激光測試測量設備在光通訊領域的應用
高速率、高時效的通訊手段是信息社會的重要基礎設施之一。蓬勃發展的5G通訊、無人駕駛、物聯網、虛擬現實、云計算等應用場景對光通訊帶寬提出越來越高的要求。40G/100G光傳輸已實現商用，400G及更高帶寬的超高速光傳輸網絡即將大規模商用。
在成熟的DWDM、EDFA等技術基礎上，超高速光通訊要求對光頻譜帶寬以及載波信息進行更充分的利用，才能基于現有光纖網絡、設備、技術所提供的傳輸通道成倍的擴充數據流量。相應的新技術包括各種新型相干調制技術,偏振復用、光正交頻分復用等頻譜更高密度復用技術，以及相干檢測、超高速AD/DA技術等。這些技術對光通訊光源的線寬及線寬穩定性及振幅和位相噪聲、調制器的性能、各種無源器件對光信號的復響應、以及光纖傳輸過程中的色散、啁啾、偏振控制等都提出了非常精細的要求，對這些量的精密測量也成為超高速光通訊器件、設備、網絡不可或缺的手段。
多年以來，先鋒科技持續為光通訊領域的領導廠商提供先進的激光測試設備，從光功率、激光模式、光器件的幾何對準，到DWDM密集波長測試、超高精度復光頻譜分析，提供豐富測試測量產品，助力行業伙伴高速發展。
一、BRISTOL光波長計、光頻譜儀（OSA）
美國BRISTOL公司是一家專業生產基于干涉儀的激光波長計、光頻譜儀的廠家，其團隊、技術和產品可朔至WDM、DWDM發端之時。從經典的Burleigh WA系列波長計開始，一直伴隨光通訊行業的不斷發展；同時通過持續的研發改進，為工程師和生產線提供強有力的工具。
1. 波長計和多波長計
圖1 828A 高速波長計
在WDM、DWDM應用中，在光源、光模塊、光收發器等產品領域，對波長進行高精度的測量和標定是必須的手段。Bristol公司提供多方面、高性能、高性價比的產品，實時測量速率最高可到達1kHz,測量精度可達±0.2ppm，最高可以同時測量1000個信道，適用連續和調制激光。而且Bristol的全系列產品均內置激光器實時校準，無需外置校準源、無需定期校準，提高測試和生產的效率。
在光通訊專用波長計領域，BRISTOL提供228系列波長計、828系列高速波長計用于單信道、TLS等光源、信號及器件測試，428、438系列多波長計用于多信道光源、信號及器件測試：
*228B、428B、438B、828B等高性價比型號未列出
典型應用：
· WDM 用可調諧激光測量；
· WDM多信道信號測試，OSNR測試
· WDM 光收發器測試
· ECLD調諧性能、波長穩定性測試 
圖2 828A測試示例：ECDL調諧過程監控（左）；ECDL穩態運行測試（右）
2. 光頻譜儀（OSA）
在光通訊波段，BRISTOL提供基于干涉技術的771系列、750系列光頻譜儀，針對不同的應用需求。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2GHz，波長準確度可達1pm；750系列為專為光通訊設計的快速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，同時在0.07秒內即可自動測量邊模抑制比(SMSR),遠超傳統光柵OSA的水平；同時針對光通訊的需求，提供功率測量等功能。
圖3 771型光頻譜儀
圖4 750型OSA 邊模噪聲測試與分析
二、BOSA超高分辨率光頻譜儀
BOSA是位于西班牙的Aragon Photonics 公司基于其開發的超高分辨率光頻譜儀（OSA）。BOSA的名稱來源于Brillouin + OSA，儀器采用受激布里淵散射（Stimulated Brillouin Scattering, SBS）技術，實現10MHz超高分辨率、0.5pm精度，并可非常便利的擴展被動元件測試、偏振特性測試、位相測試及復頻譜分析，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高靈敏度的基礎上提供>80dB的免偽訊（spurious free）動態范圍，為真實還原精細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（如光正交頻分復用Optical OFDM技術、偏振復用技術）的基礎上，在信號和傳輸領域也許先進調制技術、相干調制及相干探測技術等。這些技術所涉及的光源、調制器、無源器件、探測器、傳輸網絡，無一不需要對光頻譜、位相、啁啾、偏振、時域振幅等物理量及其變化和噪聲作完整、準確、精細的測量。BOSA正是適合此類先進應用的全能型儀器：
· 全光學方案，SBS技術，真實頻譜；
· 10MHz頻譜分辨率，0.5pm波長準確度；20nm/s 快速測量；
· C，L，O波段覆蓋；
· 正交分量（偏振）相關的頻譜、位相、啁啾、時域信號測量；
· 光器件插損、回損、波長及偏振敏感分析測試；
· 復光學頻譜儀，振幅、位相、啁啾等全面分析，無帶寬限制，不依賴于調制格式；
· 高靈敏度、高免偽訊動態范圍。
選件及擴展功能：
典型應用：
· 先進調制格式測量，OFDM，Nyquist-WDM
· 光源測試：DFB，VCSEL，ECL-TLS，DML
· 信道/信號測試：OSNR，偏振平衡，偏振光譜，偏振啁啾
· 調制器測試：啁啾
· 光主動/被動無源器件測試：RL，IL，頻譜/偏振相關特性測試
· 光子集成電路測試
· 光纖傳感器測試：FBG
· 光頻梳測量
測試示例：
圖5 左：BOSA與傳統OSA分辨率對比；右：單頻DFB噪聲測試
圖6 OFDM（左）、Nyquist WDM信號測試
圖7 啁啾效應（上）/DWDM網格信號（下）測試
圖8 調制與TRC
圖9 位相測試/時域信號分析
圖10 上：器件插損/回損測試；下：偏振相關的插損/回損測試
三、激光功率計和光束分析儀
現實的光通訊網絡，無論多么先進、復雜的理論和技術，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工藝來實現。優質、可靠的生產工藝才能將現有先進技術應用到極致，最大化的實現技術設計目標，而且保證應用可靠性。從實驗室到生產線，無論是光源，還是點膠、封裝、接插耦合、熔接、準直等生產工藝的評估，都離不開功率計和光束分析儀的參與：
· 功率計用于測量光源的功率，耦合效率，接插損耗等；
· 光束分析儀用于測試激光的光斑大小、能量分布、峰值中心、幾何中心、發散角、指向穩定性等參數，從而確保光源本身的品質、各種耦合的準確性和可靠性。
以色列Ophir公司提供各種類型的功率計：光電二極管式、熱電堆式、積分球式等等，光通訊波長和功率均可覆蓋，精度可至0.0001nW(-100dBm)；并可根據客戶的要求提供各種定制產品以及人眼安全測試、對向角測試、Vcsel測試等系統。
相機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，并可以根據客戶測量要求，提供近場、遠場測試以及Vcsel測試系統：
除了上述產品，我們亦可提供激光器、探測器、光譜儀、光通訊用偏振控制器、LIV測試系統、光學平臺、滑臺等產品，如您有興趣，歡迎您和我們聯系溝通。
在成熟的DWDM、EDFA等技術基礎上，超高速光通訊要求對光頻譜帶寬以及載波信息進行更充分的利用，才能基于現有光纖網絡、設備、技術所提供的傳輸通道成倍的擴充數據流量。相應的新技術包括各種新型相干調制技術,偏振復用、光正交頻分復用等頻譜更高密度復用技術，以及相干檢測、超高速AD/DA技術等。這些技術對光通訊光源的線寬及線寬穩定性及振幅和位相噪聲、調制器的性能、各種無源器件對光信號的復響應、以及光纖傳輸過程中的色散、啁啾、偏振控制等都提出了非常精細的要求，對這些量的精密測量也成為超高速光通訊器件、設備、網絡不可或缺的手段。
多年以來，先鋒科技持續為光通訊領域的領導廠商提供先進的激光測試設備，從光功率、激光模式、光器件的幾何對準，到DWDM密集波長測試、超高精度復光頻譜分析，提供豐富測試測量產品，助力行業伙伴高速發展。
一、BRISTOL光波長計、光頻譜儀（OSA）
美國BRISTOL公司是一家專業生產基于干涉儀的激光波長計、光頻譜儀的廠家，其團隊、技術和產品可朔至WDM、DWDM發端之時。從經典的Burleigh WA系列波長計開始，一直伴隨光通訊行業的不斷發展；同時通過持續的研發改進，為工程師和生產線提供強有力的工具。
1. 波長計和多波長計
圖1 828A 高速波長計
在光通訊專用波長計領域，BRISTOL提供228系列波長計、828系列高速波長計用于單信道、TLS等光源、信號及器件測試，428、438系列多波長計用于多信道光源、信號及器件測試：
| 產品型號* | 228A | 428A | 438A | 828A |
| 產品類別 | 波長計 | 多波長計 | 多波長計 | 波長計 |
| 可測試激光 | 連續激光 | 連續或調制激光 | 連續或調制激光 | 連續或調制激光 |
| 波長范圍 | 700nm-1650nm (182-429THz) |
1270nm-1650nm (182-236THz) |
1270nm-1680nm(182-236THz) 或1000-1680nm(179-236THz) | 1250nm-1650nm (182-240THz) |
| 絕對 測量精度 |
±0.2ppm | ±0.2ppm | ±0.2ppm | ±0.2ppm |
| (±0.3pm@1550nm) | (±0.3pm@1550nm) | (±0.3pm@1550nm) | (±0.3pm@1550nm) | |
| 可重復性 | ±0.1ppm | ±0.03ppm | ±0.03ppm | ±0.02ppm |
| (±0.15pm@1550nm) | (±0.05pm@1550nm) | (±0.05pm@1550nm) | (±0.03pm@1550nm) | |
| 測量速率 | 10Hz | 4Hz | 10Hz | 1kHz |
| 最大信道數 | 1 | 1000 | 1000 | 1 |
| 預熱時間 | ＜15min | ＜15min | ＜15min | ＜15min |
典型應用：
· WDM 用可調諧激光測量；
· WDM多信道信號測試，OSNR測試
· WDM 光收發器測試
· ECLD調諧性能、波長穩定性測試
圖2 828A測試示例：ECDL調諧過程監控（左）；ECDL穩態運行測試（右）
2. 光頻譜儀（OSA）
在光通訊波段，BRISTOL提供基于干涉技術的771系列、750系列光頻譜儀，針對不同的應用需求。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2GHz，波長準確度可達1pm；750系列為專為光通訊設計的快速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，同時在0.07秒內即可自動測量邊模抑制比(SMSR),遠超傳統光柵OSA的水平；同時針對光通訊的需求，提供功率測量等功能。
圖3 771型光頻譜儀
| 產品型號 | 771A-NIR | 771B-NIR | 750 | |
| 產品類別 | OSA | OSA | OSA | |
| 可測試激光 | 連續, >10MHz 脈沖，或>50kHz >50ns脈沖激光 | 連續或調制激光 | ||
| 波長范圍 | 520-1700nm | 520-1700nm | 1260-1680nm | |
| 測量精度 | ±0.2ppm | ±0.75ppm | ±6.5ppm (±10pm @ 1550nm) | |
| 可重復性 | N/A | ±1ppm（±0.2pm @ 1550nm） | ||
| 光譜分辨率 | 4GHz | 25GHz (0.2nm @ 1550nm) (0.14nm @ 1300nm) |
||
| 光學抑制比/ 動態范圍 | >40dB | >40dB (0.7nm from peak) | ||
| 靈敏度 | 0.08μW | -55dBm | ||
| 最大輸入功率 | +10dBm | |||
| 測量速率 | 2s | 0.07s 掃描時間 0.07s SMSR獲取 |
||
| 校準 | 內置校準源實時校準 | |||
| 功率測量 | 校準精度 | ±0.5dB | ||
| 平坦度 | ±0.2dB | |||
| 線性度 | ±0.3dB | |||
| 偏振依賴 | ±0.4dB | |||
圖4 750型OSA 邊模噪聲測試與分析
BOSA是位于西班牙的Aragon Photonics 公司基于其開發的超高分辨率光頻譜儀（OSA）。BOSA的名稱來源于Brillouin + OSA，儀器采用受激布里淵散射（Stimulated Brillouin Scattering, SBS）技術，實現10MHz超高分辨率、0.5pm精度，并可非常便利的擴展被動元件測試、偏振特性測試、位相測試及復頻譜分析，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高靈敏度的基礎上提供>80dB的免偽訊（spurious free）動態范圍，為真實還原精細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（如光正交頻分復用Optical OFDM技術、偏振復用技術）的基礎上，在信號和傳輸領域也許先進調制技術、相干調制及相干探測技術等。這些技術所涉及的光源、調制器、無源器件、探測器、傳輸網絡，無一不需要對光頻譜、位相、啁啾、偏振、時域振幅等物理量及其變化和噪聲作完整、準確、精細的測量。BOSA正是適合此類先進應用的全能型儀器：
· 全光學方案，SBS技術，真實頻譜；
· 10MHz頻譜分辨率，0.5pm波長準確度；20nm/s 快速測量；
· C，L，O波段覆蓋；
· 正交分量（偏振）相關的頻譜、位相、啁啾、時域信號測量；
· 光器件插損、回損、波長及偏振敏感分析測試；
· 復光學頻譜儀，振幅、位相、啁啾等全面分析，無帶寬限制，不依賴于調制格式；
· 高靈敏度、高免偽訊動態范圍。
| 型號系列 | BOSA 400 / 100 | BOSA Lite / Lite+ | |||
| 測試波段 | C | C+L | O | C | C+L |
| 性能指標 | |||||
| 光譜分辨率 | 10 MHz @1550 nm | 10 MHz @1310 nm | 20 MHz @1550 nm | ||
| 波長范圍 | 1525-1565 nm |
1525-1615 nm |
1265-1345 nm |
1525-1565 nm | 1525-1605 nm |
| 波長準確度 | ±0.5 pm | ±0.5 pm | ±1.0 pm | ±2.0 pm | ±2.0 pm |
| 免偽訊信噪比 | >80 dB | >80 dB | |||
| 近進 動態范圍 |
>40 dB @ ±0.2 pm >60 dB @ ±0.4 pm |
>40 dB @ ±0.8 pm >60 dB @ ±2.0 pm |
|||
| 校準功率范圍 | +13 to -70 dBm | +13 to -70 dBm | |||
| 最大輸入功率 | +20 dBm | +20 dBm | |||
| 靈敏度 | -70 dBm / 10 MHz | -70 dBm / 10 MHz | |||
| 功率精度 | ±0.5 dB | ±0.5 dB | |||
| 偏振測試 | Two Orthogonal Polarizations. Full spectral polarimetry (Option 30) |
||||
| 測試速率 | 20 nm/s | 2.5 nm/s | |||
| 內置波長校準 | Yes | Yes | Yes | Yes | Yes |
選件及擴展功能：
| BOSA 400 series | BOSA Lite+ | |||||
| 測量波段 | C band | C+L band | C band | C+L bands | ||
| Option 10 – 可調諧激光輸出 | ||||||
| 輸出波長范圍 | 1516-1565 nm | 1521-1630 nm | 1525-1565 nm | 1525-1605 nm | ||
| 絕對精度 | ±1.5 pm | ±2.0 pm | ±2.0 pm | |||
| 調諧速度 | 1-100 nm/s | 2.5 nm/s | ||||
| 輸出功率 | >1 mW | >1 mW | ||||
| 邊模抑制 | >43 dB | >45 dB | >43 dB | >45 dB | ||
| RIN | <-145 dB/Hz | <-140 dB/Hz | <-145 dB/Hz | <-140 dB/Hz | ||
| 線寬 | <1 MHz | <5 MHz | ||||
| 觸發輸出 | BNC | BNC | ||||
| Option 20 – 器件分析 | ||||||
| 波長范圍 | 1516-1565 nm | 1521-1630 nm | 1525-1565 nm | 1525-1605 nm | ||
| 波長準確度 | ±1.0 pm | ±2.0 pm | ±2.0 pm | |||
| 功率準確度 | ±0.2 dB | ±0.2 dB | ||||
| 偏振測試 | Two orthogonal states. PDL with Opt.30 | |||||
| 輸出功率 | >0 dBm | >0 dBm | ||||
| 靈敏度 | -70 dBm (IL) -45 dBm (RL) |
-70 dBm (IL) -45 dBm (RL) |
||||
| 校準輸入范圍 | -10 to -70 dBm | -10 to -70 dBm | ||||
| 免偽訊動態范圍 | >80 dB | >70 dB | ||||
| 測試時間 | 1 s for 100 nm | 1 s for 2.5 nm | ||||
| Option 30 – 偏振光譜分析 | ||||||
| 偏振重復度 | ±5° | ±5° | ||||
| 溫度系數 | ±0.2°/°C | ±0.2°/°C | ||||
| 測量時間 | 6 scans at 20 nm/s | 6 scans at 2.5 nm/s | ||||
| 偏振靈敏度 | -40 dBm | -40 dBm | ||||
| 偏振串擾 | <20 dB | <20 dB | ||||
| Option 40 – 位相測試 | ||||||
| 波長范圍 | 1525-1565 nm | 1525-1615 nm | 1525-1565 nm | 1525-1605 nm | ||
| 帶寬 | 80 MHz to full span | 80 MHz to full span | ||||
| 模式頻率范圍 | 70 MHz to 2 GHz | 70 MHz to 2 GHz | ||||
| 位相精度 | ±1° | ±1° | ||||
| 靈敏度 | -70 dBm | -70 dBm | ||||
| 參考電信號輸入功率 | +5 to -15 dBm | +5 to -15 dBm | ||||
| 測量時間 | 1 s for 10 nm | 1 s for 2.5 nm | ||||
典型應用：
· 先進調制格式測量，OFDM，Nyquist-WDM
· 光源測試：DFB，VCSEL，ECL-TLS，DML
· 信道/信號測試：OSNR，偏振平衡，偏振光譜，偏振啁啾
· 調制器測試：啁啾
· 光主動/被動無源器件測試：RL，IL，頻譜/偏振相關特性測試
· 光子集成電路測試
· 光纖傳感器測試：FBG
· 光頻梳測量
測試示例：
圖5 左：BOSA與傳統OSA分辨率對比；右：單頻DFB噪聲測試
圖6 OFDM（左）、Nyquist WDM信號測試
圖7 啁啾效應（上）/DWDM網格信號（下）測試
圖8 調制與TRC
圖9 位相測試/時域信號分析
圖10 上：器件插損/回損測試；下：偏振相關的插損/回損測試
現實的光通訊網絡，無論多么先進、復雜的理論和技術，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工藝來實現。優質、可靠的生產工藝才能將現有先進技術應用到極致，最大化的實現技術設計目標，而且保證應用可靠性。從實驗室到生產線，無論是光源，還是點膠、封裝、接插耦合、熔接、準直等生產工藝的評估，都離不開功率計和光束分析儀的參與：
· 功率計用于測量光源的功率，耦合效率，接插損耗等；
· 光束分析儀用于測試激光的光斑大小、能量分布、峰值中心、幾何中心、發散角、指向穩定性等參數，從而確保光源本身的品質、各種耦合的準確性和可靠性。
以色列Ophir公司提供各種類型的功率計：光電二極管式、熱電堆式、積分球式等等，光通訊波長和功率均可覆蓋，精度可至0.0001nW(-100dBm)；并可根據客戶的要求提供各種定制產品以及人眼安全測試、對向角測試、Vcsel測試等系統。
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