【《高速光电探测器测试系统的研究现状文献综述》3500字】

高速光电探测器测试系统的研究现状文献综述目录TOC\o"1-3"\h\u50高速光电探测器测试系统的研究现状文献综述 1158401.1基于光外插法的高速器件测试方法 170941.2基于Nose-to-Nose标准技术高速器件测试方法 284461.3基于采样原理的高速器件测试方法 319066参考文献 5随着光电领域的快速发展，光学器件频率也得到了快速的提高，所以对光学器件的测试也提出了更高的要求。就目前来说，光学器件的快速发展远远领先于当前对其测试技术的发展，造成了器件频率与器件测试频率的不匹配，不能满足科学研究以及应用领域高速光电器件的测试要求[15]。欧美等国家研究院率先开展研究，进行了高速器件瞬态上升时间参数的国家比对，实现对探测器的测试工作。目前常用的三种方式是基于光外插法、基于Nose-to-Nose法、基于电光采样法。1.1基于光外插法的高速器件测试方法基于光外差法可以实现对高速光电器件的测试工作。光外插法的工作原理是利用两个激光器产生的光，经过耦合器合成后到被测的高速光电器件中，在高速器件中的光敏面会存在两束光差，经过调制所产生的电信号。电信号产生的频率是由两个激光器所产生的波长差所决定的。可以借助于频谱分析仪对高速器件的信号进行分析，原理如图1-1所示[15]。图1-1基于光外差法的高速器件测试原理Fig1-1Highspeedtestprinciplebasedonopticalheterodynemethod中国电子科技集团公司第四十一研究所朱兴邦等[16]基于光外差法测试了高速光学器件，得到了光学器件的上升时间以及脉冲宽度，可以利用此种方法实现对高速器件的测试，验证了光外插法可以实现光学器件测试的可行性，并分析了偏振态和波长稳定性对于测试结果的影响，具有较好的稳定性和准确性。针对光外差法测试满足高速光学器件的测试需求，此种方法采用的是干涉信号进行解调，从而可以得到被测信号的物理量。由于干涉信号强度的变化对于结果影响是微乎其微的，可以提高光外插法的测量精度[17]。基于光外插法的高速器件测试方法一种具有较好发展前景的测试方法，应用的很广泛，但是在采用光外差法进行高速器件测试的时候，必须要采用相干性一致的激光器，能够精准稳定的控制两个激光器所产生的波长，但在实验中，只有信号光于本振光同时满足一定的条件，才能实现。参考光与信号光的频率也需要极为接近，对于外界环境要求极为苛刻，所以任何一个激光器任何参数的微小变化，都会影响信号的调制，最终不能得到很好的测试效果。1.2基于Nose-to-Nose标准技术高速器件测试方法基于Nose-to-Nose（NTN）标准技术高速器件测试方法的工作原理是利用两台性能一致的高速波形在装置完成对高速器件的测试[17]。可以采用“kick-out”的显著特性，实现对高速光电子设备的测试工作。借助于“kick-out”脉冲信号可以得到被测信号的显著的信息从而完成校准的工作。1990年，Hewllett-packard的学者Ken.Rush[18]在研究时发现，对取样示波器进行直流取样的时候，在输出端存在一个脉冲信号，并且脉冲信号包括了这台取样示波器的部分特征参数信息，并于此脉冲信号成比例关系。在1994年，Ken.Rush通过大量的仿真实验，验证了此结论，并将在输出端的脉冲称为“kick-out”脉冲，并对此脉冲信号产生的原因进行分析[19]。NTN测试项目被研究证实之后，吸引了光电测试领域的众多目光，众多机构与学者对此项技术开展研究，很快成为高速光电设备领域研究热点。众多欧美国家加入了NTN技术研究工作中，做了充分的研究且获得一些成果之后，得到了国家基金项目的支持，使其发展更上一个台阶。在高速光学器件的测试工作，NTN测试技术应用的并未想象中的广泛，所以此领域的学者针对基于NTN技术进行测试的光学器件的不确定度进行了分析[20]。经过长时间的探索，我国在利用NTN技术实现对高速光学器件测试上也取得了众多的成绩。针对基于NTN技术的高速光学器件测试，北京工业大学的刘明亮教授[21]开展了NTN测试研究工作，通过多年的积累，大量的理论分析、数值计算、实验数据作为支撑，建立起来了比较完善的基于NTN技术的光学器件的测试系统，实现了高速光学器件的测试工作，并得到了中国计量科学的认定，对不确定度进行了分析，极大的推动了光学器件测试领域的发展。除此之外，哈尔滨工业大学的林茂[22]教授也开展了基于NTN技术测试系统的研究工作，对“kick-out”脉冲信号产生的原因进行了分析。基于NTN技术的测试系统有着显著的优势，其是一种自校准的方法，不需要借助其他的校准的设备，此外，采用NTN方法可以精准的获得被测示波器的信号参数信息，具有较强的自适应性，测试准确度也比较高，被应用到高速光电器件的校准领域中。NTN技术被广泛的应用，但是并不是所有高速光电设备都可以采用NTN测试技术进行测试。具体的原因如下：（1）NTN测试技术的使用是对具备特定结构的取样高速光电设备才能使用此种方法，此类采样高速光电设备带有是平衡取样头电路结构[23]，并且只能对取样示波器进行测试，导致使用的高速光电设备非常具有局限性；（2）能够使用NTN测试技术对光电设备进行测试，要求取样示波器具有与被测设备相差甚微的带宽[24]。所以，NTN测试技术对于外界的要求过高，导致能采用NTN校准技术进行测试的光电设备非常受限制。1.3基于采样原理的高速器件测试方法基于电光采样原理实现对高速光电探测器的测试工作，通过分光棱镜或者分光器将光脉冲分为两束，分为激励光束和采样光束。