[發明專利]電光強度調制器高頻半波電壓參數的測量系統與方法

有效

• 申請號: 202010159681.1
• 申請日: 2020-03-10
• 公開（公告）號: CN111342892B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 楊作運;曾維勝
• 申請（專利權）人: 蘇州康冠光電科技有限公司
• 主分類號: H04B10/077
• 分類號: H04B10/077;H04B10/50;H04B10/54
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙) 32231
• 代理人: 滕詣迪

1.一種電光強度調制器高頻半波電壓參數的測量系統，其特征在于：包括采用微波信號源、高頻光電探測器、頻譜儀、5:95保偏耦合器、直流偏置電壓控制電路、偏振控制器、激光光源；

激光光源輸出端經過偏振控制器接入到電光強度調制器的光輸入端口，調節偏振控制器使電光強度調制器輸出光功率最大；

電光強度調制器的光輸出端口經5:95保偏耦合器分路輸出，保偏耦合器5％端輸入直流偏置電壓控制電路，控制電路的直流偏置電壓輸出接至電光強度調制器直流偏置端；上電直流偏置電壓控制電路，使電光強度調制器工作在線性區；

保偏耦合器95％端輸入高頻光電探測器，并連接至頻譜儀；微波信號源以及頻譜儀連接至上位機；通過上位機調節微波信號源輸出射頻信號頻率為待測試頻率點，向待測試電光強度調制器加載一組不同射頻功率的微波調制信號，測試其在不同射頻調制功率下，頻譜儀測得的光電探測器輸出的基波以及二次諧波的射頻功率值；

上位機擬合光電探測器輸出射頻功率相對于電光調制器輸入射頻功率值的對應曲線，通過曲線的非線性拐點計算出電光強度調制器的在高頻調制下的半波電壓。

2.根據權利要求1所述的電光強度調制器高頻半波電壓參數的測量系統，其特征在于：所述激光光源、偏振控制器、待測的電光強度調制器、5:95保偏耦合器、高頻光電探測器依次通過光纖連接。

3.根據權利要求1所述的電光強度調制器高頻半波電壓參數的測量系統，其特征在于：所述微波信號源、待測電光強度調制器通過射頻線纜連接。

4.根據權利要求1所述的電光強度調制器高頻半波電壓參數的測量系統，其特征在于：所述的5:95保偏耦合器和直流偏置電壓控制電路通過光纖連接，為偏置控制電路提供反饋信息；所述偏置電壓控制電路與待測電光強度調制器通過電纜連接。

5.根據權利要求1所述的電光強度調制器高頻半波電壓參數的測量系統，其特征在于：所述高頻光電探測器、頻譜儀通過高頻電纜連接。

6.根據權利要求1所述的電光強度調制器高頻半波電壓參數的測量系統，其特征在于：保偏耦合器95％端輸入高頻光電探測器，并連接至頻譜儀；微波信號源以及頻譜儀通過USB或者GPIB接口連接至上位機。

7.一種使用如權利要求1-6任一所述的測量系統的測量方法，其特征在于過程如下：

步驟A.激光光源發出固定波長光信號進入偏振控制器，偏振控制器輸出至待測電光強度調制器的輸入端，作為調制器的光載波；將微波信號源發出的高頻微波信號輸入待測電光強度調制器的射頻端口；

同時通過直流偏置電壓控制電路控制待測電光強度調制器的直流偏置電壓，實現對待測電光強度調制器的線性區調制；該調制的信號經過5：59保偏耦合器后分成兩路光信號，5％端口的光信號作為反饋信號進入偏置電壓控制電路；95％端口光信號通過高頻光電探測器，將光信號轉換為電信號并輸入至頻譜儀；

步驟B.利用偏振控制器調整激光信號的偏振態，保證待測電光強度調制器輸出端的激光功率為最大，以使激光光源的光信號偏振態與待測電光強度調制器偏振態匹配；上電直流偏置電壓控制電路，使電光強度調制器的直流偏置點工作于線性區；

步驟C.設定工作參數：設定待測電光強度調制器的檢測頻率，并根據待測電光強度調制器技術參數中給出的低頻半波電壓VπL的典型值或使用功率法測定，然后將此半波電壓值轉換為射頻功率值，并以此功率值設定高頻微波調制信號的一組功率值，當調制器在射頻電壓接近半波電壓后，輸出基波功率相對于輸入射頻功率出現非線性，根據電光強度調制器3dB帶寬定義，計算出對應的高頻下半波電壓值為因此選取的測試電壓值范圍應大于選取0-1.65VπL，步進越小越好，然后將設定的檢測頻率和該組微波調制信號的功率值記錄入上位機軟件待用；

步驟D.通過頻譜儀讀取高頻光電探測器輸出，檢測頻率相關的基波微波信號的功率值，上位機軟件記錄其微波功率；

步驟E.通過上位機軟件更改不同的微波信號源的調制功率，將步驟C中的一組加載的射頻電壓全部測試，并按照步驟D重復測試并記錄；多次測試不同微波功率下的數據，保證微波信號源所加高頻信號功率接近調制器允許的最大射頻功率為止；

步驟F.通過上位機軟件將不同的微波信號源的調制功率下與高頻光電探測器的輸出的微波功率進行綜合處理，即可以獲得待測電光強度調制器在所設檢測頻率下的半波電壓；當電光強度調制器工作于線性區時，輸入輸出函數為：

上式中P_out、P_in分別為電光強度調制器輸出、輸入光功率，V_b為所加載的直流偏置電壓，θ為調制器初始相位值，V(t)為射頻調制電壓；設射頻調制電壓V(t)為幅值為V₀，頻率f為的射頻信號，其表達式為

V(t)＝V₀cos(2πft) (2)

將(2)式帶入(1)式，可以獲得

其中，當使用直流偏置控制電路閉環控制后，以補償調制器的工作點漂移，保證射頻電壓調制處于線性區；

輸入光的電場表達式ω＝2πf，輸出光電場表達式為E_out(t)，通過貝塞爾展開可以寫成

其中為調制深度，J_n(·)為第一類n階貝塞爾函數；

由式(4)可以得到，輸出電場強度中基頻分量為J₀，并且只與調制深度m相關，當m＜1時，調制器輸出一階分量趨于常數，以基頻分量為主；當m＝1 時，一階分量開始增大，即當調制器輸入射頻電壓等于半波電壓時，非線性效應明顯增加；因此通過加載不同射頻功率的調制信號，測試輸出電場中基波信號功率，擬合電光調制器輸入、輸出光電場函數關系，找到曲線拐點對應的調制器輸入射頻功率，即可以計算出在測試頻率下的半波電壓；

步驟G.不同頻率下半波電壓的測量：通過調整步驟C、D、E、F即可對待測電光強度調制器在不同頻率下的半波電壓進行測量。