一種光器件光譜響應(yīng)測(cè)量方法、測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種光器件光譜響應(yīng)測(cè)量方法，屬于光學(xué)測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明方法將單波長(zhǎng)的光探測(cè)信號(hào)分為兩路，一路以固定的頻移量進(jìn)行移頻操作，另一路通過(guò)待測(cè)光器件；然后對(duì)兩路光進(jìn)行拍頻，得到攜帶待測(cè)光器件在光探測(cè)信號(hào)頻率處的光譜響應(yīng)信息的射頻信號(hào)；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(hào)的幅度相位信息，得到待測(cè)光器件在光探測(cè)信號(hào)頻率處的幅頻響應(yīng)與相頻響應(yīng)；改變所述光探測(cè)信號(hào)的波長(zhǎng)并重復(fù)上述過(guò)程，得到待測(cè)光器件的光譜矢量響應(yīng)信息。本發(fā)明還公開(kāi)了一種光器件光譜響應(yīng)測(cè)量系統(tǒng)。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明能夠在實(shí)現(xiàn)光器件幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)的高精度測(cè)量的同時(shí)，大幅降低成本。
【專利說(shuō)明】一種光器件光譜響應(yīng)測(cè)量方法、測(cè)量系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光器件測(cè)量方法，尤其涉及一種光器件光譜響應(yīng)測(cè)量方法、測(cè)量系統(tǒng)，屬于光學(xué)測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著光子技術(shù)的快速發(fā)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(huán)、微球等高Q值微諧振器等)在光子系統(tǒng)中的應(yīng)用，亟需高精細(xì)的光器件光譜響應(yīng)測(cè)試技術(shù)。然而，現(xiàn)有的光器件光譜響應(yīng)技術(shù)難以對(duì)上述高精度光譜響應(yīng)進(jìn)行多維度、高精細(xì)的表征。現(xiàn)唯一商用的光器件多維光譜響應(yīng)測(cè)量?jī)x表為美國(guó)LUNA公司推出的0VA5000，該測(cè)試儀表可測(cè)量光器件的多維光譜響應(yīng)(如幅度、相位、群時(shí)延、偏振模色散、偏振相關(guān)損耗等)，但是其測(cè)試精細(xì)度僅為l.6pm (200MHz)，難以滿足受激布里淵增益譜的測(cè)試需求。此夕卜，科研機(jī)構(gòu)廣泛采用基于DFB激光器掃頻技術(shù)和光功率探測(cè)技術(shù)進(jìn)行光器件光譜響應(yīng)的測(cè)量，該測(cè)量技術(shù)受益于DFB激光器高精細(xì)的波長(zhǎng)掃描技術(shù)實(shí)現(xiàn)高精細(xì)的測(cè)量。但該測(cè)試技術(shù)只能檢測(cè)光功率的變化，獲取幅頻響應(yīng)信息，無(wú)法獲得相頻響應(yīng)等其他維度的關(guān)鍵信息。若用于高精度光器件光譜響應(yīng)的測(cè)量，無(wú)法測(cè)得相頻響應(yīng)，使得高精度光器件無(wú)法用于光時(shí)延、光移相、光子信號(hào)處理等。
[0003]為了實(shí)現(xiàn)高精度光器件光譜響應(yīng)的高精細(xì)、多維度測(cè)量，1998年J.E.Roman提出了基于光單邊帶調(diào)制的光矢量分析方法。這種方法的本質(zhì)是將光域的掃頻操作轉(zhuǎn)換到電域進(jìn)行，受益于成熟的電頻譜分析技術(shù)，其測(cè)試精細(xì)度有了質(zhì)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(jìn)行射頻信號(hào)幅度和相位的提取，使整個(gè)測(cè)量裝置造價(jià)不菲。此外，上述方法還存在無(wú)法測(cè)量帶通待測(cè)光器件、測(cè)量帶寬窄(受電光調(diào)制器的帶寬限制，小于40GHz )、測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍不高等問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服現(xiàn)有光器件光譜響應(yīng)測(cè)量技術(shù)的不足，提供一種光器件光譜響應(yīng)測(cè)量方法、測(cè)量系統(tǒng)，能夠在實(shí)現(xiàn)光器件幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)的高精度測(cè)量的同時(shí)，還大幅降低實(shí)現(xiàn)成本。
