專利名稱：集成電光相位調(diào)制器電光相位調(diào)制系數(shù)測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖陀螺傳感器中信號(hào)的處理方法，尤其是涉及一種集成電光相位調(diào)制器電光相位調(diào)制系數(shù)測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
電光相位調(diào)制系數(shù)是用于衡量集成電光相位調(diào)制器調(diào)制性能的一個(gè)參數(shù)，其定義為相位調(diào)制器產(chǎn)生的光相位調(diào)制和加載在其電極上面電壓的比值。使得集成電光相位調(diào)制器產(chǎn)生π相位所需要在調(diào)制電極上加載的電壓稱為半波電壓，半波電壓和電光相位調(diào)制系數(shù)為描述相位調(diào)制器相位調(diào)制系數(shù)的等效參數(shù)。
集成電光相位調(diào)制器工作原理為電光晶體的一階電光效應(yīng)在電場(chǎng)的作用下電光晶體的折射率發(fā)生改變，折射率的改變量和所加電場(chǎng)的強(qiáng)度成正比。而光傳播通過(guò)電光晶體的相位延遲又和電光晶體的折射率成正比，從而施加的電場(chǎng)給通過(guò)電光晶體傳播的光引入一個(gè)和電場(chǎng)強(qiáng)度成正比的附加相移?？刂萍虞d在集成電光相位調(diào)制器電極的電壓大小，即可改變集成電光相位調(diào)制器的內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)光束施加一個(gè)由外加電場(chǎng)所決定的相位調(diào)制。電光相位調(diào)制系數(shù)這一參數(shù)常用來(lái)描述這個(gè)相位調(diào)制過(guò)程中的調(diào)制效率。
在光纖傳感領(lǐng)域中，常利用各種光學(xué)干涉儀來(lái)測(cè)量各種微弱信號(hào)。測(cè)量過(guò)程中，需要將被測(cè)信號(hào)，如振動(dòng)、溫度、轉(zhuǎn)動(dòng)及位移等轉(zhuǎn)化為光相位，測(cè)量光相位來(lái)測(cè)量被測(cè)信號(hào)；而由于光頻很高，光相位目前也是無(wú)法直接測(cè)量的量，需要通過(guò)光干涉將光相位轉(zhuǎn)化為光強(qiáng)，測(cè)量光強(qiáng)來(lái)得到相位，再推算得到被測(cè)信號(hào)。
光學(xué)干涉儀的響應(yīng)函數(shù)如下I＝I0(1+cosφ)，其中φ為被測(cè)信號(hào)對(duì)應(yīng)的相位I0為光源光強(qiáng)，I為在系統(tǒng)的輸出光強(qiáng)，該響應(yīng)函數(shù)為余弦函數(shù)。而余弦函數(shù)在零信號(hào)附近，即φ≈0時(shí)靈敏度最小，而且為非線性響應(yīng)，無(wú)法分辨正負(fù)相位。工作在此處附近的光纖傳感系統(tǒng)在測(cè)量微弱信號(hào)時(shí)最不靈敏，為非線性響應(yīng)，無(wú)法區(qū)分正負(fù)，導(dǎo)致了微弱信號(hào)測(cè)量的不準(zhǔn)確。為了改善光纖傳感系統(tǒng)檢測(cè)微弱信號(hào)的性能，需要通過(guò)相位偏置改善其響應(yīng)函數(shù)。
相位偏置即在系統(tǒng)中通過(guò)集成電光相位調(diào)制器引入一個(gè)附加的相位，使得干涉儀工作點(diǎn)離開(kāi)最不靈敏的零相位附近，而是到另外一個(gè)相對(duì)靈敏的偏置點(diǎn)上。相位偏置干涉儀的響應(yīng)函數(shù)為I＝I0[1+cos(φbias+φ)]，其中φbias為偏置相位。在π/2相位偏置時(shí)，光學(xué)干涉儀系統(tǒng)具有最大靈敏度，此時(shí)系統(tǒng)響應(yīng)函數(shù)為I＝I0[1+cos(π/2+φ)]＝I0(1+sinφ)，為正弦函數(shù)，在小信號(hào)輸入，即φ≈0時(shí)具有最大靈敏度，并且在為線性響應(yīng)，可以區(qū)分正負(fù)相位，保證了小信號(hào)測(cè)試下的準(zhǔn)確性和線性度，從而可以準(zhǔn)確的測(cè)量得到微弱信號(hào)。
