【導(dǎo)讀】在光通信、激光雷達、精密光譜等前沿科技領(lǐng)域，激光器的頻率或功率調(diào)制線性度是衡量其性能的核心指標(biāo)之一，直接決定了整個系統(tǒng)的精度與可靠性。例如，F(xiàn)MCW激光雷達的測距分辨率、高速相干光通信的信號保真度，都依賴于激光掃頻的高度線性化。因此，開發(fā)高效、精準(zhǔn)的線性度測試方案，成為提升激光器件與系統(tǒng)性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文將重點探討如何利用RIGOL DG70000系列高端任意波形發(fā)生器，構(gòu)建高精度、可重復(fù)的激光器線性度測試平臺，為科研與工業(yè)測試提供強大助力。
在光通信、激光雷達、精密光譜等前沿科技領(lǐng)域，激光器的頻率或功率調(diào)制線性度是衡量其性能的核心指標(biāo)之一，直接決定了整個系統(tǒng)的精度與可靠性。例如，F(xiàn)MCW激光雷達的測距分辨率、高速相干光通信的信號保真度，都依賴于激光掃頻的高度線性化。因此，開發(fā)高效、精準(zhǔn)的線性度測試方案，成為提升激光器件與系統(tǒng)性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文將重點探討如何利用RIGOL DG70000系列高端任意波形發(fā)生器，構(gòu)建高精度、可重復(fù)的激光器線性度測試平臺，為科研與工業(yè)測試提供強大助力。
測試原理：頻率調(diào)制與閉環(huán)校正
激光器線性度測試的核心目標(biāo)是獲取“驅(qū)動信號—光頻率”特性曲線，并盡量使其接近理想線性。
1.頻率調(diào)制（FM）主導(dǎo)
相較于強度調(diào)制（IM），客戶采用頻率調(diào)制技術(shù)來控制激光器輸出。通過改變光載波頻率來調(diào)制信號，這種方式具有更強的抗干擾能力，能有效減少環(huán)境噪聲和器件非線性對信號的影響。
2. 閉環(huán)測試鏈路
信號驅(qū)動：利用任意波形發(fā)生器（AWG）生成經(jīng)過設(shè)計的復(fù)雜波表（Wave table）驅(qū)動激光器。
光頻測量：通過非平衡干涉儀或高精度光譜儀實時測量激光瞬時頻率。
線性評估與校正：繪制“驅(qū)動電壓—光頻率”曲線，計算非線性誤差。利用預(yù)失真（Pre-distortion）或迭代算法，反向調(diào)整AWG輸出的驅(qū)動波形，補償激光器的固有非線性，從而實現(xiàn)高線性度的掃頻輸出。
測試挑戰(zhàn)：長波形、高同步與精細調(diào)控
在構(gòu)建高精度線性度測試系統(tǒng)時，實驗室面臨以下核心技術(shù)挑戰(zhàn)：
1.超長波形生成的存儲瓶頸
為了實現(xiàn)寬范圍且高分辨率的頻率掃描，同時進行精細的預(yù)失真校正，驅(qū)動信號往往非常復(fù)雜?？蛻粼趯嶒炛行枰砷L度高達80 Mpts甚至更大長度的波表信號。普通的信號發(fā)生器存儲深度有限，無法一次性加載如此長時基的調(diào)制信號，導(dǎo)致測試不僅需要分段進行，還容易引入拼接誤差。
2. 采樣率與頻率步進的適配性
不同型號的激光器響應(yīng)特性不同，且在預(yù)失真調(diào)試過程中，需要靈活調(diào)整信號的采樣率以改變掃頻速率和分辨率。測試設(shè)備需具備在寬范圍內(nèi)（如100 Sa/s至5 GSa/s）自由調(diào)節(jié)采樣率的能力，以匹配200 MHz至數(shù)GHz頻率范圍內(nèi)的精確調(diào)節(jié)需求。
3. 多路信號協(xié)同工作的難題
客戶測試系統(tǒng)不僅需要AWG輸出調(diào)制信號，還需要另一臺信號源（如AFG）提供同步的輔助信號或直流偏置來精確調(diào)節(jié)激光器工作點。兩路信號必須保持皮秒級至納秒級的嚴(yán)格同步。如果同步性差，會導(dǎo)致驅(qū)動信號與頻率響應(yīng)失配，直接影響線性度校正算法的準(zhǔn)確性。
解決方案
針對上述挑戰(zhàn)，RIGOL提供了以DG70000系列任意波發(fā)生器為核心的兩套測試方案：
