CN105300662A - 一种半导体激光器调制系数测量装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种半导体激光器调制系数测量装置及方法，涉及光电子技术领域，为了解决现有电域测量方法需要额外校准光电探测器的影响以及光域测量方法频率分辨率较低的技术问题；本发明采用二次调制电光混频装置，二次调制电光混频装置由第一信号源、电光强度调制器、第二信号源、光电探测器、频谱分析模块、控制及数据处理模块构成；待测半导体激光器和电光强度调制器分别加载频率不同的正弦信号进行调制；通过设置两正弦信号的特定频率关系消除了光电探测器的影响，实现了半导体激光器调制系数的高分辨率、自校准电域测量。

Description

一种半导体激光器调制系数测量装置及方法
技术领域
本发明涉及光电子技术领域，具体涉及一种半导体激光器调制系数测量装置及方法。
背景技术
随着半导体激光器的问世，光纤通信得到迅猛发展，已经成为光纤通信***不可替代的器件。而半导体激光器的直接调制能力是区别于其它激光器的重要特征之一，由于直接调制技术具有简单、经济、线性度高等优点，所以调制系数是半导体激光器的重要特性参数之一，因此对半导体激光器的调制特性研究显得尤为重要。
目前测量半导体激光器调制系数的方法主要有两类，一类是光域测量方法，以光谱分析法为代表（Z.Tao,N.H.Zhu,B.H.Zhang,X.Zhang,“MeasurementofChirpParameterandModulationIndexofaSemiconductorLaserBasedonOpticalSpectrumAnalysis”,PhotonicsTechnologyLetters,IEEE,2007,19(4):227-229.）；另一类是电域测量方法，包括有光外差法（R.E.Tench,J.-M.P.Delavaux,L.D.Tzeng,R.W.Smith,L.L.BuhlandR.C.Alferness,“Performanceevaluationofwaveguidephasemodulatorsforcoherentsystemsat1.3and1.5μm”,JournalofLightwaveTechnology,1987,5(4):459-501.）、自外差法（J.P.VonderWeid,R.Passy,“DelayedselfhomodynemeasurementsofAMandFMresponseofmodulatedmultisectiondiodelasers”,MicrowaveandOptoelectronicsConference,1995SBMO/IEEEMTT-SInternational.IEEE,1995,2:914-919.）、扫频法（D.A.Humphreys,“Integrated-opticsystemforhigh-speedphotodetectorbandwidthmeasurements”,ElectronicsLetters,1989,25(23):1555-1557.）等等。其中，光谱分析法受到光谱分析仪的分辨率限制，造成测量频率分辨率低、精度不高的问题；而传统的电域测量方法需要光电探测器进行辅助并且光电探测器的频率响应需要进行额外校准，过程复杂。
发明内容
为解决上述的技术问题，本发明提供一种半导体激光器调制系数测量装置及方法，实现半导体激光器调制系数的高分辨率、高精度、自校准电域测量。
本发明为了实现上述目的，具体采用以下技术方案：
本发明提供一种半导体激光器调制系数测量装置，包括第一信号源、电光强度调制器、第二信号源、光电探测器、频谱分析模块、控制及数据处理模块；所述第一信号源与待测半导体激光器电连接，第二信号源与电光强度调制电连接；待测半导体激光器、电光强度调制器、光电探测器之间依次光连接；光电探测器与频谱分析模块之间电连接；控制及数据处理模块与第一信号源、第二信号源、频谱分析模块之间均通过数据总线连接。
所述的电光强度调制器为马赫曾德尔电光强度调制器或电吸收强度调制器。
一种半导体激光器调制系数测量方法，第一信号源产生频率为f 1的正弦信号a，该正弦信号a加载到待测半导体激光器上；第二信号源产生频率为f 2的正弦信号b，该正弦信号b加载到电光强度调制器上；将电光强度调制器输出的二次调制光信号送入光电探测器进行光电转换，获得混频信号；利用频谱分析模块记录混频信号中频率成份f 2和f 1-f 2的幅值，并将数据送入控制及数据处理模块，对比频率为f 2和f 1-f 2的幅值获得待测半导体激光器在f 1频率的调制系数；借由控制及数据处理模块改变正弦信号a的频率f 1和正弦信号b频率f 2，并重复上述过程，得到待测半导体激光器在不同频率的调制系数信息。
所述的正弦信号a的频率f 1和正弦信号b频率f 2满足的条件：f 1≈2*f 2
所述的半导体激光器调制系数测量方法，待测半导体激光器的调制系数m 1的计算公式为m 1=2?i(f 1 -f 2)/i(f 2)，其中，i(f 1 -f 2)为频率f 1-f 2的幅度，i(f 2)为频率f 2的幅度。
本发明具有以下的益效果：
本发明采用基于二次调制电光混频原理，是一种新型电域测量方法，较光域测量方法频率分辨率大为提高；通过设置两正弦信号f 1和f 2的频率关系，避免了传统电域测量中光电探测器的影响，实现了自校准测量；获得了半导体激光器调制系数的高分辨电域自校准测量。
附图说明
图1为本发明半导体激光器调制系数测量装置图。
具体实施方式
为了本技术领域的人员更好的理解本发明，下面结合附图和以下实施例对本发明作进一步详细描述。
以下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。
实施例1
如图1所示，本实施例提供半导体激光器调制系数测量装置，包括第一信号源、电光强度调制器、第二信号源、光电探测器、频谱分析模块、控制及数据处理模块；所述第一信号源与待测半导体激光器电连接，第二信号源与电光强度调制电连接；待测半导体激光器、电光强度调制器、光电探测器之间依次光连接；光电探测器与频谱分析模块之间电连接；控制及数据处理模块与第一信号源、第二信号源、频谱分析模块之间均通过数据总线连接。所述的电光强度调制器为马赫曾德尔电光强度调制器或电吸收强度调制器。
本发明的半导体激光器调制系数测量方法的原理如下：
待测半导体激光器处于正常激射状态，发出强度为I 0、频率为f 0的光载波被第一信号源产生的正弦信号a直接调制，调制频率为f 1，直接调制光信号电场E 1表示为：
(1)
其中，m 1为待测半导体激光器的调制系数，β为待测半导体激光器的啁啾系数。
直接调制光信号电场E 1送入电光强度调制器中进行二次调制，电光强度调制器的调制信号由第二信号源产生，调制频率为f 2，其中f 1≈2*f 2，二次调制后输出光信号电场E 2表示为：
(2)
其中，m 2为电光强度调制器的调制系数。
二次调制光信号电场E 2经过光电探测器进行光电转换，输出的混频电信号幅度为
(3)
其中R(f)为光电探测器在不同频率下的响应度，E 2 * 为光信号电场E 2的共轭，在(3)式中，混频电信号中f 1-f 2和f 2所对应幅度分别为：
(4)
(5)
由于f 1约为f 2的两倍，即有f 1 -f 2≈f 2，所以R(f 1 -f 2)≈R(f 2)，得到待测半导体激光器的调制系数为：
(6)
实施例2
本实施例是在实施例1的基础上做了进一步优化，具体是，待测半导体激光器处于正常激射状态，输出功率为10mW、频率f 0 =193THz（波长约为1550nm）的光载波。第一信号源产生频率为f 1=4GHz的正弦信号对待测半导体激光器进行直接调制；直接调制光信号进入马赫曾德尔电光强度调制器进行二次调制；第二信号源输出频率为f 2=1.999GHz的正弦信号加载到马赫曾德尔电光强度调制器，二次调制光信号送入光电探测器进行光电检测，将光信号转化为电信号，利用频谱仪对光电探测器输出的电信号中f 1 -f 2和f 2频率成份的进行测量，频率f 1 -f 2=2.001GHz的幅度值为i(f 1 -f 2)=0.0177V，频率f 2=1.999GHz幅度值为i(f 2)=0.0438V，频谱仪记录的测量数据送入计算计进行计算，通过公式(6)，此时待测半导体激光器在调制频率f 1=4GHz时的调制系数m 1为0.808。
本发明并不局限于前述的具体实施方式,本发明可扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (5)

1.一种半导体激光器调制系数测量装置，其特征在于，
包括第一信号源、电光强度调制器、第二信号源、光电探测器、频谱分析模块、控制及数据处理模块；
所述第一信号源与待测半导体激光器电连接，第二信号源与电光强度调制器电连接；
待测半导体激光器、电光强度调制器、光电探测器之间依次光连接；
光电探测器与频谱分析模块之间电连接；
控制及数据处理模块与第一信号源、第二信号源、频谱分析模块之间均通过数据总线连接。
2.根据权利要求1所述的半导体激光器调制系数测量装置，其特征在于：电光强度调制器为马赫曾德尔电光强度调制器或电吸收强度调制器。
3.一种半导体激光器调制系数测量方法，其特征在于，
第一信号源产生频率为f 1的正弦信号a，该正弦信号a加载到待测半导体激光器上；
第二信号源产生频率为f 2的正弦信号b，该正弦信号b加载到电光强度调制器上；
将电光强度调制器输出的二次调制光信号送入光电探测器进行光电转换，获得混频信号；
利用频谱分析模块记录混频信号中频率成份f 2和f 1-f 2的幅值，并将数据送入控制及数据处理模块，对比频率为f 2和f 1-f 2的幅值，获得待测半导体激光器在f 1频率的调制系数；
由控制及数据处理模块改变正弦信号a的频率f 1和正弦信号b频率f 2，并重复上述过程，得到待测半导体激光器在不同频率的调制系数信息。
4.根据权利要求3所述的半导体激光器调制系数测量方法，其特征在于：所述的正弦信号a的频率f 1和正弦信号b频率f 2满足的条件：f 1≈2*f 2。
5.根据权利要求3所述的半导体激光器调制系数测量方法，其特征在于：待测半导体激光器的调制系数m 1的计算公式为：m 1=2?i(f 1 -f 2)/i(f 2)，其中，i(f 1 -f 2)为频率f 1-f 2的幅度，i(f 2)为频率f 2的幅度。
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