一种测量SMZM调制臂相移函数的方法与系统技术方案

本发明专利技术涉及光纤通信技术领域，具体涉及一种测量SMZM调制臂相移函数的方法与系统，将小于预设值的射频调制信号加到SMZM的行波电极上，利用本振光信号与调制光信号进行混频，并转换为电压信号输出；将SMZM调制臂的调制相移用反向PN结电压的三阶多项式表示，并利用线性分割得到SMZM调制臂的调制相移与相移斜率的线性表达式；在不同反向PN结电压下，分别测量SMZM相位偏置为0和π时的拍频电信号及其一次谐波分量的幅度，计算不同反向PN结电压下SMZM调制臂的相移斜率，拟合得到SMZM调制臂的调制相移与反向PN结电压的函数关系式。本方案可忽略测量过程中硅波导电吸收效应的影响，对SMZM相移曲线进行有效测量。

【技术实现步骤摘要】
一种测量SMZM调制臂相移函数的方法与系统
本专利技术涉及光纤通信
，具体涉及一种测量SMZM调制臂相移函数的方法与系统。
技术介绍
由于能够提供更大的带宽、更长的传输距离以及更高的接收灵敏度，数字相干光通信技术已逐步成为超大容量、超长传输距离高速光网络的必然选择。作为高速数据传输的基本光器件，硅基马赫曾德尔电光调制器(SiliconbasedMach-Zehnderinterferometerelectro-opticModulator，简写为SMZM)在光纤通信系统中得到了广泛的应用。对于马赫曾德尔调制器(Mach-Zehnderinterferometerelectro-opticModulator，简写为MZM)而言，改变上下臂的相移是其实现高速光调制的基本方法。因此，获得MZM的相移曲线(或者说相移函数)对于评价MZM的调制带宽、半波电压、消光比及啁啾等具有十分重要的意义。目前已有的测量MZM相移函数的方法主要是针对基于铌酸锂(LiNbO3)材料和磷化铟(InP)材料制成的调制器；例如，基于检测载波与其一次谐波分量的比值的光谱分析法。然而，激光器光源的线宽降低了强度探测法的精度，光谱分析仪的频率分辨率限制了SMZM调制特性的频率测量范围。同时，电谱法也被广泛应用于测量外调制器的相移函数，利用光波成分分析仪或者平衡探测器测量外差信号的时变幅度可以提取调制器的相移函数；然而，所有的电频谱测量法需要高带宽的检测组件来处理高频调制信号。外差探测法利用MZM和声光移频器产生混频光信号，然后得到的拍频信号便从光域映射到电域，这种方法可以在不受激光器光源线宽和马赫曾德尔调制器消光比的影响下实现较高的测试分辨率。然而，这种方法需要利用高带宽的电谱分析仪处理高频调制信号。此外，应该注意到的是，由于LiNbO3马赫曾德尔调制器的线性电光效应，其调制臂的相移斜率是不变的。然而，SMZM由于电折射和电吸收效应的存在而具有非线性电光效应，其相移斜率随外加电场强度的变化而变化。因此，采用传统方法难以直接测量SMZM的相移曲线。鉴于此，克服上述现有技术所存在的缺陷是本
亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术需要解决的技术问题是：SMZM由于电折射和电吸收效应的存在而具有非线性电光效应，其调制臂的相移斜率随外加电场强度的变化而变化，且高速调制信号对测试仪器的带宽，测试光源的线宽具有较高的要求。因此，传统的调制器相移曲线测试方法并不适用于SMZM，需要有新的方法对SMZM的相移曲线进行测试。为解决上述技术问题，按照本专利技术的一个方面，提供了一种测量SMZM调制臂相移函数的方法，包括：将小于预设值的射频调制信号加到SMZM的行波电极上，利用本振光信号与SMZM输出的调制光信号进行混频，并将混频光信号转换为电压信号输出；将SMZM调制臂的调制相移用射频调制电压和反向PN结电压的三阶多项式表示，并利用线性分割方法将所述三阶多项式线性化，得到SMZM调制臂的调制相移与相移斜率之间的线性表达式；在不同反向PN结电压下，分别测量SMZM相位偏置为0和π时的拍频电信号及其一次谐波分量的幅度，计算不同反向PN结电压下SMZM调制臂的相移斜率；利用所述线性表达式以及不同反向PN结电压下SMZM调制臂的相移斜率，拟合得到SMZM调制臂的调制相移与反向PN结电压的函数关系式。优选地，所述利用本振光信号与SMZM输出的调制光信号进行混频，并将混频光信号转换为电压信号输出，具体为：基于拍频技术，利用波长可调的本地振荡光源输出的本振光信号与SMZM输出的调制光信号进行混频，从光域中得到混频光信号；利用平衡探测器将混频光信号转换为电流信号输出至跨阻放大器；其中，所述平衡探测器包括两个光电探测二极管；利用跨阻放大器将所述两个光电探测二极管输出的电流信号进行放大，并将电流信号转换为电压信号输出至数字示波器。优选地，所述将SMZM调制臂的调制相移用射频调制电压和反向PN结电压的三阶多项式表示，并利用线性分割方法将所述三阶多项式线性化，得到SMZM调制臂的调制相移与相移斜率之间的线性表达式，具体为：根据SMZM的等效模型结构，得到SMZM的输出光场与SMZM调制臂的调制相移和吸收损耗的函数关系式；根据外加的射频调制信号，分别将SMZM调制臂的调制相移和吸收损耗用射频调制电压和反向PN结电压的三阶多项式表示；利用线性分割方法将SMZM调制臂的调制相移对应的三阶多项式线性化，得到SMZM调制臂的调制相移与相移斜率之间的线性表达式；在SMZM调制臂的吸收损耗对应的三阶多项式基础上，将射频调制信号导致的吸收损耗忽略，得到SMZM调制臂的吸收损耗与反向PN结电压的函数关系式。优选地，在所述得到SMZM调制臂的吸收损耗与反向PN结电压的函数关系式之后，所述方法还包括：根据所述SMZM的输出光场与SMZM调制臂的调制相移和吸收损耗的函数关系式、所述SMZM调制臂的调制相移与相移斜率之间的线性表达式以及所述SMZM调制臂的吸收损耗与反向PN结电压的函数关系式，得到SMZM的输出光场与相移斜率的函数关系式；根据平衡探测法，分别得到两个光电探测二极管的输出电场与本振光信号幅度、本振光信号频率和SMZM输出光场的函数关系式；基于两个光电探测二极管输出电场对应的函数关系式，得到所述平衡探测器经所述跨阻放大器放大转换后，平衡探测输出的拍频电信号的函数表达式；根据所述SMZM的输出光场与相移斜率的函数关系式以及所述平衡探测输出的拍频电信号的函数表达式，分别得到SMZM相位偏置为0和π时拍频电信号的谱密度的函数表达式。优选地，所述在不同反向PN结电压下，分别测量SMZM相位偏置为0和π时的拍频电信号及其一次谐波分量的幅度，计算不同反向PN结电压下SMZM调制臂的相移斜率，具体包括：根据SMZM相位偏置分别为0和π时拍频电信号的谱密度的函数表达式，推导得到SMZM调制臂的相移斜率的计算公式；在外加不同反向PN结电压时，通过平衡探测法分别测量SMZM相位偏置为0和π时的拍频电信号及其一次谐波分量的幅度，进而利用所述SMZM调制臂的相移斜率的计算公式，计算得到不同反向PN结电压下SMZM调制臂的相移斜率。优选地，所述利用所述线性表达式以及不同反向PN结电压下SMZM调制臂的相移斜率，拟合得到SMZM调制臂的调制相移与反向PN结电压的函数关系式，具体为：根据计算出的所述不同反向PN结电压下SMZM调制臂的相移斜率，拟合出SMZM调制臂的相移斜率与反向PN结电压的函数关系式；根据所述SMZM调制臂的调制相移与相移斜率之间的线性表达式以及所述MZM调制臂的相移斜率与反向PN结电压的函数关系式，拟合得到SMZM调制臂的调制相移与反向PN结电压的函数关系式。按照本专利技术的另一方面，提供了一种测量SMZM调制臂相移函数的系统，包括可持续输出光信号的第一激光器光源、双通道电源、射频信号发生器、波本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量SMZM调制臂相移函数的方法，其特征在于，包括：/n将小于预设值的射频调制信号加到SMZM的行波电极上，利用本振光信号与SMZM输出的调制光信号进行混频，并将混频光信号转换为电压信号输出；/n将SMZM调制臂的调制相移用射频调制电压和反向PN结电压的三阶多项式表示，并利用线性分割方法将所述三阶多项式线性化，得到SMZM调制臂的调制相移与相移斜率之间的线性表达式；/n在不同反向PN结电压下，分别测量SMZM相位偏置为0和π时的拍频电信号及其一次谐波分量的幅度，计算不同反向PN结电压下SMZM调制臂的相移斜率；/n利用所述线性表达式以及不同反向PN结电压下SMZM调制臂的相移斜率，拟合得到SMZM调制臂的调制相移与反向PN结电压的函数关系式。/n

