1.本技术涉及光电仪器测量技术领域，尤其涉及一种全光纤高速光电探测器冲激响应测量装置和方法。
背景技术：2.光电探测器作为基础的光敏传感器件，对其冲激响应的精确测量能够使其根据应用要求进行适配使用。随着高速光电探测器在光通信、信号处理及测量系统中的广泛应用，对其冲激响应的测量要求也逐渐提高，而传统方法中采用的采样示波器带宽最高只能达到100ghz。光学测量方法的测量相对于电学测量高2-3个数量级，其中电光采样方法能实现更小的时间分辨率。传统的电光采样系统以空间光为主，空间光系统搭建过程中需要光学对准，且稳定性相对较差，所以这一测量方法在实际使用场景中具有一定的局限性。
技术实现要素：3.本技术提出一种全光纤高速光电探测器冲激响应测量装置和方法，用于解决传统电光采样空间光系统需要光学对准，系统复杂和不稳定，采样示波器测量高速光电探测器冲激响应时存在带宽限制的问题。
4.本技术实施例提供一种全光纤高速光电探测器冲激响应测量装置，包括飞秒激光器、光纤偏振器、光纤延时线、光纤环形器、第一光纤偏振控制器、第二光纤偏振控制器、电光采样头、光纤偏振分束器、平衡光电探测器和锁相放大器。
5.所述飞秒激光器输出分束后，一束耦合至待测光电探测器产生电脉冲信号。一束耦合至所述光纤偏振器，先后送入所述光纤延时线、第一光纤偏振控制器，使偏振方向与所述电光采样头电光材料的切向平行后，送入所述光纤环形器。
6.所述电光采样头粘贴在光纤端口，垂直光纤传输方向端面镀高反射膜，反射来自光纤环形器的偏振光，同时探测光电探测器产生电脉冲信号。
7.反射光经第二光纤偏振控制器产生的椭圆偏振光送入所述光纤偏振分束器，再经所述平衡光电探测器转变为电信号后送入锁相放大器。
8.优选的，还包括控制和计算单元，所述控制和计算单元分别与所述光纤延时线和锁相放大器连接，用于分别控制所述光纤延时线的延时量和锁相放大器的逐样采点。
9.进一步优选的，还包括传输线，所述传输线与待测光电探测器输出连接，作为电脉冲信号的传输载体。
10.优选的，本发明还包括负载，所述负载与传输线连接，用于减少传输线上电脉冲信号的反射。
11.优选的，所述飞秒激光器输出波长1550nm，脉冲宽度100fs，信号重复频率100mhz。
12.优选的，所述飞秒激光器输出的信号连接至锁相放大器作为其参考信号。
13.优选的，所述电光采样头位于所述传输线上方5-10μm处。
14.优选的，所述电光采样头采用镀了高反膜的litao3材料，利用光学固化胶直接粘
贴在光纤端口上。
15.本技术实施例还提供一种全光纤高速光电探测器冲激响应测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
16.飞秒激光器输出分束为第一路光和第二路光；
17.所述第一路光作为激励光加载到待测光电探测器上产生电脉冲信号；
18.所述第二路光变为线偏振光，改变其延时、偏振方向，使偏振方向与电光材料的切向平行后送入电光材料；
19.电光材料探测电脉冲信号，反射经电光材料的偏振光，再将其分离为偏振方向相互垂直的两束光，分别转为电信号后锁相放大。
20.优选地，所述方法还包括：分别控制延时量和逐样采点，对采样信号进行处理得到所述电脉冲信号的时域波形。
21.本技术实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：具有较大的测试带宽，能够更加准确、方便地测量高速光电探测器的冲激响应，测量系统简单、稳定、实用性高。
附图说明
22.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
23.图1为全光纤高速光电探测器冲激响应测量装置连接示意图；
24.图2为电光采样头结构图；
25.图3为全光纤高速光电探测器冲激响应测量方法流程图。
具体实施方式
26.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术具体实施例及相应的附图对本技术技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
27.以下结合附图，详细说明本技术各实施例提供的技术方案。
28.图1为全光纤高速光电探测器冲激响应测量装置连接示意图。
29.全光纤高速光电探测器冲激响应测量装置，包括飞秒激光器1、光纤偏振器2、光纤延时线6、光纤环形器7、第一光纤偏振控制器8、第二光纤偏振控制器9、电光采样头10、光纤偏振分束器11、平衡光电探测器12和锁相放大器13。
30.飞秒激光是一种脉冲激光，脉冲持续时间为飞秒级别，用于作为光源。例如，在一个实施例中，飞秒激光器波长1550nm，脉冲宽度100fs，信号重复频率100mhz。
31.测量装置各器件为光纤器件，各器件之间采用光纤连接。例如，各模块之间采用保偏光纤连接，为全光纤装置。
32.例如，在一个实施例中包括飞秒激光源、光纤分束器、线偏振器、高速光电探测器、传输线、负载、光纤延时线、光纤环形器、光纤偏振控制环路、电光采样探头、偏振分束器、平衡光电探测器、锁相放大器、控制和计算单元。
33.飞秒激光器输出分束后，一束耦合至待测光电探测器3产生电脉冲信号。
34.分束可采用光纤分束器，也可采用其他分束器，将激光分为两束，分别为加载在高速光电探测器上的激励光和用于电光采样的探测光。
35.一束耦合至所述光纤偏振器，先后送入所述光纤延时线、第一光纤偏振控制器，使偏振方向与所述电光采样头电光材料的切向平行后，送入所述光纤环形器。
36.光纤偏振器是利用特殊的光纤结构使输入光变为线偏振光的光器件。飞秒激光器耦合至光纤偏振器后变为线偏振光。例如，用于调整光纤光的偏振态。
37.光纤延时线改变激励光与探测光的相对延时，实现电脉冲信号的逐点采样。
38.光纤偏振控制器，也可称为光纤偏振控制环路。
39.第一光纤偏振控制器可采用半波片，第二光纤偏振控制器可采用四分之一波片，，用于改变偏振光的偏振方向或偏振态。例如，光纤偏振控制器用半波片控制探测光的偏振方向与电光材料的切向平行，用四分之一波片使输出光变为椭圆偏振态。
40.光纤环形器可实现单根光纤上的双向光信号传输。环形器的信号传输方向是不可逆的，一次只能在一个方向上将光信号从一个端口引导到另一个端口。例如，光纤环形器将探测光传输到电光采样探头并分离得到探头反射后的输出光。
41.反射光经第二光纤偏振控制器产生的椭圆偏振光送入所述光纤偏振分束器，再经所述平衡光电探测器转变为电信号后送入锁相放大器。
42.光纤偏振分束器用于将椭圆偏振态的输出光分离为偏振态相互垂直的两束光。
43.平衡光电探测器可实现两路光束的低噪声共模抑制输出，保证在无电脉冲信号时两束光的强度相同。例如，平衡光电探测器分别接收来自偏振分束器的两束光并转为电信号。
44.锁相放大器，也称相位检测器，是一种可从干扰极大的环境中分理处特定载波频率信号的放大器，用于将平衡光电探测器的电信号进行锁相放大。例如，锁相放大器以飞秒激光器的光信号作为参考信号，将来自平衡光电探测器的电信号进行锁相放大。
45.优选的，还包括控制和计算单元14，所述控制和计算单元分别与所述光纤延时线和锁相放大器连接，用于分别控制所述光纤延时线的延时量和锁相放大器的逐样采点。
46.控制和计算单元用于精确控制光纤延时线的延时量，改变探测光和激励光的相对延时。例如，控制和计算单元分别控制光纤延时线的延时量和锁相放大器的逐样采点，对采样信号进行处理得到所述超快电脉冲信号的时域波形。
47.进一步优选的，还包括传输线4，所述传输线与待测光电探测器输出连接，作为电脉冲信号的传输载体。
48.传输线，用于传输待测光电探测器缠身光的电脉冲信号。例如，作为电脉冲信号的传播载体，又例如，高速光电探测器经激励光激发产生超快电脉冲信号加载到传输线上。
49.优选的，本发明还包括负载5，所述负载与传输线连接，用于减少传输线上电脉冲信号的反射。
50.负载用于减少电脉冲信号的反射，提高测量精度。例如，在一个实施例中所述负载为50ω电阻。
51.优选的，所述飞秒激光器输出的信号连接至锁相放大器作为其参考信号。
52.飞秒激光器连接至锁相放大器作为相位检测的参考信号，提高测量精度。
53.图2为电光采样头结构图。
54.电光采样头粘贴在光纤端口，垂直光纤传输方向端面镀高反射膜，反射来自光纤环形器的偏振光，同时探测光电探测器产生电脉冲信号。
55.电光采样头由电光材料制成，电光材料是一种具有电光效应的光学功能材料。在外加电场的作用下，产生透过光束的偏振态和相位的变化，实现对光波的调制。
56.电光采样头位于传输线上方，光电探测器产生的高速电脉冲信号被电光采样头探测到，电光材料的折射率发生变化，入射线偏振光被电脉冲信号调制，偏振态发生变化。例如，无电脉冲信号的时候偏振态不发生改变，有电脉冲信号的时候偏振态发生改变。
57.高反射膜用于反射进入的线偏振光。例如，反射经光纤传送的线偏振光至光纤环形器。
58.电光采样头采用镀了高反膜的litao3材料，利用光学固化胶直接粘贴在光纤端口上。
59.litao3是一种电光材料，发生电光效应后会改变经过光的偏振态。
60.优选的，所述电光采样头位于所述传输线上方5-10μm处。
61.电光采样头位于传输线上方用于精确探测高速光电探测器经激励光激发产生超快电脉冲信号，产生电光效应。例如，电光采样探头被设置为位于传输线上方，用于探测沿传输线传播的电脉冲信号。
62.图3为全光纤高速光电探测器冲激响应测量方法流程图。
63.本技术实施例还提供一种全光纤高速光电探测器冲激响应测量方法，包括以下步骤：
64.步骤101、飞秒激光器输出分束为第一路光和第二路光。
65.例如，飞秒激光源输出第一路光和第二路光。
66.又例如，飞秒激光源通过光纤分束器将激光分为两束。
67.步骤102、所述第一路光作为激励光加载到待测光电探测器上产生电脉冲信号。
68.例如，所述第一路光作为激励光加载到待测高速光电探测器上得到在所述传输线传播的超快电脉冲信号，或者一束光加载在待测高速光电探测器上激发了超快电脉冲信号并在传输线上传播。
69.步骤103、所述第二路光变为线偏振光，改变其延时、偏振方向，使偏振方向与电光材料的切向平行后送入电光材料。
70.例如，另一束光经过光纤延时线改变激励光与探测光的相对延时，经过光纤环形器和第一光纤偏振控制器，传输到电光采样探头并固定偏振方向与电光材料的切向平行。
71.例如，所述第二路光通过线偏振器以及光纤延时线射入位于所述传输线上方的电光采样探头得到反射输出光。
72.步骤104、电光材料探测电脉冲信号，电光材料探测电脉冲信号，反射经电光材料的偏振光，再将其分离为偏振方向相互垂直的两束光，分别转为电信号后锁相放大。
73.电光材料探测电脉冲信号，反射经电光材料的偏振光，若无电脉冲信号，偏振光偏振态不发生变化，若探测到电脉冲信号，由于电光效应，偏振态发生改变，实现对飞秒脉冲激光的调制。例如，反射输出光在所述电脉冲信号的影响下偏振态发生改变。
74.分离其为偏振方向相互垂直的两束光，可采用偏振分束器，也可采用其他偏振分
束装置。例如，采用偏振分束器将反射输出光分为偏振方向相互垂直的两束光。
75.光信号转变成电信号可采用光电转换器件。例如，采用平衡光电探测器将反射输出光的偏振态变化转变为电信号进行探测。
76.例如，反射后的输出光经过光纤环形器和光纤偏振控制环路后由偏振分束器分离为偏振态相互垂直的两束光分别射入平衡光电探测器。
77.优选地，所述方法还包括：