[0005]本發(fā)明的光器件光譜響應(yīng)測(cè)量方法，將單波長(zhǎng)的光探測(cè)信號(hào)分為兩路，一路以固定的頻移量進(jìn)行移頻操作，另一路通過(guò)待測(cè)光器件；然后對(duì)兩路光進(jìn)行拍頻，得到攜帶待測(cè)光器件在光探測(cè)信號(hào)頻率處的光譜響應(yīng)信息的射頻信號(hào)；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(hào)的幅度相位信息，得到待測(cè)光器件在光探測(cè)信號(hào)頻率處的幅頻響應(yīng)與相頻響應(yīng)；改變所述光探測(cè)信號(hào)的波長(zhǎng)并重復(fù)上述過(guò)程，得到待測(cè)光器件的光譜矢量響應(yīng)信息。
[0006]本發(fā)明的光器件光譜響應(yīng)測(cè)量系統(tǒng)，包括:
[0007]光源模塊，用于輸出單波長(zhǎng)掃頻光探測(cè)信號(hào)；
[0008]光分束器，用于將光源模塊輸出的光探測(cè)信號(hào)分為兩路；[0009]移頻模塊，用于對(duì)光分束器輸出的其中一路光探測(cè)信號(hào)以固定的頻移量進(jìn)行移頻操作；
[0010]光合束器，用于將移頻操作后的光探測(cè)信號(hào)與經(jīng)過(guò)待測(cè)光器件的光探測(cè)信號(hào)進(jìn)行合束；
[0011]光探測(cè)模塊，用于對(duì)光合束器輸出的合束光進(jìn)行光電探測(cè)，輸出攜帶待測(cè)光器件在光探測(cè)信號(hào)頻率處的光譜響應(yīng)信息的射頻信號(hào)；
[0012]幅相接收模塊，用于提取所述光探測(cè)模塊輸出的射頻信號(hào)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(shù)據(jù)處理模塊，用于控制光源模塊進(jìn)行頻譜掃描，同時(shí)對(duì)幅相接收模塊輸出的幅度相位信息進(jìn)行處理并輸出待測(cè)光器件的光譜矢量響應(yīng)信息。
[0014]一種如上所述光器件光譜響應(yīng)測(cè)量系統(tǒng)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(gè)輸出端，以及所述光合束器未連接移頻模塊的另一個(gè)輸入端作為兩個(gè)測(cè)試端口，在這兩個(gè)測(cè)試端口直接連接的情況下，控制及數(shù)據(jù)處理模塊控制所述光源模塊進(jìn)行掃頻，同時(shí)控制幅相提取模塊提取掃頻光探測(cè)信號(hào)各頻點(diǎn)處的幅度和相位變化，得到所述測(cè)量系統(tǒng)的矢量響應(yīng)函數(shù)；
[0016]步驟2、在所述兩個(gè)測(cè)試端口間級(jí)聯(lián)待測(cè)光器件的情況下，控制及數(shù)據(jù)處理模塊控制所述光源模塊進(jìn)行掃頻，同時(shí)控制幅相提取模塊提取掃頻光探測(cè)信號(hào)各頻點(diǎn)處的幅度和相位變化，得到待測(cè)光器件與測(cè)量系統(tǒng)的聯(lián)合矢量響應(yīng)函數(shù)；
[0017]步驟3、用聯(lián)合矢量響應(yīng)函數(shù)除以測(cè)量系統(tǒng)的矢量響應(yīng)函數(shù)，得到待測(cè)光器件的幅頻響應(yīng)與相頻響應(yīng)。
[0018]本發(fā)明結(jié)合光波長(zhǎng)移頻技術(shù)和射頻信號(hào)幅相提取技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了光器件光譜響應(yīng)的幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)的測(cè)量。輔以高精細(xì)單波長(zhǎng)掃頻光源，本發(fā)明即可實(shí)現(xiàn)光器件光譜相應(yīng)的高精細(xì)測(cè)量。此外，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低等優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為【具體實(shí)施方式】中本發(fā)明光器件光譜響應(yīng)測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明:
[0021]本發(fā)明的思路是結(jié)合光子移頻技術(shù)和射頻信號(hào)幅相提取技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)光器件的光譜響應(yīng)的測(cè)量。具體而言，首先將單波長(zhǎng)掃頻光信號(hào)分為兩路，一路進(jìn)行光移頻，另一路經(jīng)待測(cè)光器件傳輸；而后對(duì)兩路光信號(hào)進(jìn)行拍頻，將光器件的光譜響應(yīng)信息轉(zhuǎn)換至電域；再采用射頻幅相提取技術(shù)提取光器件的光譜響應(yīng)信息，從而實(shí)現(xiàn)光器件的光譜響應(yīng)測(cè)量。
[0022]圖1顯示了本發(fā)明光器件光譜響應(yīng)測(cè)量系統(tǒng)的一種結(jié)構(gòu)，如圖所示，該測(cè)量系統(tǒng)包括光源模塊、光分束器、移頻模塊、待測(cè)光器件、光合束器、光探測(cè)模塊、幅相接收模塊及控制及數(shù)據(jù)處理模塊；光源模塊輸出單波長(zhǎng)掃頻光探測(cè)信號(hào)；光分束器將光源模塊輸出的光探測(cè)信號(hào)分成兩路；移頻模塊對(duì)光分束器輸出的一路光探測(cè)信號(hào)進(jìn)行移頻；待測(cè)光器件改變另一路光探測(cè)信號(hào)的幅度和相位；光合束器將移頻模塊和待測(cè)光器件輸出的光信號(hào)合成一路，輸至光探測(cè)模塊；光探測(cè)模塊接收光合束器輸入的光信號(hào)，將待測(cè)光器件的光譜響應(yīng)信息轉(zhuǎn)移至射頻信號(hào)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(cè)模塊所輸出射頻信號(hào)的幅度相位信息；控制及數(shù)據(jù)處理模塊一方面控制光源模塊進(jìn)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(cè)光器件的光譜矢量響應(yīng)信息。
[0023]所述移頻模塊可采用現(xiàn)有的各類光頻移技術(shù)，如基于雙平行馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器的載波抑制的單邊帶調(diào)制技術(shù)，該頻移技術(shù)可通過(guò)調(diào)節(jié)輸入射頻信號(hào)的頻率實(shí)現(xiàn)光波長(zhǎng)頻移量的靈活調(diào)節(jié)，但存在諸多高階邊帶；又如基于聲光調(diào)制器的光頻移技術(shù)，該技術(shù)具有移頻后無(wú)高階邊帶殘留的優(yōu)點(diǎn)，但只能對(duì)光波進(jìn)行特定頻移量的移頻，且移頻量較小(通常小于200MHz)。本發(fā)明僅需對(duì)光波進(jìn)行較小頻量的頻移，且希望移頻后無(wú)高階邊帶，因此本發(fā)明優(yōu)選采用聲光調(diào)制器來(lái)實(shí)現(xiàn)光波的移頻。
[0024]此外，光探測(cè)模塊輸出的射頻信號(hào)為單頻信號(hào)且頻率小于200MHz，因此已有成熟的技術(shù)可提取該射頻信號(hào)的幅度和相位信息。如ADI公司推出的AD8302射頻信號(hào)幅相信息提取芯片，該芯片可提取〈2.7GHz射頻信號(hào)的幅相信息，本發(fā)明即優(yōu)選采用該芯片實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的射頻信號(hào)幅相提取。
[0025]使用上述系統(tǒng)進(jìn)行光器件測(cè)量時(shí)，首先，在兩測(cè)試端口(即待測(cè)光器件兩端的光分束器、光合束器的連接端口)間不級(jí)聯(lián)待測(cè)光器件的條件下，光源模塊輸出掃頻光探測(cè)信號(hào)，測(cè)得系統(tǒng)的響應(yīng)函數(shù)；然后，級(jí)聯(lián)待測(cè)光器件，光源模塊輸出掃頻光探測(cè)信號(hào)，測(cè)得待測(cè)光器件和測(cè)量系統(tǒng)的聯(lián)合響應(yīng)；最后，控制及數(shù)據(jù)處理模塊將測(cè)得的聯(lián)合響應(yīng)函數(shù)除以測(cè)得的系統(tǒng)響應(yīng)函數(shù)，從而測(cè)得待測(cè)光器件的響應(yīng)函數(shù)。
