一種相位調制器半波電壓測量系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種相位調制器半波電壓測量系統，包括偏振控制器、環形器、偏振分束器、第一法拉第反射旋轉鏡、第二法拉第反射旋轉鏡、第三法拉第反射旋轉鏡、相位調制器、驅動電源、檢偏器、光電轉換器和示波器，環形器包括三個端口；偏振分束器包括四個端口；偏振控制器的輸出端與環形器的端口A連接，環形器的端口B與偏振分束器的端口A連接，偏振分束器的端口B、端口D分別與第一法拉第反射旋轉鏡、第三法拉第反射旋轉鏡連接，偏振分束器的端口C與相位調制器的輸入端連接，相位調制器與第二法拉第反射旋轉鏡連接，驅動電源與相位調制器的控制端連接；環形器的端口C與檢偏器的輸入端連接，檢偏器的輸出端通過光電轉換器與示波器連接。
【專利說明】
-種相位調制器半波電壓測量系統
技術領域
[0001] 本發明設及光纖電路傳感領域，更具體地，設及一種相位調制器半波電壓測量系 統。
【背景技術】
[0002] 相位調制器在光通信、微波光子學等領域有廣泛的應用。電光相位調制器的基本 原理利用晶體或各向異性聚合物的光電效應，即通過改變晶體或各向異性聚合物的外加電 壓來使其折射率改變，從而改變光波相位。半波電壓是相位調制器最重要的參數之一，它表 示相位調制器引起相位延遲為η時所對應的偏置電壓的改變量，半波電壓表征了相位調制 器的調制效率和調制功耗，很大程度上決定相位調制器的性能。目前常見的4種測量電光調 制晶體半波電壓的方法是光通信模擬法，倍頻調制法，光譜分析法和極值測量法。光通信模 擬法是將調制信號轉換為聲音信號，在外調輸入處連接放音機，當調制的正弦信號被切斷 時，輸出信號通過功率輸出端口的揚聲器播放，音量由解調幅度控制，在直流電壓逐漸增大 的過程中，聲音會出現兩次音量最小并失真的現象，運兩次電壓的差值即為所測量的半波 電壓。該方法的優點是測量簡單，但是由于在測量過程中對于最小值的判斷過于粗糖，所W 測量數據的精度不高。
[0003] 倍頻調制法的基本原理是同時加載直流電壓和交流信號，當直流電壓調到輸出光 強出現極值所對應的電壓值時，輸出的交流信號將出現倍頻失真，出現倍頻失真所對應的 直流電壓之差即為半波電壓。測量方法比較精確，但是調制法對調節的的要求很高，很難調 到最佳狀態。
[0004] 光譜分析法的基本原理是利用正弦信號對待測相位調制器的光波進行調制，并將 相位調制器的輸出光信號輸入光譜分析儀進行分析，得到光波的邊帶和副載波的相對強 度，并且由此計算出相位調制器的半波電壓。但是該方法測量頻率分辨率低，所得的半波電 壓測量值少，造成某些需要測量的功率點的半波電壓無法通過直接測量得出。
[0005] 極值測量法的基本原理是不在相位調制器上加載調制信號，只加載一個直流電 壓，當逐漸改變所加載直流電壓的大小時，可W通過所設計的干設儀光路的輸出光強的大 小來判斷極值點，相鄰極大值和極小值所對應的直流電壓之差即為半波電壓。運種測量方 法相對也比較簡便，但是由于光源等因素的不穩定性，使得運種方法的測量精度有限。極值 法測量半波電壓還會有光路光程差敏感不穩定，系統復雜，成本高，易受外界環境影響等缺 點。基于薩尼亞克光纖干設儀的測量半波電壓方法解決了光路光程差敏感不穩定的問題， 由于兩路光所經過的光程一樣，所W系統穩定，但是該系統對不對稱度的要求很高，不易搭 建。

【發明內容】

[0006] 本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的缺點，提供一種相位調制器半波電 壓測量系統，該系統光路結構簡單，易于搭建，系統穩定，所設及的光路可完美保證時域匹 配，不受外界相位漂移和隨機雙折射的影響，能準確測量相位調制器的半波電壓。
[0007] 為實現W上發明目的，采用的技術方案是：
[0008] -種相位調制器半波電壓測量系統，包括偏振控制器、環形器、偏振分束器、第一 法拉第反射旋轉鏡、第二法拉第反射旋轉鏡、第Ξ法拉第反射旋轉鏡、相位調制器、驅動電 源、檢偏器、光電轉換器和示波器，其中所述環形器包括Ξ個端口，分別為端口A、端口B、端 口 C;所述偏振分束器包括四個端口，分別為端口 A、端口 B、端口 C、端口 D;
[0009] 其中偏振控制器的輸出端與環形器的端口 A連接，環形器的端口 B與偏振分束器的 端口 A連接，偏振分束器的端口 B、端口 D分別與第一法拉第反射旋轉鏡、第Ξ法拉第反射旋 轉鏡連接，偏振分束器的端口 C與相位調制器的輸入端連接，相位調制器的輸出端與第二法 拉第反射旋轉鏡連接，驅動電源與相位調制器的控制端連接；
[0010] 環形器的端口 C與檢偏器的輸入端連接，檢偏器的輸出端通過光電轉換器與示波 器連接。
[0011] 其測量半波電壓的具體過程包括W下步驟：
[0012] S1.輸入光經過偏振控制器后輸出45度線偏振光、135度線偏振光、左旋圓偏振光、 右旋圓偏振光中其中一種；
[0013] S2.輸出的偏振光通過環形器進入偏振分束器，偏振光經過偏振分束器后被分成 反射分量、投射分量；
[0014] S3.其中透射分量通過端口 C進入相位調制器，透射分量經過相位調制器調制后進 入第二法拉第反射旋轉鏡，經第二法拉第反射旋轉鏡反射后通過相位調制器首次進入偏振 分束器，經偏振分束器反射后進入第一法拉第反射旋轉鏡，透射分量經第一法拉第反射旋 轉鏡反射后第二次進入偏振分束器，經偏振分束器透射后進入第Ξ法拉第反射旋轉鏡，經 第Ξ法拉第反射旋轉鏡反射后第Ξ次進入偏振分束器，此時偏振分束器對透射分量起反射 作用；
[0015] 至于反射分量，其經偏振分束器反射后進入第Ξ法拉第反射旋轉鏡，經第Ξ法拉 第反射旋轉鏡反射后首次進入偏振分束器，此時經偏振分束器透射后反射分量進入第一法 拉第反射旋轉鏡，經第一法拉第反射旋轉鏡反射后第二次進入偏振分束器，經偏振分束器 反射后通過相位調制器進入第二法拉第反射旋轉鏡，經第二法拉第反射旋轉鏡反射后通過 相位調制器第Ξ次進入偏振分束器，偏振分束器對反射分量起透射作用，此時反射與經歷 過同樣長光路歷程的透射分量進行偏振疊加，并通過端口 A射出；
[0016] 其中，相位調制器對經過其的反射分量或透射分量進行相位調制；
[0017] S4.疊加后的偏振光通過偏振分束器的端口 A進入環形器，然后通過環形器的端口 C進入檢偏器，偏振光經過檢偏器進行投影，經過光電轉換器后形成電信號的輸出光強，輸 出光強通過示波器進行顯示，形成光強的時域分布輸出；
[0018] S5.按照等梯度值改變驅動電源向相位調制器輸出的電壓，然后重復S1~S4的操 作，并記錄輸出光強；
[0019] S6.當輸出光強出現極大值和極小值時，記錄驅動電源所加載電壓的大小，極大 值、極小值所對應的驅動電源加載電壓差的兩倍為半波電壓。
[0020] 優選地，所述偏振分束器的端口 B、端口 C、端口 D分別通過光纖與第一法拉第反射 旋轉鏡、相位調制器、第Ξ法拉第反射旋轉鏡連接，相位調制器的輸出端通過光纖與第二法 拉第反射旋轉鏡連接。
[0021 ]優選地，所述光纖為單模光纖或保偏光纖。
[0022] 與現有技術相比，本發明的有益效果是：
[0023] 本發明提供的一種半波電壓測量系統光路結構簡單，易于搭建，系統穩定，所設及 的光路可完美保證時域匹配，不受外界相位漂移和隨機雙折射的影響，能準確測量相位調 制器的半波電壓。
【附圖說明】
[0024] 圖1為測量系統的結構示意圖。
[0025] 圖2為相位分布圖，輸入連續光時，當驅動電源脈寬小于兩分量被調制的時間差 時，兩分量的相位改變W及產生的脈沖光強。
[0026] 圖3為相位分布圖，輸入連續光時，當驅動電源脈寬大于兩分量被調制的時間差 時，兩分量的相位改變W及產生的脈沖光強。
【具體實施方式】
[0027] 附圖僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制；
[0028] W下結合附圖和實施例對本發明做進一步的闡述。
[00巧]實施例1
[0030] 本實施例采用脈沖光作為輸入光，如圖1所示，本實施例中半波電壓測量系統包括 偏振控制器1、偏振無關環形器2、偏振分束器3、第一法拉第反射旋轉鏡5、第二法拉第反射 旋轉鏡7、第Ξ法拉第反射旋轉鏡4、偏振無關相位調制器6、驅動電源8、檢偏器9、光電轉換 器和示波器，其中所述環形器2包括Ξ個端口，分別為端口A、端口B、端口C;所述偏振分束器 3包括四個端口，分別為端口A、端口B、端口C、端口D;
[0031] 其中偏振控制器1的輸出端與環形器2的端口 A連接，環形器2的端口 B與偏振分束 器3的端口 A連接，偏振分束器3的端口 B、端口 D分別與第一法拉第反射旋轉鏡5、第Ξ法拉第 反射旋轉鏡4連接，偏振分束器3的端口 C與相位調制器6的輸入端連接，相位調制器6的輸出 端與第二法拉第反射旋轉鏡7連接，驅動電源8與相位調制器6的控制端連接;環形器2的端 口 C與檢偏器9的輸入端連接，檢偏器9的輸出端通過光電轉換器與示波器連接。
