基于移频外差的高速光电子器件自校准高频分析
发布时间：2021-01-08 04:00
高速光电子器件是大容量光通信系统和宽带微波光子系统的基础,器件的高频响应测量对于实现电光和光电转换具有重要的意义.为此,基于光外差理论提出了移频外差方法用于实现从光域光谱到电域电谱的映射,在电域获得光谱和电谱的联合分析.实验中,通过配置电域谱线的频率关系,利用移频外差将所需光载波和边带从光域映射到电域,实现了高速马赫-曾德尔调制器、相位调制器和光电探测器的自校准高频测试,获得了马赫-曾德尔调制器的调制指数、半波电压和啁啾参数、相位调制器的调制指数、半波电压以及光电探测器的响应度等多种高频参数.结果表明,该方法具有宽频段、高分辨率、多参数、自校准测试的优点.
【文章来源】：应用科学学报. 2020,38(04)北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
本文所提出的自校准频率响应测量方法的原理图
图2 MZM为待测器件时所需频率分量处测量的外差电谱测量PM(DUT2）半波电压时，配置两个微波驱动信号的频率关系为f2=2f1+0.02，其单位为GHz.图4(a）显示了所需频率分量f1-fs和f2-f1-fs这2处的外差电谱.例如，当f1=5.99 GHz和f2=12.00 GHz时，在所需频率分量f1-fs=5.92 GHz处的功率比在f2-f1-fs=5.94 GHz处的功率小14.77 dB，于是根据式（12）和（13）可以计算得到待测PM在调制频率为f2=12.00 GHz处的调制指数和半波电压分别为0.359 rad和7.80 V.最后，对不同调制频率下待测PM的调制指数和半波电压进行测量，所得结果如图4(b）所示.
测量MZM(DUT1）半波电压和啁啾参数时，配置两个微波驱动信号的频率关系为f1=2f2+0.02，其单位为GHz.同时，调节待测MZM的偏置电压使得所需偏置相位?=0或π.由式（7）可知：当?=0时，A在频率fs处的值为最大值；当?=π时，A在频率fs处的值为最小值.在偏置相位?为0和π这2种情况下，典型外差电谱分别如图2(a）和2(b）所示.当f1=16 GHz、f2=7.99 GHz、fs=70 MHz、偏置相位?=0时，所需频率分量70 MHz处的电功率为–14.91 dBm，如图2(a）中的第1列所示.在所需频率分量f2-fs=7.92 GHz、f1-f2-fs=7.94 GHz这2种情况下，对应的电功率分别为–26.67 dBm和–57.93 dBm，如图2(a）中的第2列所示.同理，当偏置相位?=π时，在所需频率分量fs=70 MHz、f2-fs=7.92 GHz、f1-f2-fs=7.94 GHz这3种情况下，对应的电功率分别为–27.89 dBm、–39.66 dBm、–49.72 dBm，如图2(b）所示.因此，根据式（8）和（9）可以计算出待测MZM的调制指数和非对称因子分别为mz1=0.147、mz2=-0.121、γ=0.631，再根据式（10）和（11）就可以计算出待测MZM在频率f1=16.00 GHz处的固有啁啾参数和半波电压分别为0.584和8.91 V.实验中，可以根据已获得的非对称因子γ计算得到待测MZM的消光比为12.91 d B.值得注意的是，待测MZM在频率f1=16.00 GHz处的频率响应是通过分析7.92 GHz和7.94 GHz（约为8.00 GHz）这2处的频率分量计算得到的，从实验上证明了辅助器件PM和PD只需一半带宽的结论.在不同调制频率下，所测量到的待测MZM的调制指数、半波电压和啁啾参数分别图3(a）和3(b）所示.从图3(b）中可以看到，啁啾参数和半波电压整体上是随着频率的增加而增大的，但是会有一些细节的波动.根据式（10）和（11）可知，这些波动本质上是与MZM两臂的调制指数的相对变化有关的，因此半波电压和啁啾参数在某些频率范围内呈现先减小后增大的趋势，也体现了待测MZM器件本身在射频上的不对称性.图3 MZM为待测器件时用本文方法和光谱分析法测量得到的不同调制频率下的调制指数、半波电压和啁啾参数
本文编号：2963868
【文章来源】：应用科学学报. 2020,38(04)北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
本文所提出的自校准频率响应测量方法的原理图
图2 MZM为待测器件时所需频率分量处测量的外差电谱测量PM(DUT2）半波电压时，配置两个微波驱动信号的频率关系为f2=2f1+0.02，其单位为GHz.图4(a）显示了所需频率分量f1-fs和f2-f1-fs这2处的外差电谱.例如，当f1=5.99 GHz和f2=12.00 GHz时，在所需频率分量f1-fs=5.92 GHz处的功率比在f2-f1-fs=5.94 GHz处的功率小14.77 dB，于是根据式（12）和（13）可以计算得到待测PM在调制频率为f2=12.00 GHz处的调制指数和半波电压分别为0.359 rad和7.80 V.最后，对不同调制频率下待测PM的调制指数和半波电压进行测量，所得结果如图4(b）所示.
测量MZM(DUT1）半波电压和啁啾参数时，配置两个微波驱动信号的频率关系为f1=2f2+0.02，其单位为GHz.同时，调节待测MZM的偏置电压使得所需偏置相位?=0或π.由式（7）可知：当?=0时，A在频率fs处的值为最大值；当?=π时，A在频率fs处的值为最小值.在偏置相位?为0和π这2种情况下，典型外差电谱分别如图2(a）和2(b）所示.当f1=16 GHz、f2=7.99 GHz、fs=70 MHz、偏置相位?=0时，所需频率分量70 MHz处的电功率为–14.91 dBm，如图2(a）中的第1列所示.在所需频率分量f2-fs=7.92 GHz、f1-f2-fs=7.94 GHz这2种情况下，对应的电功率分别为–26.67 dBm和–57.93 dBm，如图2(a）中的第2列所示.同理，当偏置相位?=π时，在所需频率分量fs=70 MHz、f2-fs=7.92 GHz、f1-f2-fs=7.94 GHz这3种情况下，对应的电功率分别为–27.89 dBm、–39.66 dBm、–49.72 dBm，如图2(b）所示.因此，根据式（8）和（9）可以计算出待测MZM的调制指数和非对称因子分别为mz1=0.147、mz2=-0.121、γ=0.631，再根据式（10）和（11）就可以计算出待测MZM在频率f1=16.00 GHz处的固有啁啾参数和半波电压分别为0.584和8.91 V.实验中，可以根据已获得的非对称因子γ计算得到待测MZM的消光比为12.91 d B.值得注意的是，待测MZM在频率f1=16.00 GHz处的频率响应是通过分析7.92 GHz和7.94 GHz（约为8.00 GHz）这2处的频率分量计算得到的，从实验上证明了辅助器件PM和PD只需一半带宽的结论.在不同调制频率下，所测量到的待测MZM的调制指数、半波电压和啁啾参数分别图3(a）和3(b）所示.从图3(b）中可以看到，啁啾参数和半波电压整体上是随着频率的增加而增大的，但是会有一些细节的波动.根据式（10）和（11）可知，这些波动本质上是与MZM两臂的调制指数的相对变化有关的，因此半波电压和啁啾参数在某些频率范围内呈现先减小后增大的趋势，也体现了待测MZM器件本身在射频上的不对称性.图3 MZM为待测器件时用本文方法和光谱分析法测量得到的不同调制频率下的调制指数、半波电压和啁啾参数
本文编号：2963868
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/2963868.html
