一种电光强度调制器芯片频率响应测试的装置与方法制造方法及图纸

一种电光强度调制器芯片频率响应的测试装置与方法，属于光电子技术领域，旨在实现电光强度调制器裸芯片本征频率响应测试。本发明专利技术利用光学频率梳发生器产生的脉冲光信号对微波信号源输出的扫频微波信号进行采样下变频，采样后的光信号被光电探测器探测，并被微波网络分析模块的接收机接收测量，通过分析接收到的电信号就能得到只包含微波探针响应和待测电光强度调制器响应的联合响应。随后，进行微波校准和待测芯片反射系数测试，获得相关的参数并计算出微波探针的响应。最后，从联合响应中扣减微波探针的响应得到待测芯片的相对电光频率响应。另外，微波校准后还可以追踪被芯片吸收的微波功率，由此计算出电光调制器的绝对电光频率响应。对电光频率响应。对电光频率响应。

【技术实现步骤摘要】
一种电光强度调制器芯片频率响应测试的装置与方法


[0001]本专利技术属于光电子
中的光电子器件测试技术，具体涉及一种电光强度调制器芯片频率响应测试的装置与方法。

技术介绍

[0002]电光调制器作为最常用的电
‑
光转换器件，其被广泛应用于光通信系统、数据中心、测试测量仪器等地方，不同的应用场景对电光调制器的响应性能要求不同，对其进行相应的测试具有重要的意义。电光调制器芯片在未做封装和匹配电阻之前一般都具有较强的微波反射特性，信号源与待测调制器芯片之间由于存在阻抗失配，信号源输出的信号大部分被反射，无法有效进入调制器参与调制，这不仅会导致测试信号的信噪比劣化，还为计算调制器芯片的本征调制系数带来困难。
[0003]目前，电光调制器频率响应测试的方法按测试手段主要可以分成两类：光谱分析法和电谱分析法。光谱分析法作为分析光电子器件响应特性最简单直接的方法之一，被广泛应用于电光调制器的测试，其主要是利用小信号近似的微波信号驱动电光调制器，使用光谱分析仪直接测量调制后的光信号的边带幅度信息，通过分析各调制边带之间的关系来获得调制器的频率响应信息(Y.Shi,et.al,“High
‑
speed electrooptic modulator characterization using optical spectrum analysis,”Journal Lightwave Technology,2003,21(10):2358
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2367)。光谱分析法不仅可以适用于强度型调制器测试还可以应用于相位型调制器进行测试，但是由于光谱分析法一般是基于传统光栅光谱分析仪的，受制于光谱仪的较低的测量分辨率和测量动态范围，其一般较难实现高精度的测试。为了解决这一问题，基于电谱分析技术的测量方法被提出来。电谱分析测试方法一般是基于电光扫频(X.M.Wu,et.al,“Novel method for frequency response measurement of optoelectronic devices,”IEEE Photonics Technology Letters,2012,24(7):575
‑
577)、外差谱映射(S.J.Zhang,et.al,“Calibration
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free measurement of high
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speed Mach
‑
Zehnder modulator based on low
‑
frequency detection,”Optics Letters,2016,41(13):460
‑
463)等测量方式实现的，得益于电谱测量的高分辨率，测试可以实现较高的测试精度。然而，上述电域的测试方法对微波信号源和电谱分析仪器的工作带宽都有较高的要求，一般要求信号源和电谱分析仪器需具有相近的工作带宽，要想实现超宽频率范围的测试超高工作带宽的信号源和超高速的测量仪器都是必不可少的。光学频率梳作为连接光和微波的一座桥梁(C.Jos
é
,et.al,“Microwave photonics combines two worlds,”Nature Photonics,2007,1(6):319
‑
330)，利用它可以便捷地实现微波信号的采样上/下变频，其可以被用于实现光电子器件测试。目前已有使用光频梳实现马赫
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曾德型电光调制器频率响应测试的报道(Y.X.Ma,et.al,“Self
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Calibrating Microwave Characterization of Broadband Mach
‑
Zehnder Electro
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Optic Modulator Employing Low
‑
Speed Photonic Down
‑
Conversion Sampling and Low
‑
Frequency Detection,”Journal Lightwave Technology,2019,37(11):2668
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2674)，该方案无需使用高速光电探测器，在大
大减小探测频率范围的条件下实现了宽带调制器的响应测量。基于光学采样变频技术的测试方法不仅具有一般电域测试方法高分辨率的特性，而且具备实现超宽带测试的能力。
[0004]上述诸多测试方法主要是针对已经封装成型的分立器件，对于芯片测试场景，由于阻抗失配的影响，微波信号源输出的微波信号功率与实际加载到调制器芯片上作用于调制的微波功率存在较大的差异，一般的测试方法得到的结果将会存在较大的偏差。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种可用于电光强度调制器芯片频率响应测试的装置与方法。其测试装置包括光学频率梳、待测电光强度调制器芯片、微波探针、光电探测器和包含内建信号源和接收机的微波网络分析模块。微波校准需要用到的器件还包括同轴标准件、共面标准片和微波功率计。
[0006]一种电光强度调制器芯片的频率响应的测试方法，包括以下步骤和原理：
[0007]步骤1：测得光学频率梳(1)输出光频梳信号的间隔频率f
r
，按间隔频率设置微波网络分析模块(7)信号源(5)输出扫频微波信号f
’
(n)＝nf
r
/2+Δf
’
，其中n为正整数，代表所检测光频梳梳齿的阶数，Δf
’
为一个频率极低的微波信号，以保证近似条件f
’
(n)≈nf
r
/2成立；再依次设置微波网络分析模块(7)的接收机(6)的接收频率为f
’
(n)和nf
r
–
f
’
(n)，测得相应频率的电信号功率P[f
’
(n)]和P[nf
r
–
f
’
(n)]，由此可以计算出光学频率梳(1)输出光频梳信号梳齿之间的相对不平坦响应：
[0008]步骤2：设置微波网络分析模块(7)信号源(5)的输出功率为P0，扫频微波信号为f(n)＝nf
r
+Δf，其中Δf为一个频率较低的微波信号，其满足Δf<f
r
/2。同时设置微波网络分析模块(7)接收机(6)的接收频率固定为Δf，测得相应电信号功率P
n
(Δf)；
[0009]步骤3：利用步骤1和步骤2测得的电信号幅度谱可以计算出待测电光强度调制器芯片(3)和微波探针(4)两者的联合响应：S[f(n)]＝P
n
(Δf)K(nf
r
)；(2)
[0010]步骤4：将微波网络分析模块(7)的信号源(5)和接收机(6)设置在同频模式下工作，按步骤2中设本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电光强度调制器芯片的频率响应测试装置，包括光学频率梳(1)、待测电光强度调制器芯片(2)、光电探测器(3)、微波探针(4)和微波网络分析模块(7)，其中微波网络分析模块(7)包含内建的信号源(5)和接收机(6)，所述光学频率梳(1)输出端、待测电光强度调制器芯片(2)光端口与光电探测器(3)光端口依次光连接，所述微波网络分析模块(7)的信号源(5)输出端与微波探针(4)同轴端电连接，所述微波探针(4)共面端与待测电光强度调制器芯片(2)电端口电连接，所述光电探测器(3)的电端口与微波网络分析模块(7)的接收机(6)电连接。2.根据权利要求1所述的一种电光强度调制器芯片频率响应测试的装置，其特征在于，光学频率梳(1)为锁模激光器或者相干梳状谱光源，其输出的光学频率梳信号具有固定的间隔频率f
r
或者为间隔时间为1/f
r
的脉冲光。3.根据权利要求1所述的一种电光强度调制器芯片频率响应测试的装置，其特征在于待测电光强度调制器芯片(2)其可以是集总参数的调制器，也可以是集成了终端负载的行波电极结构调制器，其电端口一般为共面电极结构，以方便与微波探针(4)连接，其光端口一般为光栅结构或者端面结构，以方便与耦合光纤进行垂直的或者水平的光耦合。4.根据权利要求1所述的一种电光强度调制器芯片的频率响应测试的装置，其特征在于微波网络分析模块(7)至少包含一组信号源(5)和接收机(6)。5.一种电光强度调制器芯片频率响应测试的方法，包括以下操作步骤：步骤1：测得光学频率梳(1)输出光频梳信号的间隔频率f
r
，按间隔频率f
r
设置微波网络分析模块(7)信号源(5)输出扫频微波信号f
’
(n)＝nf
r
/2+Δf
’
，其中n为正整数，代表所检测光频梳梳齿的阶数，Δf
’
为一个频率极低的微波信号，以保证近似条件f
’
(n)≈nf
r
/2成立；再依次设置微波网络分析模块(7)的接收机(6)的接收频率为f
’
(n)和nfr
–
f
’
(n)，测得相应频率的电信号功率P[f
’
(n)]和P[nf
r
–
f
’
(n)]；步骤2：设定微波网络分析模块(7)信号源(5)的输出功率为P0，输出扫频微波信号f(n)＝nf
r
+Δf，其中Δf为一个频率较低的微波信号，其满足Δf<f
r
/2。同时设置微波网络分析模块(7)接收机(6)的接收频率固定为Δf，测得相应电信号功率...

【专利技术属性】
技术研发人员：张尚剑，何禹彤，敬超，王梦珂，徐映，刘永，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：