相位偏置需要有很高的穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度，否則相位偏置的誤差會(huì)轉(zhuǎn)換為被測(cè)信號(hào)的誤差。偏置的穩(wěn)定度通過(guò)改善集成電光相位調(diào)制器的偏置電路的穩(wěn)定性實(shí)現(xiàn)。相位偏置通過(guò)電壓偏置獲得，利用一個(gè)穩(wěn)定電壓偏置，精確知道調(diào)制器的電光相位調(diào)制系數(shù)，即可準(zhǔn)確計(jì)算得到什么樣的電壓偏置能夠產(chǎn)生準(zhǔn)確的π/2相位偏置，從而實(shí)現(xiàn)偏置的準(zhǔn)確性，偏置的穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度決定了微弱信號(hào)測(cè)試結(jié)果的穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度。
現(xiàn)有的集成相位電光調(diào)制器電光相位調(diào)制系數(shù)測(cè)試方法，一般都是利用光學(xué)干涉儀中的馬赫曾德干涉儀進(jìn)行測(cè)試，但利用馬赫曾德干涉儀的測(cè)量結(jié)果精度較差。隨著傳感技術(shù)的發(fā)展，在更精密的傳感測(cè)試中，例如水聲測(cè)量、振動(dòng)測(cè)量等應(yīng)用中，需要測(cè)量毫弧度甚至微弧度量級(jí)的相位，也即幾十到幾百個(gè)ppm(百萬(wàn)分之一)的測(cè)量精度的量級(jí)，利用馬赫曾德干涉儀得到的電光相位調(diào)制系數(shù)精度不能滿足這種應(yīng)用，需要一個(gè)相對(duì)測(cè)量精度可達(dá)幾十到幾百個(gè)ppm的新的電光相位調(diào)制系數(shù)測(cè)量方法。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)目前光纖傳感技術(shù)研究中，原有集成電光調(diào)制器相位調(diào)制器電光相位調(diào)制系數(shù)測(cè)試方法精度較差，不能滿足高精度傳感測(cè)量中的應(yīng)用，需要能夠更準(zhǔn)確地測(cè)量電光相位調(diào)制系數(shù)的新的測(cè)量方法，以滿足高精度傳感測(cè)量中應(yīng)用的現(xiàn)狀，本發(fā)明的目的在于提供一種集成電光相位調(diào)制器電光相位調(diào)制系數(shù)測(cè)量方法，以實(shí)現(xiàn)電光相位調(diào)制系數(shù)的精密快速測(cè)量。
發(fā)明原理利用光學(xué)干涉儀中的賽格奈克光纖干涉儀測(cè)試被測(cè)集成電光相位調(diào)制器的電光相位調(diào)制系數(shù)將被測(cè)集成電光相位調(diào)制器通過(guò)光纖環(huán)、光源、光電探測(cè)器構(gòu)成賽格奈克光纖干涉儀，被測(cè)集成電光相位調(diào)制器起相位調(diào)制作用。
利用幅度為±V/2，周期T大于兩倍賽格奈克干涉儀渡越時(shí)間tao，即T＞2tao的方波作為系統(tǒng)的調(diào)制波，表示如下mod_wave(t)=+V/2......kT<t≤(k+1/2)T,k∈Z-V/2......(k+1/2)T<t≤(k+1)T,k∈Z---(1)]]>
賽格奈克光纖干涉儀的相位調(diào)制為時(shí)延差分調(diào)制，實(shí)際的調(diào)制電壓為mod(t)＝mod_wave(t)-mod_wave(t-tao) (2)由于調(diào)制周期大于兩倍系統(tǒng)特征周期，結(jié)合(1)(2)可得到mod(t)=0......kT<t≤(k+1/2)T-tao+V......(k+1/2)T-tao<t≤(k+1/2)T0......(k+1/2)T<t≤(k+1)T-tao-V......(k+1)T-tao<t≤(k+1)T,k∈Z(3)]]>光纖賽格奈克干涉儀，在相位調(diào)制下的輸出信號(hào)如下，其中Koe即為所測(cè)的電光相位調(diào)制系數(shù)，mod(t)為相位調(diào)制的調(diào)制電壓I(t)＝I0{1+cos[Koemod(t)]} (4)若T＞2tao，則mod(t)取三個(gè)值mod(T)＝0，±V，此時(shí)系統(tǒng)輸出為 從式子(5)可知此時(shí)系統(tǒng)輸出I(t)為周期方波，方波的高低電平分別為I1＝2I0和I2＝I0(1+cos KoeV)，該方波的周期為調(diào)制方波周期的一半T/2。I1和I2分別對(duì)應(yīng)于零相位調(diào)制和KoeV相位調(diào)制下的輸出，根據(jù)測(cè)量I1和I2即可計(jì)算得到獲得電光相位調(diào)制系數(shù)Koe。根據(jù)I1和I2的表達(dá)式可得Koe=acos(2I2-I1I1)/V···(6)]]>電光相位系數(shù)的測(cè)量精度和分辨率由I1和I2的測(cè)量精度所決定，而I1為零調(diào)制下的輸出，為固定電平，而I2不是固定電平，I2的測(cè)量精度和誤差決定了Koe的測(cè)量精度&誤差，為求I2對(duì)Koe的導(dǎo)數(shù)，可以得到測(cè)量的靈敏度為dI2/dKoe＝-VI1/2*sinKoeV (7)當(dāng)I1/2*VsinKoeV最大，即KoeV＝π/2為時(shí)測(cè)量具有最大的靈敏度。此時(shí)有
dKoeKoe=12πdI2I2···(6)]]>式子(8)說(shuō)明了兩個(gè)關(guān)系Koe與I2測(cè)量相對(duì)精度和分辨率的關(guān)系，Koe和I2之間的誤差傳遞關(guān)系。首先Koe的精度和相對(duì)分辨率為I2精度和分辨率的1/2π倍，其次Koe測(cè)量誤差為I2測(cè)量誤差的1/2π倍，從而Koe測(cè)量準(zhǔn)確度為I2的2π倍。對(duì)電壓采用12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC，I2的相對(duì)分辨率和相對(duì)誤差為250ppm，從而Koe則可獲得40ppm的相對(duì)分辨率，對(duì)于典型集成電光相位調(diào)制器，半波電壓在4伏左右，Koe≈0.76弧度/V，用該方法測(cè)試可以獲得0.16毫伏的半波電壓的分辨率，相當(dāng)0.03毫弧度/伏的分辨率。進(jìn)一步采用更高位數(shù)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，增加I1和I1的測(cè)量精度，可以進(jìn)一步提高電光相位調(diào)制系數(shù)的精度。
最大靈敏度在KoeV＝π/2獲得，從而測(cè)試過(guò)程分為兩部分進(jìn)行，第一部分先對(duì)干涉儀進(jìn)行相位調(diào)制，調(diào)制方波幅度從零開(kāi)始，按照0.1伏的步長(zhǎng)遞增，同時(shí)檢測(cè)輸出方波信號(hào)的高低電平差，記下輸出信號(hào)達(dá)到谷底時(shí)的電壓為Vπ/2，Vπ/2為半波電壓的粗略測(cè)試值；再用固定調(diào)制方波的幅值為Vπ/2/2對(duì)干涉儀進(jìn)行相位調(diào)制，由于時(shí)延差分調(diào)制的結(jié)果，此時(shí)調(diào)制相位在干涉儀靈敏度最高π/2相位處，具有最大的測(cè)量分辨率和最高測(cè)量精度。Vπ/2和實(shí)際數(shù)值誤差小于0.1伏，不影響最終測(cè)量結(jié)果的分辨率和測(cè)量精度。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案的步驟如下(1)構(gòu)建賽格奈克光纖干涉儀，將被測(cè)量的集成電光相位調(diào)制器作為光纖干涉儀中的相位調(diào)制器，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行相位調(diào)制；(2)在被測(cè)量的集成電光相位調(diào)制器的電極上加載周期方波信號(hào)，對(duì)光纖干涉儀進(jìn)行相位調(diào)制，調(diào)制方波的周期大于賽格奈克干光纖涉儀渡越時(shí)間的兩倍；(3)賽