一种波导电光开关阵列的线性度测量装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光电检测仪器与仪表领域，具体涉及一种波导电光开关阵列的线性度测量装置及方法。
【背景技术】
[0002]波导电光开关阵列是光纤通信领域的关键器件，具有光域路由、光路切换、光路保护等作用，在光上、下路复用以及光交叉连接等设备或模块中均具有广泛的应用。这类器件的优点是响应速度快，可达纳秒量级，比如基于极化聚合物材料及线性电光效应的波导电光开关，以及基于化合物半导体材料及载流子色散效应的波导电光开关。
[0003]一般情况下，波导光开关应工作于开关状态，即在开关信号作用下，该类器件输出数字信号，此时衡量其性能的主要指标包括开关电压、插入损耗、消光比等。同时，该类器件也可工作于调制状态，即在模拟信号作用下，该类器件输出模拟调制信号，此时衡量器件性能的主要指标是线性度。线性度的常规测定方法为:将频率为4和f2的调制信号叠加后施加在电光开关上，利用光电探测器将激光器输出的光信号转换为电信号，利用频谱分析仪测定光开关响应信号中主频分量(频率为fjPf2)与三阶内调噪声分量(频率为2f1-f2和2f2-fi)的功率差(用分贝表示)；逐步调小调制信号的幅度，当输出的三阶内调噪声的水平低于系统噪声水平时，得到的主频分量与三阶内调噪声分量的功率差即为电光开关的线性度。当电光开关制备、封装完成后，需要测试其线性度特性，以便为该类器件的小信号调制应用提供技术参考。然而，根据对现有波导电光开关方面的文献和专利检索情况，人们一般采用分立的设备构建测试系统来测试电光开关的线性度特性，但大多测试设备价格昂贵、测试过程复杂、测试速度慢、对操作人员的技术水平要求高，并没有一体化、专用型电光开关线性度测试装置方面的相关报道。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服传统的线性度测试系统和方法存在的缺陷，提供一种波导电光开关阵列的线性度测量装置及方法，根据器件测试需要，该装置可自动产生双频调制信号以及直流偏置信号，将其相叠加后施加到电光开关的各电极上；自动调节调制信号幅度，计算光开关特定端口所输出调制信号的频谱特性，并计算主频分量与三阶内调噪声分量的功率差值；最终，根据系统的噪声水平，确定光开关特定输出端口的线性度。本发明为波导电光开关阵列的线性度测试与表征提供了解决方案。
[0005]本发明采用的具体技术方案为:
[0006]一种波导电光开关阵列的线性度测量装置，由DSP主控单元、信号处理单元、CAN总线、光纤输入、驱动单元I?M、电压输出I?M组成；各单元之间的连接关系为:光纤输入与采集单元的输入端相连；采集单元的输出端和DSP主控单元相连；驱动单元I?M和DSP主控单元经由CAN总线相互连接；DSP主控单元的正弦波DDS模块(fl)的输出端与驱动单元I?M的乘法器模块Al?AM均相连；DSP主控单元的正弦波DDS模块(f2)的输出端与驱动单元I?M的乘法器模块BI?BM均相连；电压输出I?M分别和驱动单元I?M的加法器模块I?M相连；
[0007]DSP主控单元由参数设置模块、显示模块、CAN驱动模块、驱动映射表模块、辅助模块、DSP处理器模块、正弦波DDS模块(f\)、正弦波DDS模块(f2)组成；各模块的连接关系为:参数设置模块、显示模块、驱动映射表模块、辅助模块、CAN驱动、正弦波DDS模块况)、正弦波DDS模块(f2)均与DSP处理器模块直接相连；CAN驱动模块的差分信号线与CAN总线相连；正弦波DDS模块(f\)、正弦波DDS模块(f2)的输出端均与驱动单元I?M相连；
