[发明专利]一种基于光单边带调制的光器件测量方法、测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种光器件测量方法、测量装置，尤其涉及一种基于光单边带调制的光器件测量方法、测量装置，属于光器件测量、微波光子学技术领域。

背景技术

激光技术和相关应用系统的飞速发展对光器件测试的要求越来越高，然而光测量技术，尤其是光谱测量技术，在过去十多年中却鲜有实质性的进步，不仅使高性能器件的研究难以取得重大突破，也使得高精度光器件无法在光系统中发挥最大性能。例如：布拉格光纤光栅（FBG）的最小带宽已低至9 MHz（参见[P. Yves, A. Maryse, B. Guillaume, and P. Marie-Josée, Ultra-narrowband Notch Filtering With Highly Resonant Fiber Bragg Gratings, in BGPP 2010, p. BTuC3.]），而波长解调装置的分辨率却仍为数十MHz（参见 [A. Martinez, A. Villafranca, and R. Escorihuela, “High Resolution and Complex Optical Spectrum Analysis,” Aragon Photonics white paper, 2010.]），大大限制了光纤光栅传感的精度。此外，慢光等效应的研究需要在数百MHz带宽内精确测量器件的相位响应，但已有测试方法难以满足如此高的测量需求。

当前最先进的光器件测量设备为Luna Technologies公司推出的光矢量分析仪(Optical Vector Analyzer, OVA)OVA 5000，可以测量光器件的插入损耗、色散、偏振模色散、偏振相关损耗、琼斯矩阵、群延时、冲击响应、相位响应等参数。但其分辨率仅为125 MHz，无法满足高精度光器件（如上述带宽为9 MHz的光纤光栅）的测试需求。这是因为传统光矢量网络分析仪的扫频操作仍然在光域中进行，即通过改变激光器的波长进行频谱扫描，而这必然需要与光谱仪类似的机制确定波长的绝对值。为了解决这个问题，1998年J. E. Roman提出了基于光单边带调制的光矢量分析方法[J. E. Román, M. Y. Frankel, and R. D. Esman, Spectral characterization of fiber gratings with high resolution, Opt. Lett., vol. 23, no. 12, pp. 939-941, Jun. 1998.]。这种方法的本质是将光域的扫频操作转换到电域进行，受益于成熟的电频谱分析技术，其测试精度有了质的飞跃。

图1是典型的基于光单边带调制的测量装置的结构示意图，主要包括主控计算机、窄线宽激光器、微波扫频源、宽带光单边带调制器、光探测器及微波幅相接收机。其工作原理如下：首先，利用宽带光单边带调制器将微波扫频源产生的微波信号调制到窄线宽激光器输出的光载波上，产生只包含光载波和一个光边带的光单边带信号；使该光单边带信号经待测器件后送至光探测器，进行光电转换；然后，以微波扫频信号为参考，利用微波幅相接收机提取光探测器输出的微波信号的幅度相位信息；最后，通过主控计算机接收、存储并处理微波幅相接收机提取的幅度相位信息，得到待测光器件的传输函数。

虽然该测量装置具有很高的测量精度，但受微波扫频源扫频带宽（约为40GHz）限制，只能测得光载频处约40 GHz带宽范围内的光器件传输函数，难以与光器件动辄数THz的工作范围相适应。测量范围过小是该技术走向实用的最大障碍，但当前尚未有有效解决方案的报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术所存在的测量范围过小的不足，提供一种基于光单边带调制的光器件测量方法、测量装置，能够在确保测量精度的前提下，实现光器件的宽带传输函数的测量，从而大幅提高测量范围。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题。

一种基于光单边带调制的光器件测量方法，利用光单边带调制器将微波扫频信号调制到光载波上，生成光单边带扫频信号；使光单边带扫频信号通过待测光器件，然后通过光电转换将其转换为电信号；结合所述微波扫频信号的幅度相位，提取所述电信号的幅度相位信息，获得待测光器件的传输函数；所述光载波为利用两个可调谐窄线宽激光器交替输出的多个连续频带光载波的组合；所述待测光器件的传输函数为根据所述各频带的传输函数处理得到的宽带传输函数。