[發明專利]基于光束相干合成的相位調制器性能參數測試裝置

有效

• 申請號: 201210485286.8
• 申請日: 2012-11-26
• 公開（公告）號: CN102998094A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 譚毅;耿超;羅文;劉紅梅;武云云;李新陽
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02;G01M11/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明

技術領域

本發明涉及光學儀器和測量領域，尤其是相位調制器性能參數的測試裝置與方法，具體是相位調制器相移系數和諧振頻率的測試裝置與方法。

背景技術

相位調制器在光束相干合成、光通信、光學傳感等領域具有廣泛的應用。在光束相干合成領域，相位調制器是合成系統的核心器件，通過一定的控制算法來控制相位調制器補償光束間的相位差，使兩路或多路光的相位保持一致；在相干光通信領域，可利用相位調制器將需要傳送的信號加載到載波上面，從而完成信號的傳輸；在光學傳感領域，相位調制器是光學陀螺的重要組成部分。

相位調制器的性能參數包括相移系數和諧振頻率等。相移系數反映了相位調制器的調節精度和光程調節量，諧振頻率反映了相位調制器的響應速率和調節帶寬。測量相移系數的方法有多種，2004年于瑞蘭等人利用Michelson光纖干涉儀來進行測量，光耦合器將入射光分成兩束進入兩臂，兩束光到達各自端面的反射鏡后被重新反射進入耦合器，由耦合器的另一端輸出干涉信號,通過分析接收到的干涉信號來測得相移系數(參見文獻1“壓電陶瓷相位調制器相移系數的測量”于瑞蘭等，光電子技術與信息，2004年12月17(6))，2009年陳妍等人提出了基于外差技術的測量方法，該測量方法的測量精度較高，能達到幾十個ppm(參見文獻2“基于外差技術測試相位調制器半波電壓裝置及方法”陳妍等，中國專利，200910153859.5)，2012年中國科學院光電技術研究所的羅文等人采用近場干涉的方法對相位調制器的相移系數進行了測量，并得到了較好的測量結果(參見文獻3“壓電式光纖相位調制器相移系數測量”羅文等，強激光與粒子束，2012年7月24(7))。目前對諧振頻率的測量主要有三種方法，第一種方法從相位調制器材料的力學特性出發，用網絡分析儀來測量材料的諧振頻率，將此諧振頻率作為相位調制器的諧振頻率(參見文獻4“基于PZT陶瓷諧振技術的光纖相位調制器研究”劉相果等，壓電與聲光，2011年10月23(5))，第二種方法是將相位調制器等效為一個電容，通過RC電路來測量相位調制器的諧振頻率。這兩種方法都有一定的局限性，只能測量壓電式光纖相位調制器。第三種方法也是基于相干合成結構的測量，通過調整一定頻率的驅動電壓幅值，使遠場干涉光斑的對比度為零，該電壓幅值即為相位調制器的半波電壓，然后改變驅動電壓的頻率，測量不同頻率下的半波電壓，最小半波電壓對應的頻率就是諧振頻率(參見文獻5“大功率相位調制器的性能及其在相干合成中的應用”張侃，國防科學技術大學碩士論文，2010)。這種測量方法有兩個不可忽視的缺點：一是半波電壓需要不斷地試探得到，實際操作起來很麻煩；二是遠場干涉光斑條紋對比度為零的評價標準會給半波電壓的測量帶來較大的誤差，因為在半波電壓附近，電壓增大一點或減小一點，條紋對比度變化并不明顯，因此該測量方法獲得的半波電壓和諧振頻率的精度不高。目前針對相移系數和諧振頻率測量的分離和諧振頻率測量的不足，有必要提出一種新的簡單實用的測量方法，用來完成相位調制器性能參數的測量。

發明內容

本發明擬解決的技術問題：針對現有技術中沒有能很好地解決相位調制器相移系數和諧振頻率精確測量的問題，根據主動式相干合成結構，利用遠場光斑隨相位調制器引入的光程差而變化的特性及理論推導，提出了一種可同時測量相位調制器相移系數和諧振頻率的測試裝置和方法，且該測試裝置能精確獲得相位調制器的相移系數，同時既能粗略估計相位調制器的諧振頻率也能精確測量相位調制器的諧振頻率。

本發明實現上述技術目標所采用的技術方案是：一種基于光束相干合成的相位調制器性能參數測試裝置，所述的相位調制器性能參數包括相移系數和諧振頻率，其中所述的相移系數即施加單位電壓時光束相位的改變量，包括激光器、1×2光纖分束器、第一、第二、第三、第四光纖、相位調制器、第一光纖準直器、第二光纖準直器、合束透鏡、分光棱鏡、第一顯微物鏡、第二顯微物鏡、數字相機、針孔、光電探測器、頻響儀和計算機，所述的激光器發出的一束光通過第一光纖后經1×2光纖分束器分成兩路，一路光直接經過第二光纖進入所述的第一光纖準直器，另一路光經過第三光纖后通過相位調制器接著再經過第四光纖進入所述的第二光纖準直器，通過所述的第一光纖準直器和所述的第二光纖準直器生成的兩束平行的準直光通過合束透鏡和分光棱鏡形成兩個相同的遠場干涉光斑，兩個遠場干涉光斑分別經第一顯微物鏡放大后進入數字相機和經第二顯微物鏡放大后經過針孔進入光電探測器，內置于計算機的相移系數測量算法和諧振頻率測量算法用來分析數字相機和光電探測器探測到的光斑信息，得到相位調制器的相移系數和諧振頻率。

所述激光器是基模窄線寬光纖耦合輸出激光器。