[发明专利]一种具有时域分析能力的光器件频响测量方法及装置

说明书

本发明公开了一种具有时域分析能力的光器件频响测量方法，对单频光信号进行去相干处理，并以所得到的低相干光信号作为光载波，使用基于微波光子的光矢量分析方法对包含复数个待测光器件的光链路进行频响测量，得到所述复数个待测光器件的叠加频响信息，最后在时域中从所述叠加频响信息中分离出各待测光器件的频响信息。本发明还公开了一种具有时域分析能力的光器件频响测量装置。相比现有技术，本发明可同时测量一条链路中多个待测光器件，兼具很高的时域分辨率和频域分辨率。

技术领域

本发明涉及一种光器件频响测量方法，尤其涉及一种具有时域分析能力的光器件频响测量方法及装置。

背景技术

光器件的频率响应测量(包括幅度响应、相位响应等)是光器件在研发、生产过程中不可或缺的步骤。

常用的光器件频响测量方法主要有扫频干涉法、基于微波光子的光矢量分析技术两种。扫频干涉法中最常用的两种分别是光谱仪和基于扫频干涉法的光矢量分析技术。光谱仪通常利用扫频激光器和光功率计测量待测光器件的幅度响应(D.Derickson,C.Hentschel,and J.Vobis.Fiber Optic Test and Measurement[M].Prentice Hall,1998,Chap.1.8.1.)这种方法简单且利于实现，但其分辨率受限，且只能测量幅度响应。基于扫频干涉法的光矢量分析技术使用不同偏振态的扫频光测量待测光器件的矩阵传输函数(Dawn K.Gifford,Brian J.Soller,Matthew S.Wolfe,and Mark E.Froggatt.Opticalvector network analyzer for single-scan measurements of loss,group delay,andpolarization mode dispersion[J].Applied Optics,2005,44(34):7282-7286.),这种方法可以测量待测光器件完整的频率响应，包括幅相响应、偏振响应等，但分辨率依然受扫频激光器的限制(典型值200MHz)，精度受扫频非线性度影响，且成本较高。

基于微波光子的光矢量分析技术，通过将微波信号经电光调制器调制到光载波上，从而将精细的微波扫频变为精细的光扫频，克服了传统使用扫频激光器的光矢量分析技术频域分辨率低的缺点，常用的方法包括基于光单边调制和基于光双边带调制两种。基于光单边带调制的光矢量分析技术使用单边带进行精细扫频(Pan,S.Xue,M.Ultrahigh-resolution optical vector analysis based on optical single-sidebandmodulation[J].Journal of Lightwave Technology,2017,35(4):836–845.)，理论上分辨率可以达到亚赫兹，但由于高阶边带引入杂散的影响，限制了动态范围。基于光双边带的光矢量分析技术利用声光移频器引入一中频信号，生成非对称双边带信号，避免了高阶边带引入的杂散，动态范围得到提高，同时使用光频梳作为光源，可大大提高测量频谱范围，目前的带宽可以达到1THz,同时频域分辨率可以达到334Hz，(T.Qing,S.Li,Z.Tang,B.Gao,and S.Pan.Optical vector analysis with attometer resolution,90-dB dynamicrange and THz bandwidth[J].Nature Communications,2019,10,5135.)，但这种方法成本非常高。

近年来，随着复杂光子系统的广泛应用，如光控波束形成网络、长距离光纤通信、海底水听器阵列等，对具有时域分辨能力的光器件频响测量技术提出了需求。然而现有测量方法只能测量单一传输路径的整体响应，或者对单一待测光器件进行测量，不能分辨并提取出光子系统中的各个待测光器件的频率响应，不能同时测量在一条链路中的多个待测光器件，也不能定位待测光器件在链路中的具体位置，在一些特定场景中使用受限，如判断待测器件中是否出现断点。

发明内容