Y波导调制器半波电压测试方法技术

本发明专利技术设及一种Ｙ波导调制器半波电压测试方法及装置。本发明专利技术将待测Ｙ波导接入萨格纳克（Ｓａｇｎａｃ）干涉仪光路，形成完整的萨格纳克（Ｓａｇｎａｃ）干涉仪；将周期为４τ、阶梯高度相等，每个阶梯宽度为τ的数字阶梯波加在Ｙ波导的调制电极上，用Ａ／Ｄ技术将探测器输出波形上０～τ区间的电平Ｖ１和τ～４τ区间的电平Ｖ２的差作为判据；由低到高改变阶梯高度，用计算机计算Ｖ１和Ｖ２的差，当这个差为０时，记下阶梯高度值，根据阶梯高度值和半波电压的关系可准确得到Ｙ波导的半波电压值。这种方法容易实现，精度高。光功率的变化、光路损耗和光路中存在的各种位相误差对测量的准确性都没有影响。可实现Ｙ波导半波电压的高精度全自动测量。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种Y波导调制器半波电压测试方法及装置。
技术介绍
Y波导电光调制器12(以下简称Y波导)是闭环光纤陀螺(FOG)中的重要元件之一，在FOG光路中起着滤模(偏振器)、分合光(耦合器)和相位调制(调制器)的作用，其基本结构如图1所示，图中波导1 4是用质子交换工艺在LiNbO3晶体基片13上生成的光波导，电极16通过镀模工艺集成在波导两侧，光的输入和输出通过保偏光纤15耦合。给电极加上电调制波后，通过LiNbO3的电光效应，实现对波导中传输光波相位的调制。作为一种电光器件，其特性参数有分光比、损耗、偏振串音、背向散射、半波电压、带宽和强度调制等，前四项为光特性，后三项为电特性，它们都直接或间接地影响FOG的性能，其中半波电压是Y波导的关键参数，指在调制光路中产生180度相移所需的调制电压。它的变化将直接引起FOG的标度因数的非线性，准确地测定并确定它的变化规律对提高陀螺的性能非常重要且必须的。目前对半波电压的测量方法有偏振干涉法和变振幅正弦波调制法两种，由耿凡、宋强、李彩芬等撰写的论文《偏振干涉法测量相位调制半波电压电压》(耿凡，宋强，李彩芬.偏振干涉法测量相位调制半波电压电压.光纤陀螺论文集(一)，航空航天工业部，1990.)中公开了偏振干涉法的工作原理，它是基于波导中两个偏振模的干涉，当在调制臂上加上正弦波时，输出信号将会随正弦波的幅度变化，通过波形的变化便可确定半波电压值。现在，被测对象为质子交换工艺制成的Y波导，在波导中只有一个偏振模式传播，不可能发生偏振模的干涉，显然，这种方法不适用；而发表在《中国激光》(1994年第6期)由杨远洪、马静、张惟叙等合写的文献《PZT光纤相位调制器的变振幅调制测试技术》(YANG Yuan-hong，MA Jing，ZHANGWei-xu.The PZT optical fiber phase modulation testing with varyingamplitude modulation.CHINESE JOURNAL OF LASER，Vol.B3，No.6，Dec.1994.)中公开的是一种变振幅正弦波调制法，它是用调制器和光纤耦合器形成了一个马赫-曾德尔(MZ)干涉仪，在调制臂上加上变振幅的正弦波，经过专用的调制解调电路，测量输出信号的零点所对应的电压值，通过计算得到半波电压。虽然此种方法对调制器结构没有特殊的要求，也适合对Y波导的测量，但在这个方法中，由于它是基于MZ干涉仪的，测试过程比较复杂，而且这种干涉仪对环境变化很敏感，因此在这种方法也存在测量不稳定和精度低的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是，提供一种能精确测定Y波导调制器半波电压的方法和一种自动数字式的测量装置。本专利技术的技术解决方案是，由超辐射二极管(SLD)及其驱动电路4、探测器及前放电路5、数字信号发生电路6、接口、控制及信号采集电路3组成的专用电路2，与光纤环18、光纤耦合器9及微处理系统1及待测Y波导12组成萨格纳克(Sagnac)干涉仪，SLD及其驱动电路4内包括一个SLD，SLD发出的宽谱光经光纤耦合器9进入待测Y波导调制器12，光经Y波导分两路在光纤环18中沿相反的方向传输，这两路光再次在Y波导调制器12相遇并发生干涉，干涉光经耦合器9，光纤8进入探测器5；数字信号发生器6产生周期为4τ(τ为光在光纤环中的传播一圈所需时间，)、阶梯宽度为τ、阶梯高度相等的阶梯波21，加在待测Y波导12电极16上，对通过波导的光波相位进行调制；以探测器5输出波形23上0～τ区间的电平V1和τ～4τ区间的电平V2的差作为判据，在这个差首次为0时，记录阶梯高度值，这个值是半波电压的1/2，将此值乘2便得到半波电压值；通过A/D技术将V1和V2的值量化，通过标准接口送入微处理系统处理；微处理系统完成信号的收集、判断并控制阶梯波阶梯的高度和记录输出测量结果。