[0008]信号处理单元由光电转换模块、前置放大模块、主放大模块、AD模块组成；各模块的连接关系为:光电转换模块的输入端与光纤输入相连；光电转换模块的输出端与前置放大模块的输入端相连；前置放大模块的输出端与主放大模块的输入端相连；主放大模块的输出端与AD模块的输入端相连；AD模块的输出端与DSP主控单元的DSP处理器模块相连；
[0009]驱动单元I?M的结构均相同，由CAN驱动模块I?M、DSP驱动模块I?M、偏置信号产生模块I?M、DA模块Al?AM、DA模块BI?BM、乘法器模块Al?AM、乘法器模块BI?BM、Bias-Tee模块I?M、加法器模块I?M组成；各模块之间的连接关系为:CAN驱动模块I?M的差分信号线均与CAN总线相连，CAN驱动模块I?M的输入端分别与DSP驱动模块I?M相连；DSP驱动模块I?M分别与偏置信号产生模块I?M的输入端、DA模块Al?AM的输入端及DA模块BI?BM的输入端相连；DA模块Al?AM的输出端及正弦波DDS模块(D的输出端分别与乘法器模块Al?AM的两个输入端相连；乘法器模块Al?AM的输出端及偏置信号产生模块I?M的输出端分别与Bias-Tee模块I?M的两个输入端相连；DA模块BI?BM的输出端及正弦波DDS模块(f2)的输出端分别与乘法器模块BI?BM的两个输入端相连；Bias_Tee模块I?M的输出端及乘法器模块BI?BM的输出端分别与加法器模块I?M的两个输入端相连；加法器模块I?M的输出端作为电压输出I?M ;
[0010]CAN总线由差分信号线CANH和CANL、匹配电阻I和2组成，其连接关系为:CANH和CANL的两端分别经由匹配电阻I和2相互连接。
[0011]优选地，DSP主控单元中，DSP处理器模块的主控芯片型号为TMS320F28335 ;CAN驱动模块的核心器件型号为PCA82C250 ;驱动映射表模块的核心器件型号为24LC256 ;正弦波DDS模块(fl)的核心器件为高集成度直接数字频率合成器，其型号为AD9851，该模块输出的标准幅度、频率为的正弦波波信号提供给驱动单元I?M ;正弦波DDS模块(f2)的核心器件为高集成度直接数字频率合成器，其型号为AD9851，该模块输出的标准幅度、频率为4的正弦波信号提供给驱动单元I?M ;辅助模块包括JTAG接口电路、SRAM存储器电路、上电复位电路及晶振电路，其中SRAM存储器电路的核心器件型号为IS61LV51216，其容量为8Mbit ;上电复位电路的核心器件型号为MAX811 ;显示模块为IXD 12864 ;参数设置模块采用4个独立式按键；
[0012]DSP驱动单元中，DSP驱动模块I?M采用的主控芯片型号为TMS320F28335 ；CAN驱动模块I?M的核心器件型号为PCA82C250 ;加法器模块I?M的核心器件型号为OP37 ；乘法器模块Al?AM及乘法器模块BI?BM的核心器件型号为AD633 ；Bias-Tee模块I?M的交流耦合电容为电解电容，大小为100 μ F，旁路电容为独石电容，型号为100，直流耦合电感采用闭磁式功率电感，型号为102 ；DA模块Al?AM、DA模块BI?BM及偏置信号产生模块I?M的核心器件型号均为LTC1655，其参考电压由AD780提供；其它辅助电路包括JTAG接口电路、SRAM存储器电路、上电复位电路及晶振电路，其中SRAM电路的核心器件型号为IS61LV51216，其容量为8Mbit ;上电复位电路的核心器件型号为MAX811 ；
[0013]信号处理单元中，光电转换模块的光敏器件型号为J23-181-R01M-2.2，电流-电压转换和放大器件的型号为ADA4000 ;前置放大模块和主放大模块的核心放大器件的型号均为OP37 ；AD模块采用12位串行模数转换芯片，型号为AD7866。
[0014]一种波导电光开关阵列的线性度测量方法，包括以下步骤: