
[0057]閾值頻率可以分配給具有圖9所示的方向性特征的主電光調制器130的實施例。閾值頻率是有效方向性落入閾值方向性之下的頻率。閾值方向性取決于應用。在示例中，閾值方向性是20dB。在圖9所示的示例中，方向性在小于大約5GHz的頻率處落入20dB閾值方向性之下。在大于閾值頻率的頻率處，方向性隨著增加頻率繼續增加。這與方向性隨著增加頻率降低的傳統全電有向親合器相反。與傳統有向親合器相似，主電光調制器130的方向性在甚低頻率處落入單位I(OdB)，但如上所述，關于在甚低頻率處缺少方向性，存在很多已知的變通法。在甚低頻率處缺少方向性的原因在于，主電光調制器130的長度與這些頻率處的波長相比很短，從而沿著RF直通線路136的長度在前向行進與反向行進電波之間沒有區別。換言之，沿著RF直通線路的長度的電壓分布在甚低頻率處實質上是均勻的。隨著頻率上升，前向與反向方向之間的速度區別轉譯為電光交互重疊積分區別，因此圖9所示的高頻率處的優異方向性。關于缺少方向性的可靠變通法存在的各甚低頻率之間的頻率以及上述閾值頻率將在此簡稱為低頻率。以下將參照圖11和圖12描述克服低頻率處的不良方向性的主電光調制器130的實施例。
[0058]再次參照圖1和圖2，在一些實施例中，使用商用Mach-Zehnder強度調制器的芯片實現主電光調制器130。在幾乎所有商用封裝的電光調制器中，制造商指定輸入光纖(通常偏振保持)、輸出光纖(通常非偏振保持)、RF輸入連接。一些型號具有RF輸出連接，而其它具有內部50 Ω負載。在主電光調制器130中，形成RF直通線路136和調制器光學路徑138的芯片受封裝，從而輸入與輸出之間不存在區別。反之，主電光調制器130具有調制器光學路徑138的每個端140、142處所連接的相應偏振保持(PM)光纖、RF直通線路136的每個端處的相應RF連接器132、134。
[0059]使用具有較高電光系數和較低介電常數的材料在主電光調制器130中是有利的。使用具有較高電光系數的材料使得在甚低頻率處提供所指定的靈敏度所需的RF直通線路136和調制器光學路徑138的長度能夠減少。減少RF直通線路136的長度減少甚高頻率處的RF直通線路中的電損耗。使用具有較低介電常數的材料減少RF直通線路136中的色散，這樣增加獲得速度匹配帶寬。使用較低介電常數的材料還允許RF直通線路136具有用于給定特征阻抗的增加的有效凈導體寬度Weff。增加的有效凈導體寬度減少RF直通線路中的電損耗，這樣減少主電光調制器130的歸一化耦合特征的頻率依賴性。接下來將參照圖10描述主電光調制器的歸一化耦合特征的頻率依賴性。
[0060]圖10是示出主電光調制器130的示例的RF直通線路136與調制器光學路徑138之間的歸一化有效耦合的頻率依賴性的曲線圖。在該示例中，光學群速度= c/2.25(其中，c是光在真空中的速度)，電相位速度= c/2.25，RF直通線路136的有效凈導體寬度Weff=10ym。耦合得以歸一化為在甚低頻率處耦合，即，所示的歸一化耦合是所指示頻率處的IF信號的功率與當RF頻率十分低(例如大約IGHz)時的IF信號的功率之間的比率。因為原則上不從RF直通線路136提取電功率，所以耦合稍微名不副實，在傳統電有向耦合器中的的情況將亦如是。此外，術語耦合在此用于僅指定表示RF直通線路136中的前向和反向RF信號的相應IF信號的功率。因為RF直通線路136導致的RF信號的衰減在甚低頻率處與RF信號在遠更高頻率處的衰減相比是可忽略的，所以耦合在甚低頻率處是最強的。隨著RF信號的頻率增加到吉赫茲范圍中，與其有限傳導性和非零長度結合的RF直通線路136的窄有效導體寬度歸因于趨膚效應產生RF信號的顯著衰減。因此，主電光調制器130的有效電光交互長度降低到電光交互發生的實際物理長度之下。
[0061 ] 可以通過將均衡應用于激光光源200、210以隨著沿著RF直通線路136傳輸的RF信號的頻率增加增加激光光源200、210所生成的系統光Ls的功率容易地補償有效耦合隨著增加頻率的減少。圖1O所示的示例展現與在甚低頻率處的輸出相比的在200GHz處的耦合的近似15dB減少。可以通過當RF信號的頻率處以大約200GHz時增加系統光Ls的功率達近似7.5dB補償耦合的這種減少。通常，可以通過增加系統光的功率達X/2dB補償耦合的X dB減少。2的因子產生，因為系統光Ls的功率的X/2dB增加增加參考光Lr和測試光Lt中的LO邊帶和RF邊帶二者的功率達X/2dB。只要光學檢測器170、174不飽和，參考IF信號和測試IF信號的功率就與RF邊帶的功率和LO邊帶的功率的乘積成正比。因此，系統光Ls的功率的X/2dB的增加將IF信號的功率增加達X dB。
[0062]在應用上述強度均衡的實施例中，圖7和圖8所示的網絡分析器302的示例附加地包括網絡分析器輸出模擬信號或表示網絡分析器的RF源(未示出)所生成的RF信號的頻率的數字值的RF頻率輸出端口 340。此外，每個激光光源200、358包括強度控制輸入232。強度控制輸入處接收到的模擬控制信號或數字值控制公共激光器230(圖5和圖6)或參考激光器520和測試激光器522(下述圖13-圖15)所生成的系統光Ls的強度。RF頻率輸出端口 340經由均衡器模塊342鏈接到強度控制輸入232，均衡器模塊342將模擬信號或表示RF信號的頻率的數字值轉換為使得激光光源200、358生成具有對應于RF信號的頻率的強度的系統光的模擬信號或數字值。均衡器模塊342包括均衡、查找表或以某另外合適的方式表示的(二分之一的因子所比例化的)圖10的相反的特征。在另一示例中，均衡器模塊342構成激光光源200的部分。
[0063]2013年可用的最快的電光調制器具有大約10GHz的3dB帶寬，但剛所描述的均衡系統光的功率可以用于當該電光調制器用作主電光調制器130時將該調制器的頻率范圍擴展到200或甚至300GHz。
[0064]參考光學檢測器170和測試光學檢測器174均使用標準(在光通信產業中)光學和光電接收機硬件得以實現。每個光學檢測器的最簡單的實現方式是低速光電二極管(PD)。因為光學檢測器僅需要響應高達IF信號的頻率，所以低速光電二極管可以用于實現光學檢測器。在網絡分析中，典型IF頻率處以范圍1-1OMHz中，并且鮮超過100MHz。在一些實現方式中，可以通過用相應光學低噪聲放大器(0-LNA，未示出)超前每個光電二極管獲得較高的信噪比(SNR)。與光電二極管串聯的O-LNA將看作構成本公開中的光學檢測器。
[0065]期望光學檢測器170、174生成的IF信號的低頻率使得用作光學檢測器的光電二極管能夠承受以上的均衡的描述中所預期的系統光Ls的功率的增加。由于光電二極管僅需要在IF信號的頻率(典型地1MHz)處響應，因此在面積上遠大于用于100GHz(或甚至50GHz)處的檢測的高速光電二極管的光電二極管可以用于實現光學檢測器170、174。這些光電二極管的增加的臺面面積和體積轉譯為遠更不嚴格聚焦的光束以及極大地減少的關于給定的入射光功率的功率密度。功率耗散密度的減少應用于歸因于施加到光電二極管的光電流和DC電壓偏置的乘積導致的光電二極管的光學加熱和DC加熱二者。在一些實施例中，IF信號的低頻率允許光電二極管操作得無偏置。
[0066]由于主電光調制器130的典型實現方式是偏振敏感的，因此DDEOP100、102的光學組件和互連光學組件的光纖典型地是偏振保持的。此外，在主電光調制器130是偏振敏感的DDEOP 100、102的實施例中，將外部激光光源200、210(圖3B、圖4B)耦合到DDE0P的光纖112、116也是偏振保持的。替代地，DDEOP 100、102的光學組件和互連它們的光纖使用非偏振保持組件得以實現，但參考偏振控制器(未示出)插入在調制器光學路徑138的第一光學耦合器I50與第一端140之間，并且測試偏振控制器(未示出)插入在調制器光學路徑的第二光學耦合器160與第二端142之間。在主電光調制器130不是偏振敏感的實施例中，DDEOP 100、102的光學組件以及互連它們的光纖無需是偏振保持的。
[0067]在圖1和圖2所示的DDEOP 100、102的示例中，第一光學耦合器150和第二光學耦合器160使用相應三端口光學循環器得以實現。在另一示例中，相應2x2光學耦合器(未示出)用作光學親合器150、160。在第一光學親合器150使用2x2光學親合器得以實現的不例中，2x2光學親合器具有輸入端口、直通端口、隔離端口，其分別提供第一光學親合器150的第一輸入端口 152、第一直通端口 154、第一隔離端口 156。第二光學親合器160的2x2光學親合器實現方式具有對應連接。2x2光學耦合器附加地具有2x2光學耦合器的輸入端口處接收到的參考光或測試光的功率的一半損耗的未使用的親合端口，但激光光源200、210的功率可以增加達4的因子，以補償該損耗。2x2光學耦合器的耦合端口可以光耦合到在其末梢端處端接的光纖I米或更長，以防止損耗的光功率加熱DDEOP。
[0068]位于激光光源200中的附屬電光調制器180調制DDEOP 100接收到的參考光Lr和測試光LT，而無論激光光源200是在DDEOP內部還是外部。附屬電光調制器180使用電光幅度調制器得以實現。附屬電光調制器180處于DDEOP 102內部，并且每個調制器元件184、186使用相應電光幅度調制器得以實現。幅度調制器受LO輸入182處接收到的LO信號電驅動。LO信號進行的調制在相對于公共激光器230所生成的系統光的頻率偏移達LO信號的頻率的整數倍的頻率處生成LO邊帶。
[0069]在一些實施例中，附屬電光調制器180在結構方面與主電光調制器130相似。在其它實施例中，附屬電光調制器180在結構方面與主電光調制器130不同，并且可以甚至具有遠更低的帶寬。因為附屬電光調制器180可以通過比在LO信號的頻率處進行調制所需的更大的LO信號功率受驅動，所以其可能具有更低的帶寬。增加LO信號功率以較低階LO邊帶的功率的減少為代價增加較高階LO邊帶的功率。在LO邊帶與光學檢測器170、174中的主電光調制器130所生成的RF邊帶進行光混頻之前，過度驅動附屬電光調制器實質上倍增本地振蕩器的頻率。
[0070]雙向電光探測器100、102實質上減少或甚至消除上述混頻器反彈的現象。在示例(例如圖8所示的示例)中，對于每個端口頭使用DDEOP 100或DDEOP 102的實例構造多端口網絡分析系統。該網絡分析系統可以用于表征DUT，這對于在所有頻率處進行表征是有挑戰的，因為其作為頻率的函數的大透射率范圍。對于進行表征是有挑戰的DUT的示例是高質量帶通濾波器。在DDEOP 100、102中，由于混頻產生在光學檢測器170、174中，因此與端口 J關聯的“混頻器”(例如構成與端口 J關聯的端口頭的DDEOP的光學檢測器170、174)與關聯于端口 K的任何“混頻器”(例如構成與端口 K關聯的端口頭的DDEOP的光學檢測器170、174)光隔離。對于相應DDEOP的光學檢測器所生成的混頻器鏡像產物不存在穿過DUT的路徑。示例性帶通濾波器的止帶特征由DDEOP連接到的網絡分析器如實地報告，沒有傳統網絡分析器中看見的部分傳輸重影假象。
[0071]在DDEOP 100或DDEOP 102的多個實例用作相應端口頭的例如剛描述的應用中，可以使得包括外部激光光源200的附屬電光調制器180的外部激光光源200、210對于所有DDEOP是共用的，如以上參照圖8所描述的那樣。在這些應用中，2路波束劃分器240由2N路波束劃分器280替換，其中，N是從激光光源接收光的DDEOP的數量，并且公共激光器230所生成的系統光的功率增加達N的因子。在示例中，2N路劃分器是相等的2N路劃分器。在另一示例中，2N路劃分器將相等的光功率輸出到參考光輸出中的每一個，并且將相等的光功率輸出到測試光輸出中的每一個，但比參考光輸出將更大的光功率輸出到測試光輸出。
[0072]DDEOP 100、102缺少昂貴的和/或功率饑渴的組件(例如超高速(超寬帶)RF混頻器(提供混頻的光學檢測器170、174)、超寬帶RF有向耦合器或RF耦合器(主電光調制器130提供有向耦合器)、電或光學平衡-不平衡轉換器(因為混頻產生在光學檢測器中))。本地振蕩器信號僅駐留在參考光和測試光上作為光學邊帶。因為多個探測器的各混頻器之間的光學隔離，所以DDEOP 100、102不經受混頻器反彈。此外，由于耗散顯著功率的幾乎所有組件(例如激光光源)可以定位得遠距DDEOP并且可以通過光纖連接進入并且出自DDEOP，因此DDEOP100、102具有典型地小于具有外部激光光源200、210的DDEOP中的50mW的十分低的功率耗散。僅必須駐留在DDEOP自身中的組件是主電光調制器130。
[0073]如上所述，處理甚低頻率(例如小于大約IGHz)處的主電光調制器130的減少的方向性的一種方式是使用精確的低頻率阻抗端接作為嚴格的校準標準。接下來將描述在大于甚低頻率并且小于方向性小于閾值方向性所小于的閾值頻率的低頻率處提供改進的方向性的方式。圖11是示出可以在DDEOP 100、102的實施例中用于在低頻率處提供方向性的主電光調制器的另一示例400的示意圖。對應于主電光調制器130的元件的主電光調制器400的元件是使用相同標號描述的，并且將不再次詳細描述。主電光調制器400包括RF直通線路136、調制器光學路徑138、電耦合線路406、端接電阻器408、電容器414、電低頻率混頻器420 ο低頻率混頻器420包括RF輸入端口 422、LO輸入端口 424、低頻率IF輸出端口 426。
[0074]在主電光調制器400中，調制器光學路徑138沿著RF直通線路136定位，如上所述。電耦合線路406電耦合到RF直通線路136，但與調制器光學路徑138電光隔離。在所示示例中，電耦合線路406沿著RF直通線路136定位，與調制器光學路徑138相對，并且縱向地實質上與調制器光學路徑138同延。在另一示例(未示出)中，RF直通線路136縱向延伸，電耦合線路406在來自調制器光學路徑138的電直通線路的相對側沿著延伸的RF直通線路136定位，并且縱向距調制器光學路徑偏離，從而電耦合線路和調制器光學路徑部分地縱向同延或不縱向同延。耦合端口 410和隔離端口 412位于電耦合線路406的相對端。隔離端口 412在參考光Lr傳輸通過調制器光學路徑138的方向上距耦合端口 410偏離。隔離端口 412由端接電阻器408端接。耦合端口 410電連接到低頻率混頻器420的RF輸入端口 422。低頻率混頻器420的LO輸入端口 424連接為接收低頻率本地振蕩器(LFLO)信號。低頻率混頻器420的低頻率IF輸出端口 426經由低頻率IF(LFIF)輸出416將低頻率參考IF信號輸出到網絡分析器302(圖7和圖8)的另一 IF輸入(未示出)。電容器414連接在RF輸入端口 422與大地之間。
[0075]在示例中，頻率獨立劃分器(未示出)在LFLO輸入428與LO輸入182(圖1-圖4)之間劃分網絡分析器302(圖7和圖8)的LO輸出314處輸出的LO信號。在另一示例中，頻率依賴性劃分器(未示出)在LFLO輸入428與LO輸入182之間劃分LO輸出314處輸出的LO信號，從而在高頻率處，LO信號的所有功率去往LO輸入182，并且在低頻率處，LO信號的功率得以在LFLO輸入428與LO輸入182之間切分。
[0076]RF直通線路136和電耦合線路406形成有向電耦合器，其將在前向方向上沿著RF直通線路傳輸的RF信號的一部分耦合到低頻率混頻器420的RF輸入端口 422。低頻率混頻器420將電耦合線路406的耦合端口 410處所輸出的耦合的RF信號與LFLO信號混頻，以生成在低頻率IF輸出端口 426處輸出到網絡分析器302的未使用的IF輸入(未示出)的低頻率IF參考?目號。
[0077]附加地參照圖1和圖2，在低頻率處，光學檢測器170、174分別輸出的參考IF信號和測試IF信號都是真實參考RF信號和真實測試RF信號的下轉換后的拷貝的疊加。通過在短路中端接的RF直通線路136，參考IF信號和測試IF信號實質上彼此抵消，導致光學檢測器170、174分別輸出具有十分小幅度的參考IF信號和測試IF信號。通過在開路中端接的RF直通線路136，參考IF信號和測試IF信號彼此加強(加倍)，導致光學檢測器170、174輸出具有大幅度的相應IF信號。通過在50 Ω負載中端接的RF直通線路136，真實測試RF信號的幅度是可忽略的，但歸因于低頻率處的主電光調制器130的低方向性，光學檢測器170、174輸出具有近乎相等幅度的相應IF信號。網絡分析器302使得從LFIF輸出416接收到的低頻率參考IF信號經受復數(實部和虛部)模數轉換，以生成表示真實參考RF信號的幅度和相位的相應數字值。通過從表示測試光學檢測器174所輸出的(有誤差的)測試IF信號的DC值減去表示低頻率參考IF信號的數字值，可以計算真實測試IF信號。網絡分析器302的典型實現方式包括能夠執行所需計算的算術函數。因此，通過使用少數低頻率校準標準、LFIF輸出416處所輸出的低頻率IF參考信號以及一些簡單代數，可以提取測試信號分量。
[0078]為了確保混頻器反彈保持可忽略，至少在頻譜的興趣高頻率部分中，主電光調制器400配置為在高頻率處將低頻率混頻器420與電耦合線路406隔離。在圖8所示的示例中，通過連接在RF低頻率混頻器420的RF輸入端口 422與信號大地之間的電容器414提供這種隔離。電容器414具有足以防止高于低頻率范圍的頻率處的頻率傳輸返回到電耦合線路406上的電容。
[0079]圖12是示出可以在DDEOP100、102的實施例中用于在低頻率處提供方向性的主電光調制器的另一示例430的示意圖。對應于以上參照圖1和圖11所描述的主電光調制器130、400的元件的主電光調制器430的元件是使用相同標號指示的，并且將不再詳細描述。主電光調制器430使用與主電光調制器400不同的方法，以在高于低頻率范圍的頻率處隔離低頻率混頻器420。主電光調制器430配置為這樣的:RF直通線路136與電耦合線路406之間的耦合十分弱。為了補償弱耦合，放大器432插入在低頻率混頻器420的耦合端口 410與RF輸入端口 422之間。放大器432配置有高頻率滾降，從而其放大低頻率范圍中的信號，但不放大較高頻率。
[0080]圖11示出端接電阻器408、電容器414、低頻率混頻器420作為主電光調制器400的部分，圖12示出端接電阻器408、低頻率混頻器420、放大器432作為主電光調制器430的部分。在其它示例中，這些部分中的一個或多個在相應主電光調制器400、430的外部。
[0081 ] 再次參照圖1、圖2、圖5和圖6，在DDEOP 100、102的內部激光光源200、210中，并且在生成用于對DDEOP 100、102的輸入的光的外部激光光源200、210中，激光光源200、210的公共激光器230在單個波長處生成系統光Ls，波束劃分器240將系統光切分為在參考光輸出220處輸出的參考光Lr和在測試光輸出224處輸出的測試光Lt。因此，在激光光源200、210包括公共激光器230的DDEOP 100、102的實施例中，參考光Lr和測試光Lt具有相同波長。具有相同波長的參考光Lr和測試光Lt在具有在光學親合器150、160、主電光調制器130、互連這些光學組件的光纖或連接器處或其內的無法預見的波動的DDEOP 100、102的實現方式中可能成問題。歸因于參考光Lr與測試光LT之間的相干性，這些不想要的波動在光學檢測器170、174處貢獻相干疊加。部分反射感生的相干效應是不期望的，因為它們使得甚至小的溫度改變能夠在IF信號的幅度中以及IF信號疊加到的DC信號中產生顯著波動。因為小的溫度改變可以通過實質小部分波長在幾米的光纖中改變光學路徑長度，所以它們可能產生這種效應。由于參考光和測試光源自同一激光，從而它們自動地互相干，因此激光光源200、210生成具有相同波長的參考光Lr和測試光Lt的DDEOP 100、102的實施例往往會發生該效應。這樣使得使用十分低的回波損耗(反射)光學組件對于實現這些實施例是可取的。很多光學組件具有大于40dB的回波損耗規格，但已經發現這些組件的實際示例并不滿足該規格達至少20dB。因此，在選擇用于實現這些實施例的組件中，需要謹慎。
[0082]具有較不嚴格的回波損耗規格的組件可以用在激光光源200、210在不同波長處生成參考光Lr和測試光Lt的DDEOP 100、102的實施例中。圖13和圖14以及圖15是分別示出激光光源200的示例204、206的框圖，圖15是示出在不同波長處生成參考光Lr和測試光Lt的激光光源210的示例214的框圖。激光光源204、206用于用作需要接收受調制的光的DDEOP(例如DDEOP 100)內或其外部的激光光源200，而激光光源214用于用作可以接收未受調制的光的DDEOP (例如DDEOP 12)內或其外部的激光光源210。
[0083]首先參照圖13，在所示示例中，激光光源204具有:參考光輸出220，其用于直接地(圖3A)或通過光纖112(圖3B)對DDEOP 100的第一輸入端口 152的連接；以及測試光輸出224，其用于直接地或通過光纖116對DDEOP 100的第二輸入端口 162的連接。激光光源204包括參考激光器520、測試激光器522、光學組合器530、波長依賴性波束劃分器540。在一些實施例中，使用波長雙工器或雙色劃分器實現波長依賴性波束劃分器540。附屬電光調制器180如上所述插入在光學組合器530與波束劃分器540之間。光學組合器530包括第一輸入532、第二輸入534、輸出536。波束劃分器540包括輸入542、第一輸出546、第二輸出548。
[0084]參考激光器520的輸出連接到光學組合器530的第一輸入532，測試激光器522的輸出連接到光學組合器530的第二輸入534。附屬電光調制器180連接在光學組合器530的輸出536與波束劃分器540的輸入542之間。波束劃分器540的第一輸出546連接為將參考光Lr提供給激光光源204的參考光輸出220。波束劃分器540的第二輸出548連接為將測試光Lt提供給激光光源的測試光輸出224。
[0085]測試激光器522用于在與參考激光器520所生成的參考光的波長不同的波長處生成測試光。波長的差應對應于大于網絡分析器302(圖7和圖8)的最高興趣RF頻率的兩倍的頻率差，從而通過以RF信號和LO信號調制參考光所生成的邊帶和通過以RF信號和LO信號調制測試光所生成的邊帶在頻率上不重疊。然而，波長的差不應大得以致于波長(和/或一個或多個邊帶)之一在構成DDEOP的光學組件的性質實質上是波長獨立的波長范圍外部。參考激光器520和測試激光器522關于彼此并不互鎖，以確保互不相干。在示例中，測試激光器522按與參考激光器520所生成的參考光相同的功率生成測試光。在另一不例中，測試激光器522按比參考激光器520所生成的參考光更大的功率生成測試光。在又一示例中，測試激光器522按與參考激光器520所生成的參考光相同的功率生成測試光，并且光學放大器(未不出)插入在波束劃分器540的第二輸出548與測試光輸出224之間，以增加測試光LT的功率。
[0086]光學組合器530組合參考激光器520所生成的參考光和測試激光器522所生成的測試光，以形成系統光LS。附屬電光調制器180響應于在LO輸入182處接收到的LO信號調制系統光Ls。波長依賴性波束劃分器540將受調制的系統光Ls切分為用于經由參考光輸出220輸出到DDEOP 100的第一輸入端口 152的受調制的參考光Lr以及用于經由測試光輸出224輸出到DDEOP 100第二輸入端口 162的受調制的測試光Lt。
[0087]從波長依賴性波束劃分器540的第一輸出546輸出到參考光輸出220的參考光主要源自參考激光器520，從波長依賴性波束劃分器540的第二輸出548輸出到測試光輸出224的測試光主要源自測試激光器522。在附屬電光調制器180進行調制之前組合參考激光器520所生成的參考光Lr和測試激光器522所生成的測試光Lt確保激光光源204所輸出的參考光和測試光相同地受調制。此外，使用單個附屬電光調制器減少本地振蕩器信號所需的功率，并且在成本方面較低。
[0088]由于波長依賴性波束劃分器540接收到的系統光Ls受附屬電光調制器180調制，因此波束劃分器540的每個輸出信道應具有大于最興趣高RF頻率的兩倍的帶寬。因為附屬電光調制器180使得系統光經受雙邊帶調制:上邊帶和下邊帶相等地貢獻于參考IF信號和測試IF信號，所以參考激光器520與測試激光器522之間的上述頻率差以及波束劃分器540的輸出信道的帶寬均為最高興趣RF頻率的兩倍。
[0089]在示例中，在光通信中一般使用波長依賴性上下路復用器。可以使用操作在上路模式下的上下路復用器實現光學組合器530，可以使用操作在下路模式下的上下路復用器實現波長依賴性波束劃分器540。參考激光器520和測試激光器522典型地是與以上參照圖5所描述的公共激光器230相似的DFB激光器。
[0090]適合于生成用于DDEOP100的多個實例的光的激光光源204的實施例具有N個參考光輸出和N個測試光輸出，其中，N是激光光源204可以將光提供給的DDEOP的最大數量。N路波束劃分器(未示出)插入在波長依賴性波束劃分器540的第一輸出546與N個參考光輸出之間，N路波束劃分器(未不出)插入在波長依賴性波束劃分器540的第二輸出548與N個測試光輸出之間。此外，參考激光器520和測試激光器522均在功率方面增加達N的因子。附加地或替代地，相應光學放大器(未不出)加入在波長依賴性波束劃分器540的輸出546、548與相應N路波束劃分器之間，或光學放大器(未不出)加入在波長依賴性波束劃分器540的第二輸出548與劃分測試光的N路波束劃分器之間。
[0091]在激光光源200的另一雙激光器示例中，省略光學組合器530和波束劃分器540，并且參考激光器520所生成的參考光和測試激光器522所生成的測試光響應于公共本地振蕩器信號受相應調制器元件調制。圖14示出激光光源206的示例。在所示示例中，激光光源206具有:參考光輸出220，其用于直接地(圖3A)或通過光纖112(圖3B)對DDEOP 100的第一輸入端口 152的連接；以及測試光輸出224，其用于直接地或通過光纖116對DDEOP 100的第二輸入端口 162的連接。
[0092]激光光源206包括參考激光器520、測試激光器522、附屬電光調制器180。參考激光器520所生成的參考光和測試激光器522所生成的測試光聯合地貢獻受附屬電光調制器180調制的系統光Ls。附屬電光調制器180包括參考調制器元件572、測試調制器元件574。參考調制器元件572插入在參考激光器520與參考光輸出220之間。測試調制器元件574插入在測試激光器522與測試光輸出224之間。每個調制器元件572、574從LO輸入182接收LO信號。
[0093]在激光光源206中，參考光輸出220處所輸出的參考光Lr獨占地源自參考激光器520，測試光輸出224處所輸出的測試光Lt獨占地源自測試激光器522，并且在波長方面與參考光不同，而且可以在功率方面與參考光不同。該方法消除參考光輸出220處所輸出的參考光中的測試光的殘留部分，并且消除測試光輸出224處所輸出的測試光中的參考光的殘留部分。可以通過在使用網絡分析器進行測量之前按慣例執行的校準過程補償調制器元件572、574各調制特征之間的任何失配。
[0094]適合于生成用于DDEOP100的多個實例的受調制的光的激光光源206的實施例具有N個參考光輸出(未示出)以及N個測試光輸出(未示出)，其中，N是激光光源206可以將光提供給的DDEOP的最大數量。N路波束劃分器(未示出)插入在參考調制器元件572與參考光輸出之間，N路波束劃分器(未示出)插入在測試調制器元件574與測試光輸出之間。參考激光器520和測試激光器522均在功率方面增加達N的因子。附加地或替代地，相應光學放大器(未示出)加入在每個調制器元件572、574的輸出與相應N路波束劃分器之間，或光學放大器(未示出)加入在測試調制器元件574的輸出與劃分測試光的N路波束劃分器之間。
[0095]圖15示出激光光源214的示例。在所示示例中，激光光源214具有:參考光輸出220，其用于直接地(圖4A)或通過光纖112 (圖4B)對DDEOP 102的第一輸入端口 152的連接；以及測試光輸出224，其用于直接地或通過光纖116對DDEOP 102的第二輸入端口 162的連接。
[0096]激光光源214包括參考激光器520、測試激光器522。參考激光器520所生成的參考光Lr和測試激光器522所生成的測試光Lt聯合地貢獻系統光LS。參考激光器520的輸出光親合到參考光輸出220，測試激光器522的輸出光親合到測試光輸出224。在激光光源214中，參考光輸出220處所輸出的參考光Lr獨占地源自參考激光器520，測試光輸出224處所輸出的測試光Lt獨占地源自測試激光器522，并且在波長方面與參考光不同，而且可以在功率方面與參考光不同。
[0097]適合于生成用于DDEOP102的多個實例的未受調制的光的激光光源214的實施例具有N個參考光輸出(未示出)以及N個測試光輸出(未示出)，其中，N是激光光源214可以將光提供給的DDEOP的最大數量。N路波束劃分器(未不出)插入在參考激光器520與參考光輸出之間，N路波束劃分器(未不出)插入在測試激光器522與測試光輸出之間。參考激光器520和測試激光器522均在功率方面增加達N的因子。附加地或替代地，相應光學放大器(未示出)加入在每個激光器520、522的輸出與相應N路波束劃分器之間，或光學放大器(未不出)加入在測試激光器522的輸出與劃分測試光的N路波束劃分器之間。
[0098]附加地參照圖1和圖2，參考光Lr與測試光Lt之間的波長差防止光學耦合器150、160、主電光調制器130、互連光學組件的光纖或連接器中的一個或多個處或其內的波動歸因于互不相干的激光器520、522在光學檢測器170、174處貢獻相干疊加。這樣防止光學路徑長度的溫度感生的改變不期望地改變光學檢測器的輸出，并且附加地允許DDEOP 100、102使用具有較不嚴格的回波損耗規格的光學組件得以實現。
[0099]在DDEOP 100、102中，光學檢測器170、174的輸出均劃分為IF和DC MON所標記的信號路徑。REF IF和TEST IF所標記的信號路徑分別電連接到參考IF輸出176和測試IF輸出178。可選地如下使用輸出DC監控信號的DC MON所標記的信號路徑。在激光光源204、206、214中，相對強度噪聲(RIN)在參考激光器520與測試激光器522之間是不相關的。由于通過計算表示測試IF信號和參考IF信號的各數字值的比率生成S參數，因此缺少相關性是S參數幅值噪聲的來源。通過以上參照圖5和圖6所描述的公共激光器激光光源202、212，由于公共激光器230的RIN既顯現在計算的分子中又顯現在分母中，因此當計算該比率時，DDEOP100、102中的RIN對消。然而，在雙激光器激光光源204、206、214的情況下，DDEOP 100、102中的RIN是不相關的，然而，參考光學檢測器170和測試光學檢測器174所輸出的相應DC監控信號分別提供參考激光器520和測試激光器522的RIN的測度。參考光學檢測器170所生成的DCMON信號可以用于控制測試激光器522所生成的光的強度(或反之亦然)，以使得參考光和測試光中的RIN相關。替代地，DC MON信號用于關于RIN校正參考IF信號和測試IF信號的幅值。
