激光測(cè)試設(shè)備在超高速光通訊中的應(yīng)用分析

高速率、高時(shí)效的通訊手段是信息社會(huì)的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一。蓬勃發(fā)展的5G通訊、無(wú)人駕駛、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)、云計(jì)算等應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)光通訊帶寬提出越來(lái)越高的要求。40G/100G光傳輸已實(shí)現(xiàn)商用，400G及更高帶寬的超高速光傳輸網(wǎng)絡(luò)即將大規(guī)模商用。

在成熟的DWDM、EDFA等技術(shù)基礎(chǔ)上，超高速光通訊要求對(duì)光頻譜帶寬以及載波信息進(jìn)行更充分的利用，才能基于現(xiàn)有光纖網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備、技術(shù)所提供的傳輸通道成倍的擴(kuò)充數(shù)據(jù)流量。相應(yīng)的新技術(shù)包括各種新型相干調(diào)制技術(shù)，偏振復(fù)用、光正交頻分復(fù)用等頻譜更高密度復(fù)用技術(shù)，以及相干檢測(cè)、超高速AD/DA技術(shù)等。這些技術(shù)對(duì)光通訊光源的線寬及線寬穩(wěn)定性及振幅和位相噪聲、調(diào)制器的性能、各種無(wú)源器件對(duì)光信號(hào)的復(fù)響應(yīng)、以及光纖傳輸過(guò)程中的色散、啁啾、偏振控制等都提出了非常精細(xì)的要求，對(duì)這些量的精密測(cè)量也成為超高速光通訊器件、設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)不可或缺的手段。

多年以來(lái)，先鋒科技持續(xù)為光通訊領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)廠商提供先進(jìn)的激光測(cè)試設(shè)備，從光功率、激光模式、光器件的幾何對(duì)準(zhǔn)，到DWDM密集波長(zhǎng)測(cè)試、超高精度復(fù)光頻譜分析，提供豐富測(cè)試測(cè)量產(chǎn)品，助力行業(yè)伙伴高速發(fā)展。

一、BRISTOL光波長(zhǎng)計(jì)、光頻譜儀(OSA)

美國(guó)BRISTOL公司是一家專業(yè)生產(chǎn)基于干涉儀的激光波長(zhǎng)計(jì)、光頻譜儀的廠家，其團(tuán)隊(duì)、技術(shù)和產(chǎn)品可朔至WDM、DWDM發(fā)端之時(shí)。從經(jīng)典的Burleigh WA系列波長(zhǎng)計(jì)開(kāi)始，一直伴隨光通訊行業(yè)的不斷發(fā)展;同時(shí)通過(guò)持續(xù)的研發(fā)改進(jìn)，為工程師和生產(chǎn)線提供強(qiáng)有力的工具。

1. 波長(zhǎng)計(jì)和多波長(zhǎng)計(jì)

圖1 828A 高速波長(zhǎng)計(jì)

在WDM、DWDM應(yīng)用中，在光源、光模塊、光收發(fā)器等產(chǎn)品領(lǐng)域，對(duì)波長(zhǎng)進(jìn)行高精度的測(cè)量和標(biāo)定是必須的手段。Bristol公司提供多方面、高性能、高性價(jià)比的產(chǎn)品，實(shí)時(shí)測(cè)量速率最高可到達(dá)1kHz，測(cè)量精度可達(dá)±0.2ppm，最高可以同時(shí)測(cè)量1000個(gè)信道，適用連續(xù)和調(diào)制激光。而且Bristol的全系列產(chǎn)品均內(nèi)置激光器實(shí)時(shí)校準(zhǔn)，無(wú)需外置校準(zhǔn)源、無(wú)需定期校準(zhǔn)，提高測(cè)試和生產(chǎn)的效率。

在光通訊專用波長(zhǎng)計(jì)領(lǐng)域，BRISTOL提供228系列波長(zhǎng)計(jì)、828系列高速波長(zhǎng)計(jì)用于單信道、TLS等光源、信號(hào)及器件測(cè)試，428、438系列多波長(zhǎng)計(jì)用于多信道光源、信號(hào)及器件測(cè)試：

*228B、428B、438B、828B等高性價(jià)比型號(hào)未列出

典型應(yīng)用：

lWDM 用可調(diào)諧激光測(cè)量;

lWDM多信道信號(hào)測(cè)試，OSNR測(cè)試

lWDM 光收發(fā)器測(cè)試

lECLD調(diào)諧性能、波長(zhǎng)穩(wěn)定性測(cè)試

圖2 828A測(cè)試示例：ECDL調(diào)諧過(guò)程監(jiān)控(左);ECDL穩(wěn)態(tài)運(yùn)行測(cè)試(右)

2. 光頻譜儀(OSA)

在光通訊波段，BRISTOL提供基于干涉技術(shù)的771系列、750系列光頻譜儀，針對(duì)不同的應(yīng)用需求。771系列為通用型高分辨率OSA，其中771A/B-NIR覆蓋光通訊波段，頻譜分辨率可達(dá)2GHz，波長(zhǎng)準(zhǔn)確度可達(dá)1pm;750系列為專為光通訊設(shè)計(jì)的快速OSA，僅需0.3秒即可提供O、E、S、C及L波段的高效頻譜分析，同時(shí)在0.07秒內(nèi)即可自動(dòng)測(cè)量邊模抑制比(SMSR)，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)光柵OSA的水平;同時(shí)針對(duì)光通訊的需求，提供功率測(cè)量等功能。

圖3 771型光頻譜儀

圖4 750型OSA 邊模噪聲測(cè)試與分析

二、BOSA超高分辨率光頻譜儀

BOSA是位于西班牙的Aragon Photonics 公司基于其專利技術(shù)開(kāi)發(fā)的超高分辨率光頻譜儀(OSA)。BOSA的名稱來(lái)源于Brillouin + OSA，儀器采用受激布里淵散射(Stimulated Brillouin Scattering， SBS)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)10MHz超高分辨率、0.5pm精度，并可非常便利的擴(kuò)展被動(dòng)元件測(cè)試、偏振特性測(cè)試、位相測(cè)試及復(fù)頻譜分析，等功能。得益于受激布里淵散射銳利的濾波曲線和邊模抑制能力，BOSA在具備-70dBm高靈敏度的基礎(chǔ)上提供>80dB的免偽訊(spurious free)動(dòng)態(tài)范圍，為真實(shí)還原精細(xì)頻譜信息以及位相信息提供有力的保證。

下一代超高速光通訊在更充分利用頻譜資源(如光正交頻分復(fù)用Optical OFDM技術(shù)、偏振復(fù)用技術(shù))的基礎(chǔ)上，在信號(hào)和傳輸領(lǐng)域也許先進(jìn)調(diào)制技術(shù)、相干調(diào)制及相干探測(cè)技術(shù)等。這些技術(shù)所涉及的光源、調(diào)制器、無(wú)源器件、探測(cè)器、傳輸網(wǎng)絡(luò)，無(wú)一不需要對(duì)光頻譜、位相、啁啾、偏振、時(shí)域振幅等物理量及其變化和噪聲作完整、準(zhǔn)確、精細(xì)的測(cè)量。BOSA正是適合此類先進(jìn)應(yīng)用的全能型儀器：

l全光學(xué)方案，專利SBS技術(shù)，真實(shí)頻譜;

l10MHz頻譜分辨率，0.5pm波長(zhǎng)準(zhǔn)確度;20nm/s 快速測(cè)量;

lC，L，O波段覆蓋;

l正交分量(偏振)相關(guān)的頻譜、位相、啁啾、時(shí)域信號(hào)測(cè)量;

l光器件插損、回?fù)p、波長(zhǎng)及偏振敏感分析測(cè)試;

l復(fù)光學(xué)頻譜儀，振幅、位相、啁啾等全面分析，無(wú)帶寬限制，不依賴于調(diào)制格式;

l高靈敏度、高免偽訊動(dòng)態(tài)范圍。

選件及擴(kuò)展功能：

l先進(jìn)調(diào)制格式測(cè)量，OFDM，Nyquist-WDM典型應(yīng)用：

l光源測(cè)試：DFB，VCSEL，ECL-TLS，DML

l信道/信號(hào)測(cè)試：OSNR，偏振平衡，偏振光譜，偏振啁啾

l調(diào)制器測(cè)試：啁啾

l光主動(dòng)/被動(dòng)無(wú)源器件測(cè)試：RL，IL，頻譜/偏振相關(guān)特性測(cè)試

l光子集成電路測(cè)試

l光纖傳感器測(cè)試：FBG

l光頻梳測(cè)量

測(cè)試示例：

圖5 左：BOSA與傳統(tǒng)OSA分辨率對(duì)比;右：?jiǎn)晤lDFB噪聲測(cè)試

圖6 OFDM(左)、Nyquist WDM信號(hào)測(cè)試

圖7 啁啾效應(yīng)(上)/DWDM網(wǎng)格信號(hào)(下)測(cè)試

圖8 調(diào)制與TRC

圖9 位相測(cè)試/時(shí)域信號(hào)分析

圖10 上：器件插損/回?fù)p測(cè)試;下：偏振相關(guān)的插損/回?fù)p測(cè)試

三、激光功率計(jì)和光束分析儀

現(xiàn)實(shí)的光通訊網(wǎng)絡(luò)，無(wú)論多么先進(jìn)、復(fù)雜的理論和技術(shù)，最終都要靠具體的激光器、光纖、光器件以及它們之間的互連的生產(chǎn)工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)。優(yōu)質(zhì)、可靠的生產(chǎn)工藝才能將現(xiàn)有先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用到極致，最大化的實(shí)現(xiàn)技術(shù)設(shè)計(jì)目標(biāo)，而且保證應(yīng)用可靠性。從實(shí)驗(yàn)室到生產(chǎn)線，無(wú)論是光源，還是點(diǎn)膠、封裝、接插耦合、熔接、準(zhǔn)直等生產(chǎn)工藝的評(píng)估，都離不開(kāi)功率計(jì)和光束分析儀的參與：

l功率計(jì)用于測(cè)量光源的功率，耦合效率，接插損耗等;

l光束分析儀用于測(cè)試激光的光斑大小、能量分布、峰值中心、幾何中心、發(fā)散角、指向穩(wěn)定性等參數(shù)，從而確保光源本身的品質(zhì)、各種耦合的準(zhǔn)確性和可靠性。

以色列Ophir公司提供各種類型的功率計(jì)：光電二極管式、熱電堆式、積分球式等等，光通訊波長(zhǎng)和功率均可覆蓋，精度可至0.0001nW(-100dBm);并可根據(jù)客戶的要求提供各種定制產(chǎn)品以及人眼安全測(cè)試、對(duì)向角測(cè)試、Vcsel測(cè)試等系統(tǒng)。

相機(jī)式光束分析儀和狹縫式光束分析儀，可以覆蓋所有的光通訊波長(zhǎng)，并可以根據(jù)客戶測(cè)量要求，提供近場(chǎng)、遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試以及Vcsel測(cè)試系統(tǒng)：

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