太阳城集团

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一种光器件光谱响应测量方法、测量系统.pdf

摘要
申请专利号:

CN201410145131.9

申请日:

2014.04.11

公开号:

CN103954356A

公开日:

2014.07.30

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01J 3/28申请日:20140411|||公开
IPC分类号: G01J3/28 主分类号: G01J3/28
申请人: 南京航空航天大学
发明人: 潘时龙; 薛敏; 唐震宙; 赵永久; 张方正; 朱丹
地址: 210016 江苏省南京市秦淮区御道街29号
优先权:
专利代理机构: 南京经纬专利商标代理有限公司 32200 代理人: 杨楠
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法律状态
申请(专利)号:

CN201410145131.9

授权太阳城集团号:

||||||

法律状态太阳城集团日:

太阳城集团2016.02.17|||2014.08.27|||2014.07.30

法律状态类型:

授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

太阳城集团本发明公开了一种光器件光谱响应测量方法,属于光学测量技术领域。本发明方法将单波长的光探测信号分为两路,一路以固定的频移量进行移频操作,另一路通过待测光器件;然后对两路光进行拍频,得到携带待测光器件在光探测信号频率处的光谱响应太阳城集团的射频信号;利用工作频率与所述频移量相同的射频幅相提取装置提取所述射频信号的幅度相位太阳城集团,得到待测光器件在光探测信号频率处的幅频响应与相频响应;改变所述光探测信号的波长并重复上述过程,得到待测光器件的光谱矢量响应太阳城集团。本发明还公开了一种光器件光谱响应测量系统。相比现有技术,本发明能够在实现光器件幅频响应和相频响应的高精度测量的同时,大幅降低成本。

权利要求书

权利要求书
1.  一种光器件光谱响应测量方法,其特征在于,将单波长的光探测信号分为两路,一路以固定的频移量进行移频操作,另一路通过待测光器件;然后对两路光进行拍频,得到携带待测光器件在光探测信号频率处的光谱响应太阳城集团的射频信号;利用工作频率与所述频移量相同的射频幅相提取装置提取所述射频信号的幅度相位太阳城集团,得到待测光器件在光探测信号频率处的幅频响应与相频响应;改变所述光探测信号的波长并重复上述过程,得到待测光器件的光谱矢量响应太阳城集团。

2.  一种光器件光谱响应测量系统,其特征在于,包括:
光源模块,用于输出单波长扫频光探测信号;
光分束器,用于将光源模块输出的光探测信号分为两路;
移频模块,用于对光分束器输出的其中一路光探测信号以固定的频移量进行移频操作;
光合束器,用于将移频操作后的光探测信号与经过待测光器件的光探测信号进行合束;
光探测模块,用于对光合束器输出的合束光进行光电探测,输出携带待测光器件在光探测信号频率处的光谱响应太阳城集团的射频信号;
幅相接收模块,用于提取所述光探测模块输出的射频信号的幅度相位太阳城集团,其工作频率与所述移频模块的频移量相同;
控制及数据处理模块,用于控制光源模块进行频谱扫描,同时对幅相接收模块输出的幅度相位太阳城集团进行处理并输出待测光器件的光谱矢量响应太阳城集团。

3.  如权利要求2所述光器件光谱响应测量系统,其特征在于,所述移频模块为声光调制器。

4.  如权利要求2或3所述光器件光谱响应测量系统的使用方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1、将所述光分束器未连接移频模块的另一个输出端,以及所述光合束器未连接移频模块的另一个输入端作为两个测试端口,在这两个测试端口直接连接的情况下,控制及数据处理模块控制所述光源模块进行扫频,同时控制幅相提取模块提取扫频光探测信号各频点处的幅度和相位变化,得到所述测量系统的矢量响应函数;
步骤2、在所述两个测试端口间级联待测光器件的情况下,控制及数据处理模块控制所述光源模块进行扫频,同时控制幅相提取模块提取扫频光探测信号各频点处的幅度和相位变化,得到待测光器件与测量系统的联合矢量响应函数;
步骤3、用联合矢量响应函数除以测量系统的矢量响应函数,得到待测光器件的幅频响应与相频响应。

