CN104764592B - 一种电光强度调制器啁啾参数的测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电光强度调制器啁啾参数的测量方法，属于光电子技术领域。本发明方法将一束光载波经过分束器一分为二，其中一束通过待测电光强度调制器被一正弦微波信号调制，另一束进行移频，两束光信号经合束器合束后送入光电探测器进行光电转换，获得拍频信号；通过调节待测电光强度调制器的偏置电压，使得拍频信号中特定频率成份的幅度达到最大值和最小值，利用该特定频率成份的最大幅度值和最小幅度值计算获得电光强度调制器啁啾参数；改变正弦微波信号的频率，重复上述过程，得到电光强度调制器啁啾参数随调制频率的变化曲线。相比现有技术，本发明大幅度提高测量分辨率和频率范围，适用于任意有限分光比的电光强度调制器。
Description
技术领域
本发明属于光电子技术领域，具体涉及一种电光强度调制器啁啾参数的测量方法。
背景技术
随着光纤通信***的朝着高速、宽带宽和远距离的方向发展，电光强度调制器逐渐已经成为高速光纤通信***的关键器件之一。传统的马赫曾德尔波导结构的电光强度调制器，由于马赫曾德尔波导结构的不对称性以及两臂上驱动电压损耗的不同，导致了电光强度调制器中伴随着与光纤色散有紧密联系啁啾参数的形成，成为限制高速长距离传输的重要因素，因此为了提高一个光纤通信的整体传输性能，对于啁啾参数的测量是非常重要的。
目前，测量马赫曾德尔结构的电光强度调制器的啁啾参数的方法大致分为电域测量法和光域测量法，典型代表为光谱分析法(Y.Q.Shi,L.S.Yan,A.E.Willner,"High-speedelectrooptic modulator characterization using optical spectrum analysis,"Journal of Lightwave Technology.2003,21(10):2358-2367；N.Courjal andJ.M.Dudley,"Extinction-ratio-independent method for chirp measurements ofMach-Zehnder modulators,"Optics Express.2004,12(3):442-448.)，该方法利用光谱中的光载波与边带之比获得电光强度调制器的啁啾参数，但是受限于商用光谱分析仪波长的分辨率(0.01nm)的限制和激光器线宽的影响，无法准确的对低频范围内的啁啾参数进行测量；电域测量法包括光鉴频法(J.Provost and F.Grillot,"Measuring the Chirp andthe Linewidth Enhancement Factor of Optoelectronic Devices with a Mach–Zehnder Interferometer,"IEEE Photonics Journal.2011,3(3):476-488；J.S.Bakos,G.P.Djotyan,P.N.Ignacz,el al."Generation of frequency-chirped laser pulses byan electro-optic amplitude modulator,"Optics and Lasers in Engineering.2009,47(1):19-23.)、相位比较法(L.S.Yan,Q.Yu,and A.E.Willner,"Measurement of thechirp parameter of electro-optic modulators by comparison of the phasebetween two sidebands,"Optics Letters.2003,28(13):1114-1116.)