[0026]為了使公眾更清晰地了解本發(fā)明技術(shù)方案，下面對(duì)本發(fā)明的測(cè)量原理進(jìn)行簡(jiǎn)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(cè)信號(hào)由光分束器分成兩路，其表達(dá)式如下:
[0028]
【權(quán)利要求】
1.一種光器件光譜響應(yīng)測(cè)量方法，其特征在于，將單波長(zhǎng)的光探測(cè)信號(hào)分為兩路，一路以固定的頻移量進(jìn)行移頻操作，另一路通過(guò)待測(cè)光器件；然后對(duì)兩路光進(jìn)行拍頻，得到攜帶待測(cè)光器件在光探測(cè)信號(hào)頻率處的光譜響應(yīng)信息的射頻信號(hào)；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(hào)的幅度相位信息，得到待測(cè)光器件在光探測(cè)信號(hào)頻率處的幅頻響應(yīng)與相頻響應(yīng)；改變所述光探測(cè)信號(hào)的波長(zhǎng)并重復(fù)上述過(guò)程，得到待測(cè)光器件的光譜矢量響應(yīng)信息。
2.一種光器件光譜響應(yīng)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，包括: 光源模塊，用于輸出單波長(zhǎng)掃頻光探測(cè)信號(hào)； 光分束器，用于將光源模塊輸出的光探測(cè)信號(hào)分為兩路； 移頻模塊，用于對(duì)光分束器輸出的其中一路光探測(cè)信號(hào)以固定的頻移量進(jìn)行移頻操作； 光合束器，用于將移頻操作后的光探測(cè)信號(hào)與經(jīng)過(guò)待測(cè)光器件的光探測(cè)信號(hào)進(jìn)行合束； 光探測(cè)模塊，用于對(duì)光合束器輸出的合束光進(jìn)行光電探測(cè)，輸出攜帶待測(cè)光器件在光探測(cè)信號(hào)頻率處的光譜響應(yīng)信息的射頻信號(hào)； 幅相接收模塊，用于提取所述光探測(cè)模塊輸出的射頻信號(hào)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(shù)據(jù)處理模塊，用于控制光源模塊進(jìn)行頻譜掃描，同時(shí)對(duì)幅相接收模塊輸出的幅度相位信息進(jìn)行處理并輸出待測(cè)光器件的光譜矢量響應(yīng)信息。
3.如權(quán)利要求2所述光器件光譜響應(yīng)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述移頻模塊為聲光調(diào)制器。
4.如權(quán)利要求2或3所述光器件光譜響應(yīng)測(cè)量系統(tǒng)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(gè)輸出端，以及所述光合束器未連接移頻模塊的另一個(gè)輸入端作為兩個(gè)測(cè)試端口，在這兩個(gè)測(cè)試端口直接連接的情況下，控制及數(shù)據(jù)處理模塊控制所述光源模塊進(jìn)行掃頻，同時(shí)控制幅相提取模塊提取掃頻光探測(cè)信號(hào)各頻點(diǎn)處的幅度和相位變化，得到所述測(cè)量系統(tǒng)的矢量響應(yīng)函數(shù)； 步驟2、在所述兩個(gè)測(cè)試端口間級(jí)聯(lián)待測(cè)光器件的情況下，控制及數(shù)據(jù)處理模塊控制所述光源模塊進(jìn)行掃頻，同時(shí)控制幅相提取模塊提取掃頻光探測(cè)信號(hào)各頻點(diǎn)處的幅度和相位變化，得到待測(cè)光器件與測(cè)量系統(tǒng)的聯(lián)合矢量響應(yīng)函數(shù)； 步驟3、用聯(lián)合矢量響應(yīng)函數(shù)除以測(cè)量系統(tǒng)的矢量響應(yīng)函數(shù)，得到待測(cè)光器件的幅頻響應(yīng)與相頻響應(yīng)。
【文檔編號(hào)】G01J3/28GK103954356SQ201410145131
【公開(kāi)日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月11日
【發(fā)明者】潘時(shí)龍, 薛敏, 唐震宙, 趙永久, 張方正, 朱丹 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)