说明书

说明书一种光器件光谱响应测量方法、测量系统
技术领域
本发明涉及一种光器件测量方法,尤其涉及一种光器件光谱响应测量方法、测量系统,属于光学测量技术领域。
背景技术
随着光子技术的快速发展和不断完善,高精度光器件的研制、已有高精度光器件(如微环、微球等高Q值微谐振器等)在光子系统中的应用,亟需高精细的光器件光谱响应测试技术。然而,现有的光器件光谱响应技术难以对上述高精度光谱响应进行多维度、高精细的表征。现唯一商用的光器件多维光谱响应测量仪表为美国LUNA公司推出的OVA5000,该测试仪表可测量光器件的多维光谱响应(如幅度、相位、群时延、偏振模色散、偏振相关损耗等),但是其测试精细度仅为1.6pm(200MHz),难以满足受激布里渊增益谱的测试需求。此外,科研机构广泛采用基于DFB激光器扫频技术和光功率探测技术进行光器件光谱响应的测量,该测量技术受益于DFB激光器高精细的波长扫描技术实现高精细的测量。但该测试技术只能检测光功率的变化,获取幅频响应太阳城集团,无法获得相频响应等其他维度的关键太阳城集团。若用于高精度光器件光谱响应的测量,无法测得相频响应,使得高精度光器件无法用于光时延、光移相、光子信号处理等。
为了实现高精度光器件光谱响应的高精细、多维度测量,1998年J.E.Roman提出了基于光单边带调制的光矢量分析方法。这种方法的本质是将光域的扫频操作转换到电域进行,受益于成熟的电频谱分析技术,其测试精细度有了质的飞跃。然而,上述方法需要采用宽带的微波幅相接收模块进行射频信号幅度和相位的提取,使整个测量装置造价不菲。此外,上述方法还存在无法测量带通待测光器件、测量带宽窄(受电光调制器的带宽限制,小于40GHz)、测量动态范围不高等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有光器件光谱响应测量技术的不足,提供一种光器件光谱响应测量方法、测量系统,能够在实现光器件幅频响应和相频响应的高精度测量的同时,还大幅降低实现成本。
本发明的光器件光谱响应测量方法,将单波长的光探测信号分为两路,一路以固定的频移量进行移频操作,另一路通过待测光器件;然后对两路光进行拍频,得到携带待测光器件在光探测信号频率处的光谱响应太阳城集团的射频信号;利用工作频率与所述频移量相同的射频幅相提取装置提取所述射频信号的幅度相位太阳城集团,得到待测光器件在光探测信号频率处的幅频响应与相频响应;改变所述光探测信号的波长并重复上述过程,得到待测光器件的光谱矢量响应太阳城集团。
本发明的光器件光谱响应测量系统,包括:
光源模块,用于输出单波长扫频光探测信号;
光分束器,用于将光源模块输出的光探测信号分为两路;
移频模块,用于对光分束器输出的其中一路光探测信号以固定的频移量进行移频操作;
光合束器,用于将移频操作后的光探测信号与经过待测光器件的光探测信号进行合束;
光探测模块,用于对光合束器输出的合束光进行光电探测,输出携带待测光器件在光探测信号频率处的光谱响应太阳城集团的射频信号;
幅相接收模块,用于提取所述光探测模块输出的射频信号的幅度相位太阳城集团,其工作频率与所述移频模块的频移量相同;
控制及数据处理模块,用于控制光源模块进行频谱扫描,同时对幅相接收模块输出的幅度相位太阳城集团进行处理并输出待测光器件的光谱矢量响应太阳城集团。
一种如上所述光器件光谱响应测量系统的使用方法,包括以下步骤:
步骤1、将所述光分束器未连接移频模块的另一个输出端,以及所述光合束器未连接移频模块的另一个输入端作为两个测试端口,在这两个测试端口直接连接的情况下,控制及数据处理模块控制所述光源模块进行扫频,同时控制幅相提取模块提取扫频光探测信号各频点处的幅度和相位变化,得到所述测量系统的矢量响应函数;
步骤2、在所述两个测试端口间级联待测光器件的情况下,控制及数据处理模块控制所述光源模块进行扫频,同时控制幅相提取模块提取扫频光探测信号各频点处的幅度和相位变化,得到待测光器件与测量系统的联合矢量响应函数;
步骤3、用联合矢量响应函数除以测量系统的矢量响应函数,得到待测光器件的幅频响应与相频响应。
本发明结合光波长移频技术和射频信号幅相提取技术,实现了光器件光谱响应的幅频响应和相频响应的测量。辅以高精细单波长扫频光源,本发明即可实现光器件光谱相应的高精细测量。此外,本发明具有结构简单、制造成本低等优点。
附图说明
图1为具体实施方式中本发明光器件光谱响应测量系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明:
本发明的思路是结合光子移频技术和射频信号幅相提取技术来实现光器件的光谱响应的测量。具体而言,首先将单波长扫频光信号分为两路,一路进行光移频,另一路经待测光器件传输;而后对两路光信号进行拍频,将光器件的光谱响应太阳城集团转换至电域;再采用射频幅相提取技术提取光器件的光谱响应太阳城集团,从而实现光器件的光谱响应测量。
图1显示了本发明光器件光谱响应测量系统的一种结构,如图所示,该测量系统包括光源模块、光分束器、移频模块、待测光器件、光合束器、光探测模块、幅相接收模块及控制及数据处理模块;光源模块输出单波长扫频光探测信号;光分束器将光源模块输出的光探测信号分成两路;移频模块对光分束器输出的一路光探测信号进行移频;待测光器件改变另一路光探测信号的幅度和相位;光合束器将移频模块和待测光器件输出的光信号合成一路,输至光探测模块;光探测模块接收光合束器输入的光信号,将待测光器件的光谱响应太阳城集团转移至射频信号中;工作频率与移频模块频移量相同的幅相接收模块提取光探测模块所输出射频信号的幅度相位太阳城集团;控制及数据处理模块一方面控制光源模块进行频谱扫描,另一方面接收幅相接收模块输入的太阳城集团并处理,得到待测光器件的光谱矢量响应太阳城集团。
所述移频模块可采用现有的各类光频移技术,如基于双平行马赫-曾德尔调制器的载波抑制的单边带调制技术,该频移技术可通过调节输入射频信号的频率实现光波长频移量的灵活调节,但存在诸多高阶边带;又如基于声光调制器的光频移技术,该技术具有移频后无高阶边带残留的优点,但只能对光波进行特定频移量的移频,且移频量较小(通常小于200MHz)。本发明仅需对光波进行较小频量的频移,且希望移频后无高阶边带,因此本发明优选采用声光调制器来实现光波的移频。
此外,光探测模块输出的射频信号为单频信号且频率小于200MHz,因此已有成熟的技术可提取该射频信号的幅度和相位太阳城集团。如ADI公司推出的AD8302射频信号幅相太阳城集团提取芯片,该芯片可提取<2.7GHz射频信号的幅相太阳城集团,本发明即优选采用该芯片实现相应的射频信号幅相提取。
使用上述系统进行光器件测量时,首先,在两测试端口(即待测光器件两端的光分 束器、光合束器的连接端口)间不级联待测光器件的条件下,光源模块输出扫频光探测信号,测得系统的响应函数;然后,级联待测光器件,光源模块输出扫频光探测信号,测得待测光器件和测量系统的联合响应;最后,控制及数据处理模块将测得的联合响应函数除以测得的系统响应函数,从而测得待测光器件的响应函数。
为了使公众更清晰地了解本发明技术方案,下面对本发明的测量原理进行简要介绍:
光源输出的光载波为Eo(t)=Eoexp(iωot),其中Eo和ωo分别是光载波的幅度与角频率。上述光探测信号由光分束器分成两路,其表达式如下:

