一种电光调制器芯片电光响应特性测量方法及系统与流程

本发明涉及光电子，尤其涉及一种电光调制器芯片电光响应特性测量方法及系统。

背景技术：

1、电光调制器芯片是实现高速电光信号转换的功能器件，电光调制器芯片的电光响应特性决定了光载波调制带宽与信号传输质量，随着光通信网络、微波光子系统和光子太赫兹等通信技术的快速发展，电光调制器芯片的工作频率不断向高频段拓展，对器件本征电光响应特性的精确表征提出了更高要求，电光采样技术作为一种基于飞秒脉冲激光与电光效应的超快电学测量方法，利用等效采样原理在时域内捕获高频电信号波形，已成为突破传统电子学测量带宽限制的重要手段，目前，高性能电光调制器芯片已广泛应用于高速光互连、相干光通信、微波光子前端和精密测量等领域，成为支撑信息通信技术发展的关键使能器件。

2、然而，在电光调制器芯片电光响应特性的测量方面，基于矢量网络分析仪的频域测试方法受限于微波探针、测试夹具及同轴接口的带宽与寄生参数，难以在超高频段实现芯片级电光响应的准确提取，部分高性能器件因测试手段不足而无法充分表征高频特性，另一方面，传统电光采样系统主要用于外部电信号或封装后器件的波形复现，测量结果中耦合了测试系统、传输路径和探针引入的失真，无法直接分离出被测电光调制器芯片本征的电光响应特性，电测试平台与光芯片测试所需的光学耦合系统往往存在一些兼容性问题，进一步增加了超高频芯片原位测试的难度，因此，亟需一种能够覆盖更高频段、消除测试系统影响、并直接获取电光调制器芯片本征电光响应特性的测量方法与系统。

技术实现思路

1、本发明的目的是要提供一种电光调制器芯片电光响应特性测量方法及系统。

2、为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

3、本发明第一方面提供了一种电光调制器芯片电光响应特性测量方法，包括：

4、基于太赫兹脉冲源向被测电光调制器芯片输入冲激脉冲信号，并通过飞秒激光器输出飞秒脉冲激光，所述飞秒激光器与所述太赫兹脉冲源同步，所述冲激脉冲信号为已知波形；

5、对所述飞秒脉冲激光进行光束整形、光束延迟和光束汇聚，将飞秒脉冲激光引导至被测电光调制器芯片，获得冲激脉冲信号调制输出的飞秒脉冲激光；

6、检测所述调制后的飞秒脉冲激光的偏振状态变化，并复现对应冲激脉冲信号的采样电信号，分别对所述冲激脉冲信号和采样电信号进行傅里叶变换，获得第一频域响应和第二频域响应；

7、对所述第二频域响应与第一频域响应进行频域去嵌入，获得被测电光调制器芯片的电光响应特性频域表达式，所述电光响应特性频域表达式表征电光响应的幅度频率响应特性和相位频率响应特性。

8、进一步地，获得所述冲激脉冲信号的方法，包括：

9、基于太赫兹脉冲源生成并输出太赫兹频段的冲激脉冲信号，所述冲激脉冲信号的时域幅值、脉宽、上升沿参数和全频段频谱特性均为预先标定的已知量，所述冲激脉冲信号频谱覆盖被测电光调制器芯片的目标工作带宽；

10、将所述冲激脉冲信号通过射频传输链路馈入被测电光调制器芯片的射频输入端口，并加载至所述被测电光调制器芯片的电光波导区域，所述射频传输链路匹配阻抗。

11、进一步地，获得所述调制后的飞秒脉冲激光的方法，包括：

12、基于光束整形系统调整飞秒脉冲激光的光束口径和平行度，获得准直光束，基于光束延迟系统对所述准直光束进行光学延迟扫描，并根据飞秒脉冲激光逐次采集冲激脉冲信号在被测电光调制器芯片上不同时刻的电场状态，获得等效采样结果；

13、基于光束汇聚系统将所述准直光束聚焦至被测电光调制器芯片的电光波导区域，根据加载的冲激脉冲信号通过被测电光调制器芯片对准直光束进行调制，获得调制后的飞秒脉冲激光。