格奈克光纖干涉儀在(2)步驟中方波調(diào)制信號(hào)下輸出方波信號(hào)，通過(guò)采樣電路采樣該輸出方波信號(hào)的高低電平的大小，相減得到輸出方波電平差；(4)重復(fù)(2)、(3)步驟，調(diào)制方波幅度從零開(kāi)始，按照一定步長(zhǎng)增加，通過(guò)采樣電路采樣得到對(duì)應(yīng)于每一調(diào)制方波幅度調(diào)制下輸出信號(hào)高低電平，計(jì)算得到相應(yīng)電平差，找出該電平差值最小時(shí)對(duì)應(yīng)的調(diào)制方波幅度，記為Vπ/2；(5)固定調(diào)制方波電壓為Vπ/2/2對(duì)賽格奈克光纖干涉儀進(jìn)行調(diào)制，采樣此時(shí)系統(tǒng)的輸出信號(hào)的高低電平數(shù)值，計(jì)算得到其電光相位調(diào)制系數(shù)值；通過(guò)改善輸出信號(hào)測(cè)量的準(zhǔn)確度和精度改進(jìn)電光相位系數(shù)的測(cè)量精度和準(zhǔn)確度。
構(gòu)建賽格奈克光纖干涉儀，將被測(cè)量的相位調(diào)制器作為干涉儀中的相位調(diào)制器，該賽格奈克光纖干涉儀由激光二極管、分束器、相位調(diào)制器、光電探測(cè)器和光纖環(huán)構(gòu)成，其中相位調(diào)制器為被測(cè)集成電光相位調(diào)制器。
在被測(cè)試集成電光相位調(diào)制器電極上加載周期方波信號(hào)，對(duì)賽格奈克光纖干涉儀進(jìn)行調(diào)制，所加載方波信號(hào)的周期大于為賽格奈克光纖干涉儀渡越時(shí)間的兩倍，且方波幅度可控，當(dāng)方波周期為四倍干涉儀的渡越時(shí)間時(shí)具有最佳的測(cè)試結(jié)果。
賽格奈克光纖干涉儀在方波調(diào)制信號(hào)下輸出信號(hào)為方波信號(hào)，方波信號(hào)高電平持續(xù)時(shí)間為調(diào)制方波周期一半與渡越時(shí)間的差，方波的低電平持續(xù)時(shí)間為光纖干涉儀的渡越時(shí)間；通過(guò)采樣電路采樣輸出信號(hào)的高低電平的數(shù)值，相減得到輸出方波電平差。
重復(fù)(2)、(3)步驟，調(diào)制方波幅度從零開(kāi)始，按照一定步長(zhǎng)增加，采樣光纖干涉儀輸出信號(hào)中高低電平數(shù)值，相減得到對(duì)應(yīng)與各個(gè)調(diào)制方波幅度的電平差，找出電平差最大時(shí)對(duì)應(yīng)的調(diào)制方波幅度，記為Vπ/2；調(diào)制方波電平遞增步長(zhǎng)小于0.1伏；Vπ/2為光纖干涉儀的半波電壓的一半，Vπ/2的測(cè)量精度不影響最終的電光相位調(diào)制系數(shù)測(cè)量精度。
固定調(diào)制方波電壓為Vπ/2/2對(duì)賽格奈克光纖干涉儀進(jìn)行調(diào)制，采樣系統(tǒng)此時(shí)的輸出信號(hào)的高低電平數(shù)值，分別記為I1和I2，按照如下公式計(jì)算得到電光相位調(diào)制系數(shù)值為Koe=acos(2I2-I1I1)/Vπ/2,]]>其中αcos為反余弦函數(shù)。
測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度和精度由I1和I2的測(cè)量準(zhǔn)確度和精度決定；本發(fā)明中電光相位調(diào)制系數(shù)測(cè)量結(jié)果相對(duì)誤差小于40ppm，絕對(duì)誤差小于0.03毫弧度/伏；提高采樣電路的采樣精度，改善I1和I2測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確度和精度可提高電光相位調(diào)制系數(shù)的測(cè)量準(zhǔn)確度和精度。
本發(fā)明具有的有益效果是提出采用光纖賽格奈克光纖干涉儀，測(cè)量集成電光相位調(diào)制器電光相位調(diào)制系數(shù)的方法，其測(cè)量結(jié)果相對(duì)誤差小于40ppm，絕對(duì)誤差小于0.03毫弧度/伏，并可進(jìn)一步提高該精度，從而為光纖傳感中檢測(cè)微弱信號(hào)對(duì)電光相位調(diào)制系數(shù)測(cè)量準(zhǔn)確度的要求提供一個(gè)測(cè)試方法，以滿足高精密傳感中的測(cè)試要求。