、外差法(C.E.Rogers,J.L.Carini,J.A.Pechkis,el al."Characterization and compensationof the residual chirp in a Mach-Zehnder-type electro-optical intensitymodulator,"Optics Express.2010,18(2):1166-1176；D.J.Krause and J.C.Cartledge,"Technique for Measuring the Optical Phase Transfer Function,"IEEE PhotonicsJournal.2004,16(8):1915-1917.)、光纤传输法(F.Devaux,Y.Sorel and J.F.Kerdiles,"Simple measurement of fiber dispersion and of chirp parameter of intensitymodulated light emitter,"Journal of Lightwave Technology.1993,11(12):1937-1940.)，其中光鉴频法利用干涉仪法将测试器件的幅度和相位响应提取出来用于测量啁啾参数，但是干涉仪受温度影响很大，且对干涉仪的自由光谱范围(FSR)的高带宽与高分辨率有很大的要求，以及调节复杂；相位比较法利用滤波器形成单边带调制，通过提取边带的相位之比来获得啁啾参数，但是对滤波器的分辨率和带宽要求很高，且测量多频点时调节困难；外差法利用光外差技术测量调制器的相位和幅度信息之比直接获得啁啾参数，但受到激光器稳定性的影响，且局限于低宽带的时域测量；光纤传输法利用强度调制光信号在色散光纤中的传播行为来获得啁啾参数，但常常受到光纤长度以及环境影响很大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有电光强度调制器啁啾参数测量中频率分辨率低、频率范围窄的问题，提出一种电光强度调制器啁啾参数测量方法，能够实现电光强度调制器啁啾参数的宽频、高分辨测量，简化测量***、降低测量成本。
本发明为了实现上述目的采用以下技术方案：
一种电光强度调制器啁啾参数的测量方法，激光器发出的光载波经过分束器分为两束，其中一束光载波经由待测电光强度调制器被一正弦信号调制形成强度调制光信号，另一束光载波经过移频器后形成移频光信号，两束光信号通过合束器合束后送入光电探测器光电转换，获得拍频信号；分别调节待测电光强度调制器的偏置电压，使得拍频信号中特定频率成份的幅值达到最大值和最小值，利用记录的特定频率成份的最大值和最小值，计算获得待测电光强度调制器的啁啾参数；改变所述正弦信号的频率并重复上述过程，得到待测电光强度调制器啁啾参数随调制频率的变化关系。
本发明提供的电光强度调制器啁啾参数的测量方法，其具体实现包括以下步骤：
步骤1、设定加载到待测电光强度调制器的正弦信号频率为fm，移频器的移频量为fs；
步骤2、逐步调节待测电光强度调制器的偏置电压，观察光电探测器输出的拍频信号中fs和fm±fs频率的幅度值i(fs)和i(fm±fs)，记录i(fs)的最大幅度值和i(fm±fs)的最小幅度值，分别记为i0(fs)、i0(fm±fs)；再逐步调节待测电光强度调制器的偏置电压，观察光电探测器输出的拍频信号中fs和fm±fs频率的幅度值i(fs)和i(fm±fs)，记录i(fs)的最小幅度值和i(fm±fs)的最大幅度值，分别记为iπ(fs)、iπ(fm±fs)；
步骤3、求解待测电光强度调制器在调制频率为fm的啁啾参数，求解公式为：
步骤4、计算待测电光强度调制器啁啾参数的符号表征值s，当s大于1或小于-1时，啁啾参数a0为正号，当s在-1和1之间，啁啾参数a0为负号，当s等于1或-1时，啁啾参数为0；s的计算公式为：
步骤5、改变正弦信号的频率fm重复步骤2～步骤4即可得到啁啾参数随调制频率fm的变化曲线。
上述技术方案中，所述拍频信号中特定频率成份指的是fs和fm±fs频率成份，其幅度通过调节待测电光强度调制器的偏置电压改变，分别达到最大值和最小值。
上述技术方案中，所述移频器为声光移频或者调制移频，移频前后，光载波的中心频率变化了fs。