[0032] 測量方案如下，當輸入脈沖光經過偏振分束器3后被等概率反射和透射形成水平 分量和垂直分量，透射分量經過相位調制器即寸開始加載矩形波電壓進行相位調制，設置電 壓脈寬大于透射分量兩次經過相位調制器6的時間差，并且小于透射分量和反射分量經過 相位調制器6的時間差，同時調節其時間延遲W保證只對輸入光的其中某一分量進行調制。 兩分量的電壓差決定兩分量的相位差，相位差的不同形成不同偏振態，輸出的偏振態W及 光在某一方向的分量的相位改變取決于相位調制器6加載相位，加載的相位取決于驅動電 源所輸入的電壓，得到不同的輸出光強。不斷按照等梯度值改變驅動電源輸出的矩形波高 電平電壓的數值V，即可W改變透射分量和反射分量的相位差Δφ，當輸出光強出現極大和 極小值時，記錄下所加載的電壓大小，相鄰兩個光強極值所對應電壓的差值即為半波電壓。 由于該系統的結構，在電壓高電平期間下，脈沖光某一分量被相位調制器6調制了兩次，所 W所測得的輸出光強極大值與極小值所對應電壓差值的兩倍是半波電壓。
[0033] 實施例2
[0034] 采用連續光作為輸入光，本實施例的半波電壓測量系統和實施例1的一致。所輸入 的連續光經過偏振分束器3后分為兩個方向上的分量:透射分量和反射分量，當驅動電源8 的脈寬設置為不同特征取值時，其調制效果不同。
[0035] 當驅動電源8的脈寬設置為大于同一時刻進入偏振分束器3的兩個分量先后經過 相位調制器6的時間差。兩方向上的分量都會受同一周期的矩形波電壓調制，每個分量都會 受到相位調制器6調制兩次，產生兩次相同的相位改變，后被調制的反射分量會出現時間延 遲。同一時間點的兩個分量會出現相位差，如圖2的b、C所示。
[0036] 當設置調制電壓脈寬小于同一時刻進入偏振分束器3的兩個分量先后經過相位調 制器6的時間差，兩分量的相位變化如圖3的b、c所示。運種情況下，一個周期的矩形波電壓 只能調制某一個方向的分量兩次，另一個分量不受此周期的電壓調制。
[0037] 有相位差的地方會使輸出光強形成時域脈沖分布，如圖2的d和圖3的d所示。根據 該系統的W上輸出特點，可W不斷改變矩形波高電平電壓的數值V，即可W改變透射分量和 反射分量的相位差Δ黎，當輸出光強出現最大和最小值時，記錄下所加載的電壓大小，相鄰 兩個光強極值所對應電壓的差值的兩倍即為半波電壓。根據出現最大干設光強和最小干設 光強的輸出位置，通過記錄最大光強和最小光強所對應的調制電壓，即可得到相位調制器6 的半波電壓。
[0038] 顯然，本發明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而并非是對 本發明的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可 W做出其它不同形式的變化或變動。運里無需也無法對所有的實施方式予W窮舉。凡在本 發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明權利要求 的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種相位調制器半波電壓測量系統，其特征在于:包括偏振控制器、環形器、偏振分 束器、第一法拉第反射旋轉鏡、第二法拉第反射旋轉鏡、第三法拉第反射旋轉鏡、相位調制 器、驅動電源、檢偏器、光電轉換器和示波器，其中所述環形器包括三個端口，分別為端口A、 端口 B、端口 C;所述偏振分束器包括四個端口，分別為端口 A、端口 B、端口 C、端口 D; 其中偏振控制器的輸出端與環形器的端口 A連接，環形器的端口 B與偏振分束器的端口 A連接，偏振分束器的端口 B、端口 D分別與第一法拉第反射旋轉鏡、第三法拉第反射旋轉鏡 連接，偏振分束器的端口 C與相位調制器的輸入端連接，相位調制器的輸出端與第二法拉第 反射旋轉鏡連接，驅動電源與相位調制器的控制端連接； 環形器的端口 C與檢偏器的輸入端連接，檢偏器的輸出端通過光電轉換器與示波器連 接。2. 根據權利要求1所述的相位調制器半波電壓測量系統，其特征在于:所述偏振分束器 的端口 B、端口 C、端口 D分別通過光纖與第一法拉第反射旋轉鏡、相位調制器、第三法拉第反 射旋轉鏡連接，相位調制器的輸出端通過光纖與第二法拉第反射旋轉鏡連接。3. 根據權利要求2所述的相位調制器半波電壓測量系統，其特征在于:所述光纖為單模 光纖或保偏光纖。
【文檔編號】G01R15/24GK205484522SQ201620276898
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月1日
【發明人】陳文君, 王金東, 蘇華填, 王曉靜, 江銀珠, 魏正軍, 張智明
【申請人】華南師范大學