一种电光调制器非线性特性测量方法及装置

本发明涉及一种电光调制器非线性特性测量方法，属于微波光子测量。

背景技术：

1、电光调制器是微波光子系统中不能缺少的关键器件，对其进行准确且高精度的响应测量，才能够快速、精确定位关键问题，实现在相关领域的创新与突破。此前，无论是电光调制器的研制，还是电光调制器的使用，都是考虑了小信号下的电光调制器的调制效应，此时测量得到的调制器响应均是线性响应，但随着微波光子链路对工作频率、承载功率等性能要求的不断增加，使得电光调制器进入越来越强的非线性工作区，因此测量电光调制器的非线性响应既是需要的也是必要的，其中非线性响应包括调制器的谐波响应以及交调响应。另外，由于工艺的不完善，调制器往往包含另一种调制效应，如相位调制器包含着残余强度调制，强度调制器包含着残余相位调制，残余调制的存在将对后续信号传输造成误差，因此需要对调制器是否存在残余调制进行判断，选择最优的调制器使用。

2、现有电光调制器的响应测量方法可以分为4类，分别为光谱分析法，电域扫频法，光干涉法以及双音调制法。在光谱分析法中，使用光谱分析仪测量调制器在不同微波频率下的光边带幅度进而推导出待测调制器的幅频响应，受限于光谱仪的分辨率，精度最高只有100mhz，且光谱分析仪无法得到调制器的相频响应【high-speed electroopticmodulator characterization using optical spectrum analysis】。电域扫频法是使用电域的矢量网络分析仪在含有光源，调制器以及探测器的链路中，连接调制器的射频输入口与探测器的输出口，通过微波扫频得到链路的矢量响应，再对探测器的矢量响应进行去嵌入处理，从而得到调制器的幅相响应，得益于电矢量网络分析仪的高分辨率与高准确度，因此该方法可以实现调制器的高分辨率以及高准确度的测量【novel method forfrequency response measurement of optoelectronic devices】，但是由于经过相位调制器调制的光信号不能通过探测器直接获得，因此电域扫频法无法直接测量相位调制器。光干涉法的系统基本组成是一个非对称的马赫-曾德尔干涉仪结构，光源输出的激光经过耦合器分别进入到马赫-曾德尔干涉结构的上下两臂，一臂为测量臂，另一臂为参考臂。测量臂光经过待测光器件后携带了对应的频率响应，参考臂经过长光纤延时，由于两臂存在延时差，因此经过耦合器汇合并发生干涉，该干涉后的信号进入到探测器中进行探测，经过处理后得到器件的频率响应【single-scan interferometric component analyzer】，该方法结构简单但是干涉结构易受环境影响，且干涉长度必须小于光源的相干长度。双音调制测量方法利用双音调制后的光信号并结合移频光载波进行耦合，使得探测器可得到含有相位调制器的矢量响应【self-calibrating measurement of high-speed electro-opticphase modulators based on two-tone modulation】，该方法通过使用高分辨率的电谱分析，可以对电光相位调制器进行准确的频率响应测量，但结构中的光电探测器需要对应于相位调制器带宽的频率范围，对于光电探测器的接收端要求过高。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种电光调制器非线性特性测量方法，将待测电光调制器的各阶光边带的响应映射到多中频电信号上，并通过对多中频电信号进行分析计算，从而实现对待测电光调制器的非线性响应的高精度测量，同时大幅降低系统成本。

2、本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

3、一种电光调制器非线性特性测量方法，包括以下步骤：

4、s1、将单频光载波分为两路；其中一路单频光载波通过待测电光调制器被第一射频信号调制，所生成的调制光信号被偏分复用为偏振态正交的两路偏振调制光信号；用单频的第二射频信号对另一路单频光载波进行电光调制形成电光频梳信号后对其做固定移频量的移频处理，生成本振电光频梳信号，然后将其分为两路；s2、将其中一路偏振调制光信号与其中一路本振电光频梳信号的耦合信号分为两路进行平衡光电探测，将另一路偏振光调制信号与另一路本振电光频梳信号的耦合信号分为两路进行平衡探测，得到两路多中频电信号，所述多中频电信号包含以所述固定移频量为中心频率并按第二射频信号与第一射频信号的频率差等间隔分布的一组中频分量；