利用电光晶体的Pockels效应实现对信号的调制，激发光束产生电脉冲信号，此时就可以将电脉冲信号看成电光调制器的调制电压，完成调制[25]；基于等效时间采样原理，将采样光通过光延时线对被测量的波形进行采样，再利用等效变换，将高频信号转变为低频信号，即将难以测量的量转变为易于测量的量，从而降低被测信号的频率，完成对高速光电器件的测试工作。在基于电光采样原理实现对高速器件的测试的方法主要从以下两个方面展开的：美国标准技术研究院(NIST)以钽酸锂、铌酸锂等电光晶体作电光转换，再利用适配矫正，完成对高速器件的测试，最终得到被测器件的特性参数[26]；还有一种测试的方式主要以欧洲的国家，例如德国物理技术研究院(PTB)和英国物理实验室(NPL)，他们利用的是光导开光组成的高速器件测试系统，得到高速器件的物理特性。2003年，德国物理技术研究院率先完成了基于电光采样原理的电场进行了测试[27]；2005年，美国标准技术研究院利用电光晶体完成了对高速器件的测试，晶体的材料选择的是钽酸锂，并且绘制了高速器件的测试波形，得到被测器件的参数特性[28,29]。在国内也开展了对基于电光采样原理对高速器件的测试研究工作，上世纪90年代，吉林大学、中科院长春、上海、西安光机所[30,31]对电光采样技术开展了研究工作，对低频的器件进行了测试；天津大学在此领域也有所进展，得到了器件的测试波形以及测试参数；在本世纪，中国计量院大力开展了高速器件测试工作的研究[32]，在2014年2月中国计量科学研究院完成基于电光采样原理的高速光电探测器测试系统，完成了对高速器件的测试工作。基于超高速电光采样技术相比于其他的技术具有很多的优点，高准确度、高带宽、可以同时对时域和频域进行测试，高空间分辨力，受外界坏境影响小，可以对多种高速光电器件进行测试，例如光电探测器、光电探针、示波器等。可以依据基于电光采样原理完成高速光电探测器测试系统，最终实现对高速光电器件的测试。随着光电探测器频率的提高，对其的测试要求也越来越高，传统的测试方式已经变得不再适用，需要发展高带宽、高灵敏度的测试技术已迫在眉睫。基于电光采样原理的光电探测器测试系统相比于传统测量方法，该技术稳定性好，受到外界影响小。将电光调制器应用到光电探测器测试系统中，完成对高速光电探测器的测试。因此将对基于共面波导的电光调制器及其在光电探测器测试系统的应用开展研究。参考文献[1]刘维红,周六可,姜伟.基于柔性LCP基板微带线的微波特性研究[J].现代雷达,2018,8(6):60-63.[2]张磊.共面波导与微带线无通孔转接头结构的研究与设计[D].江苏:南京邮电大学,2013.[3]ShaoY,GallawaR.Fiberbandwidthmeasurementusingpulsespectrumanalysis[J].ApplyOpt,1986,25(7):1069-1071.[4]WHeinrich.Quasi-TEMdescriptionofMMICcoplanarlinesincludingconductor-losseffects[J].IEEETransMicrowaveTheoryTech41,1993,45-52.[5]安静,武俊峰,吴一辉,等.使用防护带抑制微带线间串扰的研究[J].北京理工大学学报，2011.[6]刘海文,李征帆,孙晓玮,等.一种新颖的蝴蝶结形缺陷接地结构[J].红外与毫米波学报，2004,8(6):60-63.[7]WenC.P.CoplanarWaveguidedirectionalcouplers.IEEETrans.MTT.1970,18(7)：318-322.[8]王云才,王贤华,胡巍.基于半导体激光器的皮秒非接触电光采样系统[J].中国激光,1996,5(12):1097-1099.[9]G.Ghione,M.Goana,G.Omegna.Microwavemodelingandcharacterizationofthickcoplanarwaveguidesonoxide-coatedlithiumniobatesubstatesforelectro-opticalapplication.IEEETrans.MicrowaveTheoryTech.1996,2287-2293.[10]WahHui,KinSeng,Chiangetal.Electrodeoptimizationforhigh-speedtraveling-waveintegratedopticmodulators[J].LightwaveTechnology,1998,12(2):232-238.[11]曾山.光调制器中的共面波导电极结构分析[D].四川:电子科技大学,2003.[12]W.Heinrich.Full-waveanalysisofconductorlossesonMMICTransmissionLines[J].IEEETransMicrowaveTheory,1990,1468–1472.[13]陈鹏,房少军.基于时域有限差分法计算共面波导的特性阻抗[J].大连海事大学报,2005,3:74-76.[14]吕元杰,宋旭波,何泽召.基于Al2O3介质的Ga2O3MOSFET器件制备研究[J].无机材料学报,2018,9(1):976-980.[15]R.ThomasHawkins,MichaelD.Comparisonoffastphotodectorresponsemeasurementsbyopticalbetcrodyneandpulseresponsetechnique[J].IEEELightwaveTechnol,1991,9(10):1289-1294[16]朱兴邦.基于光外差法的宽带示波器滤波器频响测试技术研究[J].宇航计测技