上述技术方案中，所述啁啾参数的求解公式中i0(fm±fs)和iπ(fm±fs)项中均取+号或者均取-号。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明在电域中准确地测量了电光强度调制器啁啾参数，提高了光电子器件测量的分辨率和频率范围。
本发明实现了有效的避免了光电探测器的不平坦响应以及光束不稳定的校准测量，提高了在电域中电光强度调制器啁啾参数测量的准确性。
本发明实现了在电域中测量任意有限分光比的马赫曾德尔结构的电光强度调制器的啁啾参数。
附图说明
图1为本发明一种电光强度调制器啁啾参数测量方法的装置示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所用实施例，都属于本发明的保护范围。
一束光载波经过分束器一分为二，一束通过待测电光强度调制器，调制器上加载一正弦调制信号，另一束进行移频，两束经合束器合束后送入光电探测器进行光电转换，获得拍频信号；通过调节待测电光强度调制器的偏置电压，记录拍频信号中特定频率成份的幅度最大值和最小值，从而计算获得待测电光强度调制器啁啾参数；改变正弦调制信号的频率，重复上述过程，得到待测电光强度调制器啁啾参数随调制频率的变化曲线。
为了更好地了解本技术发明方案，下面对测量原理进行简要介绍：
激光器输出的光载波由分束器分为两束，一束经过待测电光强度调制器被正弦信号所调制，待测电光强度调制器输出光信号表示为
其中A1和f0分别为光载波的振幅和频率，γ为待测电光强度调制器的两臂的分光比，m1和m2分别为加载到待测电光强度调制器两臂上的调制信号所引起的光相位幅度，fm为正弦调制信号的频率，为加载到调制器上的偏置电压引起的相位偏移。分束器输出的另一束经过移频器进行移频，输出的光场表示为:
E2＝A2exp(j2πf0t+j2πfst) (2)
A2为该束光载波的振幅，fs为声光移频器的频率，强度调制光信号与移频光信号通过合束器合路输出为：
E＝E1+ηE2exp(jψ) (3)
其中η，ψ为强度调制光信号与移频光信号叠加时的相对幅度和相位，经过光电探测器光电转换后形成拍频光电流输出为：
式中R为光电探测器频响，将(4)式用贝塞尔函数展开并化简为：
其中Jn(·)为第一类贝塞尔函数，(5)式中频率为fs和fm±fs的幅度值为
在小信号近似情况下(|m1|、|m2|<<1)，通过调节偏置电压大小来改变i(fs)、i(fm±fs)的幅值大小，当处于偏置点Ⅰ时，i(fm±fs)的幅度达到最小值为：
i0(fm±fs)＝R(fm±fs)ηA1A2(m1+γm2) (7)
同时i(fs)的幅度达到最大值为：
i0(fs)＝2R(fs)ηA1A2(1+γ) (8)
当处于偏置点Ⅱ时，i(fm-fs)幅度达到最大值为：
iπ(fm±fs)＝R(fm±fs)ηA1A2(m1-γm2) (9)
同时拍频边带i(fs)达到最小值为：
iπ(fs)＝2R(fs)ηA1A2(1-γ) (10)
综合(7)～(10)式，得到待测电光强度调制器在调制频率为fm时的啁啾参数为：
定义啁啾参数的符号表征函数
对于待测电光强度调制器啁啾参数正负的判断则可以通过s(fm)值的大小进行判断，若s(fm)>1或者s(fm)<-1，则a0(fm)为正数，若-1<s(fm)<1，则a0(fm)为负数，若s(fm)＝1或-1，则a0(fm)为零。
实施例1
待测电光强度调制器为一个马赫曾德尔电光强度调制器，激光器输出光载波的频率为f0＝193.1THz，经分束器分成两束，一束进入待测电光强度调制器，信号源输出的频率fm＝10GHz的正弦信号加载到待测电光强度调制器，形成的强度调制光信号。另一束光载波进入移频器，通过声光调制进行移频，移频频率为fs＝70MHz，强度调制光信号与移频光信号经合束器合束后，通过光电探测器进行光电检测，产生的拍频信号送入频谱分析模块进行分析，观察70MHz(fs)、9.93GHz(fm-fs)或10.07GHz(fm+fs)三个频率成份的幅值，分别记为i(fs)、i(fm-fs)、i(fm+fs)。
