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技術(shù)分享
【技術(shù)分享】基于掃描光源的相干光譜分析儀
來源: | 作者:hltoptical | 發(fā)布時(shí)間: 2018-12-29 | 5787 次瀏覽 | 分享到:

眾所周知,電磁波有四個(gè)基本參量:幅值、頻率、相位和偏振態(tài)。那么對(duì)于光信號(hào),它的幅值代表了亮度,頻率代表了顏色。其中亮度很容易通過光功率計(jì)來測量,簡單的波長值可以通過光譜儀或者波長計(jì)來檢測。市面上光譜儀基于光纖光柵原理其分辨率一般是20pm2GHz),即使是波長計(jì)也只有1pm100MHz)。隨著科學(xué)研究的發(fā)展,光譜儀更高精細(xì)度的檢測越來越受到大家的歡迎。下面簡單介紹一款基于高速掃描光源的相干光譜分析儀,其分辨率理論值可以到KHz級(jí)別,而且由于相干接收機(jī)的高靈敏度,該方案也可以直觀檢測微弱光信號(hào)的精細(xì)光譜。

由于光通信技術(shù)的高速發(fā)展,波長連續(xù)可調(diào)諧光源和相干接收機(jī)技術(shù)已十分成熟。可調(diào)諧光源的線寬常規(guī)100KHz級(jí)別(特殊的20KHz),外腔激光器的掃描速度一般62.5GHz/s,后面根據(jù)這些參數(shù)會(huì)估算其光譜分辨率。相干光譜分析儀結(jié)構(gòu)圖如下:

 

 備注:掃描光源可工作在感興趣的波長范圍;平衡相干探測可盡大可能減小探測噪聲,提高測量信噪比。

首先假設(shè)輸入光信號(hào)如下:

  


Ast)為輸入光信號(hào)強(qiáng)度,υs為光頻率,Фst)為光相位

本征光信號(hào)如下:


ALot)為輸入光信號(hào)強(qiáng)度,υLo為光頻率,ФLot)為光相位

假定低通濾波器的瞬態(tài)響應(yīng)為高斯形態(tài),則差分探測光電流如下:

    R為光電探測器靈敏度,ψ為輸入光和本征光的耦合相位,γ是頻率掃描速率

    根據(jù)此可很容易分析出待測輸入光光譜。

那么相干光譜分析儀的光譜分辨率如何來估算呢,首先其主要取決于本振光線寬和低通濾波器的帶寬,具體關(guān)系如下:

       


若低通濾波器帶寬是500kHzγ是62.5GHz,那么光譜分辨率接近125KHz。

實(shí)驗(yàn)條件:

本征光:波長范圍C段,保偏輸出功率20mw,線寬100KHz,掃描速度62.5GHz/s,相對(duì)強(qiáng)度噪聲<-155dB/Hz

待測光:1550nm單頻激光

低通濾波器:帶寬500KHz

ADC:采樣速率5MHz,采樣精度12位,對(duì)應(yīng)采樣間隔31.25KHz(高于光譜分辨率)

測試結(jié)果:

光電流響應(yīng)曲線:


輸入光譜:

很顯然,光電流的響應(yīng)曲線和理論值很接近,其強(qiáng)度正比于cos(πγt2+ψ)

另外如果輸入光的相位變化是線性變化,那么該方法還可以一起將其提取出來。但是實(shí)際情況由于本征光在掃描時(shí)其相位并不連續(xù),特別是在大范圍掃描。

下面是調(diào)制后RZ和NRZ光譜對(duì)比圖:

普通光譜儀測試圖:


   10Gb/s RZ                                                    10Gb/s NRZ


      相干光譜分析儀:
2.5Gb/s RZ                                                2.5Gb/sNRZ






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