[0100]在此所描述的電光調制器(即主電光調制器130、400、430、附屬電光調制器180、調制器元件184、186、572、574)在以上描述為使用強度調制器(例如Mach-Zehnder調制器)得以實現。可以替代地使用相位調制器實現電光調制器。對于用于生成參考IF信號和測試IF信號的光學檢測器170、174，分別在其上入射的參考光和測試光應受幅度調制(AM)。上述Mach-Zehnder調制器充當幅度調制器。由于實現光學檢測器170、174的光電二極管充當光學包絡檢測器，并且相位調制讓光學包絡不改變，因此單獨的相位調制是不足的。因此，在使用相位調制器實現電光調制器中的至少一個的實施例中，參考帶陷濾波器(未示出)插入在第二隔離端口 166與參考光學檢測器170之間，測試帶陷濾波器(未示出)插入在第一隔離端口 156與測試光學檢測器174之間。參考帶陷濾波器的陷帶在參考光LR的波長上居中，測試帶陷濾波器的陷帶在測試光LT的波長上居中。
[0101]圖16是示出在參考光Lr受LO信號和RF信號二者相位調制的示例中貢獻于上述DDEOP 100、102之一中的參考光學檢測器170所生成的參考IF信號的七個有關光學頻調的曲線圖。可以關于貢獻于測試光學檢測器174響應于LO和RF信號所相位調制的測試光Lt所生成的測試IF信號的光學頻調繪制相似的曲線圖。
[0102]參照圖16，七個光學頻調中的每一個由相應箭頭表示。這七個光學頻調之一是將稱為載波并且頻率將稱為載波頻率fc的未受調制的參考光600。其余光學頻調是:在載波頻率fc之下偏移達LO信號的頻率fLQ的頻率fc-fLQ處的下邊帶(LSB)LO偏移頻調602;在載波頻率fc之下偏移達RF信號的頻率fRF的頻率fc-fRF處的LSB RF偏移頻調604;在載波頻率fc之下偏移達參考IF信號的頻率fIF的頻率fc-fIF處的LSB IF偏移頻調606;在載波頻率fc之上偏移達IF頻率fIF的頻率fc+fIF處的上邊帶(USB) IF偏移頻調608;在載波頻率fc之上偏移達RF頻率fRF的頻率fc+fRF處的USB RF偏移頻調610 ；以及在載波頻率fc之上偏移達LO頻率fLO的頻率fc+fLo處的USB LO偏移頻調612。向上指向箭頭(例如表示未受調制的參考光600的箭頭)指示0°的邊帶相位，而向下指向箭頭(例如表示LSB LO偏移頻調602的箭頭)指示180°的相位。
[0103]在相對于載波頻率偏移達參考IF信號的頻率的頻率處的LSB IF偏移頻調606和USB IF偏移頻調608是LO和RF調制的級聯動作的結果。在21個可能的成對組合(如果包括負責DC光電流的自配對，則28個)中，四個頻調配對可以貢獻于光學檢測器170所生成的參考IF信號。頻調配對是LSB LO-RF頻調配對614、USB LO-RF頻調配對620、包括LSB IF偏移頻調606和載波600的頻調配對616、包括USB IF偏移頻調608和載波600的頻調配對618 JSB LO-RF頻調配對614和USB LO-RF頻調配對620對參考IF信號的貢獻準確地消除IF偏移和載波頻調配對616、618的貢獻。因此，在單獨相位調制的情況下，光學檢測器170不生成IF信號。在更一般的大型調制情況下，還必須考慮更多的頻調，但相似的消除產生。
[0104]相位調制到幅度調制轉換器可以將相位調制轉換為幅度調制。相位調制到幅度調制轉換器的一個示例是帶陷濾波器。電光調制器中的至少一個是相位調制器的DDEOP 100、102的實現方式附加地包括第二隔離端口 166與參考光學檢測器170之間的參考帶陷濾波器(未示出)以及第一隔離端口 156與測試光學檢測器174之間的測試帶陷濾波器(未示出)。在電光調制器中的至少一個是相位調制器的DDEOP 102的實現方式中，參考帶陷濾波器(未示出)位于參考調制器元件184與參考光學檢測器170之間，測試帶陷濾波器(未示出)位于測試調制器元件186與測試光學檢測器174之間。
[0105]在包括或從公共激光器激光光源200、210(圖5和圖6)接收光的DDEOP 100、102中，帶陷濾波器具有在公共激光所生成的系統光Ls的載波頻率上居中的陷帶，以濾除系統光Ls的載波頻率和相對于系統光的載波頻率偏移達IF頻率的IF偏移頻調606、608。在包括或從雙激光器激光光源200、210(圖13-圖15)接收光的DDEOP 100、102中，參考帶陷濾波器的陷帶在參考激光器520所生成的參考光的頻率上居中，以濾除參考光的載波頻率和相對于參考光的載波頻率偏移達IF頻率的IF偏移頻調606、608，測試帶陷濾波器的陷帶在測試激光器522所生成的測試光的載波頻率上居中，以濾除測試光的載波頻率和相對于測試光的載波頻率偏移達IF頻率的IF偏移頻調606、608。
[0106]在小型調制限制中，超前于參考光學檢測器170的帶陷濾波器將貢獻于參考IF信號的光學頻調配對減少為建設性地加入的僅LSB LO-RF頻調配對614和USB LO-RF頻調配對620。只要JQ(m)〈>0，濾除載波對于相位到幅度調制轉換就是有效的，其中，m是總(L0+RF)有效FM調制系數，JO是第一類的O階貝塞爾函數。
[0107]相位調制到幅度調制轉換器的另一示例是全通濾波器，其要么通過反轉載波的相位并且讓其余光學頻調的相位不改變要么通過讓載波的相位不改變并且反轉其余光學頻調的相位反轉載波與(包括IF偏移頻調606、608的)其余光學頻調之間的相位關系。通過該濾波器，上述消除變為建設性的加入，其與使用帶陷濾波器濾除載波相比提供信噪比方面的6dB改進。