5、s3、对所述两路多中频电信号进行处理，得到待测电光调制器的各阶光边带响应所映射到对应电信号频率后的测量响应，对该测量响应进行本振电光频梳与平衡光电探测器响应的去嵌解调，得到待测电光调制器的各阶光边带响应，将对应阶数的光边带响应进行运算，进而得到待测电光调制器在第一射频信号频率处的非线性响应。

6、进一步地，所述电光调制器非线性特性测量方法还包括：

7、s4、控制第一射频信号与第二射频信号同步扫频并重复s1～s3，得到待测电光调制器在第一射频信号扫频范围内的非线性频谱响应。

8、更近一步地，所述电光调制器非线性特性测量方法还包括：

9、s5、根据待测电光调制器的各阶光边带响应获取待测电光调制器的矢量响应和绝对响应，并通过矢量响应和绝对响应对待测电光调制器的其他类型残余调制过程进行判定和分析。

10、优选地，所述第一射频信号为单频信号，所得到的非线性响应为谐波分量的幅度响应、相位响应、偏振响应。

11、优选地，所述第一射频信号为包含两个具有固定频率差的频率分量的双音信号，所得到的非线性响应为交调分量的幅度响应、相位响应、偏振响应。

12、基于同一发明构思还可以得到以下技术方案：

13、一种电光调制器非线性特性测量装置，包括：

14、测量与本振光生成单元，用于将单频光载波分为两路；其中一路单频光载波通过待测电光调制器被第一射频信号调制，所生成的调制光信号被偏分复用为偏振态正交的两路偏振调制光信号；用单频的第二射频信号对另一路单频光载波进行电光调制形成电光频梳信号后对其做固定移频量的移频处理，生成本振电光频梳信号，然后将其分为两路；

15、光电转换单元，用于将其中一路偏振调制光信号与其中一路本振电光频梳信号的耦合信号分为两路进行平衡光电探测，将另一路偏振光调制信号与另一路本振电光频梳信号的耦合信号分为两路进行平衡探测，得到两路多中频电信号，所述多中频电信号包含以所述固定移频量为中心频率并按第二射频信号与第一射频信号的频率差等间隔分布的一组中频分量；

16、信号及数据处理单元，用于对所述两路多中频电信号进行处理，得到待测电光调制器的各阶光边带响应所映射到对应电信号频率后的测量响应，对该测量响应进行本振电光频梳与平衡光电探测器响应的去嵌解调，得到待测电光调制器的各阶光边带响应，将对应阶数的光边带响应进行运算，进而得到待测电光调制器在第一射频信号频率处的非线性响应。

17、进一步地，所述信号及数据处理单元还用于控制第一射频信号与第二射频信号同步扫频，得到待测电光调制器在第一射频信号扫频范围内的非线性频谱响应。

18、更近一步地，所述信号及数据处理单元还用于根据待测电光调制器的各阶光边带响应获取待测电光调制器的矢量响应和绝对响应，并通过矢量响应和绝对响应对待测电光调制器的其他类型残余调制过程进行判定和分析。

19、优选地，所述第一射频信号为单频信号，所得到的非线性响应为谐波分量的幅度响应、相位响应、偏振响应。

20、优选地，所述第一射频信号为包含两个具有固定频率差的频率分量的双音信号，所得到的非线性响应为交调分量的幅度响应、相位响应、偏振响应。

21、相比现有技术，本发明技术方案具有以下有益效果：

22、本发明可以实现相位调制器、强度调制器以及偏振调制器等多种电光调制器的非线性响应测量；电光频梳信号的频梳间隔与待测电光器件的光边带频率差为固定低频信号，探测得到的电信号是以移频频率为中心频率，间隔为固定低频信号的多中频信号，对光电探测器以及后续信号采集与处理模块的频率要求不高，可大大地降低测量装置的成本；本发明使用本振电光频梳信号，将待测电光调制器的各阶边带的响应映射到光电探测器探测到的多中频电信号上，通过分析多中频电信号各频率点的幅相响应，可计算得到待测电光调制器的各阶光边带响应，并将对应阶数的光边带进行运算，得到谐波分量与交调分量的幅频响应、相频响应与偏振响应；另外得益于电域信号处理的能力，本发明对待测电光调制器的测量具有高分辨率与高准确度的优点。