光响应特性快速测量装置及方法与流程

本发明涉及光模块检测技术领域，特别是涉及一种光响应特性快速测量装置及方法。

背景技术：

随着集成光电子芯片技术的迅猛发展，各式的多功能、高性能的集成光学器件或模块应用到光通信或光学产业。与此同时，集成器件的光响应特性的测量和评估对于系统性能至关重要。

目前主要依赖波长可调谐激光器实现高精度的光学响应测量，但是该技术方案的测量速度受限于激光器的波长调谐速度，无法适用于光学芯片瞬态响应的快速测量。此外，该技术在测量相位响应方面存在较高的实现复杂度。

由于传统的方法通过激光器波长的调谐扫描，测量待测光器件或模块的输出光功率及相对相位，从而取得幅度和相位扫描。这样就会存在激光调谐精度低、扫描速度慢的缺点。

此外，在测量相位响应时还易受到光纤尾纤随机波动相位的影响。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种光响应特性快速测量方法。

此外，还提供一种光响应特性快速测量装置。

一种光响应特性快速测量装置，用于对待测光器件的光响应特性进行测量，所述测量装置包括：

光信号发生器，用于生成时变移频光信号；

分光器，用于将所述时变移频光信号分为第一光信号和第二光信号；其中，所述第一光信号经过待测光器件到达后端的光混频器；

光延迟线，用于将所述第二光信号进行延迟后到达后端的光混频器；

光混频器，用于将经过待测光器件的第一光信号和经过延迟处理的第二光信号进行混频处理；

光电探测器，用于对光混频器输出的光信号进行探测，获得用于计算光响应特性的电信号。

在其中一个实施例中，所述时变频移光信号的频率变化周期为微秒量级，移频量为10～100mhz。

在其中一个实施例中，还包括连接在光延迟线和光混频器之间的偏振控制器，所述偏振控制器用于将经过待测光器件的第一光信号和经过延迟处理的第二光信号的偏振态对齐。

在其中一个实施例中，所述光混频器为90°光混频器。

在其中一个实施例中，所述光电探测器包括光电二极管。

在其中一个实施例中，所述分光器用于将第一光信号和第二光信号等比例分配。

一种光响应特性快速测量方法，包括：

生成时变移频光信号；

将所述时变移频光信号分为第一光信号和第二光信号；

将所述第一光信号经过待测光器件；

将所述第二光信号进行延迟；

将经过待测光器件的第一光信号和经过延迟处理的第二光信号进行混频处理；

对混频处理后的光信号进行探测，获得用于计算光响应特性的电信号。

在其中一个实施例中，所述时变频移光信号的频率变化周期为微秒量级，移频量为10～100mhz。

在其中一个实施例中，还包括：将经过待测光器件的第一光信号和经过延迟处理的第二光信号的偏振态对齐后进行混频处理。

在其中一个实施例中，将第一光信号和第二光信号等比例分配。

上述光响应特性快速测量装置和方法，可适用于各类集成光器件或光模块的光响应特性的全面测试，包括幅频和相频响应性能。一方面基于快速时变移频光信号，实现快速、精准的光响应特性测量；另一方面，利用光延迟线，可充分抑制激光器相位噪声对相干检测的性能干扰。该测试装置和方法具备高精度、低成本、高速工作的优势。

附图说明

图1为一实施例的光响应特性快速测量装置模块图；

图2为时变阶跃频率变化图；

图3为一实施例的光响应特性快速测量方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为一实施例的光响应特性快速测量装置模块图。该光响应特性快速测量装置用于对待测光器件190的光响应特性进行测量，光学器件的光响应特性包括光激发、光吸收、光发射以及光电转换等特性。该测量装置包括光信号发生器110、分光器120、光延迟线130、光混频器140以及光电探测器150。

光信号发生器110用于生成时变移频光信号。所述时变频移光信号可以通过声光移频器或其他手段实现光信号频率的快速阶跃变化。参考图2，在每个时变周期△t(即频率变化周期)，频率以△f(移频量)阶跃变化。所述时变频移光信号的频率变化周期为微秒量级，移频量为10～100mhz。光信号发生器110使用波导或者光纤为光波通道将光信号传输到分光器120。

分光器120用于将所述时变移频光信号分为第一光信号和第二光信号。其中，所述第一光信号经过待测光器件190到达后端的光混频器140。在一个实施例中，所述分光器120将第一光信号和第二光信号等比例分配，即第一光信号和第二光信号各占50％。

光延迟线130用于将所述第二光信号进行延迟后到达后端的光混频器140。第二光信号经过光纤或者光波导连接到光混频器140。光延迟线130是用光纤作为介质将光信号传输延迟了一段时间，也就是说，光信号瞬时存储在光延迟线130中。一般地，光信号在光延迟线中存储的时间的长短(也即延迟时间)与光纤的长度成正比。

通过合理设置光延迟线130的长度，使所述第一光信号从分光器120到光混频器140的路径长度和所述第二光信号从分光器120到光混频器140的路径长度相同。如此可以实现发射机激光器与接收机的本地振荡激光器使用同一光源，避免了相位噪声对信号的影响，可以实现在高线宽情形下的相干检测。在一个实施例中，光延迟线130采用大范围高精度可调光学延迟线，使得延迟量可以在线调节，提高相干检测的精度。

光混频器140用于将经过待测光器件190的第一光信号和经过延迟处理的第二光信号进行混频处理。光混频器140分别接收所述待测光器件190输出的光信号和经过所述光延迟线130输出的光信号，并进行混频。其中第一光信号经过待测光器件190后输入到光混频器140的光信号端，第二光信号经过延迟后输入到光混频器140的本地振荡端。在一个实施例中，所述光混频器为90°光混频器。

光电探测器150用于对光混频器输出的光信号进行探测，获得用于计算光响应特性的电信号。所述光电探测器150可以包括光电二极管。两路信号接入90°光混频器后进行相位分集探测，所述90°光混频器输出的4路光信号通过两对平衡光电探测器，探测输出i、q两路电信号。通过公式和φ＝arctan(i/q)来计算待测光器件对当前移频量下的光幅频和相频响应。

考虑到光波导或者光纤受外界环境影响导致的相位波动在毫秒量级，因此可以合理认为，在10-100次移频周期内，所述两路光相位差保持恒定，进而保证相干拍频时的相位锁定。

进一步地，上述测量装置还可以包括连接在光延迟线130和光混频器140之间的偏振控制器160。所述偏振控制器160用于将经过待测光器件的第一光信号和经过延迟处理的第二光信号的偏振态对齐。

上述光响应特性快速测量装置可适用于各类集成光器件或光模块的光响应特性的全面测试，包括幅频和相频响应性能。一方面基于快速时变移频光信号，实现快速、精准的光响应特性测量；另一方面，利用可调延迟线，可充分抑制激光器相位噪声对相干检测的性能干扰。该测试装置具备高精度、低成本、高速工作的优势。

基于相同发明构思，以下提供一实施例的光响应特性快速测量方法。如图3所示，该方法可以包括以下步骤s110～s160。

步骤s110：生成时变移频光信号。所述时变频移光信号可以通过声光移频器或其他手段实现光信号频率的快速阶跃变化。参考图2，在每个时变周期△t(即频率变化周期)，频率以△f(移频量)阶跃变化。所述时变频移光信号的频率变化周期为微秒量级，移频量为10～100mhz。

步骤s120：将所述时变移频光信号分为第一光信号和第二光信号。在一个实施例中，将第一光信号和第二光信号等比例分配，即第一光信号和第二光信号各占50％。

步骤s130：将所述第一光信号经过待测光器件。待测光器件即为被检测光响应特性的光器件。

步骤s140：将所述第二光信号进行延迟。具体地，采用光延迟线对第二光信号进行延迟。光延迟线是用光纤作为介质将光信号传输延迟了一段时间，也就是说，光信号瞬时存储在光延迟线中。一般地，光信号在光延迟线中存储的时间的长短(也即延迟时间)与光纤的长度成正比。

通过合理设置光延迟线的长度，使所述第一光信号从分光到混频所经过的路径长度和所述第二光信号从分光到混频所经过的路径长度相同。如此可以实现发射机激光器与接收机的本地振荡激光器使用同一光源，避免了相位噪声对信号的影响，可以实现在高线宽情形下的相干检测。在一个实施例中，光延迟线采用大范围高精度可调光学延迟线，使得延迟量可以在线调节，提高相干检测的精度。

步骤s150：将经过待测光器件的第一光信号和经过延迟处理的第二光信号进行混频处理。可以采用90°光混频器进行混频处理，其中第一光信号经过待测光器件190后输入到光混频器140的光信号端，第二光信号经过延迟后输入到光混频器140的本地振荡端。

步骤s160：对混频处理后的光信号进行探测，获得用于计算光响应特性的电信号。两路信号接入90°光混频器后进行相位分集探测，所述90°光混频器输出的4路光信号通过两对平衡光电探测器，探测输出i、q两路电信号。通过公式和φ＝arctan(i/q)来计算待测光器件对当前移频量下的光幅频和相频响应。

在步骤s150之前，还可以包括：将经过待测光器件的第一光信号和经过延迟处理的第二光信号的偏振态对齐后进行混频处理。偏振态对齐后进行混频可以使测量更准确。

上述光响应特性快速测量方法可适用于各类集成光器件或光模块的光响应特性的全面测试，包括幅频和相频响应性能。一方面基于快速时变移频光信号，实现快速、精准的光响应特性测量；另一方面，利用光延迟线，可充分抑制激光器相位噪声对相干检测的性能干扰。该测试方法具备高精度、低成本、高速工作的优势。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。