激光功率计在光通讯领域的应用

2020-02-28 10:44

高速率、高时效的通讯手段是信息社会的重要基础设施之一。蓬勃发展的5G通讯、无人驾驶、物联网、虚拟现实、云计算等应用场景对光通讯带宽提出越来越高的要求。40G／100G光传输已实现商用，400G及更高带宽的超高速光传输网络即将大规模商用。

在成熟的DWDM、EDFA等技术基础上，超高速光通讯要求对光频谱带宽以及载波信息进行更充分的利用，才能基于现有光纤网络、设备、技术所提供的传输通道成倍的扩充数据流量。相应的新技术包括各种新型相干调制技术，偏振复用、光正交频分复用等频谱更高密度复用技术，以及相干检测、超高速AD／DA技术等。这些技术对光通讯光源的线宽及线宽稳定性及振幅和位相噪声、调制器的性能、各种无源器件对光信号的复响应、以及光纤传输过程中的色散、啁啾、偏振控制等都提出了非常精细的要求，对这些量的精密测量也成为超高速光通讯器件、设备、网络不可或缺的手段。

多年以来，先锋科技持续为光通讯领域的领导厂商提供先进的激光测试设备，从光功率、激光模式、光器件的几何对准，到DWDM密集波长测试、超高精度复光频谱分析，提供丰富测试测量产品，助力行业伙伴高速发展。

一、BRISTOL光波长计、光频谱仪（OSA）

美国BRISTOL公司是一家专业生产基于干涉仪的激光波长计、光频谱仪的厂家，其团队、技术和产品可朔至WDM、DWDM发端之时。从经典的Burleigh WA系列波长计开始，一直伴随光通讯行业的不断发展；同时通过持续的研发改进，为工程师和生产线提供强有力的工具。

1．波长计和多波长计

图1 828A 高速波长计

在WDM、DWDM应用中，在光源、光模块、光收发器等产品领域，对波长进行高精度的测量和标定是必须的手段。Bristol公司提供多方面、高性能、高性价比的产品，实时测量速率最高可到达1kHz，测量精度可达±0.2ppm，最高可以同时测量1000个信道，适用连续和调制激光。而且Bristol的全系列产品均内置激光器实时校准，无需外置校准源、无需定期校准，提高测试和生产的效率。

在光通讯专用波长计领域，BRISTOL提供228系列波长计、828系列高速波长计用于单信道、TLS等光源、信号及器件测试，428、438系列多波长计用于多信道光源、信号及器件测试：

＊228B、428B、438B、828B等高性价比型号未列出

典型应用：

lWDM 用可调谐激光测量；

lWDM多信道信号测试，OSNR测试

lWDM 光收发器测试

lECLD调谐性能、波长稳定性测试

图2 828A测试示例：ECDL调谐过程监控（左）；ECDL稳态运行测试（右）

2．光频谱仪（OSA）

在光通讯波段，BRISTOL提供基于干涉技术的771系列、750系列光频谱仪，针对不同的应用需求。771系列为通用型高分辨率OSA，其中771A／B－NIR覆盖光通讯波段，频谱分辨率可达2GHz，波长准确度可达1pm；750系列为专为光通讯设计的快速OSA，仅需0．3秒即可提供O、E、S、C及L波段的高效频谱分析，同时在0．07秒内即可自动测量边模抑制比（SMSR），远超传统光栅OSA的水平；同时针对光通讯的需求，提供功率测量等功能。

图3 771型光频谱仪

图4 750型OSA 边模噪声测试与分析

二、BOSA超高分辨率光频谱仪

BOSA是位于西班牙的Aragon Photonics 公司基于其专利技术开发的超高分辨率光频谱仪（OSA）。BOSA的名称来源于Brillouin ＋ OSA，仪器采用受激布里渊散射（Stimulated Brillouin Scattering， SBS）技术，实现10MHz超高分辨率、0．5pm精度，并可非常便利的扩展被动元件测试、偏振特性测试、位相测试及复频谱分析，等功能。得益于受激布里渊散射锐利的滤波曲线和边模抑制能力，BOSA在具备－70dBm高灵敏度的基础上提供＞80dB的免伪讯（spurious free）动态范围，为真实还原精细频谱信息以及位相信息提供有力的保证。

下一代超高速光通讯在更充分利用频谱资源（如光正交频分复用Optical OFDM技术、偏振复用技术）的基础上，在信号和传输领域也许先进调制技术、相干调制及相干探测技术等。这些技术所涉及的光源、调制器、无源器件、探测器、传输网络，无一不需要对光频谱、位相、啁啾、偏振、时域振幅等物理量及其变化和噪声作完整、准确、精细的测量。BOSA正是适合此类先进应用的全能型仪器：

l全光学方案，专利SBS技术，真实频谱；

l10MHz频谱分辨率，0．5pm波长准确度；20nm／s 快速测量；

lC，L，O波段覆盖；

l正交分量（偏振）相关的频谱、位相、啁啾、时域信号测量；

l光器件插损、回损、波长及偏振敏感分析测试；

l复光学频谱仪，振幅、位相、啁啾等全面分析，无带宽限制，不依赖于调制格式；

l高灵敏度、高免伪讯动态范围。

选件及扩展功能：

l先进调制格式测量，OFDM，Nyquist－WDM典型应用：

l光源测试：DFB，VCSEL，ECL－TLS，DML

l信道／信号测试：OSNR，偏振平衡，偏振光谱，偏振啁啾

l调制器测试：啁啾

l光主动／被动无源器件测试：RL，IL，频谱／偏振相关特性测试

l光子集成电路测试

l光纤传感器测试：FBG

l光频梳测量

测试示例：

图5 左：BOSA与传统OSA分辨率对比；右：单频DFB噪声测试

图6 OFDM（左）、Nyquist WDM信号测试

图7 啁啾效应（上）／DWDM网格信号（下）测试

图8 调制与TRC

图9 位相测试／时域信号分析

图10 上：器件插损／回损测试；下：偏振相关的插损／回损测试

三、激光功率计和光束分析仪

现实的光通讯网络，无论多么先进、复杂的理论和技术，最终都要靠具体的激光器、光纤、光器件以及它们之间的互连的生产工艺来实现。优质、可靠的生产工艺才能将现有先进技术应用到极致，最大化的实现技术设计目标，而且保证应用可靠性。从实验室到生产线，无论是光源，还是点胶、封装、接插耦合、熔接、准直等生产工艺的评估，都离不开功率计和光束分析仪的参与：

l功率计用于测量光源的功率，耦合效率，接插损耗等；

l光束分析仪用于测试激光的光斑大小、能量分布、峰值中心、几何中心、发散角、指向稳定性等参数，从而确保光源本身的品质、各种耦合的准确性和可靠性。

以色列Ophir公司提供各种类型的功率计：光电二极管式、热电堆式、积分球式等等，光通讯波长和功率均可覆盖，精度可至0．0001nW（－100dBm）；并可根据客户的要求提供各种定制产品以及人眼安全测试、对向角测试、Vcsel测试等系统。