圖1是典型測(cè)試系統(tǒng)組成原理框圖；圖2是賽格奈克光纖干涉儀輸出歸一化信號(hào)和調(diào)制相位的關(guān)系；圖3是賽格奈克光纖干涉儀的時(shí)延差分調(diào)制原理。
圖中11、光源，12、光電探測(cè)器，13、分束器，14、分束器，15后續(xù)的電路處理部分、，16集成電光相位調(diào)制器、，17光纖環(huán)，18調(diào)制信號(hào)發(fā)生器。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明圖1是典型測(cè)試系統(tǒng)組成原理框圖被測(cè)試的集成電光相位調(diào)制器16和光源11、光電探測(cè)器12、分束器13和14及光纖環(huán)17構(gòu)成了光學(xué)賽格余克光纖干涉儀；光源11發(fā)出的光由系統(tǒng)第一個(gè)分束器13分為兩束，其中一束通過(guò)光纖到達(dá)第二個(gè)分束器14，又被一分為二，并注入到光纖環(huán)17的兩端中，分別沿著光纖環(huán)17的順時(shí)針和逆時(shí)針?lè)较騻鞑ィ⑹艿郊呻姽庀辔徽{(diào)制器16的時(shí)延差分調(diào)制，調(diào)制的波形由調(diào)制信號(hào)發(fā)生器18所產(chǎn)生。經(jīng)過(guò)時(shí)延差分調(diào)制的光，在分別傳播以后重新匯合并相互干涉，干涉光從分束器14被反向分束，其中一部分沿光纖到達(dá)第一個(gè)分束器13，并再次被一分為二，部分光達(dá)到光電探測(cè)器12，由探測(cè)器光電轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，而電信號(hào)則由后續(xù)的信號(hào)采集電路15進(jìn)行信號(hào)濾波放大以及采樣轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。
該方法的步驟如下(1)構(gòu)建賽格奈克光纖干涉儀，將被測(cè)量的集成電光相位調(diào)制器作為光纖干涉儀中的相位調(diào)制器，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行相位調(diào)制；(2)在被測(cè)量的集成電光相位調(diào)制器的電極上加載周期方波信號(hào)，對(duì)光纖干涉儀進(jìn)行相位調(diào)制，調(diào)制方波的周期大于賽格奈克干光纖涉儀渡越時(shí)間的兩倍；(3)賽格奈克光纖干涉儀在(2)步驟中方波調(diào)制信號(hào)下輸出方波信號(hào)，通過(guò)采樣電路采樣該輸出方波信號(hào)的高低電平的大小，相減得到輸出方波電平差；(4)重復(fù)(2)、(3)步驟，調(diào)制方波幅度從零開(kāi)始，按照一定步長(zhǎng)增加，通過(guò)采樣電路采樣得到對(duì)應(yīng)于每一調(diào)制方波幅度調(diào)制下輸出信號(hào)高低電平，計(jì)算得到相應(yīng)電平差，找出該電平差值最小時(shí)對(duì)應(yīng)的調(diào)制方波幅度，記為Vπ/2；(5)固定調(diào)制方波電壓為Vπ/2/2對(duì)賽格奈克光纖干涉儀進(jìn)行調(diào)制，采樣此時(shí)系統(tǒng)的輸出信號(hào)的高低電平數(shù)值，計(jì)算得到其電光相位調(diào)制系數(shù)值；通過(guò)改善輸出信號(hào)測(cè)量的準(zhǔn)確度和精度改進(jìn)電光相位系數(shù)的測(cè)量精度和準(zhǔn)確度。
構(gòu)建賽格奈克光纖干涉儀，將被測(cè)量的相位調(diào)制器作為干涉儀中的相位調(diào)制器，該賽格奈克光纖干涉儀由激光二極管、分束器、相位調(diào)制器、光電探測(cè)器和光纖環(huán)構(gòu)成，其中相位調(diào)制器為被測(cè)集成電光相位調(diào)制器。