逐步调节待测电光强度调制器的偏置电压，当处于偏置点Ⅰ时，i(fs)达到最大幅度值i0(fs)＝0.6573，i(fm-fs)达到最小幅度值i0(fm-fs)＝0.0040，当处于偏置点Ⅱ时，i(fs)达到最小幅度值iπ(fs)＝0.1712，i(fm-fs)达到最大幅度值iπ(fm-fs)＝0.0165，记录拍频边带iπ(fs)＝0.1712，iπ(fm-fs)＝0.0165，代入公式(12)计算得到待测电光强度调制器在调制频率fm＝10GHz的啁啾参数为
对于电光强度调制器啁啾参数正负的判断则可以通过符号表征函数s(fm)计算，表达式为
由于s>1，故a0的符号为正号，即待测电光强度调制器在调制频率为10GHz时具有正的啁啾参数，即a0＝0.5368。
通过控制及数据处理模块改变信号源的频率fm，对待测电光强度调制器在偏置点Ⅰ情况下，拍频信号中的i(fs)、i(fm-fs)、i(fm+fs)成份进行观察，记录i0(fs)的最大幅度值和i0(fm-fs)、i0(fm+fs)的最小幅度值；再对待测电光强度调制器在偏置点Ⅱ情况下，拍频信号中的i(fs)、i(fm-fs)、i(fm+fs)成份进行观察，记录iπ(fs)的最小幅度值和iπ(fm-fs)、iπ(fm+fs)的最大幅度值；计算得到不同调制频率下的啁啾参数，即得到待测电光强度调制器啁啾参数的频率响应特性。
Claims (4)
1.一种电光强度调制器啁啾参数的测量方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1、激光器发出的光载波经过分束器分为两束，
步骤2、其中一束光载波经由待测电光强度调制器被一正弦信号调制形成强度调制光信号，另一束光载波经过移频器后形成移频光信号，
步骤3、两束光信号通过合束器合束后送入光电探测器光电转换，获得拍频信号；
步骤4、调节待测电光强度调制器的偏置电压，使得拍频信号中特定频率成份的幅值达到最大值和最小值记录下来，
步骤5、利用记录的特定频率成份的幅值的最大值和最小值计算获得待测电光强度调制器的啁啾参数；
步骤6、改变所述正弦信号的频率并重复步骤1-5的过程，得到待测电光强度调制器啁啾参数随调制频率的变化关系；
步骤5中求解待测电光强度调制器在调制频率为fm的啁啾参数的求解公式为：
待测电光强度调制器啁啾参数的符号表征值为s(fm)，当s(fm)大于1或小于-1时，啁啾参数a0(fm)为正号，当s(fm)在-1和1之间，啁啾参数a0(fm)为负号，当s(fm)等于1或-1时，啁啾参数为0；s(fm)的计算公式为：
步骤2中加载到待测电光强度调制器的正弦信号频率为fm，移频器的移频量为fs；
步骤4具体包括以下：
逐步调节待测电光强度调制器的偏置电压，观察光电探测器输出的拍频信号中fs和fm±fs频率的幅度值i(fs)和i(fm±fs)，记录i(fs)的最大幅度值和i(fm±fs)的最小幅度值，分别记为i0(fs)、i0(fm±fs)；再逐步调节待测电光强度调制器的偏置电压，观察光电探测器输出的拍频信号中fs和fm±fs频率的幅度值i(fs)和i(fm±fs)，记录i(fs)的最小幅度值和i(fm±fs)的最大幅度值，分别记为iπ(fs)、iπ(fm±fs)。
2.根据权利要求1所述的一种电光强度调制器啁啾参数的测量方法，其特征在于，所述拍频信号中特定频率成份指的是fs和fm±fs频率成份，其幅度通过调节待测电光强度调制器的偏置电压改变，分别达到最大值和最小值。
3.根据权利要求1所述的一种电光强度调制器啁啾参数的测量方法，其特征在于，所述移频器为声光移频或者调制移频，移频前后，光载波的中心频率移动fs。
4.根据权利要求1所述的一种电光强度调制器啁啾参数的测量方法，其特征在于，所述啁啾参数的求解公式中i0(fm±fs)和iπ(fm±fs)项中均取+号或者均取-号。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |