高速光電子器件是大容量光通信系統(tǒng)和寬帶微波光子系統(tǒng)的基礎(chǔ),器件的高頻響應(yīng)測量對于實現(xiàn)電光和光電轉(zhuǎn)換具有重要的意義.為此,基于光外差理論提出了移頻外差方法用于實現(xiàn)從光域光譜到電域電譜的映射,在電域獲得光譜和電譜的聯(lián)合分析.實驗中,通過配置電域譜線的頻率關(guān)系,利用移頻外差將所需光載波和邊帶從光域映射到電域,實現(xiàn)了高速馬赫-曾德爾調(diào)制器、相位調(diào)制器和光電探測器的自校準(zhǔn)高頻測試,獲得了馬赫-曾德爾調(diào)制器的調(diào)制指數(shù)、半波電壓和啁啾參數(shù)、相位調(diào)制器的調(diào)制指數(shù)、半波電壓以及光電探測器的響應(yīng)度等多種高頻參數(shù).結(jié)果表明,該方法具有寬頻段、高分辨率、多參數(shù)、自校準(zhǔn)測試的優(yōu)點. 

【文章來源】：應(yīng)用科學(xué)學(xué)報. 2020,38(04)北大核心

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

本文所提出的自校準(zhǔn)頻率響應(yīng)測量方法的原理圖

圖2 MZM為待測器件時所需頻率分量處測量的外差電譜測量PM(DUT2）半波電壓時，配置兩個微波驅(qū)動信號的頻率關(guān)系為f2=2f1+0.02，其單位為GHz.圖4(a）顯示了所需頻率分量f1-fs和f2-f1-fs這2處的外差電譜.例如，當(dāng)f1=5.99 GHz和f2=12.00 GHz時，在所需頻率分量f1-fs=5.92 GHz處的功率比在f2-f1-fs=5.94 GHz處的功率小14.77 dB，于是根據(jù)式（12）和（13）可以計算得到待測PM在調(diào)制頻率為f2=12.00 GHz處的調(diào)制指數(shù)和半波電壓分別為0.359 rad和7.80 V.最后，對不同調(diào)制頻率下待測PM的調(diào)制指數(shù)和半波電壓進行測量，所得結(jié)果如圖4(b）所示.

測量MZM(DUT1）半波電壓和啁啾參數(shù)時，配置兩個微波驅(qū)動信號的頻率關(guān)系為f1=2f2+0.02，其單位為GHz.同時，調(diào)節(jié)待測MZM的偏置電壓使得所需偏置相位?=0或π.由式（7）可知：當(dāng)?=0時，A在頻率fs處的值為最大值；當(dāng)?=π時，A在頻率fs處的值為最小值.在偏置相位?為0和π這2種情況下，典型外差電譜分別如圖2(a）和2(b）所示.當(dāng)f1=16 GHz、f2=7.99 GHz、fs=70 MHz、偏置相位?=0時，所需頻率分量70 MHz處的電功率為–14.91 dBm，如圖2(a）中的第1列所示.在所需頻率分量f2-fs=7.92 GHz、f1-f2-fs=7.94 GHz這2種情況下，對應(yīng)的電功率分別為–26.67 dBm和–57.93 dBm，如圖2(a）中的第2列所示.同理，當(dāng)偏置相位?=π時，在所需頻率分量fs=70 MHz、f2-fs=7.92 GHz、f1-f2-fs=7.94 GHz這3種情況下，對應(yīng)的電功率分別為–27.89 dBm、–39.66 dBm、–49.72 dBm，如圖2(b）所示.因此，根據(jù)式（8）和（9）可以計算出待測MZM的調(diào)制指數(shù)和非對稱因子分別為mz1=0.147、mz2=-0.121、γ=0.631，再根據(jù)式（10）和（11）就可以計算出待測MZM在頻率f1=16.00 GHz處的固有啁啾參數(shù)和半波電壓分別為0.584和8.91 V.實驗中，可以根據(jù)已獲得的非對稱因子γ計算得到待測MZM的消光比為12.91 d B.值得注意的是，待測MZM在頻率f1=16.00 GHz處的頻率響應(yīng)是通過分析7.92 GHz和7.94 GHz（約為8.00 GHz）這2處的頻率分量計算得到的，從實驗上證明了輔助器件PM和PD只需一半帶寬的結(jié)論.在不同調(diào)制頻率下，所測量到的待測MZM的調(diào)制指數(shù)、半波電壓和啁啾參數(shù)分別圖3(a）和3(b）所示.從圖3(b）中可以看到，啁啾參數(shù)和半波電壓整體上是隨著頻率的增加而增大的，但是會有一些細(xì)節(jié)的波動.根據(jù)式（10）和（11）可知，這些波動本質(zhì)上是與MZM兩臂的調(diào)制指數(shù)的相對變化有關(guān)的，因此半波電壓和啁啾參數(shù)在某些頻率范圍內(nèi)呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢，也體現(xiàn)了待測MZM器件本身在射頻上的不對稱性.圖3 MZM為待測器件時用本文方法和光譜分析法測量得到的不同調(diào)制頻率下的調(diào)制指數(shù)、半波電壓和啁啾參數(shù)


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