新型微波光子一体化测试系统研制

许向前 龚广宇 康晓晨

（中国电子科技集团公司第十三研究所 河北省石家庄市 050001）

1 前言

微波光子学以其大带宽、抗电磁干扰等优点成为新一代通信系统、雷达系统的解决方案。科学合理地评判微波光子系统的性能优劣将有力指引微波光子系统向着更优质方向发展。目前主要的光电测试设备，如光矢量网络分析仪、光谱分析仪、相位噪声分析仪等[1-11]主要是国外厂商生产。这些仪器测试精度高、环境适应性好，用户交互界面友好。但存在的问题同样明显：首先是受到国际环境影响导致的销售、售后服务受限制，价格昂贵，国产化程度低等问题。

基于此，提出一种新型微波光子一体化测试系统。该系统可对芯片级器件进行个性化定制，实现了与光矢量网络分析仪基本一致的测试性能指标，同时具有设计简化、体积减小、成本极低、工序减少和全国产化等优点，可满足绝大多数光电器件测试。

2 系统介绍

本文设计的新型微波光子一体化测试系统采用微波矢量网络分析仪与配套光电测试设备结合的方法，将待测光器件的相关参数通过电-光/光-电转换反映在微波域进行测量[5]。如图1(a)所示，矢量网络分析仪输出微波信号经稳相电缆注入光电测试设备，通过系统内的电-光调制器进行电-光转换为光信号。携带调制信息的光信号经光电探测器转换为电信号后回到矢量网络分析仪。对光电测试设备中的电-光/光-电器件进行校准，即可得该一体化测试系统的标准校准数据。当需要测试电-光调制器时，只需断开系统内调制器输入输出，将系统内置激光器的光输出端口接至待测调制器，再将调制器输出接至光电测试设备的探测器输入端口，通过去嵌入已知探测器的频率响应数据，即可得该调制器的性能指标[6]。同理，测试光电探测器时，断开系统内探测器，将系统内置光输出接于待测探测器，并将探测器输出射频接回给矢网端口，通过去嵌入已知调制器的频率响应数据，得到该探测器的性能指标。图1(b)(c)为分别测试电光调制器与光电探测器的内部原理图。

3 原理分析

微波光子一体化测试系统原理框图如图2所示。该系统包含微波光子链路基本光电器件：激光器、调制器与探测器，并具有相应的光源输入/输出与射频输入/输出接口。通过相应的接口外部接入/短接，可实现对激光器/调制器/探测器及任意组合的光电性能指标测试。通过对激光器进行驱动控制、对调制器进行偏压控制、对探测器进行稳压，具有良好的环境稳定性，实现基本的光电系统测试。

微波光子一体化测试系统理论分析，传输特性与输入光功率的关系可表示为：

式中，η为发射模块电光转换的频率响应，为电光转换响应度，

为入射光强，m为调制系数，为加载到调制器上的电压值。对于电光调制，R表征调制器的电光调制能力；对于光电解调，R则反映了光电探测器的响应度。

4 实验结果

图1

表1：测试设备与微波光子一体化测试系统性能对比表

图2：微波光子一体化测试系统原理框图

图3：与测试设备测试结果对比

以某型电光调制器作为待测器件，比较光矢量网络分析仪与一体化测试系统，测试结果如图3(a)(b)所示。两者在幅度与驻波测试结果均基本一致，证明了微波光子一体化测试系统在微波光子元器件测量领域的可替代性。

将微波光子一体化测试系统与光矢量网络分析仪作指标对比，结果如表1所示。结果表明，在基本的性能指标无明显差异的情况下，微波光子一体化测试系统在成本、可重构性、国产化率等方面均有较大优势，可作为新一代光电测试设备使用。

5 结论

提出新型微波光子一体化测试系统可从芯片级进行微波光子器件研制，满足测试系统核心光电器件的国产化。与光矢量网络分析仪对相同待测器件测试对比，两者测试结果基本一致。与光矢量网络分析仪相比，两者在工作频率范围、发射/接收机波长、相对频率不确定度等重要指标方面均一致，而在功能、成本等方面具有极大优势，因此可作为新一代微波光子测试系统进行光电器件测试。