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基于移频外差的高速光电子器件自校准高频分析

2020-08-06张尚剑王梦珂张雅丽张旨遥

应用科学学报 2020年4期
关键词:测量

张尚剑,王梦珂,张雅丽,张旨遥,刘 永

电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室,成都610054

高速电光调制器和光电探测器是光纤通信系统和无线通信系统中的核心器件. 无线通信技术结合了光和无线通信的优势,包括宽光纤带宽、低光纤损耗、低复杂度和低成本等,广泛应用于卫星通信、移动无线电通信、宽带接入、移动宽带系统和无线局域网等领域[1-2]. 在这些宽带微波应用中,电光调制器和光电探测器的高频响应特性对于精确的电-光信号转换和光-电信号转换至关重要[3].

目前,光调制器频率响应的测量方法主要有光谱分析法[4-7]、扫频法[8-10]、光学下变频法[11]. 光电探测器(photodetector, PD)频率响应的测量方法主要有脉冲激励法[12-13]、强度噪声法[14-15]、扫频法[8-9]、谐波分析法[16-18]、光外差法[19-22]. 光谱分析(optical spectrum analysis, OSA)法利用光谱分析仪分析光调制信号的光谱,最初用于测量马赫-曾德尔调制器(Mach-Zehnder modulator, MZM)和相位调制器(phase modulator, PM)的半波电压. 该方法能够直接在光域内实现MZM 和PM 的高频测试,但因为光栅光谱仪在1 550 nm 波长附近只有2.5 GHz(0.02 nm)的分辨率,所以很难在低频频段(GHz以下)工作. 使用布里渊光谱仪或者外差光谱仪可以提高分辨率,但其分辨率仍然受到光源线宽的影响. 基于光学方法测量PD 高频特性具有无需任何微波器件的优点. 例如,强度噪声法利用放大的自发辐射拍频噪声为光电探测器产生了超宽带的光激励源,但是该方法的频率稳定度和信噪比都比较低[22];光外差法利用一个或者两个可调谐激光……

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