一种马赫曾德尔调制器半波电压的测试方法

1.本发明属于光电子器件测试领域，具体是一种马赫曾德尔调制器半波电压的测试方法。


背景技术：

2.马赫曾德尔调制器是光通信系统和微波光子链路中的关键器件，半波电压，即将电信号调制到光载波上使光载波的光功率从最大变化到最小对应的两个电压差值，与驱动信号的频率有关，作为马赫曾德尔调制器最重要的参数之一，实现其精确测量对马赫曾德尔调制器的性能表征非常重要。
3.测量马赫曾德尔调制器半波电压的方法，一种比较常用的方法是极值法。该方法只使用一个直流源，直接测量输出光信号的光强随直流电压的变化情况，得到马赫曾德尔调制器的传输曲线，从该曲线上获取光信号输出光强最大值和最小值对应的直流电压值，二者之差即为马赫曾德尔调制器的半波电压。该方法的缺点是需要较长的测试时间，而且测试精度低。因为如果要得到精度比较高的半波电压值，就需要尽可能减少直流电压的步进值，从而增大了测试时间，而测试时间的增加也会使激光器输出光功率的波动引起的误差更大。另外，该方法只能得到马赫曾德尔调制器偏置端的静态半波电压，无法得到当马赫曾德尔调制器的调制端或偏置端加载电信号时的动态半波电压。
4.另一种方法是倍频法，该方法将直流电压和交流电信号分别加载到马赫曾德尔调制器的偏置端和调制端，通过调节直流偏压，当输出光强出现极大值或极小值时，在示波器上可以观察到调制信号会出现倍频失真的现象。相邻两次倍频失真对应的直流电压之差就是马赫曾德尔调制器调制端的半波电压。该方法的缺点是当直流偏压加载到一定程度时，不易观察到失真的现象，而且通过观察波形的方法得到的结果也比较粗略。此外该方法只能测试马赫曾德尔调制器调制端的半波电压，不能测试马赫曾德尔调制器偏置端的半波电压。
5.上述两种方法都只能对调制器单个端口的半波电压进行测试，而且测试精度较低，因此亟需要一种快速方便又准确的测试方法来同时实现马赫曾德尔调制器调制端和偏置端半波电压的测试。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种测量方法，对马赫曾德尔调制器的半波电压进行测量。该方法适用于任意分光比的马赫曾德尔调制器，可以分别实现调制端和偏置端半波电压的测试，而且装置简单、操作方便、分辨率高。
7.本发明采用的技术方案如下：步骤a：搭建测试装置，激光器(1)输出的光载波直接送入待测马赫曾德尔调制器(2)，信号发生模块(3-1)输出频率为fd，幅度为vd的正弦电信号加载到待测马赫曾德尔调制器的调制端，信号发生模块(3-2)输出频率为f1，幅度平均值为v1的正弦电信号加载到待测
马赫曾德尔调制器的偏置端，调制后的光信号被送入光电探测器(4)进行拍频，频谱分析模块(5)对获取到的拍频信号进行分析测量；步骤b：调节v1，使光电探测器(4)输出的频率为f1±
fd的谱线幅度最大，记为a(f1±
fd)；步骤c：调节v1，使光电探测器(4)输出的频率为f1的谱线幅度最大，记为a(f1)；步骤d：将步骤b测量得到的a(f1±
fd)和步骤c测量得到的a(f1)，按照下式求出待测马赫曾德尔调制器的调制系数m(fd)，其中j1(
·
)，j0(
·
)分别为1阶，0阶第一类贝塞尔函数；步骤e：根据步骤a中设置的vd和步骤d得到的调制系数m(fd)，按照下式求出待测马赫曾德尔调制器对应于调制端驱动信号频率为fd时的半波电压v
π
(fd)；步骤f：改变fd，依次重复上述步骤a、b、c、d、e，获取待测马赫曾德尔调制器调制端在不同频率fd时的半波电压v
π
(fd)。
附图说明
8.图1是本发明一种马赫曾德尔调制器半波电压测试方法的结构示意图。
9.图2和图3是本发明实施例中测量得到的两组拍频谱线示意图。
10.图4是本发明实施例中测量得到的待测马赫曾德尔调制器调制端半波电压v
π
(fd)与频率fd的关系曲线图。
11.图5是本发明实施例中测量得到的待测马赫曾德尔调制器偏置端半波电压v
π
(f1)与频率f1的关系曲线图。
12.其中，图1中：(1)为激光器；(2)为待测马赫曾德尔调制器；(3-1)和(3-2)为两个信号发生模块；(4)为光电探测器；(5)为频谱分析模块。
具体实施方式
13.下面是结合附图和实施例对本发明的进一步说明，需要说明的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围，不应以此限制本发明的保护范围。