78.步骤105、分别控制延时量和逐样采点，对采样信号进行处理得到所述电脉冲信号的时域波形。
79.控制延时量和逐样采点可采用控制和计算单元用于精确控制光纤延时线的延时量，改变探测光和激励光的相对延时，实现锁相放大器的逐样采点，对采样信号进行处理得到所述超快电脉冲信号的时域波形。
80.以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。
技术特征：1.一种全光纤高速光电探测器冲激响应测量装置，其特征在于，包括飞秒激光器、光纤偏振器、光纤延时线、光纤环形器、第一光纤偏振控制器、第二光纤偏振控制器、电光采样头、光纤偏振分束器、平衡光电探测器和锁相放大器；所述飞秒激光器输出分束后，一束耦合至待测光电探测器产生电脉冲信号；一束耦合至所述光纤偏振器，先后送入所述光纤延时线、第一光纤偏振控制器，使偏振方向与所述电光采样头电光材料的切向平行后，送入所述光纤环形器；所述电光采样头粘贴在光纤端口，垂直光纤传输方向端面镀高反射膜，反射来自光纤环形器的偏振光，同时探测光电探测器产生电脉冲信号；反射光经第二光纤偏振控制器产生的椭圆偏振光送入所述光纤偏振分束器，再经所述平衡光电探测器转变为电信号后送入锁相放大器。2.如权利要求1所述的冲激响应测量装置，其特征在于，还包括控制和计算单元，所述控制和计算单元分别与所述光纤延时线和锁相放大器连接，用于分别控制所述光纤延时线的延时量和锁相放大器的逐样采点。3.如权利要求2所述的冲激响应测量装置，其特征在于，还包括传输线，所述传输线与待测光电探测器输出连接，作为电脉冲信号的传输载体。4.如权利要求3所述的冲激响应测量装置，其特征在于，还包括负载，所述负载与传输线连接，用于减少传输线上电脉冲信号的反射。5.如权利要求4所述的冲激响应测量装置，其特征在于，所述飞秒激光器输出波长1550nm，脉冲宽度100fs，信号重复频率100mhz。6.如权利要求4所述的冲激响应测量装置，其特征在于，所述飞秒激光器输出的信号连接至锁相放大器作为其参考信号。7.如权利要求4所述的冲激响应测量装置，其特征在于，所述电光采样头位于所述传输线上方5-10μm处。8.如权利要求4所述的冲激响应测量装置，其特征在于，所述电光采样头采用镀了高反膜的litao3材料，利用光学固化胶直接粘贴在光纤端口上。9.一种全光纤高速光电探测器冲激响应测量方法，其特征在于，包括以下步骤：飞秒激光器输出分束为第一路光和第二路光；所述第一路光作为激励光加载到待测光电探测器上产生电脉冲信号；所述第二路光变为线偏振光，改变其延时、偏振方向，使偏振方向与电光材料的切向平行后送入电光材料；电光材料探测电脉冲信号，反射经电光材料的偏振光，再将其分离为偏振方向相互垂直的两束光，分别转为电信号后锁相放大。10.如权利要求9所述的冲激响应测量方法，其特征在于，还包括：分别控制延时量和逐样采点，对采样信号进行处理得到所述电脉冲信号的时域波形。
技术总结本申请公开了一种全光纤高速光电探测器冲激响应测量装置和方法，其特征在于，包括飞秒激光器、光纤偏振器、光纤延时线、光纤环形器、第一光纤偏振控制器、第二光纤偏振控制器、电光采样头、光纤偏振分束器、平衡光电探测器和锁相放大器。飞秒激光分束后，耦合至光电探测器产生电脉冲信号。一束耦合至光纤偏振器，先后送入光纤延时线、第一光纤偏振控制器、光纤环形器。电光采样头反射来自光纤环形器的偏振光，同时探测电脉冲信号。送入光纤偏振分束器，再经平衡光电探测器转变为电信号后送入锁相放大器。通过保偏光纤连接各器件，克服传统电光采样空间光系统需要光学对准，系统复杂和不稳定的缺点，测量系统简单、稳定、实用性高。实用性高。实用性高。
技术研发人员：赵珞 谢文 龚鹏伟 谌贝 姜河 马红梅 杨春涛
受保护的技术使用者：北京无线电计量测试研究所
技术研发日：2022.03.23
技术公布日：2022/7/5
