本发明涉及光电子技术领域中的光电探测器响应度的测量技术，具体涉及一种光电探测器响应度测试仪及其测试方法。
背景技术：
光电探测器是高速光纤通信和相干光通信系统必不可少的部分，能够用于微波的信号的产生、恢复、检测。随着通信速率和带宽的激增，光电探测器在实际应用中逐渐面临着带宽不足的挑战，开发高速率、宽带宽的光电探测器成为当前光电子器件研究领域的重要分支。其响应度特性由于反映了光电探测器速率、带宽性能的主要参数，得到广泛的关注与评价，同时响应度的评价对提高和优化整个通信系统的工作带宽与速率也有着重要意义。
目前测量光电探测器的方法主要是扫频法、光外差法、强度噪声法、移频外差法。扫频法主要借助于矢量网络分析仪，通过单次扫频获得电光转换器件和光电转换器件的扫响应度应度，测量方法简单、方便，但为了单独获得光电转换器件的响应度，则需要对电光转换器件的响应度进行额外的校准，同时扫频法的测量带宽依赖于电光转换器件和矢量网络分析仪的带宽，受限于超宽带的光电探测器响应度的测量。外差法利用两光束进行拍频，获得光电探测器的响应度，光频率的可调范围广，因此能实现对100ghz以上带宽的光电探测器响应度的测量，但是由于激光器输出光束频率不稳定，且两束光相干性不好，使得很难准确地测量。强度噪声法采用一个宽光谱的光源，输出宽谱光信号接入光电探测器进行探测，直接获得光电探测器的响应度，该测量方法简单，且能对超带宽的光电探测器进行测量，但仍受限于信噪比和动态范围的影响。移频外差法采用双音调制信号和移频信号进行拍频，通过测量所需边带幅值，得到光电探测器的响应度，实现了高的动态范围和稳定性的测量，同时摆脱了对电光转换器件的额外校准，但是其测量带宽仍受到电光转换器件带宽的限制，无法实现超带宽光电探测器的响应度的测量。
技术实现要素：
本发明的目的在于：从背景技术中可以看出现有的技术存在着这些问题：(1)强度噪声法的信号比和动态范围小；(2)移频外差法受限于电光转换器件带宽，造成的测量成本高，无法满足超带宽光电探测器响应度测量的问题；(3)扫频法无法摆脱对电光转换器件的额外校准；(4)光外差法测量精度和稳定性不高；为了解决这四个问题，本发明提供一种宽带光电探测器响应度测试仪及其测试方法。
本发明的技术方案如下：
一种光电探测器响应度测试仪，包括依次光连接的光频梳输出模块、双驱强度调制模块和待测光电探测器，还包括与待测光电探测器电连接的频谱分析与数据处理模块，还包括分别与双驱强度调制模块的两个射频输入端连接信号源一和信号源二。
同时，本发明公开一种光电探测器响应度测试仪的测试方法，包括以下步骤：
s1：光频梳输出模块输出光频梳信号fm进入双驱强度调制模块中，信号源一和信号源二正弦信号f1和f2分别加载到双驱强度调制模块两个射频输入端。
s2：双驱强度调制模块输出的光信号在待测光电探测器中经光电转换后形成电信号，然后通过频谱分析与数据处理模块进行频谱分析，获得光频梳信号和两个正弦信号的线性组合频率的幅度值。
s3：频谱分析与数据处理模块记录频率为kfm+f1+f2和kfm+f1-f2的幅度值，获得待测光电探测器在两个频率kfm+f1+f2和kfm+f1-f2的响应度之比。
s4：保持fm不变，重新设置信号源一(5)和信号源二(6)的频率为f1＝δf+fm/2和f2＝fm/2，测量频率为(n-1)*fm+f1+f2和(n-1)*fm+f1-f2的响应度之比，其中n依次取1、2、3…k；根据s3中得到的待测光电探测器(3)在两个频率kfm+f1+f2和kfm+f1-f2的响应度之比以及s4中得到的测量频率为(n-1)*fm+f1+f2和(n-1)*fm+f1-f2的响应度之比获得待测光电探测器(3)在宽带范围内的响应度。
发明的原理为：光频梳输入模块输出的光频梳信号进入到双驱强度调制模块中被信号源一和信号源二输出正弦信号进行调制，得到的强度调制光信号经过待测光电探测器的光电转换后形成电信号并在频谱分析与数据处理模块中进行分析，通过选择频梳数k值和设置f1与f2的频率关系，通过相应拍频边带之比获得光电探测器的响应度。采用光频梳作为光载波摆脱了强度噪声法中信号比和动态范围低的缺点，同时通过选择频梳数k值克服了移频外差法中电光转换器件的带宽瓶颈,实现了光电探测器的宽带响应度测量并降低了测量成本，此外在本方案中通过设置f1和f2特定频率关系和采用了相应拍频边带的幅值之比，消除了扫频法中对电光转换器件的额外校准和摆脱双驱强度调制模块偏置漂移的影响，相对于光外差法实现光电探测器响应度的稳定精细测量。
具体地，所述s1中，双驱强度调制模块输出的调制光信号为
所述s2中，获得的fm、f1和f2的线性组合频率的幅度值：
所述s3中，获得的待测光电探测器在两个频率kfm+f1+f2和kfm+f1-f2的响应度之比为：
所述s4中，获得的待测光电探测器在不同频率的响应度；
进一步地，为了保证自参考测量，所述s1中设置频率差f1-f2＝δf，δf为正向接近于零的定值。
进一步地，为了提高效率并保证测量分段接续，所述中设置频率为f2最大值为fm的一半。
综上所述，采用上述方案后，本发明的有益效果如下：
(1)本发明由于采用了光频梳作为光载波，相比于强度噪声法极大的提高系统信噪比和动态范围，同时基于低速电光转换器件实现了高速光电探测器宽带的响应度测量，相对于移频外差法降低了测量成本，同时设置f1和f2实现光电探测器在fm频段范围内的精细测量。
(2)本发明通过设置f1和f2的频率关系，测量相应边带幅度值之比，实现了光电探测器响应度的自参考测量，避免了在扫频法中电光转换器件的额外校准；
(3)本发明实现了双驱强度调制模块在自由偏置下对光电探测器响应度的稳定测量，相对于光外差法提高了光电探测器响应度测量方法的稳定性和精确度。
(4)s1中设置频率差f1-f2＝δf，δf为正向接近于零的定值，保证了自参考测量。
(5)s1中设置频率为f2最大值为fm的一半，提高了效率并保证测量分段接续。附图说明
图1为本发明的一种宽带光电探测器响应度测试仪的连接结构图；
图中标记：1-光频梳输出模块，2-双驱强度调制模块，3-待测光电探测器，4-频谱分析与数据处理模块，5-信号源一，6-信号源二。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述，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。
如图1所示，一种光电探测器响应度测试仪，包括依次光连接的光频梳输出模块1、双驱强度调制模块和待测光电探测器，还包括与待测光电探测器电连接的频谱分析与数据处理模块，还包括分别与双驱强度调制模块的两个射频输入端连接信号源一和信号源二。
参照图1构造光电探测器响应度测试仪，一种宽带光电探测器响应度测试仪的测试方法如下：
s1：光频梳输出模块输出的光频梳信号进入双驱强度调制模块中，被信号源一输出的正弦信号ν1＝v1sin(2πf1t+θ1)和信号源二输出的正弦信号ν2＝v2sin(2πf2t+θ2)调制，则双驱强度调制模块输出的光信号为：
其中t为时间，j为复数，n为光频梳的谱线的最大序数，en为第n条光频梳谱线的幅度值，f0为光频梳的起始谱线的频率。m1和m2为双驱强度调制模块中频率f1和f2对应的调制系数，γ和
s2：光调制信号经过待测光电探测器的光电转换后形成电信号的贝塞尔函数的展开式为：
其中，r为待测光电探测器的响应度，jp(·),jq(·)分别为第p,q阶的第一类贝塞尔函数。
s3：通过频谱分析与数据处理模块测量信号一与信号源二输出正弦信号的频率f1、f2，以及光频梳信号的重频频率fm的线性组合频率的幅度值为
s4：设置f1-f2＝δf，δf为一个定值且正向接近零，测量频率为kfm+f1+f2和kfm+f1-f2的幅度值，则基于(3)式可以得到待测光电探测器的响应度比值
保持fm不变，设置信号源一和信号源二的频率为f1＝δf+fm/2和f2＝fm/2，测量频率为(n-1)*fm+f1+f2和(n-1)*fm+f1-f2的幅度值，其中n依次取1、2、3…k，则获得待测光电探测器在宽带范围内的响应度。
保持fm不变且保持f1-f2＝δf不变，改变f1和f2进行扫频，从而实现待测光电探测器频率任意频率kfm+f1+f2的响应度测量。
实施例一
本实施例中的光频梳输出模块采用一个重频为10ghz的锁模激光器，双驱强度调制模块采用双驱马赫曾德尔调制器，设置信号源一输出正弦微波信号的频率为3.01ghz，信号源二输出正弦微波信号的频率为3ghz，双驱强度调制模块输出的光信号在待测光电探测器中光电转换后形成电信号，利用频谱分析与数据处理模块进行分析与测量。
