一種波導(dǎo)電光開關(guān)陣列的線性度測量裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光電檢測儀器與儀表領(lǐng)域，具體涉及一種波導(dǎo)電光開關(guān)陣列的線性度測量裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]波導(dǎo)電光開關(guān)陣列是光纖通信領(lǐng)域的關(guān)鍵器件，具有光域路由、光路切換、光路保護等作用，在光上、下路復(fù)用以及光交叉連接等設(shè)備或模塊中均具有廣泛的應(yīng)用。這類器件的優(yōu)點是響應(yīng)速度快，可達納秒量級，比如基于極化聚合物材料及線性電光效應(yīng)的波導(dǎo)電光開關(guān)，以及基于化合物半導(dǎo)體材料及載流子色散效應(yīng)的波導(dǎo)電光開關(guān)。
[0003]一般情況下，波導(dǎo)光開關(guān)應(yīng)工作于開關(guān)狀態(tài)，即在開關(guān)信號作用下，該類器件輸出數(shù)字信號，此時衡量其性能的主要指標包括開關(guān)電壓、插入損耗、消光比等。同時，該類器件也可工作于調(diào)制狀態(tài)，即在模擬信號作用下，該類器件輸出模擬調(diào)制信號，此時衡量器件性能的主要指標是線性度。線性度的常規(guī)測定方法為:將頻率為4和f2的調(diào)制信號疊加后施加在電光開關(guān)上，利用光電探測器將激光器輸出的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，利用頻譜分析儀測定光開關(guān)響應(yīng)信號中主頻分量(頻率為fjPf2)與三階內(nèi)調(diào)噪聲分量(頻率為2f1-f2和2f2-fi)的功率差(用分貝表示)；逐步調(diào)小調(diào)制信號的幅度，當輸出的三階內(nèi)調(diào)噪聲的水平低于系統(tǒng)噪聲水平時，得到的主頻分量與三階內(nèi)調(diào)噪聲分量的功率差即為電光開關(guān)的線性度。當電光開關(guān)制備、封裝完成后，需要測試其線性度特性，以便為該類器件的小信號調(diào)制應(yīng)用提供技術(shù)參考。然而，根據(jù)對現(xiàn)有波導(dǎo)電光開關(guān)方面的文獻和專利檢索情況，人們一般采用分立的設(shè)備構(gòu)建測試系統(tǒng)來測試電光開關(guān)的線性度特性，但大多測試設(shè)備價格昂貴、測試過程復(fù)雜、測試速度慢、對操作人員的技術(shù)水平要求高，并沒有一體化、專用型電光開關(guān)線性度測試裝置方面的相關(guān)報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服傳統(tǒng)的線性度測試系統(tǒng)和方法存在的缺陷，提供一種波導(dǎo)電光開關(guān)陣列的線性度測量裝置及方法，根據(jù)器件測試需要，該裝置可自動產(chǎn)生雙頻調(diào)制信號以及直流偏置信號，將其相疊加后施加到電光開關(guān)的各電極上；自動調(diào)節(jié)調(diào)制信號幅度，計算光開關(guān)特定端口所輸出調(diào)制信號的頻譜特性，并計算主頻分量與三階內(nèi)調(diào)噪聲分量的功率差值；最終，根據(jù)系統(tǒng)的噪聲水平，確定光開關(guān)特定輸出端口的線性度。本發(fā)明為波導(dǎo)電光開關(guān)陣列的線性度測試與表征提供了解決方案。
[0005]本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案為:
[0006]一種波導(dǎo)電光開關(guān)陣列的線性度測量裝置，由DSP主控單元、信號處理單元、CAN總線、光纖輸入、驅(qū)動單元I?M、電壓輸出I?M組成；各單元之間的連接關(guān)系為:光纖輸入與采集單元的輸入端相連；采集單元的輸出端和DSP主控單元相連；驅(qū)動單元I?M和DSP主控單元經(jīng)由CAN總線相互連接；DSP主控單元的正弦波DDS模塊(fl)的輸出端與驅(qū)動單元I?M的乘法器模塊Al?AM均相連；DSP主控單元的正弦波DDS模塊(f2)的輸出端與驅(qū)動單元I?M的乘法器模塊BI?BM均相連；電壓輸出I?M分別和驅(qū)動單元I?M的加法器模塊I?M相連；