在被測(cè)試集成電光相位調(diào)制器電極上加載周期方波信號(hào)，對(duì)賽格奈克光纖干涉儀進(jìn)行調(diào)制，所加載方波信號(hào)的周期大于為賽格奈克光纖干涉儀渡越時(shí)間的兩倍，且方波幅度可控，當(dāng)方波周期為四倍干涉儀的渡越時(shí)間時(shí)具有最佳的測(cè)試結(jié)果。
賽格奈克光纖干涉儀在方波調(diào)制信號(hào)下輸出信號(hào)為方波信號(hào)，方波信號(hào)高電平持續(xù)時(shí)間為調(diào)制方波周期一半與渡越時(shí)間的差，方波的低電平持續(xù)時(shí)間為光纖干涉儀的渡越時(shí)間；通過(guò)采樣電路采樣輸出信號(hào)的高低電平的數(shù)值，相減得到輸出方波電平差。
重復(fù)(2)、(3)步驟，調(diào)制方波幅度從零開(kāi)始，按照一定步長(zhǎng)增加，采樣光纖干涉儀輸出信號(hào)中高低電平數(shù)值，相減得到對(duì)應(yīng)與各個(gè)調(diào)制方波幅度的電平差，找出電平差最大時(shí)對(duì)應(yīng)的調(diào)制方波幅度，記為Vπ/2；調(diào)制方波電平遞增步長(zhǎng)小于0.1伏；Vπ/2為光纖干涉儀的半波電壓的一半，Vπ/2的測(cè)量精度不影響最終的電光相位調(diào)制系數(shù)測(cè)量精度。
固定調(diào)制方波電壓為Vπ/2/2對(duì)賽格奈克光纖干涉儀進(jìn)行調(diào)制，采樣系統(tǒng)此時(shí)的輸出信號(hào)的高低電平數(shù)值，分別記為I1和I2，按照如下公式計(jì)算得到電光相位調(diào)制系數(shù)值為Koe=acos(2I2-I1I1)/Vπ/2,]]>其中αcos為反余弦函數(shù)。
測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度和精度由I1和I2的測(cè)量準(zhǔn)確度和精度決定；本發(fā)明中電光相位調(diào)制系數(shù)測(cè)量結(jié)果相對(duì)誤差小于40ppm，絕對(duì)誤差小于0.03毫弧度/伏；提高采樣電路的采樣精度，改善I1和I2測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確度和精度可提高電光相位調(diào)制系數(shù)的測(cè)量準(zhǔn)確度和精度。
圖2是賽格奈克光纖干涉儀輸出歸一化信號(hào)和調(diào)制相位的關(guān)系，其橫坐標(biāo)調(diào)制相位，縱坐標(biāo)為歸一化的強(qiáng)度。干涉儀的響應(yīng)函數(shù)為余弦函數(shù)，在最大信號(hào)輸出點(diǎn)1時(shí)，相位調(diào)制為π，對(duì)應(yīng)的調(diào)制電壓為被測(cè)試集成電光相位調(diào)制器半波的粗略值Vπ；得到Vπ以后再用Vπ/2的電壓對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行相位調(diào)制，并進(jìn)行下一步的電光調(diào)制系數(shù)的測(cè)量，此時(shí)具有最大的測(cè)試精度。粗測(cè)過(guò)程中調(diào)制電壓增加步長(zhǎng)為0.1伏，從而Vπ/2的誤差值小于0.05伏，Vπ/2和實(shí)際半波電壓的值不影響系統(tǒng)的最終的測(cè)試精度。
圖3是賽格奈克光纖干涉儀的時(shí)延差分調(diào)制原理，其中橫坐標(biāo)對(duì)應(yīng)于時(shí)間。曲線3為在被測(cè)集成電光相位調(diào)制器調(diào)制電極上所加的調(diào)制電壓信號(hào)，其周期大于四倍賽格奈克干涉儀的渡越時(shí)間，幅度為Vπ/4。曲線4為調(diào)制電壓信號(hào)曲線3的時(shí)延信號(hào)，時(shí)延大小為2，等于賽格奈克干涉儀的渡越時(shí)間。曲線5為干涉儀受到的時(shí)延差分調(diào)制信號(hào)，其值等于調(diào)制信號(hào)3和調(diào)制信號(hào)3的時(shí)延信號(hào)4的差值。