双向电光探测器的制造方法

双向电光探测器的制造方法
【专利摘要】一种探测器，包括：主电光调制器(130)；第一(150)和第二(160)光学耦合器，其均具有相应输入(152、162)；直通(154、164)和隔离(156、166)端口；以及参考(170)和测试(174)光学检测器。分别在光学耦合器(150、160)的输入(152、162)处接收参考光和测试光。主电光调制器130包括：RF直通线路(136)，其处于输入(132)与输出(134)RF连接器之间；以及调制器光学路径(138)，其沿着RF直通线路。第一和第二光学耦合器将参考和测试光耦合到调制器光学路径的相对端。参考和测试光学检测器分别耦合到第二和第一隔离端口(166、156)，以生成分别表示沿着RF直通线路的前向和反向RF信号传输的参考和测试IF信号。接收到的参考和测试光在LO频率处受调制，或附属电光调制器(180)得以提供，以对未受调制的接收到的光进行调制。
【专利说明】
双向电光探测器
【背景技术】
[0001 ]范围从低RF频率到几百GHz的宽带网络分析连续对操作在扩展到微波(3-30GHZ)和毫米波(30-300GHZ)频率的宽带兴趣频率范围中的测试装备的制造商提出困难的技术挑战。用在高性能微波和毫米波网络分析器中的无源和有源RF组件都表示现有技术，但所提出的解决方案在很多方面仍是不足的。例如，毫米波网络分析器的典型示例可以包括毫米波探测器，其特征是使用现有技术电火花线切割加工(EDM)制造的精密加工的有向耦合器、多个高带宽双平衡式混频器电路、频率乘法器和放大器的链。然而，归因于缺少能够正确地驱动双平衡式混频器的宽带平衡-不平衡转换器(balun)，当组装这些组件以形成探测器时，可能无法实现组件单独地提供的性能。毫米波探测器中的另一问题是归因于所需的大量宽带线性放大器导致的高功率耗散。每探测器1W的功率耗散是不寻常的。
[0002]以传统技术中的光学组件替代毫米波探测器的一些电子组件对于上述一些问题提供解决方案。例如，以具有合理响应度并且因此功率效率的高带宽光电二极管(PD)替换电乘法器和放大器的链减少探测器的功率耗散。然而，合适的光电二极管并不容易以合理的成本可得到。即使合适的光电二极管的价格显著下降，实质性电设计挑战也仍存在。宽带有向耦合器对于加工是非常昂贵的，并且背对背连接的多个有向耦合器需要获得足够的隔离。这些问题贯穿毫米波频率范围是严重的，其中，严重性随着增加频率增加。
[0003]光学组件的另一潜在益处是用于以超宽带光学平衡-不平衡转换器替代电平衡-不平衡转换器的能力。操作在大于大约50GHz的频率处的宽带电平衡-不平衡转换器并不容易可得到。
[0004]在电子组件由传统技术中的光学组件替换的情况下，需要另一宽带有源电路(SP下转换混频器)。典型探测器具有两个下转换混频器，一个用于参考，一个用于测试。虽然宽带双平衡式环形混频器电路的设计可能显得相对平凡(仅需要四个标称上相同的二极管)，但寄生电阻、电容、电感贯穿毫米波频率范围使得设计是有挑战的，其中，挑战随着增加频率增加。此外，封装的电性质随着增加频率变得更有问题:具体地说，芯片与陶瓷载体之间的信号和大地发射的设计变得更关键。多模式激励(即，不期望地生成除了想要的传输线路模式之外的电磁模式)随着增加频率变得更有可能。为了解决该问题，芯片和陶瓷载体都必须薄化到机械脆性点。
[0005]宽带网络分析所经受的另一问题通俗地称为“混频器反弹”。当一个探测器的混频器所生成的并且通过待测试设备(DUT)耦合到另一探测器的混频器中的混频器镜像产物不经意地对DUT进行重新采样时，混频器反弹产生。这样使得具有插入增益/损耗随着频率的大变化的DUT展现不期望的类似重影的部分传输假象。在传统的典范网络分析器中，放大器内插在有向耦合器(耦合和隔离)端口与混频器之间，以改进隔离度并且减少混频器反弹。然而，用于毫米波频率范围的放大器是昂贵的，具有高功率耗散，并且可能不一定提供足够的隔离度。
[0006]因此，所需的是一种双向电光探测器拓扑，其能够在延伸到微波和毫米波频率的兴趣频率范围中操作，并且其基于电子组件或基于电子和光学组件的混合不遭受传统探测器的性能缺点、高成本和高功率耗散。
【附图说明】
[0007]图1和图2是示出在此所公开的双向电光探测器(DDEOP)的相应示例的示意图。
图3A和图3B是分别示出具有内部激光光源并且从外部激光光源接收光的图1所示的DDEOP的示例的框图。
图4A和图4B是分别示出具有内部激光光源并且从外部激光光源接收光的图2所示的DDEOP的示例的框图。
图5是示出响应于本地振荡器信号生成受调制的参考光和受调制的测试光的激光光源的示例的示意图。
[0008]图6是示出生成不受调制的参考光和不受调制的测试光的激光光源的示例的示意图。
图7和图8是分别示出在此所公开的单端口网络分析系统和多端口网络分析系统的示例的框图。
图9是示出所计算的上述DDEOP的主电光调制器的示例的有效方向性针对RF频率的示例的曲线图。
图10是示出上述DDEOP的主电光调制器的示例的RF直通线路与调制器光学路径之间的归一化有效耦合的频率依赖性的曲线图。
[0009]图11和图12是示出在低频率处提供较大方向性的主电光调制器的示例的示意图。图13和图14是示出在不同波长处生成受调制的参考光和受调制的测试光的双激光器激光光源的相应示例的示意图。
图15是示出在不同波长处生成不受调制的参考光和不受调制的测试光的激光光源的示例的示意图。
图16是示出贡献于上述DDEOP的参考光学检测器响应于受LO信号和RF信号所调相的参考光所生成的参考IF信号的七个有关光学频调。
图17是示出适合于将相位调制转换为幅度调制的全通滤波器的示例的示意图。
【具体实施方式】
[0010]在此公开双向电光探测器(DDEOP，发音为“滴滴沃普”)的实施例。在此，术语“双向”指代探测器的分布式电光学耦合结构固有的两个传输方向。探测器包括两个光学检测器，每一个用于传输方向中的每一个。
[0011]在此所公开的双向电光探测器(DDEOP)基于具有沿着调制器光学路径定位的RF直通线路的纵向有向电光调制器。来自主机网络分析器的RF信号作为前向RF信号在前向方向上沿着RF直通线路传输到待测试设备(DUT)。前向RF信号的一部分受DUT反射，并且作为反向RF信号在反向方向上沿着RF直通线路传输。参考光在前向方向上沿着调制器光学路径传输，并且受前向RF信号调制。测试光在反向方向上沿着调制器光学路径传输，并且受反向RF信号调制。主机网络分析器附加地生成本地振荡器信号，其在频率上距RF信号偏离达中间频率。参考光和测试光附加地受本地振荡器信号调制。在沿着调制器光学路径传输之后，参考光和测试光分别耦合到参考光学检测器和测试光学检测器中。在参考光学检测器中，前向RF信号所生成的边带和本地振荡器信号所生成的边带差拍，以生成表示前向RF信号的参考IF信号。在测试光学检测器中，反向RF信号所生成的边带和本地振荡器信号所生成的边带差拍，以生成表示反向RF信号的测试IF信号。可以根据参考IF信号和测试IF信号确定DUT在RF信号的频率处的性质。
[0012]图1是示出在此所公开的双向电光探测器(DDEOP)的示例100的示意图。图2是示出在此所公开的双向电光探测器(DDEOP)的另一示例102的示意图。对应于DDEOP 100的元件的DDEOP 102的元件是使用相同标号指示的，并且将不单独描述。在以下描述中，术语参考和测试仅用于使用网络分析中惯常使用的术语学将DDEOP的元件彼此区分。使用这些术语并非将元件的功能限制为所命名的那样:例如，命名为参考的元件可以用于生成用于对网络分析器的测试输入的输入的信号，并且反之亦然。
[0013]DDEOP 100和102均包括主电光调制器130、第一光学耦合器150、第二光学耦合器160、参考光学检测器170、测试光学检测器174。
[0014]主电光调制器130包括输入RF连接器132、输出RF连接器134、连接在输入RF连接器132与输出RF连接器134之间的RF直通线路136、调制器光学路径138。调制器光学路径138沿着RF直通线路136在第一端140与第二端142之间延伸。
[00?5] 第一光学親合器150包括第一输入端口 152、第一直通端口 154、第一隔离端口 156。第一输入端口 152光耦合为接收参考光LR。第一直通端口 154光耦合到主电光调制器130的调制器光学路径138的第一端140。第二光学耦合器160包括第二输入端口 162、第二直通端口 164、第二隔离端口 166。第二输入端口 162光耦合为接收测试光LT。第二直通端口 164光耦合到调制器光学路径138的第二端142。
[0016]在所不不例中，光纤158将参考光Lr传送到第一输入端口 152，光纤168将测试光Lt传送到第二输入端口 162。将光传送到输入端口 152、162的其它方式是已知的，并且可以得以使用。在示例中，参考光和测试光分别从构成DDEOP 100、102的部分的波束划分器(未示出)的相应输出传送到输入端口 152、162。
[0017]参考光学检测器170光耦合到第二隔离端口 166，以生成表示沿着主电光调制器130的RF直通线路136的前向RF信号传输的参考中间频率(IF)电信号。在所示示例中，参考光学检测器170在参考IF输出176处输出参考IF信号。测试光学检测器174光親合到第一隔离端口 156，以生成表示沿着RF直通线路136的反向RF信号传输的测试中间频率电信号。在所示示例中，测试光学检测器174在测试IF输出178处输出测试IF信号。前向RF信号传输是从输入RF连接器132到输出RF连接器134的传输。反向RF信号传输是从输出RF连接器134到输入RF连接器132的传输。
[0018]在DDEOP 100中，在输入端口 152和输入端口 162处接收到的参考光Lr和测试光Lt分别在本地振荡器频率处受调制。在DDEOP 102中，在输入端口 152和输入端口 162处接收到的参考光和测试光分别不受调制，并且DDEOP 102附加地包括附属电光调制器180，以响应于本地振荡器信号调制参考光和测试光。
[0019]在所示的DDEOP 102的示例中，附属电光调制器180包括参考调制器元件184、测试调制器元件186。在所示示例中，参考调制器元件184位于第二光学耦合器160与参考光学检测器170之间，测试调制器元件186位于第一光学耦合器150与测试光学检测器174之间。调制器元件184、186连接为接收公共本地振荡器信号。在所示示例中，调制器元件184、186从LO输入182接收本地振荡器信号。在参考光和测试光已受主电光调制器130调制之后，并且在参考光学检测器170检测参考光而且测试光学检测器174检测测试光之前，调制器元件184、186分别调制参考光Lr和测试光LT。在主电光调制器130进行调制之后附属电光调制器180调制光将在此称为后调制。在DDEOP 102的其它实现方式中，构成附属电光调制器180的调制器兀件184、186分别插入在参考光Lr的源与第一光学親合器150的第一输入端口 152之间以及测试光Lt的源与第二光学親合器160的第二输入端口 162之间。在该不例中，在主电光调制器130调制参考光和测试光之前，附属电光调制器180调制参考光和测试光。在主电光调制器130进行调制之前附属电光调制器180调制光将在此称为预调制。
[0020]图3A是示出附加地包括内部激光光源200的DDEOP 100的实现方式的框图。DDEOP内部的激光光源与DDEOP的主电光调制器130共享公共外壳(未示出)。激光光源200生成分别用于光学耦合器150、160的输入端口 152、162处的输入的受调制的参考光Lr和受调制的测试光LT。在所示示例中，激光光源200包括:参考光输出220，第一输入端口 152连接至其；以及测试光输出224，第二输入端口 162连接至其。在所示示例中，远距第一输入端口 152的光纤158的一端连接到参考光输出220，远距第二输入端口 162的光纤168的一端连接到测试光输出224。如以下将更详细地描述的那样，激光光源200附加地包括附属电光调制器180，其响应于在LO输入182处接收到的本地振荡器信号预调制激光光源200所生成的参考光和测试光。
[0021 ]图4A是示出附加地包括内部激光光源210的DDEOP 102的实现方式的框图。激光光源210生成分别用于光学耦合器150、160的输入端口 152、162处的输入的不受调制的参考光Lr和不受调制的的测试光LT。在所示示例中，激光光源210包括:参考光输出220，第一输入端口 152连接至其；以及测试光输出224，第二输入端口 162连接至其。在所示示例中，远距第一输入端口 152的光纤158的一端连接到参考光输出220，远距第二输入端口 162的光纤168的一端连接到测试光输出224。
[0022]在其它示例中，内部激光光源200和内部激光光源210除了参考光输出220还包括至少一个附加参考光输出(未示出)，并且除了测试光输出224之外还包括至少一个附加测试光输出(未示出)。附加参考光输出和测试光输出允许DDEOP 100、102的实例内的内部激光光源200、210附加地充当用于缺少内部激光光源的DDEOP 100、102的一个或多个附加实例的外部激光光源。
[0023]图3B是示出从外部激光光源200接收参考光Lr和测试光Lt的DDEOP100的实现方式的框图。在该实现方式中，光纤112将激光光源200的参考光输出220连接到DDEOP 100的第一输入端口 152，光纤116将激光光源200的测试光输出224连接到DDEOP 100的第二输入端口 162。图4B是示出DDEOP 102的实现方式的框图，其中，激光光源210在DDEOP外部，并且相应光纤112、116将激光光源210的参考光输出220和测试光输出224连接到DDEOP 102的第一输入端口 152和第二输入端口 162。在图3B、图4B的示例中，远距光输出220、224的光纤112、116的各端分别连接到第一输入端口 152和第二输入端口 162。在另一不例中，远距光输出220、224的光纤112、116的各端分别连接到远距第一输入端口 152和第二输入端口 162的光纤158、168(图2)的各端。
[0024]在其它示例中，外部激光光源200和外部激光光源210包括参考光输出220的多个实例以及测试光输出224的多个实例。多个参考光输出和测试光输出允许外部激光光源200、210充当用于对应数量的缺少内部激光光源的DDEOP 100、102的实例的外部激光光源。以下将参照图8更详细地描述生成用于多个DDEOP的光的单个激光光源。
[0025]图5是示出适合于用作用于DDEOP100的内部或外部激光光源的激光光源200的示例202的示意图。图6是示出适合于用作用于DDEOP 102的内部或外部激光光源的激光光源210的示例212的示意图。激光光源202、212所输出的参考光Lr和测试光Lt具有相同波长。激光光源202、212中的每一个包括公共激光器230和波束划分器240。公共激光器230生成既在参考光输出220处又在测试光输出224处输出的并且将称为系统光LS的光。在所示示例中，波束划分器240是双路波束划分器，并且具有:输入242 ；第一输出244，其光親合到参考光输出220;以及第二输出246，其光耦合到测试光输出224。输入242光耦合到公共激光器230。波束划分器240在第一输出244与第二输出246之间并且因此在参考光输出220与测试光输出224之间切分公共激光器230所输出的系统光Ls。
[0026]参照图5，激光光源202附加地包括附属电光调制器180，其插入在公共激光器230与波束划分器240之间，以响应于在LO输入182处接收到的本地振荡器信号分别预调制激光光源202在参考光输出220和测试光输出224处输出的参考光Lr和测试光Lt。
[0027]在激光光源202、212中，公共激光器230是连续波激光器(例如分布式反馈(DFB)激光器)。公共激光器230所生成的系统光Ls的波长不是关键的。然而，由于大量光学组件可用于光通信系统中的使用，因此公共激光器230的典型实施例所生成的系统光的波长是1.55μmD
[0028]波束划分器240在参考光输出220与测试光输出224之间划分公共激光器230所生成的系统光Ls。在不例中，波束划分器240在参考光输出与测试光输出之间相等地划分系统光Ls。在另一不例中，波束划分器240在参考光输出与测试光输出之间不相等地划分系统光Ls。能够在两条或更多条输出路径之间相等地或不相等地划分入射光的光学元件是公知的，并且可以得以使用。对于最大动态范围和信噪比，将更多系统光功率发送到测试光输出224是有利的。DDEOP 100、102可以在第二输入端口 162之前附加地包括光学放大器(未示出)，以增加测试光的功率。附加地或替代地，激光光源200、210可以附加地包括位于波束划分器240的第二输出246与测试光输出224之间的光学放大器(未不出)，以增加测试光的功率。
[0029]图7是示出用于使用上述双向电光探测器(DDE0P)100、102的单个实例执行单端口网络分析的在此所公开的单端口网络分析系统300的示例的框图。网络分析系统300包括网络分析器302和DDEOP 304。在所示示例中，使用具有生成分别用于对DDEOP 100的第一输入端口 152和第二输入端口 162的输入的受调制的参考光Lr和受调制的测试光Lt的内部激光光源200的以上参照图3A所描述的DDEOP 100实现DDEOP 304。在下述差异的情况下，以下描述同样可应用于使用具有外部激光光源200的DDEOP 100(图3B)或具有内部或外部激光光源210的DDEOP 1 2 (图4A、图4B)实现DDEOP 304的网络分析系统30O的示例。使用与以上参照图1和图2所描述的DDEOP 100、102的对应输入和输出相同的标号指示DDEOP 304的输入和输出。在示例中，网络分析器302是商用网络分析器(例如加利福尼亚州Santa Clara的Agilent Technologies公司销售的N5240系列网络分析器之一)。典型地，网络分析器302是多信道仪器，但图7中仅示出用于执行单端口测量的信道。
[0030]网络分析器302包括:RF源，其具有RF输出312;本地振荡器，其具有LO输出314;测试IF接收机，其具有测试IF输入316;以及参考IF接收机，其具有参考IF输入318。由于RF源、本地振荡器、IF接收机是网络分析器的普通组件，因此图7中未示出网络分析器302的RF源、本地振荡器、IF接收机。网络分析器302的典型实施例的RF源和本地振荡器中的每一个典型地包括数字式受控频率合成器，其生成可以在兴趣频率范围上的频率中受扫描的RF信号。在一些应用中，兴趣频率范围扩展到几百吉赫兹:在其它应用中，兴趣频率范围扩展到远低于此的频率。本地振荡器生成在频率上距RF源所输出的RF信号偏离达网络分析器的IF接收机的所指定的中间频率的LO信号。中间频率典型地范围从大约IMHz到1MHz，并且鲜大于100MHz。在另一示例中，本地振荡器生成在具有在频率上距RF源所输出的RF信号偏离达所指定的中间频率的谐波的频率处的LO信号。
[0031]RF连接320将网络分析器302的RF输出312连接到DDEOP 304的输入RF连接器132，RF连接322将DDEOP的输出RF连接器134连接到待测试设备(DUT) 20的单个端口 22。因此，DUT20的端口 22经由DDE0P304的主电光调制器130的RF直通线路136连接到网络分析器302的RF输出312。在所示示例中，RF连接324将网络分析器302的LO输出314连接到位于内部激光光源200内的附属电光调制器180 (图5)的LO输入182。在激光光源200处于DDEOP 100的外部的另一示例中，RF连接324将网络分析器302的LO输出314连接到位于外部激光光源内的附属电光调制器180的LO输入182。在使用DDEOP 102实现DDEOP 304的另一示例中，RF连接324将网络分析器30 2的LO输出314连接到DDEOP 1 2内的附属电光调制器180的LO输入182。RF连接326将DDEOP 304的测试IF输出178连接到网络分析器的测试IF输入316 JF连接328将DDEOP 304的参考IF输出176连接到网络分析器的参考IF输入318。
[0032]附加地参照图1和图2，现将描述网络分析系统300中的DDEOP304的各个实现方式100、102的操作。分别在第一光学親合器150的第一输入端口 152处和第二光学親合器160的第二输入端口 162处接收激光光源200所生成的参考光Lr和测试光Lt。在以上参照图5和图6所描述的激光光源202、212生成参考光Lr和测试光Lt的不例中，由于参考光Lr和测试光Lt都由公共激光器230生成，因此它们具有相同波长。以下将描述在不同波长处生成参考光Lr和测试光Lt的激光光源200、210的不例。在激光光源200生成参考光Lr和测试光Lt的所不不例中，参考光和测试光响应于从网络分析器302的LO输出接收到的本地振荡器信号受激光光源中的附属电光调制器预调制。在激光光源210生成参考光Lr和测试光Lt的示例中，参考光和测试光不受调制。
[0033]第一光学耦合器150将经由第一直通端口 154将第一输入端口 152处接收到的参考光Lr耦合到主电光调制器130的调制器光学路径138的第一端140。随着其沿着调制器光学路径138传输，参考光受在前向方向上沿着RF直通线路136从输入RF连接器132传输到输出RF连接器134的从网络分析器302接收到的RF信号调制。在前向方向上传输的RF信号调制参考光在参考光中生成光学边带。这些光学边带鉴于它们对RF信号的关系将在此称为RF边带。RF边带在频率上相对于参考光Lr偏移达RF信号的频率。
