【導(dǎo)讀】激光器線(xiàn)性度是TDLAS氣體檢測(cè)、相干光通信等領(lǐng)域高質(zhì)量光源保障的核心指標(biāo)，其測(cè)試核心在于獲取“驅(qū)動(dòng)信號(hào)—光頻率”特性曲線(xiàn)并優(yōu)化線(xiàn)性表現(xiàn)。本文聚焦RIGOL DG70000系列任意波形發(fā)生器，詳解其在該測(cè)試中的應(yīng)用邏輯與實(shí)踐方案。測(cè)試采用頻率調(diào)制為主導(dǎo)的閉環(huán)鏈路，通過(guò)任意波形發(fā)生器生成驅(qū)動(dòng)波表、干涉儀/光譜儀測(cè)量光頻，再經(jīng)預(yù)失真等算法校正非線(xiàn)性誤差，實(shí)現(xiàn)高線(xiàn)性度掃頻輸出。
測(cè)試原理：頻率調(diào)制與閉環(huán)校正
激光器線(xiàn)性度測(cè)試的核心目標(biāo)是獲取“驅(qū)動(dòng)信號(hào)—光頻率”特性曲線(xiàn)，并盡量使其接近理想線(xiàn)性。
1.頻率調(diào)制（FM）主導(dǎo)
相較于強(qiáng)度調(diào)制（IM），客戶(hù)采用頻率調(diào)制技術(shù)來(lái)控制激光器輸出。通過(guò)改變光載波頻率來(lái)調(diào)制信號(hào)，這種方式具有更強(qiáng)的抗干擾能力，能有效減少環(huán)境噪聲和器件非線(xiàn)性對(duì)信號(hào)的影響。
2. 閉環(huán)測(cè)試鏈路
信號(hào)驅(qū)動(dòng)：利用任意波形發(fā)生器（AWG）生成經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)的復(fù)雜波表（Wave table）驅(qū)動(dòng)激光器。
光頻測(cè)量：通過(guò)非平衡干涉儀或高精度光譜儀實(shí)時(shí)測(cè)量激光瞬時(shí)頻率。
線(xiàn)性評(píng)估與校正：繪制“驅(qū)動(dòng)電壓—光頻率”曲線(xiàn)，計(jì)算非線(xiàn)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(dòng)波形，補(bǔ)償激光器的固有非線(xiàn)性，從而實(shí)現(xiàn)高線(xiàn)性度的掃頻輸出。
測(cè)試挑戰(zhàn)：長(zhǎng)波形、高同步與精細(xì)調(diào)控
在構(gòu)建高精度線(xiàn)性度測(cè)試系統(tǒng)時(shí)，實(shí)驗(yàn)室面臨以下核心技術(shù)挑戰(zhàn)：
1.超長(zhǎng)波形生成的存儲(chǔ)瓶頸
為了實(shí)現(xiàn)寬范圍且高分辨率的頻率掃描，同時(shí)進(jìn)行精細(xì)的預(yù)失真校正，驅(qū)動(dòng)信號(hào)往往非常復(fù)雜?？蛻?hù)在實(shí)驗(yàn)中需要生成長(zhǎng)度高達(dá)80 Mpts甚至更大長(zhǎng)度的波表信號(hào)。普通的信號(hào)發(fā)生器存儲(chǔ)深度有限，無(wú)法一次性加載如此長(zhǎng)時(shí)基的調(diào)制信號(hào)，導(dǎo)致測(cè)試不僅需要分段進(jìn)行，還容易引入拼接誤差。
2. 采樣率與頻率步進(jìn)的適配性
不同型號(hào)的激光器響應(yīng)特性不同，且在預(yù)失真調(diào)試過(guò)程中，需要靈活調(diào)整信號(hào)的采樣率以改變掃頻速率和分辨率。測(cè)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(hào)協(xié)同工作的難題
客戶(hù)測(cè)試系統(tǒng)不僅需要AWG輸出調(diào)制信號(hào)，還需要另一臺(tái)信號(hào)源（如AFG）提供同步的輔助信號(hào)或直流偏置來(lái)精確調(diào)節(jié)激光器工作點(diǎn)。兩路信號(hào)必須保持皮秒級(jí)至納秒級(jí)的嚴(yán)格同步。如果同步性差，會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)信號(hào)與頻率響應(yīng)失配，直接影響線(xiàn)性度校正算法的準(zhǔn)確性。
解決方案
針對(duì)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(cè)試方案：
高性能測(cè)試方案： 1臺(tái)四通道DG70004， 一機(jī)完成調(diào)制信號(hào)和同步信號(hào)，實(shí)現(xiàn)皮秒級(jí)精密同步
高性?xún)r(jià)比測(cè)試方案：1臺(tái)兩通道DG70002輸出主調(diào)制波形，1臺(tái)兩通道DG5502輸出同步輔助信號(hào)。
高性能測(cè)試方案
1.全新升級(jí)的深存儲(chǔ)，輕松應(yīng)對(duì)超長(zhǎng)復(fù)雜波表
全新升級(jí)的DG70000系列任意波形發(fā)生器具備單通道1.5 Gpts擴(kuò)展到3 Gpts的任意波長(zhǎng)度，這使得客戶(hù)能夠輕松加載樣本點(diǎn)多且復(fù)雜的調(diào)制波表，無(wú)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(zhǎng)時(shí)基信號(hào)生成的存儲(chǔ)瓶頸。
備注：示波器中測(cè)得周期為600ms，當(dāng)前AWG輸出采樣率為5GSa/s，此時(shí)通過(guò)輸出采樣率x周期時(shí)間得出當(dāng)前波形的點(diǎn)數(shù)為3,000,000,000pts
2. 靈活采樣率，實(shí)現(xiàn)精細(xì)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(shí)還原信號(hào)。DC~5 GHz輸出頻率范圍，滿(mǎn)足更多場(chǎng)景應(yīng)用。在實(shí)驗(yàn)中，客戶(hù)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(shí)現(xiàn)了在200 MHz頻率范圍內(nèi)對(duì)激光器驅(qū)動(dòng)信號(hào)的精確調(diào)節(jié)，確保了信號(hào)與應(yīng)用場(chǎng)景的高度匹配。
3. 多設(shè)備協(xié)同，皮秒級(jí)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(hào)。利用一機(jī)多通道間高精度同步，實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)的信號(hào)協(xié)同。這種架構(gòu)確保了調(diào)制信號(hào)與偏置調(diào)節(jié)信號(hào)在時(shí)域上的嚴(yán)格對(duì)齊，大幅提升了“驅(qū)動(dòng)—光頻”曲線(xiàn)測(cè)量的重復(fù)性與穩(wěn)定性。
高性?xún)r(jià)比測(cè)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(tái)DG70002任意波形發(fā)生器與一臺(tái)DG5502 Pro函數(shù)/任意波形發(fā)生器共同構(gòu)建了高性?xún)r(jià)比的組合解決方案。該方案通過(guò)外部觸發(fā)與參考時(shí)鐘連接，實(shí)現(xiàn)了雙機(jī)信號(hào)協(xié)同，并充分發(fā)揮了DG5502 Pro在通道對(duì)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(shì)，為客戶(hù)提供了高性?xún)r(jià)比測(cè)試方案的選擇。
基于高性?xún)r(jià)比測(cè)試方案，用戶(hù)實(shí)驗(yàn)室成功驗(yàn)證了多個(gè)激光器器件在不同頻率變化下的線(xiàn)性度，并為其匹配了理想的頻率波表。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)校正后的激光器在寬頻率范圍內(nèi)保持了穩(wěn)定的線(xiàn)性響應(yīng)，為T(mén)DLAS氣體檢測(cè)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(dú)創(chuàng)SiFi III技術(shù)平臺(tái)，具有采樣率精確可調(diào)、輸出逐點(diǎn)生成任意波、不失真的還原信號(hào)細(xì)節(jié)等優(yōu)勢(shì)。DG70000系列任意波形發(fā)生器立足客戶(hù)，支持多種切合實(shí)際應(yīng)用的功能，例如創(chuàng)建高級(jí)序列可以滿(mǎn)足用戶(hù)自定義復(fù)雜波形，而多通道高精度同步、高帶寬低抖動(dòng)的波形輸出，可滿(mǎn)足用戶(hù)在多種工業(yè)和通信領(lǐng)域的應(yīng)用。
固件升級(jí)，功能升級(jí)
產(chǎn)品特點(diǎn)：
NEW! 波形存儲(chǔ)深度升級(jí)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(lèi)型
NEW! Matlab和Python接口
最高12 GSa/s采樣率
高達(dá)5 GHz模擬帶寬
16 bit垂直分辨率
直接生成載波高達(dá)5 GHz的信號(hào)
-70 dBc無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍
總結(jié)
實(shí)際測(cè)試中，超長(zhǎng)波表存儲(chǔ)瓶頸、采樣率與頻率步進(jìn)適配難題及多路信號(hào)同步需求，成為制約測(cè)試精度的核心挑戰(zhàn)。對(duì)此，RIGOL針對(duì)性推出兩套解決方案：高性能方案以四通道DG70004為核心，憑借3 Gpts深存儲(chǔ)、100 Sa/s至12 GSa/s靈活采樣率及通道間皮秒級(jí)同步，一機(jī)搞定調(diào)制與同步信號(hào)；高性?xún)r(jià)比方案則通過(guò)DG70002與DG5502 Pro組合，依托外部觸發(fā)與參考時(shí)鐘協(xié)同，平衡性能與成本。本文通過(guò)拆解測(cè)試原理、挑戰(zhàn)及方案細(xì)節(jié)，展現(xiàn)DG70000系列在激光器線(xiàn)性度測(cè)試中的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，為相關(guān)實(shí)驗(yàn)室提供精準(zhǔn)測(cè)試的實(shí)踐參考。