当k＝0时，测量频率为6.01ghz(f1+f2)、0.01ghz(f1-f2)的幅度值，分别为a(f1+f2)＝0.0041v、a(f1-f2)＝0.0038v，则根据(4)式可得待测光电探测器在频率为6.01ghz(f1+f2)和0.01ghz(f1-f2)的响应度之比
而一般商用光电探测器在0.01ghz响应度值近似为1，因此待测光电探测器在频率为6.01ghz时的响应度为0.9268。
实施例二
本实施例中的光频梳输出模块采用一个重频为10ghz的锁模激光器，双驱强度调制模块采用双驱马赫曾德尔调制器，设置信号源一输出正弦微波信号的频率为3.81ghz，信号源二输出正弦微波信号的频率为3.8ghz，双驱强度调制模块输出的光信号在待测光电探测器中光电转换后形成电信号，利用频谱分析与数据处理模块进行分析与测量。
当k＝1时，测量频率为17.61ghz(fm+f1+f2)、10.01ghz(fm+f1-f2)的幅度值，分别为a(fm+f1+f2)＝0.0036v、a(fm+f1-f2)＝0.0029v，则根据(4)式可得待测光电探测器在频率为17.61ghz(fm+f1+f2)和10.01ghz(fm+f1-f2)的响应度之比
设置信号源一输出正弦微波信号的频率为5.01ghz，信号源二输出正弦微波信号的频率为5ghz，双驱强度调制模块输出的光信号在待测光电探测器中光电转换后形成电信号，利用频谱分析与数据处理模块进行分析与测量。
当k＝0时，测量频率为10.01ghz(f1+f2)、0.01ghz(f1-f2)的幅度值，分别为a(f1+f2)＝0.0041v、a(f1-f2)＝0.0036v，则根据(4)式可得待测光电探测器在频率为10.01ghz(f1+f2)和0.01ghz(f1-f2)的响应之比
获得待测光电探测器在不同频率的响应度
而一般商用光电探测器在0.01ghz响应度值近似为1，因此待测光电探测器在频率为17.61ghz时的响应度值为0.7072＝0.8611*0.8780。
实施例三
本实施例中的光频梳输出模块采用一个重频为10ghz的锁模激光器，双驱强度调制模块采用双驱马赫曾德尔调制器，设置信号源一输出正弦微波信号的频率为4.51ghz，信号源二输出正弦微波信号的频率为4.5ghz，双驱强度调制模块输出的光信号在待测光电探测器中光电转换后形成电信号，利用频谱分析与数据处理模块进行分析与测量。
当k＝2时，测量频率为29.01ghz(2fm+f1+f2)、20.01ghz(2fm+f1-f2)的幅度值，分别为a(2fm+f1+f2)＝0.0031v、a(2fm+f1-f2)＝0.0021v，则根据(4)式可得待测光电探测器在频率为29.01ghz(2fm+f1+f2)和20.01ghz(2fm+f1-f2)的响应之比：
设置信号源一输出正弦微波信号的频率为5.01ghz，信号源二输出正弦微波信号的频率为5ghz，双驱强度调制模块输出的光信号在待测光电探测器中光电转换后形成电信号，利用频谱分析与数据处理模块进行分析与测量。
当k＝0时，测量频率为10.01ghz(f1+f2)、0.01ghz(f1-f2)的幅度值，分别为a(f1+f2)＝0.0041v、a(f1-f2)＝0.0036v，则根据(4)式可得待测光电探测器在频率为10.01ghz(f1+f2)和0.01ghz(f1-f2)的响应之比：
而一般商用光电探测器在0.01ghz响应度值近似为1，因此待测光电探测器在频率为10.01ghz时的响应度值为0.8780。
当k＝1时，测量频率为20.01ghz(fm+f1+f2)、10.01ghz(fm+f1-f2)的幅度值，分别为a(fm+f1+f2)＝0.0036v、a(fm+f1-f2)＝0.0031v，则根据(4)式可得待测光电探测器在频率为20.01ghz(fm+f1+f2)和10.01ghz(fm+f1-f2)的响应之比：
获得待测光电探测器在不同频率的响应度：
因此待测光电探测器在频率为29.01ghz时的响应度值为0.5121＝0.6774*0.8611*0.8780。
依次类推，逐步增加k值(k<n)，则能获得待测光电探测器在超高频时的响应度值，同时将f1从0.11ghz到5.01ghz，f2从0.1ghz到5ghz进行同步扫频，并保持f1-f2＝0.01ghz不变，则能获得待测光电探测器在0.01-10.01ghz、10.01-20.01ghz、20.01-30.01ghz等频段范围内的精细扫频测量，从而获得待测光电探测器的超精细、超宽带的扫频测量。