微处理系统1的处理步骤包括1)对光源驱动电路初始化的步骤；2)对A/D采集电路初始化的步骤；3)对数字信号发生器产生的阶梯波进行初始化的步骤；4)使阶梯波高度从0增加到1/2半波电压的步骤；5)量化锯齿波电平V1、V2，求出V1、V2的差值，并判断差值是否为零，是，进入下一步，否，则重复第4的步骤；6)记录阶梯高度Vstep值的步骤；7)计算半波电压Vπ的步骤；8)保存并输出测量结果。本专利技术采用由SLD及驱动电路4、探测器及前放电路5、数字信号发生电路6、接口、控制及信号采集电路3组成的专用电路2，与光纤环18、光纤耦合器9和微处理系统1及待测Y波导12组成萨格纳克干涉仪，它是一种互易结构的干涉仪，此种干涉仪容易实现而且信号很稳定，因此容易实现Y波导半波电压的准确测量；本专利技术用探测器5的输出波形23中电平V1和V2的差作为判据实现Y波导半波电压的测量，光源SLD的光功率的变化和光路损耗的变化对测量的准确性没有影响；本专利技术利用了萨格纳克(Sagnac)干涉仪输出信号的周期性，通过测量全波电压实现半波电压的测量，光路中的各种位相误差对测量过程和结果都没有影响；本专利技术采用周期为4τ的数字阶梯波进行调制，在V1和V2的差近似为0时，V1和V2的差对阶梯的高度的变化最敏感，在以V1和V2的差作为判据时，可非常精确地确定半波电压值。本专利技术完全通过数字技术实现，可实现半波电压的高精度全自动测量。附图说明图1为本专利技术测量装置示意图；图2为本专利技术半波电压测量波形图；图3为本专利技术信号处理流程图。具体实施例方式本专利技术的测量装置由微处理系统1、专用电路2、光纤耦合器9、光纤环18、待测器件12组成。微处理系统1承担测试流程控制和结果显示记录的工作，可以是计算机、单片机或其它具有上述功能的微处理系统，在本例中，采用了一台计算机；专用电路2包括SLD及驱动电路4，探测器及前放电路5和数字信号发生电路6，接口、控制及信号采集电路3，这些部分连同电源都封装在一起，并安装在专用盒中；SLD及驱动电路4为系统提供宽谱稳定光源，SLD为外购产品，驱动电路也为通用电路；探测器及前放电路5由带前放的探测器组件实现；数字信号发生电路6可方便地由数字电路实现。接口、控制及信号采集电路3完成专用电路2与微处理系统1的数据和信息的传输和波形23上电平V1和V2的量化，在本例中使用标准RS232接口实现数据交换，采用通用12位A/D转换器实现V1和V2的量化；SLD发出光经光纤7进入耦合器9，耦合器为光纤耦合器，分光比为50∶50，经过耦合器后光被一分为二，一部分从空头10输出，另一部分经光纤11进入待测Y波导调制器12；光经Y波导后被分为两等分并被调制，从Y波导传出的两束光通过光纤17a和17b进入光纤环18；光纤环18是将光纤缠绕在骨架上形成的，其长度根据Y波导的使用场合决定，一般可为500米到1000米，进入光纤环的光沿相反的方向传输，光在光纤环中的传输时间为τ(τ＝nL/C，n为光纤的等效折射率，L为光纤环长度，C为真空中的光速)，通过光纤17a和17b再次在Y波导12中会合并发生干涉；干涉光经光纤11、耦合器9、光纤8进入探测器及前放电路5，探测器及前放电路5的输出电信号送入信号采集电路3，测量波形23中V1和V2的量化值通过接口3实时送入计算机进行处理；数字信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ｙ波导调制器半波电压的测试方法，其特征是，将待测Ｙ波导接入光路，与光纤、光纤环及专用电路组成萨格纳克干涉仪，专用电路发出周期为４τ、阶梯宽度为τ、阶梯高度相等的阶梯波加在待测Ｙ波导电极上，由小到大增加阶梯高度，以输出波形上０～τ区间的电平和τ～４τ区间的电平的差作为判据，在这个差首次为０时，记录阶梯高度值，将此值乘以２得到半波电压值。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨远洪，张惟叙，马静，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]