40G DWDM器件的测量(转)

shujuren

40G DWDM器件的测量

编辑：Thomas Jensen、Oliver Funke、Ulrich Wagemann 译者：邢文胜

    随着DWDM技术提供了巨大的传输容量，光网络技术正在大步前进。今天，DWDM已成为数据传输的高效手段。光器件的测试也遇到越来越大的挑战。高速率和窄信道都要求测量新参数，如偏振相关损耗或色散。这迫使制造商在设计和制造过程中越来越接近物理极限。而且，光器件的巨大需求也要求他们优化生产策略。因此就需要有适当的测试方法简化测试装置、削减测试时间。
无论DWDM采取何种方式提高带宽，无源器件始终处于系统的核心部分。在通向更高带宽的路上，仅仅测量光器件的损耗已经不够了，精确描述和控制所有器件的色散已经是必要的了。全参数测试的需要对今天的测试方法提出了新的挑战。
本文将先容一种测试损耗、偏振相关损耗、群时延和微分群时延的新方法。

全参数测试
随着网络向更高速率和更窄信道发展，除了信号的损耗，信号运行中的特性也变得重要了。这意味着：对于整个系统，可以接受1个比特周期（40Gbps时为25ps）十分之一的时延。但是由于一个系统包含很多部件，所以每个部件的时延必须更小。
大多数无源器件的功能是为光线选路或分流光线的一部分。不能只考虑损耗性能，而不考虑色散特性。在高级网络中，器件的四个参数插入损耗、偏振相关损耗、群时延和微分群时延中的任何一个达不到要求都可能导致整个系统受损甚至中断。因此在开发和制造无源光器件特别是10G和40G高速、窄信道器件时，必须具备测量全部参数的能力。
损耗和时延（色散）的测量传统上是两种不同的工作，用不同的方案完成，或者用针对单一参数优化的方案完成。显然，测试仪器需要改进以满足测量全部参数的需求。测试测量仪器必须对所有参数一视同仁，都能精确地描述它们。
除此之外，为了缩短测量时间和削减测量成本，任何测量程序都必须尽可能准确、简单。为了使测量的不确定性最小，任何新的测试方法都应该使用一条链路连接被测器件。

一种新方法
无源器件对光信道进行选路、重定向或阻断。典型的器件有光纤布拉格光栅、薄膜滤波器、阵列波导光栅。因为这些器件的首要任务是波长选路，所以在制造中的某个环节必须精确确定其损耗。这个测量要求高精度、高动态和高分辨率。今天，通常用可调激光器加功率计来满足这些要求。
因为窄信道器件的损耗特征总是与陡的色散曲线相伴相生，所以目前的测量色散的方法遇到了难题。要解决这个难题，就要使用一种新方法：扫频零差干涉测量法。
在扫频零差干涉测量中，激光器的波长是可调的，干涉仪的臂长保持固定（图1）。一个臂上放置被测器件，另一个臂作参考。光信号通过两臂后合在一起，由一个二极管探测其干涉模式。整个装置没有移动部件。 此装置扩展后还可以方便地测量器件的传输和反射特性。


图1扫频零差干涉测量的原理性装置

因为被测器件的相位数据是从单一波长得到的，所以扫频零差干涉测量法是以很高的光谱分辨率获得色散数据的。
扫频零差干涉测量法不适合测量长的器件如光纤，但是非常适合测量窄带器件。扫频零差干涉测量法因为比较的是光波相位而不是电相位，所以灵敏度非常高，测得的群时延和微分群时延可以轻松达到100fs的精度。
损耗测量原理
在图1的装置中加入耦合器，就能够将光信号的一部分输入功率计。使用偏振控制器，用Mueller-Stokes方法可以确定偏振相关损耗。作为偏振相关损耗的平均值，插入损耗和回波损耗就可以计算出来了（图2）。


图2用偏振相关损耗计算常规损耗


色散测量原理
由于所有光波都是以群波而不是单一频率传播的。群时延就是一个要测量的参数。群时延与相位时延紧密相关，还要将信号的相邻频谱考虑在内，它是相位随波长变化的量度。群时延通常以皮秒（ps）计算。用相位时延可以计算出群时延。有时还要描述器件的色散。色散是群时延相对于波长的斜率，单位是皮秒/纳米（ps/nm）。
群时延描述了光脉冲通过器件后的发散情况，而微分群时延是群时延与偏振的相关性的量度（图3）。这与损耗和偏振相关损耗的关系类似。


图3用微分群时延计算群时延

在大家的装置中有一个偏振记录仪分别记录下TE波和TM波随波长变化的群时延数据。这些数据平均起来确定群时延，再减去这个数值就得到微分群时延（图4）。这样做可以保证记录下来的群时延数据总是与偏振效应无关，因为在两次测量中，输入的偏振状态有可能发生变化。


图4通过测量偏振分量群时延计算微分群时延

在测量相位时，可调激光器的扫频速度是40nm/s。一次扫频加上数值分析只需几秒钟。

Thomas Jensen和Oliver Funke是安捷伦科技光子测量部研发工程师
Ulrich Wagemann是安捷伦科技光子测量部产品营销工程师


[点击浏览该文件]