[0034]参考光Lr在调制器光学路径138的第二端142处退出调制器光学路径138，并且经由第二直通端口 164进入第二光学耦合器160。第二光学耦合器经由第二隔离端口 166将第二直通端口 164处接收到的参考光耦合到参考光学检测器170。在参考光学检测器170处，参考光不仅包括主电光调制器130中的前向传输RF信号所生成的RF边带，而且还包括附属电光调制器180响应于从网络分析器30 2的LO输出314接收到的LO信号调制参考光所生成附加光学边带。附加光学边带归因于它们对LO信号的关系将在此称为LO边带。在DDEOP 100中，LO边带由激光光源200内的附属电光调制器180生成，并且构成DDEOP 100接收到的受调制的参考光的部分。在DDEOP 102中，调制参考光的参考调制器元件184生成LO边带。在DDEOP100、102中，LO边带在频率上相对于参考光Lr偏移达附属电光调制器接收到的LO信号的频率或达LO信号的谐波。
[0035]在DDEOP 100、102中，参考光学检测器170检测其上入射的受调制的参考光，以生成作为电信号的参考IF信号。在检测受调制的参考光的处理中，受调制的参考光中的RF边带与受调制的参考光中的LO边带差拍，以在等于RF边带与LO边带之间的频率差(即等于RF信号与LO信号之间的频率差)的频率处生成参考IF信号。参考光学检测器170在参考IF输出176处输出参考IF信号。
[0036]第二光学耦合器160将第二输入端口 162处接收到的测试光Lt经由第二直通端口164耦合到主电光调制器130的调制器光学路径138的第二端142。随着其沿着调制器光学路径138传输，测试光受在反向方向上沿着RF直通线路136从输出RF连接器134传输到输入RF连接器132的RF信号调制。反向方向上传输的RF信号是已受DUT 20反射的前向方向上传输的RF信号的一部分。反向方向上传输的RF信号调制测试光在测试光中生成RF边带(其实际上是光学边带，如上所述KRF边带在频率上相对于测试光偏移达RF信号的频率。
[0037]测试光Lt在调制器光学路径138的第一端140处退出调制器光学路径138，并且进入第一光学親合器150。第一光学親合器经由第一隔离端口 156将第一直通端口 154处接收到的测试光耦合到测试光学检测器174。在测试光学检测器174处，测试光不仅包括主电光调制器130中的反向传输RF信号所生成的RF边带，而且还包括附属电光调制器180响应于从网络分析器302的LO输出314接收到的LO信号调制测试光所生成的LO边带(其实际上是光学边带)。在DDEOP 100中，LO边带由激光光源200内的附属电光调制器180生成，并且构成输入到DDEOP 100的受调制的测试光的部分。在DDEOP 102中，调制测试光的测试调制器元件186生成LO边带。在DDEOP 100、102中，LO边带在频率上相对于测试光偏移达附属电光调制器接收到的LO信号的频率或达LO信号的谐波。
[0038]在DDEOP100、102中，测试光学检测器174检测其上入射的受调制的测试光，以生成作为电信号的测试IF信号。在检测受调制的测试光的处理中，测试光中的RF边带与测试光中的LO边带差拍，以在等于RF边带与LO边带之间的频率差(即等于RF信号与LO信号之间的频率差)的频率处生成测试IF信号。测试光学检测器174在测试IF输出178处输出测试IF信号。
[0039]网络分析器302分别在其参考IF输入318和其测试IF输入316处接收DDEOP304所输出的参考IF信号和测试IF信号。网络分析器302使得参考IF信号和测试IF信号经受复数(实部和虚部)模数转换，以生成分别表示参考IF信号和测试IF信号的幅度和相位的相应数字值。根据这些数字值，网络分析器302可以计算DUT 20的各个单端口性质(例如但不限于回波损耗/增益以及反射相位)。网络分析器302的典型示例附加地在显示器(未示出)上显示DUT 20的这些计算出的性质的频率依赖性。
[0040]图8是示出用于使用上述DDEOP100、102的多个实例执行多端口网络分析的在此所公开的网络分析系统350的示例的框图。在所示示例中，多端口网络分析是使用两个DDEOP的双端口网络分析。网络分析系统350包括:网络分析器302;DDE0P 354、356;以及外部激光光源358，其是激光光源200的实现方式。注意DDEOP 356相对于DDEOP 354的镜像定向。
[0041]如上所述，网络分析器302是多信道网络分析器。为了简化附图，仅示出多信道网络分析器302的两个信道。在所示示例中，DDEOP 354、356均使用激光光源200处于DDEOP外部的以上参照图3B所描述的DDEOP 100的相应实例得以实现。在下述差异的情况下，以下描述同样可应用于DDEOP 354、356均使用具有内部激光光源200的DDEOP 100(图3A)的相应实例或具有内部和外部激光光源210的DDEOP 102(图4A、图4B)的相应实例得以实现的网络分析系统350的示例。使用与DDEOP 100、102的对应输入和输出相同的标号指示DDEOP 354、356的输入和输出。
[0042]除了2N路波束划分器280替换2路波束划分器240之外，激光光源358在结构方面与以上参照图5所描述的激光光源202相似。N是激光光源358生成光的DDEOP的数量。在所示示例中，N = 2，并且激光光源358具有均连接到4路波束划分器280的相应输出的参考光输出220、222和测试光输出224、226。相应光纤112、116将参考光输出220和测试光输出224连接到DDEOP 354的第一输入端口 152和第二输入端口 162。相应光纤112、116将参考光输出222和测试光输出226连接到DDEOP 356的第一输入端口 152和第二输入端口 162。
[0043]网络分析器302包括上述RF源、本地振荡器、IF接收机。RF源的输出可在信道IRF输出312与信道2RF输出362之间切换。RF源并未连接到的RF输出通过具有网络分析器302的特征阻抗的端接受端接。网络分析器302的本地振荡器连接到LO输出314。信道I测试IF输入316连接到信道I测试IF接收机，信道I参考IF输入318连接到信道I参考IF接收机。信道2测试IF输入366连接到信道2测试IF接收机，信道2参考IF输入368连接到信道2参考IF接收机。由于RF源、本地振荡器、IF接收机是网络分析器的普通组件，因此图8中未示出网络分析器302内的RF源、本地振荡器、IF接收机。
[0044]RF连接320将网络分析器302的信道IRF输出312连接到DDEOP 354的输入RF连接器132，RF连接322将DDEOP的输出RF连接器134连接到待测试设备(DUT)20的第一端口 22。因此，DUT 20的第一端口经由DDEOP 354的主电光调制器130的RF直通线路136连接到网络分析器302的信道IRF输出312。在所示示例中，RF连接324将网络分析器302的LO输出314连接到位于生成用于DDEOP 354、356二者的受调制的光的外部激光光源358中的附属电光调制器180的LO输入182。在使用具有相应内部激光光源200(图3A)的DDEOP 100或使用具有相应内部或外部激光光源210(图4A、图4B)或具有公共外部激光光源210的DDEOP 102实现DDEOP354、356的另一示例中，RF连接324将LO输出314连接到DDEOP的LO输入182IF连接326将DDEOP 354的测试IF输出178连接到网络分析器的信道I测试IF输入316AF连接328将DDEOP354的参考IF输出176连接到网络分析器的信道I参考IF输入318。
[0045]RF连接370将网络分析器302的信道2RF输出362连接到DDEOP 356的输入RF连接器132，RF连接372将DDEOP 356的输出RF连接器134连接到DUT 20的第二端口24。因此，DUT 20的第二端口 24经由DDEOP 356的主电光调制器130的RF直通线路136连接到网络分析器302的信道2RF输出362AF连接376将DDEOP 356的测试IF输出178连接到网络分析器的信道2测试IF输入366AF连接378将DDEOP 356的参考IF输出176连接到网络分析器的信道2参考IF输入368。
[0046]网络分析系统350中的DDEOP 354、356的操作与网络分析系统300中的DDEOP 304的操作相似，并且将不单独描述。网络分析器302分别在其信道I参考IF输入318和其信道I测试IF输入316处接收DDEOP 354所输出的参考IF信号和测试IF信号。网络分析器302使得从DDEOP 354接收到的信道I参考IF信号和测试IF信号经受复数(实部和虚部)模数转换，以生成分别表示信道I参考IF信号和测试IF信号的幅度和相位的相应数字值。网络分析器302分别在其信道2参考IF输入368和其信道I测试IF输入366处附加地接收DDEOP 356所输出的参考IF信号和测试IF信号。网络分析器302使得从DDEOP 356接收到的信道2参考IF信号和测试IF信号经受复数(实部和虚部)模数转换，以生成分别表示信道2参考IF信号和测试IF信号的幅度和相位的相应数字值。根据这些数字值，网络分析器302可以计算DUT 20的各种性质(例如但不限于回波损耗/增益、插入损耗/增益、反射相位、传输相位)。网络分析器302的典型示例附加地在显示器(未示出)上显示DUT 20的这些计算出的性质的频率依赖性。
[0047]在网络分析系统350确定DUT20的S参数的示例中，网络分析器302将RF信号从信道I RF输出312输出到DUT 20的第一端口 22。网络分析器的信道2RF输出362受端接。网络分析器302通过将表示信道I测试IF信号的数字值除以表示信道I参考IF信号的数字值计算DUT 20的Sll，并且通过将表示信道2测试IF信号的数字值除以表示信道I参考IF信号的数字值计算DUT 20的S21。网络分析器302接下来将RF信号从信道2RF输出362输出到DUT 20的第二端口 24。信道IRF输出312受端接。网络分析器302通过将表示信道2测试IF信号的数字值除以表示信道2参考IF信号的数字值计算DUT 20的S22，并且通过将表示信道I测试IF信号的数字值除以表示信道2参考IF信号的数字值计算DUT 20的S12。
[0048]现将参照图1-图6更详细地描述双向电光探测器(DDEOP) 100、102。在主电光调制器130中，调制器光学路径138在分布式行波意义上以电光方式耦合到在输入RF连接器132与输出RF连接器134之间延伸的RF直通线路136。主电光调制器130的纵向几何形状不同于光学信号在与RF信号正交的方向上传输的传统高速电光探测器的几何形状。传统布置在RF信号与光学信号之间产生微小交互区带。取决于探测器的最大操作频率，交互区带的典型尺寸范围从几微米到大约200μπι。微小交互区带无需速度匹配，但也是对于很多应用具有不足的灵敏度的传统电光探测器的主要原因。此外，因为使用高介电常数材料(例如钛酸锂(LiTaO3)或碲化锌(ZnTe))，这些探测器中的普通材料降低正受探测的电传输线路的局部阻抗和速度，所以横向电光探测器比通常所设想的更有侵入性。最后，传统横向定向的电光探测器几何形状固有地是无方向的。
[0049]为了获得同向传输几何形状的灵敏度优点，主电光调制器130的RF直通线路136和调制器光学路径138受速度匹配，从而沿着RF直通线路传输的RF信号以及在相同方向上沿着调制器光学路径传输的光具有在所定义的百分比内匹配的传输速度。在示例中，该百分比是3 %，在更好的示例中，该百分比是I %，在2014年现有技术示例中，该百分比是0.5%。速度匹配组件可通过商业方式得自很多制造商，并且可以用作主电光调制器130的部分。速度匹配提供以厘米而非小于几百微米为单位测量的交互长度。较好的速度匹配增加交互长度。增加的交互长度提供灵敏度的显著增加。反之，归因于各信号之间的大的速度失配，当RF和光学信号反向传输时，灵敏度减少。速度(与速率区分)是矢量，并且因此其方向有意义。因此，DDEOP 100、102具有显著有向性质。方向依赖的灵敏度表征为方向性。高方向性是DDEOP 100、102的有益特征之一。
[0050]在DDEOP 100、102中，参考光Lr从第一输入端口 152通过第一光学耦合器150和第一直通端口 154传输到主电光调制器130的调制器光学路径138的第一端140，并且进一步通过调制器光学路径传输到第二端142。在调制器光学路径138中，参考光Lr与在前向方向上沿着RF直通线路136从输入RF连接器132传输到输出RF连接器134的前向RF信号同向传输，并且受其调制。此外，参考光与在反向方向上沿着RF直通线路136从输出RF连接器134传输到输入RF连接器132的反向RF信号反向传输，并且最小程度地受其调制(如果有)。因此，调制器光学路径138的第二端142处的参考光输出的调制原则上表示沿着RF直通线路136的前向RF信号传输。
[0051]此外，测试光Lt从第二输入端口 162通过第二光学耦合器160和第二直通端口 164传输到调制器光学路径138的第二端142，并且进一步通过调制器光学路径传输到第一端140。在调制器光学路径138中，测试光Lt与在反向方向上沿着RF直通线路136从输出RF连接器134朝向输入RF连接器132传输的反向电信号同向传输，并且受其调制。此外，测试光与在前向方向上沿着RF直通线路136从输入RF连接器13 2传输到输出RF连接器134的前向电信号反向传输，并且最小程度地受其调制(如果有)。因此，调制器光学路径138的第一端140处的测试光输出上的调制原则上表示沿着RF直通线路136的反向RF信号传输。
[0052]无源有向耦合器可以看作具有输入端口、直通端口、耦合端口、隔离端口。该有向耦合器将输入端口处接收到的输入信号的所定义的小部分功率耦合到耦合端口。耦合端口通过对称性/互易性耦合到隔离端口。有向耦合器的方向性(D)定义为耦合端口处接收到的信号的功率对于隔离端口处接收到的信号的功率的典型地以分贝(dB)为单位表示的比率。其假设:
输入信号是在输入端口处接收到的，
直通端口通过理想端接(无反射)得以端接，以及相同接收机连接到耦合端口和隔离端口。
[0053]较大的方向性比较小的方向性更好。对于超宽带有向耦合器，贯穿所指定的带宽大于20dB的方向性看作是非常良好的。典型有向耦合器鲜有在所指定的带宽上超过15dB的方向性。网络分析中的低方向性使得更难以测量端接的质量。因为使用高质量端接标准的校准在甚低频率处是非常可靠的，所以在此将称为甚低频率(例如小于大约IGHz的频率)的频率处的低方向性是可容忍的。然而，为了提供可接受的结果，因为关于单独校准在信号路径中存在很多未知的频率依赖的(有损的、色散的等)无源结构，所以低方向性在高频率处是不可接受的。
[OO54 ]图9是示出主电光调制器13 O的示例的所计算的有效方向性针对RF频率的示例的曲线图。在以下意义上使用词语有效。在主电光调制器130中，沿着RF直通线路136传输的RF信号将RF边带(其如上所述是光学边带)施加在相同方向上沿着调制器光学路径138传输的参考光Lr或测试光Lt上。如果假设光学耦合器150、160实质上相同，并且光学检测器170、174实质上相同，那么在LO边带(其如上所述也是光学边带)在光学检测器中与RF边带差拍的光混频处理之后，光学检测器170、174所输出的相应电IF信号的各功率之间的比率与相应IF信号表示下转换后的拷贝的前向和反向RF信号的各功率之间的比率相同。光学检测器170、174所输出的IF信号分别称为参考IF信号和测试IF信号。这些术语是应用于传统网络分析器探测器中的对应信号的术语。LO边带是附属电光调制器180分别施加在传输到参考光学检测器170的参考光和传输到测试光学检测器174的测试光上的光学边带，RF边带是沿着主电光调制器130的RF直通线路136传输的RF信号施加在沿着调制器光学路径138传输的参考光和测试光上的光学边带。有效方向性于是仅为光学检测器174所输出的测试IF信号的功率对于光学检测器170所输出的参考IF信号的功率的比率。其假设:
RF信号输入是RF直通线路136的输入RF连接器13 2处的输入，
RF直通线路136的输出RF连接器134通过理想端接(无反射)得以端接，以及光学耦合器150、160实质上是相同的，并且光学检测器170、174实质上是相同的(如上所述)。
[0055]归因于DDEOP 100、1 2的对称性，也可以通过凭借理想端接所端接的输出RF连接器134和输入RF连接器132处的RF输入信号定义有效方向性。在此情况下，光学检测器170是测试光学检测器，并且输出测试IF信号，光学检测器174是参考光学信号，并且输出参考IF信号。
[0056]关于以上图9的描述中所假设的参数，主电光调制器130中的光学和RF信号的速度仅由光学信号的光学群速度和RF信号的电相位速度表示。在所示示例中，光学群速度和电相位速度失配达大约2%，其表示在标称上速度匹配的主电光调制器130的实现方式的残差速度失配。在以下描述中，假设RF直通线路136包括信号线路(未示出)和大地导体(未示出)，并且具有50 Ω的阻抗。假设RF直通线路136的插入损耗受趋肤效应导体损耗主导。为了对趋肤效应进行建模，假设5μπι的RF直通线路136的有效净导体宽度Weff。有效净导体宽度Wrff由下式给出:
Weff = Ws ’ effffg, eff/( Ws ’ eff+ffg,eff )，
其中:
Ws,eff是RF直通线路136的信号线路的有效净导体宽度，以及 Wg,是RF直通线路的大地导体的有效宽度。
较小的Weff值产生较高的趋肤效应损耗。在示例中，RF直通线路136的材料是在室温时的铜(Cu)，RF直通线路136的长度是50mm。
[0057]阈值频率可以分配给具有图9所示的方向性特征的主电光调制器130的实施例。阈值频率是有效方向性落入阈值方向性之下的频率。阈值方向性取决于应用。在示例中，阈值方向性是20dB。在图9所示的示例中，方向性在小于大约5GHz的频率处落入20dB阈值方向性之下。在大于阈值频率的频率处，方向性随着增加频率继续增加。这与方向性随着增加频率降低的传统全电有向親合器相反。与传统有向親合器相似，主电光调制器130的方向性在甚低频率处落入单位I(OdB)，但如上所述，关于在甚低频率处缺少方向性，存在很多已知的变通法。在甚低频率处缺少方向性的原因在于，主电光调制器130的长度与这些频率处的波长相比很短，从而沿着RF直通线路136的长度在前向行进与反向行进电波之间没有区别。换言之，沿着RF直通线路的长度的电压分布在甚低频率处实质上是均匀的。随着频率上升，前向与反向方向之间的速度区别转译为电光交互重叠积分区别，因此图9所示的高频率处的优异方向性。关于缺少方向性的可靠变通法存在的各甚低频率之间的频率以及上述阈值频率将在此简称为低频率。以下将参照图11和图12描述克服低频率处的不良方向性的主电光调制器130的实施例。
[0058]再次参照图1和图2，在一些实施例中，使用商用Mach-Zehnder强度调制器的芯片实现主电光调制器130。在几乎所有商用封装的电光调制器中，制造商指定输入光纤(通常偏振保持)、输出光纤(通常非偏振保持)、RF输入连接。一些型号具有RF输出连接，而其它具有内部50 Ω负载。在主电光调制器130中，形成RF直通线路136和调制器光学路径138的芯片受封装，从而输入与输出之间不存在区别。反之，主电光调制器130具有调制器光学路径138的每个端140、142处所连接的相应偏振保持(PM)光纤、RF直通线路136的每个端处的相应RF连接器132、134。
[0059]使用具有较高电光系数和较低介电常数的材料在主电光调制器130中是有利的。使用具有较高电光系数的材料使得在甚低频率处提供所指定的灵敏度所需的RF直通线路136和调制器光学路径138的长度能够减少。减少RF直通线路136的长度减少甚高频率处的RF直通线路中的电损耗。使用具有较低介电常数的材料减少RF直通线路136中的色散，这样增加获得速度匹配带宽。使用较低介电常数的材料还允许RF直通线路136具有用于给定特征阻抗的增加的有效净导体宽度Weff。增加的有效净导体宽度减少RF直通线路中的电损耗，这样减少主电光调制器130的归一化耦合特征的频率依赖性。接下来将参照图10描述主电光调制器的归一化耦合特征的频率依赖性。
[0060]图10是示出主电光调制器130的示例的RF直通线路136与调制器光学路径138之间的归一化有效耦合的频率依赖性的曲线图。在该示例中，光学群速度= c/2.25(其中，c是光在真空中的速度)，电相位速度= c/2.25，RF直通线路136的有效净导体宽度Weff=10ym。耦合得以归一化为在甚低频率处耦合，即，所示的归一化耦合是所指示频率处的IF信号的功率与当RF频率十分低(例如大约IGHz)时的IF信号的功率之间的比率。因为原则上不从RF直通线路136提取电功率，所以耦合稍微名不副实，在传统电有向耦合器中的的情况将亦如是。此外，术语耦合在此用于仅指定表示RF直通线路136中的前向和反向RF信号的相应IF信号的功率。因为RF直通线路136导致的RF信号的衰减在甚低频率处与RF信号在远更高频率处的衰减相比是可忽略的，所以耦合在甚低频率处是最强的。随着RF信号的频率增加到吉赫兹范围中，与其有限传导性和非零长度结合的RF直通线路136的窄有效导体宽度归因于趋肤效应产生RF信号的显著衰减。因此，主电光调制器130的有效电光交互长度降低到电光交互发生的实际物理长度之下。
[0061 ] 可以通过将均衡应用于激光光源200、210以随着沿着RF直通线路136传输的RF信号的频率增加增加激光光源200、210所生成的系统光Ls的功率容易地补偿有效耦合随着增加频率的减少。图1O所示的示例展现与在甚低频率处的输出相比的在200GHz处的耦合的近似15dB减少。可以通过当RF信号的频率处以大约200GHz时增加系统光Ls的功率达近似7.5dB补偿耦合的这种减少。通常，可以通过增加系统光的功率达X/2dB补偿耦合的X dB减少。2的因子产生，因为系统光Ls的功率的X/2dB增加增加参考光Lr和测试光Lt中的LO边带和RF边带二者的功率达X/2dB。只要光学检测器170、174不饱和，参考IF信号和测试IF信号的功率就与RF边带的功率和LO边带的功率的乘积成正比。因此，系统光Ls的功率的X/2dB的增加将IF信号的功率增加达X dB。