14、进一步地，获得所述采样电信号的方法，包括：

15、基于光偏振态分析系统接收被测电光调制器芯片输出的已调制飞秒脉冲激光，对已调制飞秒脉冲激光进行定量检测，根据等效采样结果提取激光偏振态的偏转变化量，根据偏转变化量通过线性电光效应获取电信号幅值与偏振偏转角的对应关系；

16、根据所述对应关系将各采样时刻的偏振态变化量转换为对应时刻的电信号幅值，复现获得采样电信号，所述采样电信号与冲激脉冲信号满足时域卷积关系，所述时域卷积表达式为：

17、；

18、其中为复现的采样电信号，为输入冲激脉冲信号，为被测芯片的时域电光响应，为时域卷积算子。

19、进一步地，获得所述第一频域响应和第二频域响应的方法，包括：

20、对冲激脉冲信号和采样电信号分别进行离散傅里叶变换，获得第一频域响应和第二频域响应，所述频域响应包含幅度谱和相位谱，所述两次离散傅里叶变换的采样点数和频率分辨率均相同，所述傅里叶变换输出的相位分量均包裹在预设相位区间内。

21、进一步地，所述电光响应特性频域表达式的方法，包括：

22、将第二频域响应的幅度谱与第一频域响应的幅度谱做比值运算，获得电光响应的幅度频率特性，将第二频域响应的包裹相位与第一频域响应的包裹相位做差，并对所述差值取主值，获得初始包裹相位差，对初始包裹相位差通过迭代解缠绕算法进行解缠绕，并对离散频率采样点进行逐点递推，获得解缠绕后的相位分量；

23、将所述幅度分量与相位分量结合，获得被测电光调制器芯片的电光响应特性频域表达式，所述电光响应特性频域表达式为：

24、；

25、其中为被测电光调制器芯片本征的电光响应特性频域表达式，为电光响应的相位分量，表征连续相位频率特性，为复指数相位因子，表征不同频率的电信号经芯片电光调制后产生的相位偏移量。

26、进一步地，包括：

27、所述幅度频率特性计算公式为：

28、；

29、其中为第二频域响应，为第一频域响应，为角频率；

30、所述初始包裹相位差的计算公式为：

31、；

32、其中为初始包裹相位差，被周期包裹限制在区间内，单位为rad，复数相位主值提取算子；

33、所述递推公式为：

34、；

35、其中为第个频点处解缠绕后的连续相位值，为离散频率采样点序列中第个相邻频点，为正整数，对应离散傅里叶变换后的频率点索引。

36、本发明第二方面提供了一种电光调制器芯片电光响应特性测量系统，包括：

37、太赫兹脉冲源、飞秒激光器、光束整形系统、光束延迟系统、光束汇聚系统和光偏振态分析系统；

38、所述光束整形系统包括沿光路依次设置的扩束镜和准直透镜，所述光束汇聚系统包括聚焦透镜，所述光偏振态分析系统包括沿光路依次设置的1/4波片、沃拉斯顿棱镜和平衡探测器，所述系统还包括信号计算处理单元，所述信号计算处理单元分别与太赫兹脉冲源、光偏振态分析系统连接。

39、相对于现有技术，本发明的实施例至少具有如下优点或有益效果：

40、本发明通过飞秒激光与太赫兹冲激脉冲信号对电光调制器芯片进行等效采样，避免矢量网络分析仪受限于微波探针与测试夹具带宽的瓶颈，将芯片电光响应特性的测量频段扩展至太赫兹范围，通过频域去嵌入处理，将采样信号与已知冲激脉冲信号进行频域相除并结合迭代解缠绕算法，从系统整体响应中剥离测试链路引入的失真，获得被测芯片本征的幅度频率响应特性和相位频率响应特性，通过光束汇聚系统将飞秒激光聚焦至芯片电光波导区域进行近场采样，完成高精度检测，避免封装寄生与外部耦合对测量结果的影响，提升了高频段芯片电光响应特性表征的准确性和可靠性。