铌酸锂调制器半波电压的调制方法

半波电压是铌酸锂电光调制器的重要指标之一。它指相位改变π所需要的电压，通常用V_π表示。然而在光学中对光的相位的检测一直是一个难点，因为相位不容易直接测得。因此通常把对相位的检测转化为对光强、频率等容易直接测得物理参量的检测。目前有几种常用的半波电压的测量方法，分别为光通信模拟法、倍频调制法和极值测量法。

光通信模拟法是将调制信号转换为声音信号，在外调输入处连接放音机，当调制的正弦信号被切断时, 输出信号通过功率输出端口的扬声器播放，音量由解调幅度控制，在直流电压逐渐增大的过程中，声音会出现两次音量最小并失真的现象，这两次电压的差值即为所测量的半波电压。该方法的优点是测量简单，但是由于在测量过程中对于最小值的判断过于粗糙，所以测量数据的精度不高。

倍频调制法的基本原理是同时加载直流电压和交流信号，当直流电压调到输出光强出现极值所对应的电压值时，输出的交流信号将出现倍频失真，出现倍频失真所对应的直流电压之差即为半波电压。

极值测量法的基本原理是不在相位调制器上加载调制信号, 只加载一个直流电压，当逐渐改变所加载直流电压的大小时，可以通过所设计的干涉仪光路的输出光强的大小来判断极值点，相邻极大值和极小值所对应的直流电压之差即为半波电压。这种测量方法相对也比较简便，但是对光源稳定性要求较高。

下面我们给大家介绍几种准确有效的铌酸锂调制器半波电压测试方法，供大家参考。

1．利用锯齿波测半波电压

该方法适用于相位调制器和强度调制器低频下半波电压测试，测试原理如图1所示。

图1半波电压测试系统原理图

当在马赫曾德干涉仪一个干涉臂上加载电场V(t)时，由于电光效应，输入光场在该臂上产生相移φ(t)，对于输入为E_in(t)的光场，总的输出光场函数为：

Eout=Ein(t)cos【φ（t）】=Ein（t）cos【πv(t)/vπ】         （1）

式中，V_π是该臂上相位调制器的半波电压。输出光场随电压变化曲线如图2所示，可以看出，正弦信号的半个周期对应的电压变化量即为半波电压。

图2 马赫曾德干涉仪输出光场随电压的变化

马赫曾德干涉仪——半波电压测试方法与极值法不同的是，在相位调制器上加载的不是直流信号而是而是一个锯齿波信号，这样可以避免外界因素（如温度变化、振动等）带来的相位随机变化的影响。用示波器同时跟踪锯齿波信号和输出光信号。通过对比两个信号的周期可以计算出半波电压。这种方法避免了极值测量法中极值判断的误差，提高了测量精度。

假设相位调制器上加载周期为T₁的锯齿波信号，输出正弦信号的周期为T₂，示波器上可以检测到如图3所示的信号。则根据3.2节所述半波电压公式（2），可以得出得出：

  Vπ=VPP /2*（T1/T2）              （2） 

式中V_pp指锯齿波的峰-峰值，即V_p+ - V_p-。

图3 示波器输出信号

2. 利用方波信号测半波电压

该测试方法适用于强度调制器半波电压测试，如果测试相位调制器，可以搭建MZ干涉系统测试。该方法原理图如下：

图4 方波信号半波电压测试原理图

注意事项：（1）调制器需先调节偏置点电压使其工作在在线性区，且保证探测器工作在线性区；

                （2）信号源输出阻抗需与调制器射频端阻抗匹配（50欧姆）。

按上图连接好系统后方波信号Vpp逐渐加大，我们可以在示波器上看到方波信号幅值随Vpp增加而增加，随后达到最大值，继续加大Vpp，示波器上显示方波出现畸变，直至出现如图5（c）情形，记录Vpp值。

图5 示波器输出波形变化

此时可根据以下公式计算射频端半波电压：

Vpi=Vpp/2                            (3)

注：如果信号源输出为高阻态，实际加载到调制器上的电压约为1/2*Vpp, 半波电压应乘1/2。

以上两种方法适合调制器低频下半波电压测试，高频下半波电压测试方法可以参考如下两篇文献，这里就不做详细介绍。

1、魏正军，等. 基于萨尼亚克光纤干涉仪的相位调制器半波电压的测量方法[J]，光学学报，2011, 31(6).

2、贾喻鹏，等. 基于光谱分析的强度调制器半波电压测量[J] ，北京工业大学学报，2015，41(12).