EXFO干貨速覽 | 手把手教您如何輕松搞定無(wú)源器件鑒定

  ICC訊 今天，我們可以看到各種無(wú)源光元器件，無(wú)論它們部署在現場(chǎng)、模塊或是臺式儀表中。以下清單僅僅列出其中的一部分:波分復用 (WDM)濾波器、可重構光分插復用器(ROADM)、開(kāi)關(guān)、耦合器和法布里-珀羅波長(cháng)鎖定器。元器件鑒定是制造、質(zhì)量管理、進(jìn)廠(chǎng)檢驗以 及元器件生命后期各個(gè)環(huán)節的一個(gè)關(guān)鍵步驟。最符合需要的鑒定方法將取決于需要測量的規格、關(guān)注的波長(cháng)范圍以及目標速度、準確度或 采樣分辨率。

  本文將針對兩種無(wú)源元器件——濾波器和寬帶元器件——概述要關(guān)注的主要規格。我們還將討論使用光譜分析儀(OSA)或可調諧激光光源(TLS)進(jìn)行鑒定的三種常用方法。

IL 、RL和PDL測量

  元器件的大多數規格都可以根據插損(IL)、回損(RL)或偏振相關(guān)損耗(PDL)計算出來(lái)。插損指經(jīng)過(guò)被測設備(DUT)的光損耗，通常以分貝(dB)為單位進(jìn)行表示?；負p指被元器件反射的光所占的比例，而偏振相關(guān)損耗指插損在所有偏振狀態(tài)下的最大變化值。IL、RL和 PDL可以是在某個(gè)給定波長(cháng)上測得的單個(gè)值，也可以是在某個(gè)波長(cháng)范圍內測得的值。

  圖1: 示意圖

  (左):變化函數測量(IL vs.波長(cháng))。

  (中):使用全狀態(tài)方法在某個(gè)給定波長(cháng)上測量PDL。

  (右):PDL測量 vs.波長(cháng)。

  基準格式

  IL和RL測量通常是兩步測試流程的一部分，用于消除造成損耗的不利因素并確保結果準確一致。應首先不使用DUT進(jìn)行基準測量，然后再使用DUT進(jìn)行測量。接下來(lái)，我們使用圖2的注解來(lái)詳述適用于IL測量的一個(gè)基本示例。

  圖2: 兩步測試流程

  步驟1(左):不使用DUT進(jìn)行基準測量。

  步驟2(右):使用DUT進(jìn)行測量。

  其中:TF1和TF2是光纖耦合器兩端的變化函數。TFA和TFB分別是光纖適配器A和B的變化函數。TFDUT是DUT的變化函數。

  除了DUT的變化函數外，我們可以看到計算還包括來(lái)自用于連接DUT的耦合器(TF1和TF2)以及光纖適配器(TFA和TFB)的項目。通過(guò)基準測量，我們可以消除這些項目的影響。應該注意的是，即使在使用經(jīng)過(guò)校準的耦合器時(shí)，基準測量也很有幫助，因為該耦合器的變化函數 可能隨著(zhù)時(shí)間的變化而變化(如隨著(zhù)溫度變化)。監測功率計(Det.2)用于補償光源在測量期間出現的任何功率波動(dòng)。

  其中: TFfiber是所用光纖在測量期間的變化函數。

  最后，可根據下列公式計算DUT的變化函數：

  基準測量對于IL和RL測量至關(guān)重要。不見(jiàn)得在每次測量前都需要采集基準曲線(xiàn)，而是可以每天采集，或在試驗設置或條件出現變化后采集。采用全狀態(tài)方法進(jìn)行的PDL測量使用相對功率變化，不能始終都利用先前的基準測量結果。

  無(wú)源元器件

  濾波器型元器件

  無(wú)論它們是寬帶元器件，如CWDM(解)復用器，還是單/雙頻段DWDM，濾波器型DUT經(jīng)常有多個(gè)通道，需要為這些通道測量下面的特性:

  ·這個(gè)波長(cháng)處的峰值波長(cháng)和IL

  ·波長(cháng)偏移 vs. ITU柵格

  · -1 dB、-3 dB和-20 dB寬度

  ·相鄰與非相鄰的隔離度

  ·平坦度和波紋

  · PDL

  · -3 dB和-20 dB之間的邊緣斜率

  圖3: 鑒定100 GHz DWDM解復用器的第57個(gè)通道

  垂直線(xiàn)代表100 GHz ITU柵格。

  黑色箭頭代表關(guān)注的點(diǎn)。

  藍色矩形表示的是-3 dB和-20 dB窗口。

  寬帶元器件

  動(dòng)態(tài)范圍較小的元器件(即變化函數的變動(dòng)較小)包括其它耦合器、開(kāi)關(guān)和衰減器。這些元器件工作的波長(cháng)范圍通常較寬，有時(shí)可從O頻段到L電信頻段。關(guān)注的參數可能包括:

  · IL和IL平坦度

  · 變化函數的波紋

  · PDL和回損

  接下來(lái)，我們將概述鑒定無(wú)源元器件的三種不同方法。我們將探討它們的主要優(yōu)勢和不足之處，并將其與先前所述要求聯(lián)系起來(lái)。

  鑒定方法

  光譜分析儀

  超輻射發(fā)光二極管(SLED)和ASE光源都是寬帶光源，它們可結合OSA使用以測量IL。雖然這種方法比較迅速，但由于光源的功率譜密度較低，造成動(dòng)態(tài)范圍比較有限，這很容易會(huì )成為不足之處，尤其是在遠離光源的中心波長(cháng)時(shí)。

  圖4: 使用寬帶光源和OSA進(jìn)行IL測量的典型配置

  圖5: 使用寬帶光源和OSA鑒定濾波器

  無(wú)DUT時(shí)的基準曲線(xiàn)(紅色的曲線(xiàn)1，左標度)、

  有DUT時(shí)的曲線(xiàn)(綠色的曲線(xiàn)2，左標度)

  變化函數(藍色的曲線(xiàn)3，右標度)。

  此外，OSA測得的功率與通過(guò)OSA單色儀所看到的功率譜相對應。在DUT的帶寬接近OSA的帶寬，或DUT的斜率接近單色儀的斜率時(shí)，不能忽視單色儀所導致的信號失真(見(jiàn)圖6)。在測量濾波器型元器件時(shí)，這些限制尤其重要。

  圖6:信號和單色儀形狀卷積示意圖。

  此外，在使用OSA時(shí)，很難實(shí)時(shí)地監測光源功率，因此必須注意避免在基準測量和使用DUT進(jìn)行測量的結果之間出現任何功率漂移。

  總之，這種方法特特別適合對插損和動(dòng)態(tài)范圍相對較低的單輸出元器件進(jìn)行插損測量。利用OSA的寬波長(cháng)范圍，我們可以輕松地將多個(gè)寬帶光源結合起來(lái)，實(shí)現經(jīng)濟高效的寬帶解決方案，提供高分辨率和快速的測量。

  可調諧激光光源

  1.一般考慮因素和源自發(fā)輻射影響

  單模(單波長(cháng))性質(zhì)以及可實(shí)現高分辨率都是非常關(guān)鍵的特性，使可調諧激光器成為鑒定元器件不可或缺的工具。然而，有各種各樣的可調諧激光器，它們的規格要求差異很大。

  由于具備寬調諧范圍(最高可達200 nm)、高分辨率和快速調諧的速度，因此外腔激光器(ECL)被廣泛應用于測試和測量應用。另一方面，可使用調諧范圍通常為2 nm的分布式反饋(DFB)激光器來(lái)進(jìn)行單波長(cháng)測量。這些激光器更加經(jīng)濟高效，但無(wú)法提供外腔激光器的多 功能性與調諧范圍，因此不足以進(jìn)行波長(cháng)相關(guān)測量。

  還應該考慮所有可調諧激光器的有源介質(zhì)(激光二極管)內出現的源自發(fā)輻射(SSE)。SSE會(huì )造成寬帶光輻射，與激光器疊加起來(lái)。對于濾波器型元器件(如光纖布拉格光柵或復用器)，這部分寬帶光噪聲會(huì )通過(guò)DUT的帶通部分，被功率計檢測出來(lái)。下圖顯示的是這種情況 如何人為地增加測得的變化函數。

  圖7:使用高SSE激光器和低SSE激光器鑒定可調諧濾波器(左)

  和光纖布拉格光柵(右)的結果(分別為紅色曲線(xiàn)1和綠色

  低SSE激光器采用經(jīng)過(guò)改進(jìn)的外腔設計來(lái)消除這種寬帶輻射，從而進(jìn)行高動(dòng)態(tài)范圍測量。激光器信號與SSE之間的比在技術(shù)資料中通常被稱(chēng)為信號對源自發(fā)輻射噪聲比(SSSER)。在測量濾波器型元器件時(shí)，較高的SSSER可提供更高的動(dòng)態(tài)范圍。

  2.步進(jìn)式測量

  使用可調諧激光器進(jìn)行步進(jìn)式測量比較簡(jiǎn)單、用途廣且成本相對較低，因此成為普遍采用的方法。由于使用功率計而不是OSA，使得檢測器的數量可以擴展，從而能夠同時(shí)鑒定元器件的多個(gè)通道。
  步進(jìn)式測量方法在可以進(jìn)行的測量方面提供很高的靈活性:IL和RL通常使用圖8所示的設置進(jìn)行鑒定，而PDL可使用偏振擾偏器和全狀態(tài)方法測量(見(jiàn)圖9)。在完成所有的目標測量后，通過(guò)遠程方式將激光器的波長(cháng)調諧到下一個(gè)關(guān)注的波長(cháng)。為提高測量精度，還可以在測試設置上增加其它設備，如波長(cháng)計。

  圖8: 典型的IL和RL測量設置

  圖9: 使用偏振擾頻器和全狀態(tài)方法進(jìn)行步進(jìn)式PDL測量

  波長(cháng)分辨率的選擇需要在精準測量元器件的目標特征和維持合理的測量時(shí)間之間加以權衡。經(jīng)?？梢允褂貌竭M(jìn)式方法來(lái)鑒定CWDM和寬帶元器件，因為波長(cháng)分辨率通常大于100 pm。

  然而，在需要更高的分辨率或更寬的波長(cháng)范圍時(shí)，步進(jìn)式方法會(huì )變得極其費時(shí)。在這些情況下，掃頻測量會(huì )更加合適。

  3.掃頻測量

  在掃頻測量期間，激光器在整個(gè)波長(cháng)范圍內連續移動(dòng)，觸發(fā)系統會(huì )觸發(fā)一個(gè)或多個(gè)外部?jì)x表，通常為功率計。由于激光器不會(huì )在進(jìn)行測量 的每個(gè)波長(cháng)上停下來(lái)，因此與步進(jìn)式測量相比，測量速度會(huì )大幅提高。以皮米級分辨率，在100 nm范圍內進(jìn)行測量，通常需要幾秒鐘的時(shí)間便可完成。在這些設置中，采樣分辨率和波長(cháng)精度取決于觸發(fā)系統，無(wú)論其是否集成了激光器或外部系統。

  一方面，IL和RL測量設置與步進(jìn)式測量設置沒(méi)有什么不同，可使用圖7所示的設置進(jìn)行測量。

  另一方面，PDL測量需要特別注意，并使用一種不同的方法來(lái)確定PDL。掃頻PDL測量需要偏振控制器，使用不同的已知偏振狀態(tài)(通常為4 個(gè)或6個(gè)狀態(tài))進(jìn)行連續掃描。然后，可使用米勒微積分來(lái)計算PDL。

  圖10: 使用偏振控制器進(jìn)行的典型掃頻PDL測量

  掃頻測量的一個(gè)關(guān)鍵方面是與步進(jìn)式測量相比，對激光器和功率計的要求更加嚴格?？烧{諧激光器必須能夠進(jìn)行無(wú)跳模掃描(沒(méi)有波長(cháng)不連續性)，而檢測器必須能夠在短積分時(shí)間和高動(dòng)態(tài)范圍內緩沖大量的數據點(diǎn)。

  DWDM元器件通常需要皮米級分辨率，并實(shí)現掃頻測量的優(yōu)勢?？稍趲酌腌姷臅r(shí)間里，進(jìn)行分辨率高、精準的測量，從而滿(mǎn)足制造環(huán)節中的高吞吐量要求。

  EXFO解決方案

  OSA和寬帶光源

  EXFO光譜分析儀系列產(chǎn)品包括FTBx-5245/5255和OSA20。它們可以和FTB-2250 / FTBx-2250寬帶光源結合起來(lái)，使用專(zhuān)用的分析工具來(lái)進(jìn)行透射比測量。

  激光器——步進(jìn)式測量

  T100激光器模塊是一款緊湊、可快速調諧且經(jīng)濟高效的解決方案，適用于步進(jìn)式測量。它們可安裝在OSICS平臺內，采用低SSE(高SSS- ER)腔設計。

  全頻段激光器(FBL)集成了四個(gè)T100模塊和一個(gè)開(kāi)關(guān)，從而在一臺19英寸大小的儀表內涵蓋從1260 nm至1680 nm的整個(gè)波長(cháng)范圍。LTB-8 平臺和FTBx-1750功率計可用來(lái)設置完整的測試系統。

  激光器——掃頻測量

  可使用CT440元器件測試儀或CTP10平臺來(lái)進(jìn)行掃頻IL-RL測量。這兩款解決方案都依賴(lài)T100S-HP激光器并使用光學(xué)觸發(fā)，在以任何速度進(jìn)行測量時(shí)都可以獲得較高的采樣分辨率和精度。此外，還可以將多個(gè)可調諧激光器結合起來(lái)，進(jìn)一步增加波長(cháng)范圍。

  CTP10平臺最多可容納60個(gè)功率計，特別適用于高端口數元器件?？墒褂肅T440-PDL或CTP10平臺結合外部偏振控制器來(lái)進(jìn)行掃頻PDL測量。

  如果您對上述方案感興趣或有任何問(wèn)題咨詢(xún)，歡迎聯(lián)系您已知的EXFO客服專(zhuān)員或者在公眾號后臺留言，EXFO會(huì )及時(shí)反饋您的任何需求。