[0108]圖17是示出反轉載波與其余光學頻調之間的相位關系的全通濾波器的示例700的示意圖。在所示示例中，全通濾波器700包括光學循環器710、帶濾波器720、鏡730。光學循環器710具有輸入端口 712、輸入/輸出端口 714、輸出端口 716。術語帶濾波器在此用作涵蓋帶通濾波器和帶阻濾波器(即帶陷濾波器)的普通術語。帶濾波器720包括:第一端口 722，其光耦合到光學循環器710的輸入/輸出端口 714;以及第二端口 724。鏡730布置為以法向入射角從帶濾波器720的第二端口 724接收光，并且位于在帶濾波器720所反射的光與鏡所反射的光之間提供180°光學相位改變的距第二端口 724預定距離處。
[0109]在全通濾波器700插入在第二光學親合器160與參考光學檢測器170之間的不例中，光學循環器710的輸入端口 712光親合到第二隔離端口 166，光學循環器的輸出端口 716光親合到參考光學檢測器170。
[0110]包括圖16中所描述的光學頻調的受調制的參考光在光學循環器710的輸入端口712上入射。受調制的參考光穿過光學循環器710，并且在輸入/輸出端口 714處輸出到帶濾波器720。在帶濾波器720是帶陷濾波器的示例中，帶濾波器720反射載波，但將其余光學頻調傳遞到鏡730。在鏡730進行反射之后，其余光學頻調通過帶濾波器720返回到帶濾波器的第一端口 722。在第一端口 722處，載波與其余光學頻調之間的相位關系不同于載波與受調制的參考光中的其余光學頻調之間的相位關系達180°。在帶濾波器720是帶通濾波器的示例中，帶濾波器720反射其余光學頻調，但將載波傳遞到鏡730。在鏡730進行反射之后，載波通過帶濾波器720返回到帶濾波器的第一端口 722。在第一端口 722處，載波與其余光學頻調之間的相位關系不同于載波與受調制的參考光中的其余光學頻調之間的相位關系達180°。在這兩種情況下，具有載波與其余光學頻調之間的修改的相位關系的參考光返回到光學循環器710的輸入/輸出端口 714，穿過光學循環器，并且經由輸出端口 716輸出到參考光學檢測器170。在參考光學檢測器170中，貢獻于參考IF信號的四個頻調配對建設性地加入，以生成具有比通過單獨帶陷濾波器所獲得的信噪比更好6dB的信噪比。
[0111]全通濾波器700將難以實現對于在大約1MHz的IF信號頻率的情況下操作的現今的網絡分析器的使用。這種低IF頻率對帶濾波器720施加極度要求(即大約20MHz帶寬的帶寬以及擴展到幾百GHz的自由譜范圍(FSR))。然而，對于表征操作在愈發更高的頻率處的組件的需要可以激勵開發在實質上更高的IF信號頻率的情況下操作的網絡分析器。用于關于這些網絡分析器的使用的全通濾波器700的實施例將實質上對于實現是更實際的。此外，只要Jo(m)〈>0，全通濾波器700對于相位到幅度調制轉換就將是有效的。
[0112]具有內部激光光源或與相應外部激光光源捆綁銷售的DDEOP100、102的實施例可以描述如下:一種雙向電光探測器，其包括:激光光源、主電光調制器、第一光學親合器、第二光學耦合器、參考光學檢測器、測試光學檢測器、附屬電光調制器。激光光源包括:參考光輸出，在其處激光光源輸出參考光；以及測試光輸出，在其處激光光源輸出測試光。主電光調制器包括輸入射頻(RF)連接器、輸出RF連接器、連接在輸入RF連接器與輸出RF連接器之間的RF直通線路、在第一端與第二端之間沿著RF直通線路延伸的調制器光學路徑。第一光學親合器包括第一輸入端口、第一直通端口、第一輸出端口。第一輸入端口光親合為從激光光源的參考光輸出接收參考光，第一直通端口光親合到調制器光學路徑的第一端。第二光學親合器包括第二輸出端口。第二光學親合器包括第二輸入端口、第二直通端口、第二輸出端口。第二輸入端口光親合為從激光光源的測試光輸出接收測試光，第二直通端口光親合到調制器光學路徑的第二端。參考光學檢測器光耦合到第二隔離端口，以生成表示沿著RF直通線路的前向RF信號傳輸的參考中間頻率(IF)電信號。測試光學檢測器光耦合到第一隔離端口，以生成表示沿著RF直通線路的反向RF信號傳輸的測試IF電信號。附屬電光調制器用于響應于本地振蕩器信號調制參考光和測試光。
[0113]在此所公開的并且以上參照圖7和圖8所描述的是一種用于測量待測試設備(DUT)的性質的方法。所述方法包括:提供參考光學檢測器、測試光學檢測器、包括沿著調制器光學路徑定位的RF直通線路的縱向有向電光調制器;在前向方向上沿著RF直通線路將RF信號傳輸到待測試設備(DUT)作為前向RF信號，前向RF信號的一部分受在反向方向上沿著RF直通線路傳輸的DUT反射作為反向RF信號;在前向方向上沿著調制器光學路徑傳輸參考光，以通過前向RF信號調制參考光;在反向方向上沿著調制器光學路徑傳輸測試光，以通過反向RF信號調制測試光；響應于在頻率上距RF信號偏離達中間頻率的本地振蕩器信號附加地調制參考光和測試光;在沿著調制器光學路徑傳輸到參考光學檢測器之后耦合參考光，其中，前向RF信號所生成的邊帶和本地振蕩器信號所生成的邊帶差拍，以生成表示前向RF信號的參考IF信號；以及在沿著調制器光學路徑傳輸到測試光學檢測器之后耦合測試光，其中，反向RF信號所生成的邊帶和本地振蕩器信號所生成的邊帶差拍，以生成表示反向RF信號的測試IF信號。
[0114]本公開使用說明性實施例詳細描述本發明。然而，所附權利要求所限定的本發明不限于所描述的精確實施例。
【主權項】
1.一種雙向電光探測器，其包括: 主電光調制器，其包括輸入射頻(RF)連接器、輸出RF連接器、連接在輸入RF連接器與輸出RF連接器之間的RF直通線路、在第一端與第二端之間沿著RF直通線路延伸的調制器光學路徑； 第一光學親合器，其包括:輸入端口，其光親合為接收受調制的參考光;直通端口，其光耦合到調制器光學路徑的第一端；以及第一隔離端口； 第二光學耦合器，其包括:輸入端口；直通端口，其光耦合到調制器光學路徑的第二端；以及第二隔離端口，輸入端口光耦合為接收受調制的測試光，受調制的測試光以及受調制的參考光是在本地振蕩器頻率處受調制的； 參考光學檢測器，其光耦合到第二隔離端口，以生成表示沿著RF直通線路的前向RF信號傳輸的參考中間頻率(IF)電信號；以及 測試光學檢測器，其光耦合到第一隔離端口，以生成表示沿著RF直通線路的反向RF信號傳輸的測試IF電信號。2.如權利要求1所述的雙向電光探測器，其附加地包括激光光源，其包括: 參考光輸出，其光親合為將受調制的參考光輸出到參考光輸入；以及 測試光輸出，其光親合為將受調制的測試光輸出到測試光輸入。3.如權利要求2所述的雙向電光探測器，其中，激光光源附加地包括: 激光器，其用于生成系統光；以及 波束劃分器，其用于在參考光輸出與測試光輸出之間切分系統光；以及附屬電光調制器，其處于激光器與波束劃分器之間。4.如權利要求2所述的雙向電光探測器，其中，激光光源附加地包括: 參考激光器，其用于在第一波長處生成參考光； 測試激光器，其用于在與第一波長不同的第二波長處生成測試光； 光學組合器，其用于組合來自參考激光器的參考光以及來自測試激光器的測試光，以形成系統光； 波長依賴性波束劃分器，其用于將系統光切分為用于參考光輸出處的輸出的參考光以及用于測試光輸出處的輸出的測試光；以及 附屬電光調制器，其插入在光學組合器與波長依賴性波束劃分器之間。5.如權利要求2所述的雙向電光探測器，其中，激光光源附加地包括: 參考激光器，其用于在第一波長處生成參考光； 測試激光器，其用于在與第一波長不同的第二波長處生成測試光；以及附屬電光調制器，其包括: 參考調制器元件，其插入在參考激光器與參考光輸出之間，以及測試調制器元件，其插入在測試激光器與測試光輸出之間。6.—種雙向電光探測器，包括: 主電光調制器，其包括輸入射頻(RF)連接器、輸出RF連接器、連接在輸入RF連接器與輸出RF連接器之間的RF直通線路、在第一端與第二端之間沿著RF直通線路延伸的調制器光學路徑； 第一光學親合器，其包括:輸入端口，其光親合為接收參考光;直通端口，其光親合到調制器光學路徑的第一端；以及第一隔離端口； 第二光學耦合器，其包括:輸入端口，其耦合為接收測試光;直通端口，其光耦合到調制器光學路徑的第二端；以及第二隔離端口； 參考光學檢測器，其光耦合到第二隔離端口，以生成表示沿著RF直通線路的前向RF信號傳輸的參考中間頻率(IF)電信號； 測試光學檢測器，其光耦合到第一隔離端口，以生成表示沿著RF直通線路的反向RF信號傳輸的測試IF電信號；以及 附屬電光調制器，其包括:參考調制器元件，其用于調制參考光；以及測試調制器元件，其用于調制測試光，調制器元件連接為接收本地振蕩器信號。7.如權利要求6所述的雙向電光探測器，其附加地包括激光光源，其包括: 參考光輸出，其光親合到參考光輸入；以及 測試光輸出，其光親合到測試光。8.如權利要求7所述的雙向電光探測器，其中，激光光源附加地包括: 激光器，其用于生成系統光；以及 波束劃分器，其用于在參考光輸出與測試光輸出之間切分系統光。9.如權利要求7所述的雙向電光探測器，其中，激光光源附加地包括: 參考激光器，其用于在第一波長處生成參考光，以用于參考光輸出處的輸出；以及測試激光器，其用于在與第一波長不同的第二波長處生成測試光，以用于測試光輸出處的輸出。10.如權利要求3-9中的任一項所述的雙向電光探測器，其中: RF輸入用于在RF信號頻率處接收RF信號；以及 附屬電光調制器，其包括高帶寬電光調制器，其連接為接收具有與RF信號頻率差異達中間頻率的本地振蕩器頻率的本地振蕩器信號。11.如權利要求3-9中的任一項所述的雙向電光探測器，其中: RF輸入用于接收具有RF信號頻率的RF信號；以及 附屬電光調制器連接為接收具有本地振蕩器頻率以及過度驅動附屬電光調制器的幅度的本地振蕩器信號，以在本地振蕩器頻率的諧波處調制其上入射的光，諧波在頻率方面與RF信號頻率差異達中間頻率。12.如權利要求2-5、7-9中的任一項所述的雙向電光探測器，其中: RF輸入用于接收具有RF信號頻率的RF信號；以及 探測器附加地包括控制器，其用于控制激光光源以增加參考光和測試光的功率，以補償隨著RF信號頻率增加的主電光調制器的RF直通線路與調制器光學路徑之間的有效耦合的減少。13.如權利要求1-9中的任一項所述的雙向電光探測器，其中，第一光學耦合器和第二光學親合器中的每一個包括相應三端口光學循環器。14.如權利要求1-9中的任一項所述的雙向電光探測器，其中，主電光調制器包括Mach-Zehnder強度調制器，其中，沿著調制器光學路徑傳輸的光學信號速度匹配于沿著RF直通線路在相同方向上傳輸的相應RF信號。15.如權利要求1-9中的任一項所述的雙向電光探測器，其中，參考光學檢測器和測試光學檢測器中的每一個包括相應光電二極管。16.如權利要求1-9中的任一項所述的雙向電光探測器，其中: 主電光調制器附加地包括電耦合線路，其與RF直通線路分離并且電耦合至其，電耦合線路包括在相對端處的耦合端口和隔離端口，電耦合線路在隔離端口處端接;以及 探測器附加地包括低頻率電混頻器，其包括:RF輸入，用于從耦合端口接收主電光調制器具有小于閾值方向性的方向性的低頻率范圍內的RF信號;本地振蕩器輸入，其用于接收本地振蕩器信號；以及IF輸出，其用于輸出表示在低頻率范圍中沿著RF直通線路的前向RF信號傳輸的參考中間頻率電信號。17.如權利要求16所述的雙向電光探測器，其附加地包括電容器，其將電耦合線路的耦合端口分支到信號大地。18.如權利要求16所述的雙向電光探測器，其中: 電耦合線路弱耦合到RF直通線路；以及 探測器附加地包括放大器，其處于耦合端口與低頻率電混頻器的RF輸入之間。19.如權利要求1-9中的任一項所述的雙向電光探測器，其中: 電光調制器中的至少一個包括相應相位調制器；以及 探測器附加地包括相應相位調制到幅度調制轉換器，其處于第一光學耦合器與測試光學檢測器之間以及第二光學耦合器與參考光學檢測器之間。20.一種網絡分析系統，包括: 如權利要求2-9中的任一項所述的雙向電光探測器；以及 網絡分析器，其包括:RF輸出，其電連接到探測器的RF輸入;LO輸出；參考IF輸入，其電連接為從探測器接收參考IF信號；以及測試IF輸入，其電連接為從探測器接收測試IF信號； 其中，網絡分析器的LO輸出電連接到附屬電光調制器。
【文檔編號】G01R1/067GK106062568SQ201480076926
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2014年3月7日
【發明人】G·S·李
【申請人】是德科技股份有限公司