[0007]DSP主控單元由參數(shù)設(shè)置模塊、顯示模塊、CAN驅(qū)動模塊、驅(qū)動映射表模塊、輔助模塊、DSP處理器模塊、正弦波DDS模塊(f\)、正弦波DDS模塊(f2)組成；各模塊的連接關(guān)系為:參數(shù)設(shè)置模塊、顯示模塊、驅(qū)動映射表模塊、輔助模塊、CAN驅(qū)動、正弦波DDS模塊況)、正弦波DDS模塊(f2)均與DSP處理器模塊直接相連；CAN驅(qū)動模塊的差分信號線與CAN總線相連；正弦波DDS模塊(f\)、正弦波DDS模塊(f2)的輸出端均與驅(qū)動單元I?M相連；
[0008]信號處理單元由光電轉(zhuǎn)換模塊、前置放大模塊、主放大模塊、AD模塊組成；各模塊的連接關(guān)系為:光電轉(zhuǎn)換模塊的輸入端與光纖輸入相連；光電轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與前置放大模塊的輸入端相連；前置放大模塊的輸出端與主放大模塊的輸入端相連；主放大模塊的輸出端與AD模塊的輸入端相連；AD模塊的輸出端與DSP主控單元的DSP處理器模塊相連；
[0009]驅(qū)動單元I?M的結(jié)構(gòu)均相同，由CAN驅(qū)動模塊I?M、DSP驅(qū)動模塊I?M、偏置信號產(chǎn)生模塊I?M、DA模塊Al?AM、DA模塊BI?BM、乘法器模塊Al?AM、乘法器模塊BI?BM、Bias-Tee模塊I?M、加法器模塊I?M組成；各模塊之間的連接關(guān)系為:CAN驅(qū)動模塊I?M的差分信號線均與CAN總線相連，CAN驅(qū)動模塊I?M的輸入端分別與DSP驅(qū)動模塊I?M相連；DSP驅(qū)動模塊I?M分別與偏置信號產(chǎn)生模塊I?M的輸入端、DA模塊Al?AM的輸入端及DA模塊BI?BM的輸入端相連；DA模塊Al?AM的輸出端及正弦波DDS模塊(D的輸出端分別與乘法器模塊Al?AM的兩個輸入端相連；乘法器模塊Al?AM的輸出端及偏置信號產(chǎn)生模塊I?M的輸出端分別與Bias-Tee模塊I?M的兩個輸入端相連；DA模塊BI?BM的輸出端及正弦波DDS模塊(f2)的輸出端分別與乘法器模塊BI?BM的兩個輸入端相連；Bias_Tee模塊I?M的輸出端及乘法器模塊BI?BM的輸出端分別與加法器模塊I?M的兩個輸入端相連；加法器模塊I?M的輸出端作為電壓輸出I?M ;
[0010]CAN總線由差分信號線CANH和CANL、匹配電阻I和2組成，其連接關(guān)系為:CANH和CANL的兩端分別經(jīng)由匹配電阻I和2相互連接。
[0011]優(yōu)選地，DSP主控單元中，DSP處理器模塊的主控芯片型號為TMS320F28335 ;CAN驅(qū)動模塊的核心器件型號為PCA82C250 ;驅(qū)動映射表模塊的核心器件型號為24LC256 ;正弦波DDS模塊(fl)的核心器件為高集成度直接數(shù)字頻率合成器，其型號為AD9851，該模塊輸出的標準幅度、頻率為的正弦波波信號提供給驅(qū)動單元I?M ;正弦波DDS模塊(f2)的核心器件為高集成度直接數(shù)字頻率合成器，其型號為AD9851，該模塊輸出的標準幅度、頻率為4的正弦波信號提供給驅(qū)動單元I?M ;輔助模塊包括JTAG接口電路、SRAM存儲器電路、上電復(fù)位電路及晶振電路，其中SRAM存儲器電路的核心器件型號為IS61LV51216，其容量為8Mbit ;上電復(fù)位電路的核心器件型號為MAX811 ;顯示模塊為IXD 12864 ;參數(shù)設(shè)置模塊采用4個獨立式按鍵；
[0012]DSP驅(qū)動單元中，DSP驅(qū)動模塊I?M采用的主控芯片型號為TMS320F28335 ；CAN驅(qū)動模塊I?M的核心器件型號為PCA82C250 ;加法器模塊I?M的核心器件型號為OP37 ；乘法器模塊Al?AM及乘法器模塊BI?BM的核心器件型號為AD633 ；Bias-Tee模塊I?M的交流耦合電容為電解電容，大小為100 μ F，旁路電容為獨石電容，型號為100，直流耦合電感采用閉磁式功率電感，型號為102 ；DA模塊Al?AM、DA模塊BI?BM及偏置信號產(chǎn)生模塊I?M的核心器件型號均為LTC1655，其參考電壓由AD780提供；其它輔助電路包括JTAG接口電路、SRAM存儲器電路、上電復(fù)位電路及晶振電路，其中SRAM電路的核心器件型號為IS61LV51216，其容量為8Mbit ;上電復(fù)位電路的核心器件型號為MAX811 ；
[0013]信號處理單元中，光電轉(zhuǎn)換模塊的光敏器件型號為J23-181-R01M-2.2，電流-電壓轉(zhuǎn)換和放大器件的型號為ADA4000 ;前置放大模塊和主放大模塊的核心放大器件的型號均為OP37 ；AD模塊采用12位串行模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，型號為AD7866。
[0014]一種波導(dǎo)電光開關(guān)陣列的線性度測量方法，包括以下步驟: