[发明专利]一种电光采样测量波形修正方法及系统

说明书

本发明涉及一种电光采样测量波形修正方法及系统，该方法包括：确定EOS系统测量波形的数学模型；采用高斯函数拟合出EOS系统测量波形中的主信号和反射信号；将最小二乘算法结合到高斯函数拟合过程中，拟合出最逼近EOS系统实际测量波形的曲线，得到EOS系统测量波形的最优控制参数；利用所述最优控制参数重构反射信号，并从EOS系统测量波形中扣除重构的反射信号，从而得到修正后的EOS系统测量波形。本发明提供的技术方案，通过构建反射信号波形，科学合理地修正了测量波形中主信号波形与反射信号波形的重合叠加问题，从EOS系统实际测量波形中有效恢复了被测主信号波形，有效解决了测量波形失真问题，进而实现了PD产生的高速脉冲波形参数的计量溯源。

技术领域

本发明涉及电光采样技术领域，具体涉及一种电光采样测量波形修正方法及系统。

背景技术

随着高速计算和无线宽带通信的发展，时域宽带测量技术已广泛应用于基带和射频领域信号的测试及产品的研发，宽带取样示波器的带宽也从50GHz逐渐提升至100GHz。由于“Nose-to-nose”(NTN)校准技术测量原理的局限性，已不能满足宽带取样示波器量值溯源的需求。随着利用光电手段生成高速脉冲技术的进步，国际上先进计量实验室(美国NIST、德国PTB、英国NPL等)又逐渐回归到标准脉冲法的技术路线来实现宽带示波器瞬态响应参数的量值溯源。目前，高端的商用PD(Photodetector，PD，光电探测器)可以产生带宽达100GHz的高速脉冲信号。然而，PD产生的高速脉冲的上升时间虽然快于宽带取样示波器的瞬态响应时间，但也无法满足标准脉冲上升时间与被测比值达1/3的溯源要求。根据信号与系统原理，如果PD产生的高速脉冲波形经过有效溯源测量，再从取样示波器的测量结果中利用反卷积技术将其扣除，就可以得到取样示波器的系统响应函数，进一步可以计算出取样示波器的瞬态响应量值，从而绕开了1/3溯源条件导致的技术瓶颈。因此，计量PD产生的高速脉冲波形就成为了瞬态响应量值溯源的关键技术。而应用EOS(Electro-opticSampling，EOS，电光采样)技术可以实现PD产生的高速脉冲波形参数的计量溯源。

EOS测量系统的原理框图如图1所示，飞秒脉冲激光器输出光束分为两路，一路光束用于激励PD产生皮秒级电脉冲信号，经微波探针传输到以电光效应晶体(钽酸锂LiTaO3)为基底的共面波导(CPW)上；另一路光束作为采样光，经可变延迟光路和会聚透镜入射到CPW的传输线间隙内。利用等效时间采样原理，按固定步长增加延迟光路的位移量，实现被测脉冲信号不同相位点的采样测量。利用晶体折射率随电场变化呈线性关系的原理，通过测量采样光透射偏振态的变化量，计算得到被测脉冲信号某一相位点在CPW上的电压变化量。最终，按延迟时序将所有相位点的电压测量结果合成，重构出脉冲信号的时域波形，再经数字信号处理技术计算得到脉冲上升时间等波形参数，从而实现超高速脉冲信号波形参数的量值溯源。

应用EOS技术测量高速脉冲的时域波形，除了PD产生的高速脉冲主峰值波形外，通常还有一个或多个小幅度的峰值波形分布于主峰值波形附近，有些甚至与主峰值波形有较大部分的重合，在相同采样时刻点产生了波形幅度的叠加，从而造成了测量波形结果的失真。这些造成波形失真的影响因素通常是由于EOS技术测量原理产生的，例如，由于CPW表面传输线终端阻抗的不匹配，传输的高速波形在传输线终端将产生反射，反射波形可能会出现在主峰值波形附近甚至叠加；而且CPW基底晶片具有一定厚度，采样光垂直入射晶片后会产生折射，在晶片内传输的折射光到达下表面时会产生透射和反射，透射光将被平衡探测器探测并由锁相放大器输出测量结果，而反射光虽然功率较弱，仍会在到达晶片上表面时再次反射到下表面，进而透射出并被平衡探测器探测，最终也会在时域测量波形的主峰值附近产生反射波形。综合阻抗失配和采样光多次反射等因素的影响，皆会造成时域测量波形的失真，而失真的波形将不能用于表征被测PD的系统函数，不能有效反应被测PD的上升时间和带宽等参数指标，进而也无法应用其作为宽带取样示波器瞬态响应参数的溯源标准。

对于EOS测量系统来说，阻抗失配和采样光多次反射对测量结果的影响是EOS技术本身固有的不确定度引入分量，通过改进CPW的加工工艺和调节光路可以一定程度上减小不确定度分量，但改善程度有限且成本较高。