一种马赫-曾德尔电光调制器频率响应的测量装置与方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光电子器件测试领域，具体涉及一种马赫-曾德尔电光调制器频率响 应的测量装置与方法。
【背景技术】
[0002] 马赫-曾德尔电光调制器是光通信系统和微波光子链路中的关键器件，随着工作 速率和工作频率的不断提升或扩展，马赫-曾德尔电光调制器的频率响应往往影响整个系 统或者链路的性能，因此对马赫-曾德尔电光调制器频率响应进行准确测量，以实现宽带 电-光信号转换和优化通信系统的传输能力非常重要。
[0003] 目前，测量马赫-曾德尔电光调制器频率响应方法主要有光谱分析法、扫频法和外 差法。其中，光谱分析法作为电-光型器件测量的典型方法（Y.Q. Shi，L. S.Yan， A.E.ffi1lner,^High-speed electrooptic modulator characterization using optical spectrum analysis，''Journal of Lightwave Technology·2003，21(10):2358-2367; Y. Liao ,H.J. Zhou,Z.Meng,^Modulation efficiency of a LiNb〇3waveguide electrooptic intensity modulator operating at high microwave frequency，"Optics Letters.2009,34(12) :1822-1824.),该方法通过分析光调制信号光谱的边带幅度，获得调 制器件的调制系数和半波电压，但是受限于目前商用光栅光谱分析仪，分辨率较低，并且易 受到激光光源的线宽影响；扫频法(X.M.Wu，J· W.Man，L.Xie，Y. Liu，X.Q.Qi，L.X. Wang, J.G.LiUjN.H.Zhu,^Novel method for frequency response measurement of optoelectronic devices，〃IEEE Photon · Technol · Lett ·，2012，24(7)，575-577 ·)，该方法 利用矢量网络分析仪对电-光和光-电器件的组合体进行扫频测量，获得电-光器件的频率 响应的同时引入了光-电型器件的不平坦响应，需进行额外的校准，增加测量的难度和误 差；外差法（A · K · Μ · Lam，Μ · Fairburn，N.A.F.Jaeger，"Wide_band electro-optic intensity modulator frequency response measurement using an optical heterodyne down-conversion technique，〃IEEE Translation.Microwave . Theory Tech·，2006，54(1):240-246;A.A.Chtcherbakov，R.J.Kisch，J·D.Bull，N.A.F.Jaeger" Optical Heterodyne Method for Amplitude and Phase Response Measurements for Ultra-wideband Electro-optic Modulators，"IEEE Photonics Technology Letters, 2007，19( 1): 18-20)，该方法通过构造下变频系统，对待测电-光器件的频率响应进行测量， 这一方法系统结构复杂，会引入其它器件的影响，测量精度不高。目前对马赫-曾德尔电光 调制器频率响应的测量，特别是不同调制频率下的半波电压的测量仍缺乏简单、准确、有效 的测量方法。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题在于克服现有马赫-曾德尔电光调制器测量中频率分 辨率低、校准困难、高带宽需求的问题，提出一种马赫-曾德尔电光调制器频率响应的测量 装置与方法，实现具有高分辨、无校准、低带宽需求的电光调制器频率响应的准确测量。
[0005] -种马赫-曾德尔电光调制器频率响应的测量装置，其包括:激光器、待测马赫-曾 德尔电光调制器、第一信号源、第二信号源、第三信号源、合路器、光电探测器、频谱分析模 块、以及控制及数据处理模块;所述的第一信号源与第二信号源经过合路器加载在待测马 赫-曾德尔电光调制器的驱动电极上，所述的第三信号源加载在待测马赫-曾德尔电光调制 器的偏置电极上;光电探测器用于将电光调制器输出的光信号转换为电信号，然后利用频 谱分析模块进行记录与分析，控制及数据处理模块对第一信号源、第二信号源的频率进行 扫频控制，并同步提取与处理频谱分析模块中所需频率成分的幅度信息，求出不同调制频 率下的半波电压，即获得待测马赫-曾德尔电光调制器的频率响应。
[0006] -种马赫-曾德尔电光调制器频率响应的测量，其特征在于，包括以下步骤：
[0007] 步骤A、设定第一信号源输出频率为的正弦信号，第二信号源输出频率为f2的正 弦信号，两束信号经过合路器同时加载在待测马赫-曾德尔电光调制器的驱动电极上，第三 信号源输出频率为fb的正弦或者三角波信号加载在待测马赫-曾德尔电光调制器的偏置电 极上；
[0008] 步骤B、待测马赫-曾德尔电光调制器输出的光信号经过光电探测器转换为电信号 后，利用频谱分析模块记录光电探测器输出电信号中频率为心士+仏心士-仏加勺幅度， 分别记为i (fi-f2+fb)，i (fi-fVfb)，i (fb);
[0009] 步骤C、使用频谱分析模块直接测量第一信号源和第二信号源经过合路器后输出 正弦信号的驱动幅度Vi、V2;
[0010] 步骤D、按照如下公式中的一个计算待测马赫-曾德尔电光调制器的在调制频率为 fi的调制系数mi:
i.