[0062]在应用上述强度均衡的实施例中，图7和图8所示的网络分析器302的示例附加地包括网络分析器输出模拟信号或表示网络分析器的RF源(未示出)所生成的RF信号的频率的数字值的RF频率输出端口 340。此外，每个激光光源200、358包括强度控制输入232。强度控制输入处接收到的模拟控制信号或数字值控制公共激光器230(图5和图6)或参考激光器520和测试激光器522(下述图13-图15)所生成的系统光Ls的强度。RF频率输出端口 340经由均衡器模块342链接到强度控制输入232，均衡器模块342将模拟信号或表示RF信号的频率的数字值转换为使得激光光源200、358生成具有对应于RF信号的频率的强度的系统光的模拟信号或数字值。均衡器模块342包括均衡、查找表或以某另外合适的方式表示的(二分之一的因子所比例化的)图10的相反的特征。在另一示例中，均衡器模块342构成激光光源200的部分。
[0063]2013年可用的最快的电光调制器具有大约10GHz的3dB带宽，但刚所描述的均衡系统光的功率可以用于当该电光调制器用作主电光调制器130时将该调制器的频率范围扩展到200或甚至300GHz。
[0064]参考光学检测器170和测试光学检测器174均使用标准(在光通信产业中)光学和光电接收机硬件得以实现。每个光学检测器的最简单的实现方式是低速光电二极管(PD)。因为光学检测器仅需要响应高达IF信号的频率，所以低速光电二极管可以用于实现光学检测器。在网络分析中，典型IF频率处以范围1-1OMHz中，并且鲜超过100MHz。在一些实现方式中，可以通过用相应光学低噪声放大器(0-LNA，未示出)超前每个光电二极管获得较高的信噪比(SNR)。与光电二极管串联的O-LNA将看作构成本公开中的光学检测器。
[0065]期望光学检测器170、174生成的IF信号的低频率使得用作光学检测器的光电二极管能够承受以上的均衡的描述中所预期的系统光Ls的功率的增加。由于光电二极管仅需要在IF信号的频率(典型地1MHz)处响应，因此在面积上远大于用于100GHz(或甚至50GHz)处的检测的高速光电二极管的光电二极管可以用于实现光学检测器170、174。这些光电二极管的增加的台面面积和体积转译为远更不严格聚焦的光束以及极大地减少的关于给定的入射光功率的功率密度。功率耗散密度的减少应用于归因于施加到光电二极管的光电流和DC电压偏置的乘积导致的光电二极管的光学加热和DC加热二者。在一些实施例中，IF信号的低频率允许光电二极管操作得无偏置。
[0066]由于主电光调制器130的典型实现方式是偏振敏感的，因此DDEOP100、102的光学组件和互连光学组件的光纤典型地是偏振保持的。此外，在主电光调制器130是偏振敏感的DDEOP 100、102的实施例中，将外部激光光源200、210(图3B、图4B)耦合到DDE0P的光纤112、116也是偏振保持的。替代地，DDEOP 100、102的光学组件和互连它们的光纤使用非偏振保持组件得以实现，但参考偏振控制器(未示出)插入在调制器光学路径138的第一光学耦合器I50与第一端140之间，并且测试偏振控制器(未示出)插入在调制器光学路径的第二光学耦合器160与第二端142之间。在主电光调制器130不是偏振敏感的实施例中，DDEOP 100、102的光学组件以及互连它们的光纤无需是偏振保持的。
[0067]在图1和图2所示的DDEOP 100、102的示例中，第一光学耦合器150和第二光学耦合器160使用相应三端口光学循环器得以实现。在另一示例中，相应2x2光学耦合器(未示出)用作光学親合器150、160。在第一光学親合器150使用2x2光学親合器得以实现的不例中，2x2光学親合器具有输入端口、直通端口、隔离端口，其分别提供第一光学親合器150的第一输入端口 152、第一直通端口 154、第一隔离端口 156。第二光学親合器160的2x2光学親合器实现方式具有对应连接。2x2光学耦合器附加地具有2x2光学耦合器的输入端口处接收到的参考光或测试光的功率的一半损耗的未使用的親合端口，但激光光源200、210的功率可以增加达4的因子，以补偿该损耗。2x2光学耦合器的耦合端口可以光耦合到在其末梢端处端接的光纤I米或更长，以防止损耗的光功率加热DDEOP。
[0068]位于激光光源200中的附属电光调制器180调制DDEOP 100接收到的参考光Lr和测试光LT，而无论激光光源200是在DDEOP内部还是外部。附属电光调制器180使用电光幅度调制器得以实现。附属电光调制器180处于DDEOP 102内部，并且每个调制器元件184、186使用相应电光幅度调制器得以实现。幅度调制器受LO输入182处接收到的LO信号电驱动。LO信号进行的调制在相对于公共激光器230所生成的系统光的频率偏移达LO信号的频率的整数倍的频率处生成LO边带。
[0069]在一些实施例中，附属电光调制器180在结构方面与主电光调制器130相似。在其它实施例中，附属电光调制器180在结构方面与主电光调制器130不同，并且可以甚至具有远更低的带宽。因为附属电光调制器180可以通过比在LO信号的频率处进行调制所需的更大的LO信号功率受驱动，所以其可能具有更低的带宽。增加LO信号功率以较低阶LO边带的功率的减少为代价增加较高阶LO边带的功率。在LO边带与光学检测器170、174中的主电光调制器130所生成的RF边带进行光混频之前，过度驱动附属电光调制器实质上倍增本地振荡器的频率。
[0070]双向电光探测器100、102实质上减少或甚至消除上述混频器反弹的现象。在示例(例如图8所示的示例)中，对于每个端口头使用DDEOP 100或DDEOP 102的实例构造多端口网络分析系统。该网络分析系统可以用于表征DUT，这对于在所有频率处进行表征是有挑战的，因为其作为频率的函数的大透射率范围。对于进行表征是有挑战的DUT的示例是高质量带通滤波器。在DDEOP 100、102中，由于混频产生在光学检测器170、174中，因此与端口 J关联的“混频器”(例如构成与端口 J关联的端口头的DDEOP的光学检测器170、174)与关联于端口 K的任何“混频器”(例如构成与端口 K关联的端口头的DDEOP的光学检测器170、174)光隔离。对于相应DDEOP的光学检测器所生成的混频器镜像产物不存在穿过DUT的路径。示例性带通滤波器的止带特征由DDEOP连接到的网络分析器如实地报告，没有传统网络分析器中看见的部分传输重影假象。
[0071]在DDEOP 100或DDEOP 102的多个实例用作相应端口头的例如刚描述的应用中，可以使得包括外部激光光源200的附属电光调制器180的外部激光光源200、210对于所有DDEOP是共用的，如以上参照图8所描述的那样。在这些应用中，2路波束划分器240由2N路波束划分器280替换，其中，N是从激光光源接收光的DDEOP的数量，并且公共激光器230所生成的系统光的功率增加达N的因子。在示例中，2N路划分器是相等的2N路划分器。在另一示例中，2N路划分器将相等的光功率输出到参考光输出中的每一个，并且将相等的光功率输出到测试光输出中的每一个，但比参考光输出将更大的光功率输出到测试光输出。
[0072]DDEOP 100、102缺少昂贵的和/或功率饥渴的组件(例如超高速(超宽带)RF混频器(提供混频的光学检测器170、174)、超宽带RF有向耦合器或RF耦合器(主电光调制器130提供有向耦合器)、电或光学平衡-不平衡转换器(因为混频产生在光学检测器中))。本地振荡器信号仅驻留在参考光和测试光上作为光学边带。因为多个探测器的各混频器之间的光学隔离，所以DDEOP 100、102不经受混频器反弹。此外，由于耗散显著功率的几乎所有组件(例如激光光源)可以定位得远距DDEOP并且可以通过光纤连接进入并且出自DDEOP，因此DDEOP100、102具有典型地小于具有外部激光光源200、210的DDEOP中的50mW的十分低的功率耗散。仅必须驻留在DDEOP自身中的组件是主电光调制器130。
[0073]如上所述，处理甚低频率(例如小于大约IGHz)处的主电光调制器130的减少的方向性的一种方式是使用精确的低频率阻抗端接作为严格的校准标准。接下来将描述在大于甚低频率并且小于方向性小于阈值方向性所小于的阈值频率的低频率处提供改进的方向性的方式。图11是示出可以在DDEOP 100、102的实施例中用于在低频率处提供方向性的主电光调制器的另一示例400的示意图。对应于主电光调制器130的元件的主电光调制器400的元件是使用相同标号描述的，并且将不再次详细描述。主电光调制器400包括RF直通线路136、调制器光学路径138、电耦合线路406、端接电阻器408、电容器414、电低频率混频器420 ο低频率混频器420包括RF输入端口 422、LO输入端口 424、低频率IF输出端口 426。
[0074]在主电光调制器400中，调制器光学路径138沿着RF直通线路136定位，如上所述。电耦合线路406电耦合到RF直通线路136，但与调制器光学路径138电光隔离。在所示示例中，电耦合线路406沿着RF直通线路136定位，与调制器光学路径138相对，并且纵向地实质上与调制器光学路径138同延。在另一示例(未示出)中，RF直通线路136纵向延伸，电耦合线路406在来自调制器光学路径138的电直通线路的相对侧沿着延伸的RF直通线路136定位，并且纵向距调制器光学路径偏离，从而电耦合线路和调制器光学路径部分地纵向同延或不纵向同延。耦合端口 410和隔离端口 412位于电耦合线路406的相对端。隔离端口 412在参考光Lr传输通过调制器光学路径138的方向上距耦合端口 410偏离。隔离端口 412由端接电阻器408端接。耦合端口 410电连接到低频率混频器420的RF输入端口 422。低频率混频器420的LO输入端口 424连接为接收低频率本地振荡器(LFLO)信号。低频率混频器420的低频率IF输出端口 426经由低频率IF(LFIF)输出416将低频率参考IF信号输出到网络分析器302(图7和图8)的另一 IF输入(未示出)。电容器414连接在RF输入端口 422与大地之间。
[0075]在示例中，频率独立划分器(未示出)在LFLO输入428与LO输入182(图1-图4)之间划分网络分析器302(图7和图8)的LO输出314处输出的LO信号。在另一示例中，频率依赖性划分器(未示出)在LFLO输入428与LO输入182之间划分LO输出314处输出的LO信号，从而在高频率处，LO信号的所有功率去往LO输入182，并且在低频率处，LO信号的功率得以在LFLO输入428与LO输入182之间切分。
[0076]RF直通线路136和电耦合线路406形成有向电耦合器，其将在前向方向上沿着RF直通线路传输的RF信号的一部分耦合到低频率混频器420的RF输入端口 422。低频率混频器420将电耦合线路406的耦合端口 410处所输出的耦合的RF信号与LFLO信号混频，以生成在低频率IF输出端口 426处输出到网络分析器302的未使用的IF输入(未示出)的低频率IF参考?目号。
