新型微波光子一體化測試系統研制

許向前 龔廣宇 康曉晨

（中國電子科技集團公司第十三研究所 河北省石家莊市 050001）

1 前言

微波光子學以其大帶寬、抗電磁干擾等優點成為新一代通信系統、雷達系統的解決方案。科學合理地評判微波光子系統的性能優劣將有力指引微波光子系統向著更優質方向發展。目前主要的光電測試設備，如光矢量網絡分析儀、光譜分析儀、相位噪聲分析儀等[1-11]主要是國外廠商生產。這些儀器測試精度高、環境適應性好，用戶交互界面友好。但存在的問題同樣明顯：首先是受到國際環境影響導致的銷售、售后服務受限制，價格昂貴，國產化程度低等問題。

基于此，提出一種新型微波光子一體化測試系統。該系統可對芯片級器件進行個性化定制，實現了與光矢量網絡分析儀基本一致的測試性能指標，同時具有設計簡化、體積減小、成本極低、工序減少和全國產化等優點，可滿足絕大多數光電器件測試。

2 系統介紹

本文設計的新型微波光子一體化測試系統采用微波矢量網絡分析儀與配套光電測試設備結合的方法，將待測光器件的相關參數通過電-光/光-電轉換反映在微波域進行測量[5]。如圖1(a)所示，矢量網絡分析儀輸出微波信號經穩相電纜注入光電測試設備，通過系統內的電-光調制器進行電-光轉換為光信號。攜帶調制信息的光信號經光電探測器轉換為電信號后回到矢量網絡分析儀。對光電測試設備中的電-光/光-電器件進行校準，即可得該一體化測試系統的標準校準數據。當需要測試電-光調制器時，只需斷開系統內調制器輸入輸出，將系統內置激光器的光輸出端口接至待測調制器，再將調制器輸出接至光電測試設備的探測器輸入端口，通過去嵌入已知探測器的頻率響應數據，即可得該調制器的性能指標[6]。同理，測試光電探測器時，斷開系統內探測器，將系統內置光輸出接于待測探測器，并將探測器輸出射頻接回給矢網端口，通過去嵌入已知調制器的頻率響應數據，得到該探測器的性能指標。圖1(b)(c)為分別測試電光調制器與光電探測器的內部原理圖。

3 原理分析

微波光子一體化測試系統原理框圖如圖2所示。該系統包含微波光子鏈路基本光電器件：激光器、調制器與探測器，并具有相應的光源輸入/輸出與射頻輸入/輸出接口。通過相應的接口外部接入/短接，可實現對激光器/調制器/探測器及任意組合的光電性能指標測試。通過對激光器進行驅動控制、對調制器進行偏壓控制、對探測器進行穩壓，具有良好的環境穩定性，實現基本的光電系統測試。

微波光子一體化測試系統理論分析，傳輸特性與輸入光功率的關系可表示為：

式中，η為發射模塊電光轉換的頻率響應，為電光轉換響應度，

為入射光強，m為調制系數，為加載到調制器上的電壓值。對于電光調制，R表征調制器的電光調制能力；對于光電解調，R則反映了光電探測器的響應度。

4 實驗結果

圖1

表1：測試設備與微波光子一體化測試系統性能對比表

圖2：微波光子一體化測試系統原理框圖

圖3：與測試設備測試結果對比

以某型電光調制器作為待測器件，比較光矢量網絡分析儀與一體化測試系統，測試結果如圖3(a)(b)所示。兩者在幅度與駐波測試結果均基本一致，證明了微波光子一體化測試系統在微波光子元器件測量領域的可替代性。

將微波光子一體化測試系統與光矢量網絡分析儀作指標對比，結果如表1所示。結果表明，在基本的性能指標無明顯差異的情況下，微波光子一體化測試系統在成本、可重構性、國產化率等方面均有較大優勢，可作為新一代光電測試設備使用。

5 結論

提出新型微波光子一體化測試系統可從芯片級進行微波光子器件研制，滿足測試系統核心光電器件的國產化。與光矢量網絡分析儀對相同待測器件測試對比，兩者測試結果基本一致。與光矢量網絡分析儀相比，兩者在工作頻率范圍、發射/接收機波長、相對頻率不確定度等重要指標方面均一致，而在功能、成本等方面具有極大優勢，因此可作為新一代微波光子測試系統進行光電器件測試。