其中,Es和Ep分别为移频信号和泵浦信号的幅度;为两路光信号的相位差。
移频信号经移频模块移频,泵浦信号经待测光器件传输后,可表示为

其中,H(ωo)=Hsys(ωo)HODUT(ωo),Hsys(ωo)为测量系统的光谱响应,HODUT(ωo)为待测光器件的光谱响应;ωIF为移频模块对光信号的移频量;为两路光信号的相位差。
光合束器对两路光信号进行合束,并采用光探测模块对信号进行拍频,我们可得到

其中,η是PD的响应系数。
为了消除系统传输函数的影响,需要采用校准方法。如将两测试端口直接相连,即HODUT(ω)=1,即可得到如下的系统传输函数

因此,待测器件的传输函数即可得到
HODUT(ωo)=H(ωo)Hsys(ωo)=i(ωo)isys(ωo)---(5)]]>
射频信号(亦即,i(ωo)和isys(ωo))的幅度和相位可由幅相接收模块探测得到,因此根据式(5)即可得到待测光器件的光谱响应。
下面列举一个采用本发明测量系统测量光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)的具体实施例。
为实现光纤光栅幅频响应和相频响应的精细测量,实施例中,光源选用线宽为300Hz的窄线宽激光器,因此,测量装置的最高精细度约为300Hz。光移频模块为Gooch&Housego公司推出的型号为T-M080-0.4C2J-3-F2S的声光调制器,其频移量为80MHz,因此光探测模块输出的射频信号为80MHz。为提取上述射频信号的幅相太阳城集团,本实施例中基于ADI公司的AD8302芯片设计了工作频率为80MHz的射频信号幅相提取模块。具体而言,使用本发明测量系统进行光纤光栅测量时,按照以下步骤:
(1)系统响应测量步骤:将两测试端口直接相连,即不级联光纤光栅,控制光源进行扫频,同时控制幅相提取模块提取光纤光栅各频点处的幅度和相位变化信号,输至控制及数据处理模块,得到系统的矢量响应函数(即幅频响应与相频响应);
(2)系统和光纤光栅联合响应测量步骤:在两测试端口间级联光纤光栅,同样地,测得系统与待测光纤光栅的联合矢量响应函数;
太阳城集团(3)数据处理步骤:将联合矢量响应函数除以系统的矢量响应函数,即可得到待测光纤光栅的矢量响应函数,亦即待测光器件的幅频响应与相频响应。

关 键 词:
一种 器件 光谱 响应 测量方法 测量 系统
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