[0011] - 5
[0012]公式选择依据为公式的分子和分母中频率差别最小者，Ji( · )，j〇( ·)为分别为1， 〇阶第一类贝塞尔函数；同理计算f2的调制系数m2，ml/m2 = Vl/V2;步骤E、通过关系式Vπ = ：πV1/ nu，求得调制频率Sf i时的马赫-曾德尔电光调制器半波电压νπ;
[0013] 步骤F、保持fb不变且固定f^f2的差值，控制及数据处理模块控制f^f2扫频变 化，重复B、C、D、E步骤得到待测马赫-曾德尔电光调制器在不同调制频率的半波电压，即 该电光调制器的频率响应。
[0014] 为了减少测量误差，第一信号源和第二信号源的信号频率fdPf2满足1.8fb< |f\-f2| <2.2fb或者(Klfr&l <0.2fb。
[0015] 激光器输出的光载波经过待测马赫-曾德尔电光调制器形成的光调制信号为
[0016]
[0017]其中t是时间，j表示复数，Α〇和fQ分别光载波的幅度和频率，γ是待测马赫-曾德尔 电光调制器两臂的分光比，naPm2分别对应于第一信号源输出的正弦信号νΜηΟπ?Η+θΟ 和第二信号源输出正弦信号V2sin(2Jif2t+92)所引起的调制系数，0^02为初始相位，识为第 三信号源输出的低频正弦信号V bSin(23ifbt+0b)，0b为初始相位，加载在待测马赫-曾德尔电 光调制器的偏置电极上所引起的相位偏移，可表示为：
[0018]
(2)
[0019] 其中御〇为待测马赫-曾德尔电光调制器的静态偏置相位，mb为低频正弦信号引起 的调制系数。
[0020] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0021] -、本发明在电域中准确地测量了马赫-曾德尔电光调制器的频率响应，提高了光 电子器件测量的分辨率和频率范围。
[0022] 二、本发明通过三个信号源在电光强度调制中的混频，将所需测量边带的频率降 到低频的KHz，减少光电探测器和频谱分析模块的带宽需求，有效的避免了光电探测器的不 平坦响应，实现了自校准测量，同时降低了测量成本。
【附图说明】
[0023] 图1为本发明一种马赫-曾德尔电光调制器频率响应的装置示意图。
【具体实施方式】
[0024]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。
[0025]如图1所示，由激光器发出的光载波经过待测马赫-曾德尔电光调制器进行调制， 其中第一信号源和第二信号源经过合路器联合加载在待测马赫-曾德尔电光调制器上的驱 动电极上，第三信号源加载在待测马赫-曾德尔电光调制器上的偏置电极上，电光调制器输 出的光调制信号经过光电探测器转换为电信号，在频谱分析模块上进行记录和分析，通过 控制及数据控制模块对所需拍频信号的幅度信息进行读取和计算，获得待测马赫-曾德尔 电光调制器的调制系数和半波电压，最后控制及数据处理模块对第一信号源和第二信号源 的输出频率进行扫频控制，并同步读取和计算频谱分析模