14.如图1所示，本发明一种马赫曾德尔调制器半波电压的测试方法原理为：激光器(1)输出的光载波进入待测马赫曾德尔电光调制器(2)，信号发生模块(3-1)输出一个正弦电信号加载到待测马赫曾德尔调制器(2)的调制端，信号发生模块(3-2)输出另一个正弦电信号加载到待测马赫曾德尔调制器(2)的偏置端，调制后的光信号被送入光电探测器(4)进行拍频，利用频谱分析模块(5)对获取到的拍频谱线进行分析测量。根据拍频谱线的幅度信息可以得到待测马赫曾德尔调制器(2)的调制系数，进而得到待测马赫曾德尔调制器(2)的半波电压。
15.为了更好地了解本技术发明方案，下面对本发明的测量原理进行详细介绍：激光器输出的光载波信号可以表示为：其中e0和f0分别是光载波的幅度和频率。
16.将两个电信号v1(t)＝v1sin(2πf1t θ1) v
dc
以及vd(t)＝vdsin(2πfdt θd)分别加载到待测马赫曾德尔调制器的偏置端和调制端，被调制后的光载波信号为：其中γ是待测马赫曾德尔调制器的分光比；m1＝πv1/v
π
(f1)是加载到待测马赫曾德尔调制器偏置端的电信号所引起的调制系数，md＝πvd/v
π
(fd)，是加载到待测马赫曾德尔调制器调制端的电信号所引起的调制系数，v
π
(f1)和v
π
(fd)分别是待测马赫曾德尔调制器偏置端和调制端的半波电压，与频率有关；表示加载到待测马赫曾德尔调制器偏置端电信号中的直流成分v
dc
引起的相位变化。被调制后的光信号经过光电探测器拍频后形成的光电流为：其中r是光电探测器的响应度，与频率有关。将该式子展开得到：将该式子展开为贝塞尔函数形式得到：其中j
p
(
·
)、jq(
·
)分别表示p阶、q阶第一类贝塞尔函数。从交流项中得到其中两个拍频谱线幅值表达式为：通过调节待测马赫曾德尔调制器偏置端所加载电信号幅度平均值的大小，会相应引起大小的变化。首先使则上述拍频谱线幅值表达式变为：然后使此时这两个拍频谱线幅值表达式变为：将式子(9)和式子(10)进行比较得到：
设置频率关系fd远小于f1，则式子(11)中的r(f1±
fd)约等于r(f1)，那么该式子变为：根据该式子计算出待测马赫曾德尔调制器的调制系数md，再根据式子：可以计算出待测马赫曾德尔调制器在驱动信号频率为fd时的半波电压，这里vd是频率为fd的正弦电信号的幅度。
17.上述过程介绍的是测试马赫曾德尔调制器调制端半波电压v
π
(fd)的原理，如果使频率为f1的正弦电信号作为待测信号，使fd远大于f1，同样的原理也可以测试马赫曾德尔调制器偏置端的半波电压v
π
(f1)。实施例
18.本例中，使用的激光器输出的光载波信号频率为193.14thz，光功率为10dbm，待测器件是一个马赫曾德尔调制器，一个频率为fd＝1khz，电压峰峰值v
pp
＝200mv的正弦电信号加载到待测马赫曾德尔调制器的调制端，另一个频率为f1＝1mhz，电压峰峰值为200mv的正弦电信号加载到待测马赫曾德尔调制器的偏置端。通过调节待测马赫曾德尔调制器偏置端所加载电信号幅度平均值的大小，得到频率为1mhz
±
1khz的拍频谱线如图2所示，频率为1mhz的拍频谱线如图3所示。频率为1mhz-1khz拍频谱线的电功率值为-84.73dbm，频率为1mhz 1khz拍频谱线的电功率值为-84.77dbm，二者平均值为-84.75dbm，频率为1mhz拍频谱线的电功率值为-55.28dbm，计算出调制系数md＝0.067，由公式v
π
＝πvd/md计算出驱动信号频率为1khz时待测马赫曾德尔调制器调制端的半波电压为v
π
(fd)＝4.689v。
19.改变加载到待测马赫曾德尔调制器调制端电信号的频率fd，获得不同调制频率下待测马赫曾德尔调制器的调制端半波电压。同样的方法可以得到不同调制频率下待测马赫曾德尔调制器的偏置端半波电压。
20.图4是本实施例中根据本发明马赫曾德尔调制器半波电压的测试方法得到的待测马赫曾德尔调制器调制端半波电压v
π
(fd)与调制频率fd的关系曲线。
21.图5是本实施例中根据本发明马赫曾德尔调制器半波电压的测试方法得到的待测马赫曾德尔调制器偏置端半波电压v
π
(f1)与调制频率f1的关系曲线。