高性能測試方案： 1臺四通道DG70004， 一機完成調(diào)制信號和同步信號，實現(xiàn)皮秒級精密同步
高性價比測試方案：1臺兩通道DG70002輸出主調(diào)制波形，1臺兩通道DG5502輸出同步輔助信號。
高性能測試方案
1.全新升級的深存儲，輕松應(yīng)對超長復(fù)雜波表
全新升級的DG70000系列任意波形發(fā)生器具備單通道1.5 Gpts擴展到3 Gpts的任意波長度，這使得客戶能夠輕松加載樣本點多且復(fù)雜的調(diào)制波表，無需分段即可輸出連續(xù)、完整的復(fù)雜預(yù)失真波形，有效緩解了長時基信號生成的存儲瓶頸。
備注：示波器中測得周期為600ms，當(dāng)前AWG輸出采樣率為5GSa/s，此時通過輸出采樣率x周期時間得出當(dāng)前波形的點數(shù)為3,000,000,000pts
2. 靈活采樣率，實現(xiàn)精細頻率控制
DG70000系列任意波形發(fā)生器支持在 100 Sa/s 至 12 GSa/s 范圍內(nèi)自由設(shè)定采樣率，可輸出低至400 ps的窄脈沖，真實還原信號。DC~5 GHz輸出頻率范圍，滿足更多場景應(yīng)用。在實驗中，客戶利用這一特性，根據(jù)不同激光器器件的特性靈活調(diào)整采樣率，實現(xiàn)了在200 MHz頻率范圍內(nèi)對激光器驅(qū)動信號的精確調(diào)節(jié)，確保了信號與應(yīng)用場景的高度匹配。
3. 多設(shè)備協(xié)同，皮秒級精準(zhǔn)同步
DG70000系列任意波形發(fā)生器構(gòu)建的高性能方案使用DG70004任意波形發(fā)生器輸出主調(diào)制波形和同步輔助信號。利用一機多通道間高精度同步，實現(xiàn)了精準(zhǔn)的信號協(xié)同。這種架構(gòu)確保了調(diào)制信號與偏置調(diào)節(jié)信號在時域上的嚴(yán)格對齊，大幅提升了“驅(qū)動—光頻”曲線測量的重復(fù)性與穩(wěn)定性。
高性價比測試方案
依托RIGOL的高精準(zhǔn)度與多設(shè)備協(xié)同技術(shù)，一臺DG70002任意波形發(fā)生器與一臺DG5502 Pro函數(shù)/任意波形發(fā)生器共同構(gòu)建了高性價比的組合解決方案。該方案通過外部觸發(fā)與參考時鐘連接，實現(xiàn)了雙機信號協(xié)同，并充分發(fā)揮了DG5502 Pro在通道對地隔離、500 MHz帶寬及高同步精度（通道間±500 ps、通道同步±200 ps）方面的性能優(yōu)勢，為客戶提供了高性價比測試方案的選擇。
基于高性價比測試方案，用戶實驗室成功驗證了多個激光器器件在不同頻率變化下的線性度，并為其匹配了理想的頻率波表。實驗結(jié)果表明，經(jīng)過校正后的激光器在寬頻率范圍內(nèi)保持了穩(wěn)定的線性響應(yīng)，為TDLAS氣體檢測及相干光通信系統(tǒng)提供了高質(zhì)量的光源保障。
儀器支持：RIGOL DG70000系列任意波形發(fā)生器
DG70000系列任意波形發(fā)生器是業(yè)界領(lǐng)先的高性能任意波形發(fā)生器，獨創(chuàng)SiFi III技術(shù)平臺，具有采樣率精確可調(diào)、輸出逐點生成任意波、不失真的還原信號細節(jié)等優(yōu)勢。DG70000系列任意波形發(fā)生器立足客戶，支持多種切合實際應(yīng)用的功能，例如創(chuàng)建高級序列可以滿足用戶自定義復(fù)雜波形，而多通道高精度同步、高帶寬低抖動的波形輸出，可滿足用戶在多種工業(yè)和通信領(lǐng)域的應(yīng)用。
固件升級，功能升級
產(chǎn)品特點：
■ NEW! 波形存儲深度升級至 3 Gpts（雙通道共享）
■ NEW! 波表快速播放
■ NEW! 基礎(chǔ)波形外部導(dǎo)入BIN文件波表類型
■ NEW! Matlab和Python接口
■ 最高12 GSa/s采樣率
■ 高達5 GHz模擬帶寬
■ 16 bit垂直分辨率
■ 直接生成載波高達5 GHz的信號
■ -70 dBc無雜散動態(tài)范圍
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