【技术特征摘要】
1.一种测量SMZM调制臂相移函数的方法，其特征在于，包括：
将小于预设值的射频调制信号加到SMZM的行波电极上，利用本振光信号与SMZM输出的调制光信号进行混频，并将混频光信号转换为电压信号输出；
将SMZM调制臂的调制相移用射频调制电压和反向PN结电压的三阶多项式表示，并利用线性分割方法将所述三阶多项式线性化，得到SMZM调制臂的调制相移与相移斜率之间的线性表达式；
在不同反向PN结电压下，分别测量SMZM相位偏置为0和π时的拍频电信号及其一次谐波分量的幅度，计算不同反向PN结电压下SMZM调制臂的相移斜率；
利用所述线性表达式以及不同反向PN结电压下SMZM调制臂的相移斜率，拟合得到SMZM调制臂的调制相移与反向PN结电压的函数关系式。


2.根据权利要求1所述的测量SMZM调制臂相移函数的方法，其特征在于，所述利用本振光信号与SMZM输出的调制光信号进行混频，并将混频光信号转换为电压信号输出，具体为：
基于拍频技术，利用波长可调的本地振荡光源输出的本振光信号与SMZM输出的调制光信号进行混频，从光域中得到混频光信号；
利用平衡探测器将混频光信号转换为电流信号输出至跨阻放大器；其中，所述平衡探测器包括两个光电探测二极管；
利用跨阻放大器将所述两个光电探测二极管输出的电流信号进行放大，并将电流信号转换为电压信号输出至数字示波器。


3.根据权利要求2所述的测量SMZM调制臂相移函数的方法，其特征在于，所述将SMZM调制臂的调制相移用射频调制电压和反向PN结电压的三阶多项式表示，并利用线性分割方法将所述三阶多项式线性化，得到SMZM调制臂的调制相移与相移斜率之间的线性表达式，具体为：
根据SMZM的等效模型结构，得到SMZM的输出光场与SMZM调制臂的调制相移和吸收损耗的函数关系式；
根据外加的射频调制信号，分别将SMZM调制臂的调制相移和吸收损耗用射频调制电压和反向PN结电压的三阶多项式表示；
利用线性分割方法将SMZM调制臂的调制相移对应的三阶多项式线性化，得到SMZM调制臂的调制相移与相移斜率之间的线性表达式；
在SMZM调制臂的吸收损耗对应的三阶多项式基础上，将射频调制信号导致的吸收损耗忽略，得到SMZM调制臂的吸收损耗与反向PN结电压的函数关系式。


4.根据权利要求3所述的测量SMZM调制臂相移函数的方法，其特征在于，在所述得到SMZM调制臂的吸收损耗与反向PN结电压的函数关系式之后，所述方法还包括：
根据所述SMZM的输出光场与SMZM调制臂的调制相移和吸收损耗的函数关系式、所述SMZM调制臂的调制相移与相移斜率之间的线性表达式以及所述SMZM调制臂的吸收损耗与反向PN结电压的函数关系式，得到SMZM的输出光场与相移斜率的函数关系式；
根据平衡探测法，分别得到两个光电探测二极管的输出电场与本振光信号幅度、本振光信号频率和SMZM输出光场的函数关系式；
基于两个光电探测二极管输出电场对应的函数关系式，得到所述平衡探测器经所述跨阻放大器放大转换后，平衡探测输出的拍频电信号的函数表达式；
根据所述SMZM的输出光场与相移斜率的函数关系式以及所述平衡探测输出的拍频电信号的函数表达式，分别得到SMZM相位偏置为0和π时拍频电信号的谱密度的函数表达式。


5.根据权利要求4所述的测量SMZM调制臂相移函数的方法，其特征在于，所述在不同反向PN结电压下，分别测量SMZ...

【专利技术属性】
技术研发人员：程媛，陈宏刚，张博，
申请(专利权)人：武汉光迅科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42