摘要：

通信和信息技术领域必须不断提高它们的高速传送能力,可靠性和带有更大信息携载能力,更廉价的交互通信和信息处理系统.与高速和信息携载量相对应的是更大的带宽和更高的频率.工业生产中使用的集成数字系统和微波电子设备需要的测试带宽超过了110GHz,通过基于微波技术的电流同轴连接器能够提供更大的带宽.光电信息技术,微波微电子技术和数字技术的需要推动着可靠的高频测试技术的不断进步.最终的需求是用来检测:高速采样示波器,失配校正的微波采样示波器,数字码形发生器,光波元件分析仪,矢量信号分析仪,矢量信号源,微波传输分析仪和非线性网络分析仪. 高速光纤光通信线路,光传输和微波信号处理器需要在微波频段响应调制的光电探测器.随着这些探测器的带宽到达100GHz,它们的频率响应变得越来越难以测量.因此,建立一套能够测试高速光电探测器频率响应特性测试装置成为高频计量的新方向. 本文以高速光电探测器的频率响应特性测试系统为研究对象,主要研究内容和取得的研究成果如下: (1)对当前所应用的各种光电探测器频率响应特性测试技术进行了分析比较,对比了国内外在该项技术上的进展现状. (2)对电光采样原理进行推导分析,得到横向电光调制和纵向电光调制的表现形式.以LiTaO3电光调制器为对象,分析了降低它的半波电压的方法,以及改变直流偏压选择工作点对输出特性的影响.根据集总参数电极结构和行波电极结构的电光调制器带宽,分析了光波与电波失配程度对系统带宽的影响,为设计共面波导结构提供理论依据. (3)建立了电光采样系统的基本架构,逐一分析了电光采样系统重要组成部分的功能和作用,包括:传输微波场与光采样脉冲之间在共面波导中的相互作用,建立了OTT,ETT和光脉冲限制的仿真模型,并计算了OTT,ETT的半波宽度及-3dB带宽.通过分析得出结论:LiTaO3的高折射率和通过基片的路径使得光传输时间效应对系统分辨率起主导作用.分别计算了系统时间分辩力,空间分辨力,速度匹配和电压灵敏度这几个关键参数,并分析了其对系统的影响.根据等效时间采样原理,对光机械延时线的影响进行了分析,计算了系统中最小偏差角度,光机械延时线的行程以及采样周期. (4)以保角变换理论为基础对共面波导复杂边界条件进行推导,得到了其特性参数的解析表达式,包括等效电容,有效介电常数和特性阻抗等.然后,根据推导的理论和公式分析了两种不同结构的共面波导特性参数.在不同中心电极宽度,不同接地板宽度,不同介质厚度,不同电极间隙大小等条件下对特性阻抗变化的影响,首次计算了匹配阻抗为50Ω的不同结构的共面波导各个参数的取值范围.理论计算和测试结果对比后取得了较好的一致性和准确性,为目标参数优化设计提供依据. (5)展示了自行研制的LiTaO3电光调制器,测试了其在静态电场中对采样光束的影响,结果表明采样光束偏振态的改变量随加载到电光调制器上的静态电场呈线性变化.系统中应用的光延时线呈现良好的移动等间距性和线性,满足系统的需要.编制了界面友好,功能实用,操作简洁的软件测量系统.对20GHz光电探测器进行-3dB频率响应特性和脉冲响应特性测试,取得了相关参数,并应用失配校正技术对脉冲响应波形进行了校正.

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