[发明专利]基于光束相干合成的相位调制器性能参数测试装置

说明书

技术领域

本发明涉及光学仪器和测量领域，尤其是相位调制器性能参数的测试装置与方法，具体是相位调制器相移系数和谐振频率的测试装置与方法。

背景技术

相位调制器在光束相干合成、光通信、光学传感等领域具有广泛的应用。在光束相干合成领域，相位调制器是合成系统的核心器件，通过一定的控制算法来控制相位调制器补偿光束间的相位差，使两路或多路光的相位保持一致；在相干光通信领域，可利用相位调制器将需要传送的信号加载到载波上面，从而完成信号的传输；在光学传感领域，相位调制器是光学陀螺的重要组成部分。

相位调制器的性能参数包括相移系数和谐振频率等。相移系数反映了相位调制器的调节精度和光程调节量，谐振频率反映了相位调制器的响应速率和调节带宽。测量相移系数的方法有多种，2004年于瑞兰等人利用Michelson光纤干涉仪来进行测量，光耦合器将入射光分成两束进入两臂，两束光到达各自端面的反射镜后被重新反射进入耦合器，由耦合器的另一端输出干涉信号,通过分析接收到的干涉信号来测得相移系数(参见文献1“压电陶瓷相位调制器相移系数的测量”于瑞兰等，光电子技术与信息，2004年12月17(6))，2009年陈妍等人提出了基于外差技术的测量方法，该测量方法的测量精度较高，能达到几十个ppm(参见文献2“基于外差技术测试相位调制器半波电压装置及方法”陈妍等，中国专利，200910153859.5)，2012年中国科学院光电技术研究所的罗文等人采用近场干涉的方法对相位调制器的相移系数进行了测量，并得到了较好的测量结果(参见文献3“压电式光纤相位调制器相移系数测量”罗文等，强激光与粒子束，2012年7月24(7))。目前对谐振频率的测量主要有三种方法，第一种方法从相位调制器材料的力学特性出发，用网络分析仪来测量材料的谐振频率，将此谐振频率作为相位调制器的谐振频率(参见文献4“基于PZT陶瓷谐振技术的光纤相位调制器研究”刘相果等，压电与声光，2011年10月23(5))，第二种方法是将相位调制器等效为一个电容，通过RC电路来测量相位调制器的谐振频率。这两种方法都有一定的局限性，只能测量压电式光纤相位调制器。第三种方法也是基于相干合成结构的测量，通过调整一定频率的驱动电压幅值，使远场干涉光斑的对比度为零，该电压幅值即为相位调制器的半波电压，然后改变驱动电压的频率，测量不同频率下的半波电压，最小半波电压对应的频率就是谐振频率(参见文献5“大功率相位调制器的性能及其在相干合成中的应用”张侃，国防科学技术大学硕士论文，2010)。这种测量方法有两个不可忽视的缺点：一是半波电压需要不断地试探得到，实际操作起来很麻烦；二是远场干涉光斑条纹对比度为零的评价标准会给半波电压的测量带来较大的误差，因为在半波电压附近，电压增大一点或减小一点，条纹对比度变化并不明显，因此该测量方法获得的半波电压和谐振频率的精度不高。目前针对相移系数和谐振频率测量的分离和谐振频率测量的不足，有必要提出一种新的简单实用的测量方法，用来完成相位调制器性能参数的测量。

发明内容

本发明拟解决的技术问题：针对现有技术中没有能很好地解决相位调制器相移系数和谐振频率精确测量的问题，根据主动式相干合成结构，利用远场光斑随相位调制器引入的光程差而变化的特性及理论推导，提出了一种可同时测量相位调制器相移系数和谐振频率的测试装置和方法，且该测试装置能精确获得相位调制器的相移系数，同时既能粗略估计相位调制器的谐振频率也能精确测量相位调制器的谐振频率。

本发明实现上述技术目标所采用的技术方案是：一种基于光束相干合成的相位调制器性能参数测试装置，所述的相位调制器性能参数包括相移系数和谐振频率，其中所述的相移系数即施加单位电压时光束相位的改变量，包括激光器、1×2光纤分束器、第一、第二、第三、第四光纤、相位调制器、第一光纤准直器、第二光纤准直器、合束透镜、分光棱镜、第一显微物镜、第二显微物镜、数字相机、针孔、光电探测器、频响仪和计算机，所述的激光器发出的一束光通过第一光纤后经1×2光纤分束器分成两路，一路光直接经过第二光纤进入所述的第一光纤准直器，另一路光经过第三光纤后通过相位调制器接着再经过第四光纤进入所述的第二光纤准直器，通过所述的第一光纤准直器和所述的第二光纤准直器生成的两束平行的准直光通过合束透镜和分光棱镜形成两个相同的远场干涉光斑，两个远场干涉光斑分别经第一显微物镜放大后进入数字相机和经第二显微物镜放大后经过针孔进入光电探测器，内置于计算机的相移系数测量算法和谐振频率测量算法用来分析数字相机和光电探测器探测到的光斑信息，得到相位调制器的相移系数和谐振频率。

所述激光器是基模窄线宽光纤耦合输出激光器。