基于雙邊帶調制的光器件測量方法及測量裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于雙邊帶調制的光器件測量方法，屬于光器件測量、微波光子學【技術領域】。首先利用光雙邊帶調制方法將射頻信號調制于第一光載波信號上，生成雙邊帶調制信號；然后令雙邊帶調制信號通過待測光器件后與第二光載波信號合束，所述第二光載波信號與第一光載波信號之間存在頻率差；利用光電探測器對合束后的信號進行拍頻，然后提取拍頻信號中+1階邊帶信號及-1階邊帶信號的幅度信息；掃描所述射頻信號的頻率，即得到待測光器件的寬帶幅頻響應。本發(fā)明還公開了一種基于雙邊帶調制的光器件測量裝置。本發(fā)明在降低系統復雜度和成本的同時，大幅提高了測量范圍和測量效率，更重要地是為光器件測量技術開辟了一個全新的方向。
【專利說明】基于雙邊帶調制的光器件測量方法及測量裝置

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種光器件測量方法，尤其涉及一種基于雙邊帶調制的光器件測量方 法及測量裝置，屬于光器件測量、微波光子學【技術領域】。

【背景技術】
[0002] 近年來，隨著激光技術的飛速發(fā)展，光子系統得到了廣泛的應用，如超高精度光纖 傳感、長距離光纖通信等。然而，光測量技術的發(fā)展卻停滯不前，不僅使得高精度光器件的 研發(fā)制作舉步維艱，而且也使得現有的光器件無法在光系統中發(fā)揮最大效用。例如：布拉格 光纖光柵（FBG)的最小帶寬已低至9MHz，而現有的光測量技術的測量精度仍為上百MHz (目 前，最先進的光矢量分析儀Luna 0VA5000的測量精度也僅為125MHz)，無法精確地測得上 述FBG的幅頻響應及相頻響應特性。
[0003] 為了實現高精度的光器件測量，1998年J. E. Roman提出了基于光單邊帶調制 的光矢量分析方法。該方法將傳統光矢量分析儀在光域的掃頻操作搬移到電域進行， 受益于成熟的電頻譜分析技術，其測試精度得到了質的飛躍。我們已在38GHz的頻帶 范圍內實現了測量分辨率達78kHz的光器件測量，相比于商用光矢量分析儀的測量 結果，該方法所測得的響應更加清晰地反映了待測光器件的響應。在此基礎上，一些 研究者提出了 一系列改進的基于單邊帶調制的光器件測量方法，例如J.E.Romdn，等 人在 ''Spectral characterization of fiber gratings with high resolution"（J. E. Roman, Μ. Y. Frankel, and R. D. Esman, ^Spectral characterization of fiber gratings with high resolution，"0pt.Lett.，vol.23，no.l2，pp. 939 - 941，1998.)中，以及薛 敏等人在 "Accuracy improvement of optical vector network analyzer based on single-sideband modulation(M. Xue, S. L. Pan, and Y. J. Zhao, ''Accuracy improvement of optical vector network analyzer based on single-sideband modulation, ^Optics Letters, vol. 39, no. 12, pp. 3595-3598, Jun. 2014.)提到的光單邊帶掃頻方法等。
[0004] 然而，基于單邊帶調制的光器件測量方法也存在嚴重的不足。首先，產生光單邊帶 會使系統非常復雜，目前單邊帶的產生方法大致分為濾波法和90°相移法，前者需要使用 濾波器，增加了系統的復雜度和不穩(wěn)定性，且消光比有限；后者需要對加載到雙驅動光電調 制器的微波信號進行90°相移，需要使用寬帶90°電橋和雙驅動光電調制器，系統復雜， 且調節(jié)不便。其次，單邊帶掃頻法一次測量只能得到一組測量信號，測量效率低下。最后， 單邊帶掃頻方法嚴重受限于儀器，例如單邊帶掃頻范圍不能大于光電探測器（PD)帶寬。


【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術問題在于克服現有技術的不足，提供一種基于雙邊帶調制 的光器件測量方法及測量裝置，在降低系統復雜度和成本的同時，大幅提高了測量范圍和 測量效率，更重要地是為光器件測量技術開辟了一個全新的方向。
[0006] 本發(fā)明具體采用以下技術方案：
[0007] 基于雙邊帶調制的光器件測量方法，首先利用光雙邊帶調制方法將頻率為的 射頻信號調制于頻率為的第一光載波信號上，生成雙邊帶調制信號；然后令雙邊帶調制 信號通過待測光器件后與第二光載波信號合束，所述第二光載波信號與第一光載波信號之 間存在頻率差；利用光電探測器對合束后的信號進行拍頻，然后提取拍頻信號中+1階邊帶 信號及-1階邊帶信號的幅度信息，該+1階邊帶信號的幅度信息和-1階邊帶信號的幅度信 息分別為待測光器件在頻率和頻率的幅頻響應；掃描所述射頻信號的頻 率，即得到待測光器件的寬帶幅頻響應。
[0008] 根據相同的發(fā)明思路還可以得到一種基于雙邊帶調制的光器件測量裝置，包括： 光載波生成單元、光合束器、光雙邊帶調制器、微波掃頻源、光電探測器、頻譜分析單元、主 控單元；所述光載波生成單元可輸出兩路相互之間存在頻率差的光載波信號；光雙邊帶調 制器將微波掃頻源輸出的微波掃頻信號調制于光載波生成單兀輸出的其中一路光載波信 號，生成光雙邊帶調制信號；光雙邊帶調制信號經過待測光器件后與光載波生成單元輸出 的另外一路光載波信號經光合束器進行合束，然后送入光電探測器進行拍頻；頻譜分析單 元提取拍頻信號中+1階邊帶信號和-1階邊帶信號的幅度信息，該+1階邊帶信號的幅度信 息和-1階邊帶信號的幅度信息分別為待測光器件在頻率<^+0^和頻率（^-(^處的幅頻 響應，其中為輸入光雙邊帶調制器的光載波信號的頻率，為微波掃頻源輸出的射頻 信號頻率；主控單元控制微波掃頻源掃頻，并根據頻譜分析單元所提取的幅度信息，得到待 測光器件的寬帶幅頻響應。
[0009] 作為其中一個優(yōu)選方案，所述光載波生成單元包括兩個并聯的光源，且兩個光源 所輸出光信號之間存在頻率差。
[0010] 作為另一個優(yōu)選方案，所述光載波生成單兀包括：光源、光分束器、光移頻器；光 分束器將光源輸出的光信號分為兩路，其中一路經由所述光移頻器移頻后輸出，另外一路 直接輸出。
[0011] 相比現有技術，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0012] 一、本發(fā)明突破了傳統單邊帶掃頻方法中掃頻范圍小于等于光電探測器帶寬等儀 器限制，將掃頻范圍提高到儀器帶寬的兩倍；
[0013] 二、本發(fā)明將掃頻效率提高到原來的兩倍，一次拍頻可以得到兩個信號；
[0014] 三、本發(fā)明不需要產生單邊帶信號，使系統復雜度大大降低；本發(fā)明不需要光域或 者電域的濾波器，消除了濾波器帶來的不穩(wěn)定和消光比有限的問題，使系統穩(wěn)定性大大提 商；
[0015] 四、本發(fā)明首次提出利用雙邊帶掃頻信號進行光器件測量，為光器件測量技術開 辟了一個全新的方向。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1為本發(fā)明光器件測量裝置的一個實施例的結構示意圖；
[0017] 圖2為圖1所示裝置工作時各部位信號的頻譜示意圖；
[0018] 圖3為本發(fā)明光器件測量裝置的又一個實施例的結構示意圖；
[0019] 圖4為仿真獲得的用光譜儀測得的待測布拉格光纖光柵的幅頻響應圖與本發(fā)明 所述方法測得的待測布拉格光纖光柵的幅頻響應曲線的對比；
[0020] 圖5為實驗獲得的用光譜儀測得的待測布拉格光纖光柵的幅頻響應圖與本發(fā)明 所述方法測得的待測布拉格光纖光柵的幅頻響應曲線的對比。

【具體實施方式】
[0021] 下面結合附圖對本發(fā)明的技術方案進行詳細說明：
[0022] 本發(fā)明的思路是在經過待測器件的光雙邊帶調制信號中添加與原始光載波相干 且存在微小頻率差的光載波，這樣在光電探測器拍頻后，±1階邊帶對應的微波分量具有不 同的頻率，從而可同時提取±1階邊帶上的幅度響應信息。
[0023] 圖1顯示了本發(fā)明光器件測量裝置的一個實施例，如圖1所示，該裝置包括光源、 光分束器、光合束器、光移頻器、光雙邊帶調制器、微波掃頻源、光電探測器、頻譜分析單元、 主控單元。光源發(fā)出的光信號經光分束器分為兩路，一路經光移頻器移頻，生成移頻光信 號；光雙邊帶調制器將微波掃頻源輸出的微波掃頻信號調制于另一路光信號，生成光雙邊 帶調制信號；光雙邊帶調制信號經過待測光器件后與移頻光信號經光合束器合束后送入光 電探測器進行拍頻；頻譜分析單元提取拍頻信號中+1階邊帶信號和-1階邊帶信號的幅度 信息；主控單元控制微波掃頻源掃頻，并根據頻譜分析單元所提取的幅度信息，得到待測光 器件的寬帶幅頻響應。
[0024] 為了使公眾理解本發(fā)明技術方案，下面對上述測量裝置的測量原理進行詳細介 紹：
[0025] 經光雙邊帶調制后的光信號為

【權利要求】
1. 基于雙邊帶調制的光器件測量方法，其特征在于，首先利用光雙邊帶調制方法將頻 率為叫的射頻信號調制于頻率為叫的第一光載波信號上，生成雙邊帶調制信號；然后令 雙邊帶調制信號通過待測光器件后與第二光載波信號合束，所述第二光載波信號與第一光 載波信號之間存在頻率差；利用光電探測器對合束后的信號進行拍頻，然后提取拍頻信號 中+1階邊帶信號及-1階邊帶信號的幅度信息，該+1階邊帶信號的幅度信息和-1階邊帶 信號的幅度信息分別為待測光器件在頻率％ +?和頻率《% - %處的幅頻響應；掃描所述 射頻信號的頻率，即得到待測光器件的寬帶幅頻響應。
2. 基于雙邊帶調制的光器件測量裝置，其特征在于，包括：光載波生成單元、光合束 器、光雙邊帶調制器、微波掃頻源、光電探測器、頻譜分析單元、主控單元；所述光載波生成 單元可輸出兩路相互之間存在頻率差的光載波信號；光雙邊帶調制器將微波掃頻源輸出 的微波掃頻信號調制于光載波生成單元輸出的其中一路光載波信號，生成光雙邊帶調制信 號；光雙邊帶調制信號經過待測光器件后與光載波生成單元輸出的另外一路光載波信號經 光合束器進行合束，然后送入光電探測器進行拍頻；頻譜分析單元提取拍頻信號中+1階邊 帶信號和-1階邊帶信號的幅度信息，該+1階邊帶信號的幅度信息和-1階邊帶信號的幅度 信息分別為待測光器件在頻率％+?和頻率叫-％處的幅頻響應，其中叫為輸入光雙邊 帶調制器的光載波信號的頻率，A為微波掃頻源輸出的射頻信號頻率；主控單元控制微波 掃頻源掃頻，并根據頻譜分析單元所提取的幅度信息，得到待測光器件的寬帶幅頻響應。
3. 如權利要求2所述基于雙邊帶調制的光器件測量裝置，其特征在于，所述光載波生 成單兀包括：光源、光分束器、光移頻器；光分束器將光源輸出的光信號分為兩路，其中一 路經由所述光移頻器移頻后輸出，另外一路直接輸出。
4. 如權利要求2所述基于雙邊帶調制的光器件測量裝置，其特征在于，所述光載波生 成單元包括兩個并聯的光源，且兩個光源所輸出光信號之間存在頻率差。
【文檔編號】G01M11/02GK104101484SQ201410291393
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年6月25日 優(yōu)先權日:2014年6月25日
【發(fā)明者】潘時龍, 卿婷, 薛敏, 黃夢昊 申請人:南京航空航天大學