[0077]附加地参照图1和图2，在低频率处，光学检测器170、174分别输出的参考IF信号和测试IF信号都是真实参考RF信号和真实测试RF信号的下转换后的拷贝的叠加。通过在短路中端接的RF直通线路136，参考IF信号和测试IF信号实质上彼此抵消，导致光学检测器170、174分别输出具有十分小幅度的参考IF信号和测试IF信号。通过在开路中端接的RF直通线路136，参考IF信号和测试IF信号彼此加强(加倍)，导致光学检测器170、174输出具有大幅度的相应IF信号。通过在50 Ω负载中端接的RF直通线路136，真实测试RF信号的幅度是可忽略的，但归因于低频率处的主电光调制器130的低方向性，光学检测器170、174输出具有近乎相等幅度的相应IF信号。网络分析器302使得从LFIF输出416接收到的低频率参考IF信号经受复数(实部和虚部)模数转换，以生成表示真实参考RF信号的幅度和相位的相应数字值。通过从表示测试光学检测器174所输出的(有误差的)测试IF信号的DC值减去表示低频率参考IF信号的数字值，可以计算真实测试IF信号。网络分析器302的典型实现方式包括能够执行所需计算的算术函数。因此，通过使用少数低频率校准标准、LFIF输出416处所输出的低频率IF参考信号以及一些简单代数，可以提取测试信号分量。
[0078]为了确保混频器反弹保持可忽略，至少在频谱的兴趣高频率部分中，主电光调制器400配置为在高频率处将低频率混频器420与电耦合线路406隔离。在图8所示的示例中，通过连接在RF低频率混频器420的RF输入端口 422与信号大地之间的电容器414提供这种隔离。电容器414具有足以防止高于低频率范围的频率处的频率传输返回到电耦合线路406上的电容。
[0079]图12是示出可以在DDEOP100、102的实施例中用于在低频率处提供方向性的主电光调制器的另一示例430的示意图。对应于以上参照图1和图11所描述的主电光调制器130、400的元件的主电光调制器430的元件是使用相同标号指示的，并且将不再详细描述。主电光调制器430使用与主电光调制器400不同的方法，以在高于低频率范围的频率处隔离低频率混频器420。主电光调制器430配置为这样的:RF直通线路136与电耦合线路406之间的耦合十分弱。为了补偿弱耦合，放大器432插入在低频率混频器420的耦合端口 410与RF输入端口 422之间。放大器432配置有高频率滚降，从而其放大低频率范围中的信号，但不放大较高频率。
[0080]图11示出端接电阻器408、电容器414、低频率混频器420作为主电光调制器400的部分，图12示出端接电阻器408、低频率混频器420、放大器432作为主电光调制器430的部分。在其它示例中，这些部分中的一个或多个在相应主电光调制器400、430的外部。
[0081 ] 再次参照图1、图2、图5和图6，在DDEOP 100、102的内部激光光源200、210中，并且在生成用于对DDEOP 100、102的输入的光的外部激光光源200、210中，激光光源200、210的公共激光器230在单个波长处生成系统光Ls，波束划分器240将系统光切分为在参考光输出220处输出的参考光Lr和在测试光输出224处输出的测试光Lt。因此，在激光光源200、210包括公共激光器230的DDEOP 100、102的实施例中，参考光Lr和测试光Lt具有相同波长。具有相同波长的参考光Lr和测试光Lt在具有在光学親合器150、160、主电光调制器130、互连这些光学组件的光纤或连接器处或其内的无法预见的波动的DDEOP 100、102的实现方式中可能成问题。归因于参考光Lr与测试光LT之间的相干性，这些不想要的波动在光学检测器170、174处贡献相干叠加。部分反射感生的相干效应是不期望的，因为它们使得甚至小的温度改变能够在IF信号的幅度中以及IF信号叠加到的DC信号中产生显著波动。因为小的温度改变可以通过实质小部分波长在几米的光纤中改变光学路径长度，所以它们可能产生这种效应。由于参考光和测试光源自同一激光，从而它们自动地互相干，因此激光光源200、210生成具有相同波长的参考光Lr和测试光Lt的DDEOP 100、102的实施例往往会发生该效应。这样使得使用十分低的回波损耗(反射)光学组件对于实现这些实施例是可取的。很多光学组件具有大于40dB的回波损耗规格，但已经发现这些组件的实际示例并不满足该规格达至少20dB。因此，在选择用于实现这些实施例的组件中，需要谨慎。
[0082]具有较不严格的回波损耗规格的组件可以用在激光光源200、210在不同波长处生成参考光Lr和测试光Lt的DDEOP 100、102的实施例中。图13和图14以及图15是分别示出激光光源200的示例204、206的框图，图15是示出在不同波长处生成参考光Lr和测试光Lt的激光光源210的示例214的框图。激光光源204、206用于用作需要接收受调制的光的DDEOP(例如DDEOP 100)内或其外部的激光光源200，而激光光源214用于用作可以接收未受调制的光的DDEOP (例如DDEOP 12)内或其外部的激光光源210。
[0083]首先参照图13，在所示示例中，激光光源204具有:参考光输出220，其用于直接地(图3A)或通过光纤112(图3B)对DDEOP 100的第一输入端口 152的连接；以及测试光输出224，其用于直接地或通过光纤116对DDEOP 100的第二输入端口 162的连接。激光光源204包括参考激光器520、测试激光器522、光学组合器530、波长依赖性波束划分器540。在一些实施例中，使用波长双工器或双色划分器实现波长依赖性波束划分器540。附属电光调制器180如上所述插入在光学组合器530与波束划分器540之间。光学组合器530包括第一输入532、第二输入534、输出536。波束划分器540包括输入542、第一输出546、第二输出548。
[0084]参考激光器520的输出连接到光学组合器530的第一输入532，测试激光器522的输出连接到光学组合器530的第二输入534。附属电光调制器180连接在光学组合器530的输出536与波束划分器540的输入542之间。波束划分器540的第一输出546连接为将参考光Lr提供给激光光源204的参考光输出220。波束划分器540的第二输出548连接为将测试光Lt提供给激光光源的测试光输出224。
[0085]测试激光器522用于在与参考激光器520所生成的参考光的波长不同的波长处生成测试光。波长的差应对应于大于网络分析器302(图7和图8)的最高兴趣RF频率的两倍的频率差，从而通过以RF信号和LO信号调制参考光所生成的边带和通过以RF信号和LO信号调制测试光所生成的边带在频率上不重叠。然而，波长的差不应大得以致于波长(和/或一个或多个边带)之一在构成DDEOP的光学组件的性质实质上是波长独立的波长范围外部。参考激光器520和测试激光器522关于彼此并不互锁，以确保互不相干。在示例中，测试激光器522按与参考激光器520所生成的参考光相同的功率生成测试光。在另一不例中，测试激光器522按比参考激光器520所生成的参考光更大的功率生成测试光。在又一示例中，测试激光器522按与参考激光器520所生成的参考光相同的功率生成测试光，并且光学放大器(未不出)插入在波束划分器540的第二输出548与测试光输出224之间，以增加测试光LT的功率。
[0086]光学组合器530组合参考激光器520所生成的参考光和测试激光器522所生成的测试光，以形成系统光LS。附属电光调制器180响应于在LO输入182处接收到的LO信号调制系统光Ls。波长依赖性波束划分器540将受调制的系统光Ls切分为用于经由参考光输出220输出到DDEOP 100的第一输入端口 152的受调制的参考光Lr以及用于经由测试光输出224输出到DDEOP 100第二输入端口 162的受调制的测试光Lt。
[0087]从波长依赖性波束划分器540的第一输出546输出到参考光输出220的参考光主要源自参考激光器520，从波长依赖性波束划分器540的第二输出548输出到测试光输出224的测试光主要源自测试激光器522。在附属电光调制器180进行调制之前组合参考激光器520所生成的参考光Lr和测试激光器522所生成的测试光Lt确保激光光源204所输出的参考光和测试光相同地受调制。此外，使用单个附属电光调制器减少本地振荡器信号所需的功率，并且在成本方面较低。
[0088]由于波长依赖性波束划分器540接收到的系统光Ls受附属电光调制器180调制，因此波束划分器540的每个输出信道应具有大于最兴趣高RF频率的两倍的带宽。因为附属电光调制器180使得系统光经受双边带调制:上边带和下边带相等地贡献于参考IF信号和测试IF信号，所以参考激光器520与测试激光器522之间的上述频率差以及波束划分器540的输出信道的带宽均为最高兴趣RF频率的两倍。
[0089]在示例中，在光通信中一般使用波长依赖性上下路复用器。可以使用操作在上路模式下的上下路复用器实现光学组合器530，可以使用操作在下路模式下的上下路复用器实现波长依赖性波束划分器540。参考激光器520和测试激光器522典型地是与以上参照图5所描述的公共激光器230相似的DFB激光器。
[0090]适合于生成用于DDEOP100的多个实例的光的激光光源204的实施例具有N个参考光输出和N个测试光输出，其中，N是激光光源204可以将光提供给的DDEOP的最大数量。N路波束划分器(未示出)插入在波长依赖性波束划分器540的第一输出546与N个参考光输出之间，N路波束划分器(未不出)插入在波长依赖性波束划分器540的第二输出548与N个测试光输出之间。此外，参考激光器520和测试激光器522均在功率方面增加达N的因子。附加地或替代地，相应光学放大器(未不出)加入在波长依赖性波束划分器540的输出546、548与相应N路波束划分器之间，或光学放大器(未不出)加入在波长依赖性波束划分器540的第二输出548与划分测试光的N路波束划分器之间。
[0091]在激光光源200的另一双激光器示例中，省略光学组合器530和波束划分器540，并且参考激光器520所生成的参考光和测试激光器522所生成的测试光响应于公共本地振荡器信号受相应调制器元件调制。图14示出激光光源206的示例。在所示示例中，激光光源206具有:参考光输出220，其用于直接地(图3A)或通过光纤112(图3B)对DDEOP 100的第一输入端口 152的连接；以及测试光输出224，其用于直接地或通过光纤116对DDEOP 100的第二输入端口 162的连接。
[0092]激光光源206包括参考激光器520、测试激光器522、附属电光调制器180。参考激光器520所生成的参考光和测试激光器522所生成的测试光联合地贡献受附属电光调制器180调制的系统光Ls。附属电光调制器180包括参考调制器元件572、测试调制器元件574。参考调制器元件572插入在参考激光器520与参考光输出220之间。测试调制器元件574插入在测试激光器522与测试光输出224之间。每个调制器元件572、574从LO输入182接收LO信号。
[0093]在激光光源206中，参考光输出220处所输出的参考光Lr独占地源自参考激光器520，测试光输出224处所输出的测试光Lt独占地源自测试激光器522，并且在波长方面与参考光不同，而且可以在功率方面与参考光不同。该方法消除参考光输出220处所输出的参考光中的测试光的残留部分，并且消除测试光输出224处所输出的测试光中的参考光的残留部分。可以通过在使用网络分析器进行测量之前按惯例执行的校准过程补偿调制器元件572、574各调制特征之间的任何失配。
[0094]适合于生成用于DDEOP100的多个实例的受调制的光的激光光源206的实施例具有N个参考光输出(未示出)以及N个测试光输出(未示出)，其中，N是激光光源206可以将光提供给的DDEOP的最大数量。N路波束划分器(未示出)插入在参考调制器元件572与参考光输出之间，N路波束划分器(未示出)插入在测试调制器元件574与测试光输出之间。参考激光器520和测试激光器522均在功率方面增加达N的因子。附加地或替代地，相应光学放大器(未示出)加入在每个调制器元件572、574的输出与相应N路波束划分器之间，或光学放大器(未示出)加入在测试调制器元件574的输出与划分测试光的N路波束划分器之间。
[0095]图15示出激光光源214的示例。在所示示例中，激光光源214具有:参考光输出220，其用于直接地(图4A)或通过光纤112 (图4B)对DDEOP 102的第一输入端口 152的连接；以及测试光输出224，其用于直接地或通过光纤116对DDEOP 102的第二输入端口 162的连接。
[0096]激光光源214包括参考激光器520、测试激光器522。参考激光器520所生成的参考光Lr和测试激光器522所生成的测试光Lt联合地贡献系统光LS。参考激光器520的输出光親合到参考光输出220，测试激光器522的输出光親合到测试光输出224。在激光光源214中，参考光输出220处所输出的参考光Lr独占地源自参考激光器520，测试光输出224处所输出的测试光Lt独占地源自测试激光器522，并且在波长方面与参考光不同，而且可以在功率方面与参考光不同。
[0097]适合于生成用于DDEOP102的多个实例的未受调制的光的激光光源214的实施例具有N个参考光输出(未示出)以及N个测试光输出(未示出)，其中，N是激光光源214可以将光提供给的DDEOP的最大数量。N路波束划分器(未不出)插入在参考激光器520与参考光输出之间，N路波束划分器(未不出)插入在测试激光器522与测试光输出之间。参考激光器520和测试激光器522均在功率方面增加达N的因子。附加地或替代地，相应光学放大器(未示出)加入在每个激光器520、522的输出与相应N路波束划分器之间，或光学放大器(未不出)加入在测试激光器522的输出与划分测试光的N路波束划分器之间。
[0098]附加地参照图1和图2，参考光Lr与测试光Lt之间的波长差防止光学耦合器150、160、主电光调制器130、互连光学组件的光纤或连接器中的一个或多个处或其内的波动归因于互不相干的激光器520、522在光学检测器170、174处贡献相干叠加。这样防止光学路径长度的温度感生的改变不期望地改变光学检测器的输出，并且附加地允许DDEOP 100、102使用具有较不严格的回波损耗规格的光学组件得以实现。
[0099]在DDEOP 100、102中，光学检测器170、174的输出均划分为IF和DC MON所标记的信号路径。REF IF和TEST IF所标记的信号路径分别电连接到参考IF输出176和测试IF输出178。可选地如下使用输出DC监控信号的DC MON所标记的信号路径。在激光光源204、206、214中，相对强度噪声(RIN)在参考激光器520与测试激光器522之间是不相关的。由于通过计算表示测试IF信号和参考IF信号的各数字值的比率生成S参数，因此缺少相关性是S参数幅值噪声的来源。通过以上参照图5和图6所描述的公共激光器激光光源202、212，由于公共激光器230的RIN既显现在计算的分子中又显现在分母中，因此当计算该比率时，DDEOP100、102中的RIN对消。然而，在双激光器激光光源204、206、214的情况下，DDEOP 100、102中的RIN是不相关的，然而，参考光学检测器170和测试光学检测器174所输出的相应DC监控信号分别提供参考激光器520和测试激光器522的RIN的测度。参考光学检测器170所生成的DCMON信号可以用于控制测试激光器522所生成的光的强度(或反之亦然)，以使得参考光和测试光中的RIN相关。替代地，DC MON信号用于关于RIN校正参考IF信号和测试IF信号的幅值。
[0100]在此所描述的电光调制器(即主电光调制器130、400、430、附属电光调制器180、调制器元件184、186、572、574)在以上描述为使用强度调制器(例如Mach-Zehnder调制器)得以实现。可以替代地使用相位调制器实现电光调制器。对于用于生成参考IF信号和测试IF信号的光学检测器170、174，分别在其上入射的参考光和测试光应受幅度调制(AM)。上述Mach-Zehnder调制器充当幅度调制器。由于实现光学检测器170、174的光电二极管充当光学包络检测器，并且相位调制让光学包络不改变，因此单独的相位调制是不足的。因此，在使用相位调制器实现电光调制器中的至少一个的实施例中，参考带陷滤波器(未示出)插入在第二隔离端口 166与参考光学检测器170之间，测试带陷滤波器(未示出)插入在第一隔离端口 156与测试光学检测器174之间。参考带陷滤波器的陷带在参考光LR的波长上居中，测试带陷滤波器的陷带在测试光LT的波长上居中。
[0101]图16是示出在参考光Lr受LO信号和RF信号二者相位调制的示例中贡献于上述DDEOP 100、102之一中的参考光学检测器170所生成的参考IF信号的七个有关光学频调的曲线图。可以关于贡献于测试光学检测器174响应于LO和RF信号所相位调制的测试光Lt所生成的测试IF信号的光学频调绘制相似的曲线图。
[0102]参照图16，七个光学频调中的每一个由相应箭头表示。这七个光学频调之一是将称为载波并且频率将称为载波频率fc的未受调制的参考光600。其余光学频调是:在载波频率fc之下偏移达LO信号的频率fLQ的频率fc-fLQ处的下边带(LSB)LO偏移频调602;在载波频率fc之下偏移达RF信号的频率fRF的频率fc-fRF处的LSB RF偏移频调604;在载波频率fc之下偏移达参考IF信号的频率fIF的频率fc-fIF处的LSB IF偏移频调606;在载波频率fc之上偏移达IF频率fIF的频率fc+fIF处的上边带(USB) IF偏移频调608;在载波频率fc之上偏移达RF频率fRF的频率fc+fRF处的USB RF偏移频调610 ；以及在载波频率fc之上偏移达LO频率fLO的频率fc+fLo处的USB LO偏移频调612。向上指向箭头(例如表示未受调制的参考光600的箭头)指示0°的边带相位，而向下指向箭头(例如表示LSB LO偏移频调602的箭头)指示180°的相位。
[0103]在相对于载波频率偏移达参考IF信号的频率的频率处的LSB IF偏移频调606和USB IF偏移频调608是LO和RF调制的级联动作的结果。在21个可能的成对组合(如果包括负责DC光电流的自配对，则28个)中，四个频调配对可以贡献于光学检测器170所生成的参考IF信号。频调配对是LSB LO-RF频调配对614、USB LO-RF频调配对620、包括LSB IF偏移频调606和载波600的频调配对616、包括USB IF偏移频调608和载波600的频调配对618 JSB LO-RF频调配对614和USB LO-RF频调配对620对参考IF信号的贡献准确地消除IF偏移和载波频调配对616、618的贡献。因此，在单独相位调制的情况下，光学检测器170不生成IF信号。在更一般的大型调制情况下，还必须考虑更多的频调，但相似的消除产生。
[0104]相位调制到幅度调制转换器可以将相位调制转换为幅度调制。相位调制到幅度调制转换器的一个示例是带陷滤波器。电光调制器中的至少一个是相位调制器的DDEOP 100、102的实现方式附加地包括第二隔离端口 166与参考光学检测器170之间的参考带陷滤波器(未示出)以及第一隔离端口 156与测试光学检测器174之间的测试带陷滤波器(未示出)。在电光调制器中的至少一个是相位调制器的DDEOP 102的实现方式中，参考带陷滤波器(未示出)位于参考调制器元件184与参考光学检测器170之间，测试带陷滤波器(未示出)位于测试调制器元件186与测试光学检测器174之间。
[0105]在包括或从公共激光器激光光源200、210(图5和图6)接收光的DDEOP 100、102中，带陷滤波器具有在公共激光所生成的系统光Ls的载波频率上居中的陷带，以滤除系统光Ls的载波频率和相对于系统光的载波频率偏移达IF频率的IF偏移频调606、608。在包括或从双激光器激光光源200、210(图13-图15)接收光的DDEOP 100、102中，参考带陷滤波器的陷带在参考激光器520所生成的参考光的频率上居中，以滤除参考光的载波频率和相对于参考光的载波频率偏移达IF频率的IF偏移频调606、608，测试带陷滤波器的陷带在测试激光器522所生成的测试光的载波频率上居中，以滤除测试光的载波频率和相对于测试光的载波频率偏移达IF频率的IF偏移频调606、608。
[0106]在小型调制限制中，超前于参考光学检测器170的带陷滤波器将贡献于参考IF信号的光学频调配对减少为建设性地加入的仅LSB LO-RF频调配对614和USB LO-RF频调配对620。只要JQ(m)〈>0，滤除载波对于相位到幅度调制转换就是有效的，其中，m是总(L0+RF)有效FM调制系数，JO是第一类的O阶贝塞尔函数。
[0107]相位调制到幅度调制转换器的另一示例是全通滤波器，其要么通过反转载波的相位并且让其余光学频调的相位不改变要么通过让载波的相位不改变并且反转其余光学频调的相位反转载波与(包括IF偏移频调606、608的)其余光学频调之间的相位关系。通过该滤波器，上述消除变为建设性的加入，其与使用带陷滤波器滤除载波相比提供信噪比方面的6dB改进。
[0108]图17是示出反转载波与其余光学频调之间的相位关系的全通滤波器的示例700的示意图。在所示示例中，全通滤波器700包括光学循环器710、带滤波器720、镜730。光学循环器710具有输入端口 712、输入/输出端口 714、输出端口 716。术语带滤波器在此用作涵盖带通滤波器和带阻滤波器(即带陷滤波器)的普通术语。带滤波器720包括:第一端口 722，其光耦合到光学循环器710的输入/输出端口 714;以及第二端口 724。镜730布置为以法向入射角从带滤波器720的第二端口 724接收光，并且位于在带滤波器720所反射的光与镜所反射的光之间提供180°光学相位改变的距第二端口 724预定距离处。
[0109]在全通滤波器700插入在第二光学親合器160与参考光学检测器170之间的不例中，光学循环器710的输入端口 712光親合到第二隔离端口 166，光学循环器的输出端口 716光親合到参考光学检测器170。
[0110]包括图16中所描述的光学频调的受调制的参考光在光学循环器710的输入端口712上入射。受调制的参考光穿过光学循环器710，并且在输入/输出端口 714处输出到带滤波器720。在带滤波器720是带陷滤波器的示例中，带滤波器720反射载波，但将其余光学频调传递到镜730。在镜730进行反射之后，其余光学频调通过带滤波器720返回到带滤波器的第一端口 722。在第一端口 722处，载波与其余光学频调之间的相位关系不同于载波与受调制的参考光中的其余光学频调之间的相位关系达180°。在带滤波器720是带通滤波器的示例中，带滤波器720反射其余光学频调，但将载波传递到镜730。在镜730进行反射之后，载波通过带滤波器720返回到带滤波器的第一端口 722。在第一端口 722处，载波与其余光学频调之间的相位关系不同于载波与受调制的参考光中的其余光学频调之间的相位关系达180°。在这两种情况下，具有载波与其余光学频调之间的修改的相位关系的参考光返回到光学循环器710的输入/输出端口 714，穿过光学循环器，并且经由输出端口 716输出到参考光学检测器170。在参考光学检测器170中，贡献于参考IF信号的四个频调配对建设性地加入，以生成具有比通过单独带陷滤波器所获得的信噪比更好6dB的信噪比。
[0111]全通滤波器700将难以实现对于在大约1MHz的IF信号频率的情况下操作的现今的网络分析器的使用。这种低IF频率对带滤波器720施加极度要求(即大约20MHz带宽的带宽以及扩展到几百GHz的自由谱范围(FSR))。然而，对于表征操作在愈发更高的频率处的组件的需要可以激励开发在实质上更高的IF信号频率的情况下操作的网络分析器。用于关于这些网络分析器的使用的全通滤波器700的实施例将实质上对于实现是更实际的。此外，只要Jo(m)〈>0，全通滤波器700对于相位到幅度调制转换就将是有效的。
[0112]具有内部激光光源或与相应外部激光光源捆绑销售的DDEOP100、102的实施例可以描述如下:一种双向电光探测器，其包括:激光光源、主电光调制器、第一光学親合器、第二光学耦合器、参考光学检测器、测试光学检测器、附属电光调制器。激光光源包括:参考光输出，在其处激光光源输出参考光；以及测试光输出，在其处激光光源输出测试光。主电光调制器包括输入射频(RF)连接器、输出RF连接器、连接在输入RF连接器与输出RF连接器之间的RF直通线路、在第一端与第二端之间沿着RF直通线路延伸的调制器光学路径。第一光学親合器包括第一输入端口、第一直通端口、第一输出端口。第一输入端口光親合为从激光光源的参考光输出接收参考光，第一直通端口光親合到调制器光学路径的第一端。第二光学親合器包括第二输出端口。第二光学親合器包括第二输入端口、第二直通端口、第二输出端口。第二输入端口光親合为从激光光源的测试光输出接收测试光，第二直通端口光親合到调制器光学路径的第二端。参考光学检测器光耦合到第二隔离端口，以生成表示沿着RF直通线路的前向RF信号传输的参考中间频率(IF)电信号。测试光学检测器光耦合到第一隔离端口，以生成表示沿着RF直通线路的反向RF信号传输的测试IF电信号。附属电光调制器用于响应于本地振荡器信号调制参考光和测试光。
[0113]在此所公开的并且以上参照图7和图8所描述的是一种用于测量待测试设备(DUT)的性质的方法。所述方法包括:提供参考光学检测器、测试光学检测器、包括沿着调制器光学路径定位的RF直通线路的纵向有向电光调制器;在前向方向上沿着RF直通线路将RF信号传输到待测试设备(DUT)作为前向RF信号，前向RF信号的一部分受在反向方向上沿着RF直通线路传输的DUT反射作为反向RF信号;在前向方向上沿着调制器光学路径传输参考光，以通过前向RF信号调制参考光;在反向方向上沿着调制器光学路径传输测试光，以通过反向RF信号调制测试光；响应于在频率上距RF信号偏离达中间频率的本地振荡器信号附加地调制参考光和测试光;在沿着调制器光学路径传输到参考光学检测器之后耦合参考光，其中，前向RF信号所生成的边带和本地振荡器信号所生成的边带差拍，以生成表示前向RF信号的参考IF信号；以及在沿着调制器光学路径传输到测试光学检测器之后耦合测试光，其中，反向RF信号所生成的边带和本地振荡器信号所生成的边带差拍，以生成表示反向RF信号的测试IF信号。
[0114]本公开使用说明性实施例详细描述本发明。然而，所附权利要求所限定的本发明不限于所描述的精确实施例。
【主权项】
1.一种双向电光探测器，其包括: 主电光调制器，其包括输入射频(RF)连接器、输出RF连接器、连接在输入RF连接器与输出RF连接器之间的RF直通线路、在第一端与第二端之间沿着RF直通线路延伸的调制器光学路径； 第一光学親合器，其包括:输入端口，其光親合为接收受调制的参考光;直通端口，其光耦合到调制器光学路径的第一端；以及第一隔离端口； 第二光学耦合器，其包括:输入端口；直通端口，其光耦合到调制器光学路径的第二端；以及第二隔离端口，输入端口光耦合为接收受调制的测试光，受调制的测试光以及受调制的参考光是在本地振荡器频率处受调制的； 参考光学检测器，其光耦合到第二隔离端口，以生成表示沿着RF直通线路的前向RF信号传输的参考中间频率(IF)电信号；以及 测试光学检测器，其光耦合到第一隔离端口，以生成表示沿着RF直通线路的反向RF信号传输的测试IF电信号。2.如权利要求1所述的双向电光探测器，其附加地包括激光光源，其包括: 参考光输出，其光親合为将受调制的参考光输出到参考光输入；以及 测试光输出，其光親合为将受调制的测试光输出到测试光输入。3.如权利要求2所述的双向电光探测器，其中，激光光源附加地包括: 激光器，其用于生成系统光；以及 波束划分器，其用于在参考光输出与测试光输出之间切分系统光；以及附属电光调制器，其处于激光器与波束划分器之间。4.如权利要求2所述的双向电光探测器，其中，激光光源附加地包括: 参考激光器，其用于在第一波长处生成参考光； 测试激光器，其用于在与第一波长不同的第二波长处生成测试光； 光学组合器，其用于组合来自参考激光器的参考光以及来自测试激光器的测试光，以形成系统光； 波长依赖性波束划分器，其用于将系统光切分为用于参考光输出处的输出的参考光以及用于测试光输出处的输出的测试光；以及 附属电光调制器，其插入在光学组合器与波长依赖性波束划分器之间。5.如权利要求2所述的双向电光探测器，其中，激光光源附加地包括: 参考激光器，其用于在第一波长处生成参考光； 测试激光器，其用于在与第一波长不同的第二波长处生成测试光；以及附属电光调制器，其包括: 参考调制器元件，其插入在参考激光器与参考光输出之间，以及测试调制器元件，其插入在测试激光器与测试光输出之间。6.—种双向电光探测器，包括: 主电光调制器，其包括输入射频(RF)连接器、输出RF连接器、连接在输入RF连接器与输出RF连接器之间的RF直通线路、在第一端与第二端之间沿着RF直通线路延伸的调制器光学路径； 第一光学親合器，其包括:输入端口，其光親合为接收参考光;直通端口，其光親合到调制器光学路径的第一端；以及第一隔离端口； 第二光学耦合器，其包括:输入端口，其耦合为接收测试光;直通端口，其光耦合到调制器光学路径的第二端；以及第二隔离端口； 参考光学检测器，其光耦合到第二隔离端口，以生成表示沿着RF直通线路的前向RF信号传输的参考中间频率(IF)电信号； 测试光学检测器，其光耦合到第一隔离端口，以生成表示沿着RF直通线路的反向RF信号传输的测试IF电信号；以及 附属电光调制器，其包括:参考调制器元件，其用于调制参考光；以及测试调制器元件，其用于调制测试光，调制器元件连接为接收本地振荡器信号。7.如权利要求6所述的双向电光探测器，其附加地包括激光光源，其包括: 参考光输出，其光親合到参考光输入；以及 测试光输出，其光親合到测试光。8.如权利要求7所述的双向电光探测器，其中，激光光源附加地包括: 激光器，其用于生成系统光；以及 波束划分器，其用于在参考光输出与测试光输出之间切分系统光。9.如权利要求7所述的双向电光探测器，其中，激光光源附加地包括: 参考激光器，其用于在第一波长处生成参考光，以用于参考光输出处的输出；以及测试激光器，其用于在与第一波长不同的第二波长处生成测试光，以用于测试光输出处的输出。10.如权利要求3-9中的任一项所述的双向电光探测器，其中: RF输入用于在RF信号频率处接收RF信号；以及 附属电光调制器，其包括高带宽电光调制器，其连接为接收具有与RF信号频率差异达中间频率的本地振荡器频率的本地振荡器信号。11.如权利要求3-9中的任一项所述的双向电光探测器，其中: RF输入用于接收具有RF信号频率的RF信号；以及 附属电光调制器连接为接收具有本地振荡器频率以及过度驱动附属电光调制器的幅度的本地振荡器信号，以在本地振荡器频率的谐波处调制其上入射的光，谐波在频率方面与RF信号频率差异达中间频率。12.如权利要求2-5、7-9中的任一项所述的双向电光探测器，其中: RF输入用于接收具有RF信号频率的RF信号；以及 探测器附加地包括控制器，其用于控制激光光源以增加参考光和测试光的功率，以补偿随着RF信号频率增加的主电光调制器的RF直通线路与调制器光学路径之间的有效耦合的减少。13.如权利要求1-9中的任一项所述的双向电光探测器，其中，第一光学耦合器和第二光学親合器中的每一个包括相应三端口光学循环器。14.如权利要求1-9中的任一项所述的双向电光探测器，其中，主电光调制器包括Mach-Zehnder强度调制器，其中，沿着调制器光学路径传输的光学信号速度匹配于沿着RF直通线路在相同方向上传输的相应RF信号。15.如权利要求1-9中的任一项所述的双向电光探测器，其中，参考光学检测器和测试光学检测器中的每一个包括相应光电二极管。16.如权利要求1-9中的任一项所述的双向电光探测器，其中: 主电光调制器附加地包括电耦合线路，其与RF直通线路分离并且电耦合至其，电耦合线路包括在相对端处的耦合端口和隔离端口，电耦合线路在隔离端口处端接;以及 探测器附加地包括低频率电混频器，其包括:RF输入，用于从耦合端口接收主电光调制器具有小于阈值方向性的方向性的低频率范围内的RF信号;本地振荡器输入，其用于接收本地振荡器信号；以及IF输出，其用于输出表示在低频率范围中沿着RF直通线路的前向RF信号传输的参考中间频率电信号。17.如权利要求16所述的双向电光探测器，其附加地包括电容器，其将电耦合线路的耦合端口分支到信号大地。18.如权利要求16所述的双向电光探测器，其中: 电耦合线路弱耦合到RF直通线路；以及 探测器附加地包括放大器，其处于耦合端口与低频率电混频器的RF输入之间。19.如权利要求1-9中的任一项所述的双向电光探测器，其中: 电光调制器中的至少一个包括相应相位调制器；以及 探测器附加地包括相应相位调制到幅度调制转换器，其处于第一光学耦合器与测试光学检测器之间以及第二光学耦合器与参考光学检测器之间。20.一种网络分析系统，包括: 如权利要求2-9中的任一项所述的双向电光探测器；以及 网络分析器，其包括:RF输出，其电连接到探测器的RF输入;LO输出；参考IF输入，其电连接为从探测器接收参考IF信号；以及测试IF输入，其电连接为从探测器接收测试IF信号； 其中，网络分析器的LO输出电连接到附属电光调制器。
【文档编号】G01R1/067GK106062568SQ201480076926
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2014年3月7日
【发明人】G·S·李
【申请人】是德科技股份有限公司