調(diào)制信號(hào)周期大于四倍光纖陀螺的渡越時(shí)間，可知此時(shí)時(shí)延差分調(diào)制信號(hào)5有四個(gè)區(qū)間，分別為0調(diào)制的51區(qū)間，Vπ/2調(diào)制的52區(qū)間，0調(diào)制的53區(qū)間，-Vπ/2調(diào)制的54區(qū)間。曲線6為在時(shí)延差分調(diào)制信號(hào)下5的干涉儀輸出信號(hào)，由于余弦函數(shù)為偶函數(shù)，52和54區(qū)間輸出的信號(hào)相同，從而此時(shí)系統(tǒng)的輸出信號(hào)為方波信號(hào)，且方波信號(hào)周期為調(diào)制信號(hào)3的一半。0相位調(diào)制對(duì)應(yīng)的為高電平區(qū)61，±Vπ/2調(diào)制輸出的為低電平區(qū)62。對(duì)高電平區(qū)61和低電平區(qū)62分布進(jìn)行采樣得到I1和I2，結(jié)合此時(shí)的調(diào)制電壓為Vπ/2，通過(guò)上述公式即可獲得系統(tǒng)的電光相位調(diào)制系數(shù)為Koe=acos(2I2-I1I1)/V]]>
權(quán)利要求
1.集成電光相位調(diào)制器電光相位調(diào)制系數(shù)測(cè)量方法，其特征在于該方法的步驟如下(1)構(gòu)建賽格奈克光纖干涉儀，將被測(cè)量的集成電光相位調(diào)制器作為光纖干涉儀中的相位調(diào)制器，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行相位調(diào)制；(2)在被測(cè)量的集成電光相位調(diào)制器的電極上加載周期方波信號(hào)，對(duì)光纖干涉儀進(jìn)行相位調(diào)制，調(diào)制方波的周期大于賽格奈克干光纖涉儀渡越時(shí)間的兩倍；(3)賽格奈克光纖干涉儀在(2)步驟中方波調(diào)制信號(hào)下輸出方波信號(hào)，通過(guò)采樣電路采樣該輸出方波信號(hào)的高低電平的大小，相減得到輸出方波電平差；(4)重復(fù)(2)、(3)步驟，調(diào)制方波幅度從零開(kāi)始，按照一定步長(zhǎng)增加，通過(guò)采樣電路采樣得到對(duì)應(yīng)于每一調(diào)制方波幅度調(diào)制下輸出信號(hào)高低電平，計(jì)算得到相應(yīng)電平差，找出該電平差值最小時(shí)對(duì)應(yīng)的調(diào)制方波幅度，記為Vπ/2；(5)固定調(diào)制方波電壓為Vπ/2/2對(duì)賽格奈克光纖干涉儀進(jìn)行調(diào)制，采樣此時(shí)系統(tǒng)的輸出信號(hào)的高低電平數(shù)值，計(jì)算得到其電光相位調(diào)制系數(shù)值；通過(guò)改善輸出信號(hào)測(cè)量的準(zhǔn)確度和精度改進(jìn)電光相位系數(shù)的測(cè)量精度和準(zhǔn)確度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成電光相位調(diào)制器電光相位調(diào)制系數(shù)測(cè)量方法，其特征在于構(gòu)建賽格奈克光纖干涉儀，將被測(cè)量的相位調(diào)制器作為干涉儀中的相位調(diào)制器，該賽格奈克光纖干涉儀由激光二極管、分束器、相位調(diào)制器、光電探測(cè)器和光纖環(huán)構(gòu)成，其中相位調(diào)制器為被測(cè)集成電光相位調(diào)制器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成電光相位調(diào)制器電光相位調(diào)制系數(shù)測(cè)量方法，其特征在于在被測(cè)試集成電光相位調(diào)制器電極上加載周期方波信號(hào)，對(duì)賽格奈克光纖干涉儀進(jìn)行調(diào)制，所加載方波信號(hào)的周期大于為賽格奈克光纖干涉儀渡越時(shí)間的兩倍，且方波幅度可控，當(dāng)方波周期為四倍干涉儀的渡越時(shí)間時(shí)具有最佳的測(cè)試結(jié)果。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成電光相位調(diào)制器電光相位調(diào)制系數(shù)測(cè)量方法，其特征在于賽格奈克光纖干涉儀在方波調(diào)制信號(hào)下輸出信號(hào)為方波信號(hào)，方波信號(hào)高電平持續(xù)時(shí)間為調(diào)制方波周期一半與渡越時(shí)間的差，方波的低電平持續(xù)時(shí)間為光纖干涉儀的渡越時(shí)間；通過(guò)采樣電路采樣輸出信號(hào)的高低電平的數(shù)值，相減得到輸出方波電平差。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成電光相位調(diào)制器電光相位調(diào)制系數(shù)測(cè)量方法，其特征在于重復(fù)(2)、(3)步驟，調(diào)制方波幅度從零開(kāi)始，按照一定步長(zhǎng)增加，采樣光纖干涉儀輸出信號(hào)中高低電平數(shù)值，相減得到對(duì)應(yīng)與各個(gè)調(diào)制方波幅度的電平差，找出電平差最大時(shí)對(duì)應(yīng)的調(diào)制方波幅度，記為Vπ/2；調(diào)制方波電平遞增步長(zhǎng)小于0.1伏；Vπ/2為光纖干涉儀的半波電壓的一半，Vπ/2的測(cè)量精度不影響最終的電光相位調(diào)制系數(shù)測(cè)量精度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成電光相位調(diào)制器電光相位調(diào)制系數(shù)測(cè)量方法，其特征在于固定調(diào)制方波電壓為Vπ/2/2對(duì)賽格奈克光纖干涉儀進(jìn)行調(diào)制，采樣系統(tǒng)此時(shí)的輸出信號(hào)的高低電平數(shù)值，分別記為I1和I2，按照如下公式計(jì)算得到電光相位調(diào)制系數(shù)值為Koe=acos(2I2-I1I1)/Vπ/2,]]>其中acos為反余弦函數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成電光相位調(diào)制器電光相位調(diào)制系數(shù)測(cè)量方法，其特征在于測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度和精度由I1和I2的測(cè)量準(zhǔn)確度和精度決定；本發(fā)明中電光相位調(diào)制系數(shù)測(cè)量結(jié)果相對(duì)誤差小于40ppm，絕對(duì)誤差小于0.03毫弧度/伏；提高采樣電路的采樣精度，改善I1和I2測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確度和精度可提高電光相位調(diào)制系數(shù)的測(cè)量準(zhǔn)確度和精度。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種集成電光相位調(diào)制器電光相位調(diào)制系數(shù)測(cè)量方法，利用賽格奈克光纖干涉儀作為測(cè)量裝置，通過(guò)被測(cè)集成電光相位調(diào)制器對(duì)該光纖干涉儀進(jìn)行相位調(diào)制；所用相位調(diào)制信號(hào)為方波信號(hào)，調(diào)制方波周期大于兩倍賽格奈克光纖干涉儀的渡越時(shí)間；先將調(diào)制方波的幅度從零值開(kāi)始，按照固定電壓步長(zhǎng)線性增加，對(duì)于每個(gè)方波幅度，光纖干涉儀的輸出為也為有高低電平的方波信號(hào)，由采樣電路采樣得到輸出高低電平信號(hào)的數(shù)值，計(jì)算其電平差，當(dāng)此電平差達(dá)到最大值時(shí)對(duì)應(yīng)的調(diào)制方波的幅度記為V
文檔編號(hào)G01J9/02GK101046411SQ20071006813
公開(kāi)日2007年10月3日 申請(qǐng)日期2007年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月19日
發(fā)明者劉承, 陳杏藩, 舒曉武 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)