粗波分復(fù)用光學(xué)器件測(cè)試

引言
粗波分復(fù)用 (CWDM) 被視為城域接入網(wǎng)實(shí)現(xiàn)帶寬的首選技術(shù)。由于它采用成本低廉的、基于分布式反饋(DFB)激光器的發(fā)射機(jī)以及低成本發(fā)射機(jī)、經(jīng)濟(jì)型復(fù)用器，不需要昂貴的直插光放大系統(tǒng)，所以是替代密集波分復(fù)用(DWDM)的一種極具吸引力的備選方案。
CWDM復(fù)用器基于成熟的薄膜濾波器技術(shù)，目前常用的端口數(shù)是四信道或八信道。在從1270~1610nm的整個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)，可使用最多18條信道。信道的中心波長(zhǎng)相距20nm。但是，CWDM網(wǎng)絡(luò)將來(lái)是否會(huì)在1470~1610nm上部署八條以上的信道還存在疑問(wèn)。特別是，在1370~1430nm周圍強(qiáng)有力的OH吸收峰值，會(huì)導(dǎo)致很高的光纖衰減，這最終會(huì)限制傳輸距離。為利用CWDM傳輸這種較低的波長(zhǎng)范圍，必須安裝使OH吸收達(dá)到最小的新光纖，稱為“全頻帶”光纖。但是，安裝新光纖是一個(gè)成本非常高的過(guò)程，因此會(huì)與城域接入網(wǎng)的關(guān)鍵要求發(fā)生沖突。只有已安裝的光纖所提供的帶寬全部用完，而且增容幾乎全部采用新的全波段光纖形式時(shí)，才應(yīng)使用18信道CWDM技術(shù)。
由于在城域接入網(wǎng)中，避免了光直插放大器和高功率發(fā)射機(jī)，而只使用低成本接收機(jī)，因此復(fù)用器或分插模塊等光器件必須滿足嚴(yán)格的損耗要求。元器件的損耗越高，總的系統(tǒng)功率預(yù)算容限越低，網(wǎng)絡(luò)失效的可能性越高。因此，損耗性能對(duì)無(wú)源CWDM器件的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)至關(guān)重要。
下面我們將討論正確的測(cè)試戰(zhàn)略和原則可以怎樣幫助實(shí)現(xiàn)CWDM器件的成本目標(biāo)。

CWDM元器件測(cè)試戰(zhàn)略
CWDM復(fù)用器件一般采用成熟的薄膜濾波器技術(shù)。薄膜濾波器由晶片制成，上面淀積多個(gè)交替層，這些層由折射系數(shù)不同的兩種或多種材料制成。各層的確切厚度對(duì)器件的性能至關(guān)重要。在淀積過(guò)程中，通過(guò)檢測(cè)由于頻譜測(cè)量干擾導(dǎo)致的傳輸功率變化，可以檢驗(yàn)器件的厚度。在淀積過(guò)程之后，一般會(huì)檢查晶片，確定晶片的區(qū)域是否符合預(yù)定的損耗特點(diǎn)模板。這個(gè)模板規(guī)定了濾波器通帶中的損耗和損耗變化、帶寬和串?dāng)_特點(diǎn)。事實(shí)證明，這種提前檢查晶片的方法在生產(chǎn)過(guò)程早期可以節(jié)約成本，因?yàn)樗苊饬思魯嗪痛蚰ス鈱W(xué)特點(diǎn)不符合晶片規(guī)范的濾波器立方體。
在劃線和打磨之后，將全面測(cè)試薄膜濾波器的光學(xué)特點(diǎn)。為此，薄膜濾波器立方體放在開放光束環(huán)境中，采用GRIN透鏡構(gòu)成平行光束。在零度角上測(cè)試濾波器。通過(guò)這種方式，可以同時(shí)確定光傳輸特點(diǎn)和反射特點(diǎn)。這一點(diǎn)特別重要，因?yàn)槌惶姹∧油猓∧V波器在立方體的背面有一個(gè)抗反射的涂層，以避免從玻璃空中接口發(fā)生多次反射。反射效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致傳輸特點(diǎn)中出現(xiàn)看得到的波動(dòng)。濾波器對(duì)準(zhǔn)時(shí)一般會(huì)采用自動(dòng)定位設(shè)備和光反饋技術(shù)，在對(duì)準(zhǔn)過(guò)程中實(shí)時(shí)測(cè)量傳輸特點(diǎn)。然后使用檢索到的數(shù)據(jù)控制濾波器相對(duì)入射光束的調(diào)節(jié)。
在把良好的濾波器封裝在光學(xué)(子)模塊中時(shí)將采用相同的方法。這里，一般會(huì)調(diào)節(jié)濾波器，構(gòu)成光束為幾度的一個(gè)入射角，進(jìn)一步降低干擾的影響。這種操作主要把反射的濾波器頻譜指向另一個(gè)GRIN透鏡或其它薄膜濾波器。通過(guò)這種方式，可以建立光分插模塊和復(fù)用器。每個(gè)濾波器僅傳輸選擇部分的入射頻譜，而其余頻譜會(huì)被反射。濾波器立方體是否正確對(duì)準(zhǔn)入射光束，決定著每條信道的中心波長(zhǎng)及復(fù)用器中信道之間的串?dāng)_。
一旦對(duì)準(zhǔn)和封裝完成，生產(chǎn)流程中的最后一步是成品測(cè)試。這里，將測(cè)試整個(gè)模塊的光學(xué)性能。即進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，以獲得串?dāng)_、通帶損耗變化、隔離度、中心波長(zhǎng)等特點(diǎn)。通過(guò)增加偏振相關(guān)損耗測(cè)量，可以指定所有參數(shù)，包括偏振效應(yīng)。生產(chǎn)流程和相關(guān)測(cè)試通用方案如圖1所示。
在制造流程中是否要進(jìn)行測(cè)試，取決于元器件制造商必須滿足的產(chǎn)出和成本要求。CWDM器件的成本目標(biāo)要比DWDM器件嚴(yán)格得多。因此，必須根據(jù)CWDM價(jià)格方案調(diào)整測(cè)試成本。從本質(zhì)上看，DWDM器件測(cè)試和CWDM器件測(cè)試之間的差別在于波長(zhǎng)和功率的精度要求、成本目標(biāo)和覆蓋的波長(zhǎng)范圍。這可能會(huì)導(dǎo)致這樣的結(jié)論，即DWDM器件測(cè)試和CWDM器件測(cè)試要求不同的測(cè)試設(shè)備。但事實(shí)上，光纖測(cè)試基于非常通用的原則，即所謂的“激勵(lì)-響應(yīng)”測(cè)試，濾波器是用于CWDM還是DWDM則無(wú)關(guān)緊要。另外，DWDM器件測(cè)試解決方案已經(jīng)提供了0.002dB或更低的損耗測(cè)量精度。這為利用DWDM測(cè)試解決方案測(cè)試CWDM器件提供了潛力。下面將討論測(cè)量原理及其在實(shí)際測(cè)試應(yīng)用中的實(shí)現(xiàn)，其中我們將討論同時(shí)測(cè)試CWDM和DWDM器件的可能解決方案。

測(cè)試原理和解決方案
最新的波長(zhǎng)分辨激勵(lì)響應(yīng)測(cè)量方法采用可調(diào)諧光源和寬帶功率計(jì)，其中可調(diào)諧光源可以在整個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)連續(xù)進(jìn)行調(diào)諧。這種方法克服了光譜分析儀的波長(zhǎng)分辨率限制。高性能可調(diào)諧激光器還限制了自發(fā)發(fā)射的影響，實(shí)現(xiàn)了很高的動(dòng)態(tài)范圍。此外，在同時(shí)測(cè)量多條信道時(shí)，可調(diào)諧激光器-功率計(jì)方法提供了極高的擴(kuò)充能力和靈活性，可以以最低的新增成本，根據(jù)要求的設(shè)備端口數(shù)量調(diào)節(jié)測(cè)試系統(tǒng)，如圖2 所示。
這種方法采用模塊化設(shè)計(jì)，從而為未來(lái)升級(jí)提供了一條道路，在需要時(shí)可以增加更多的測(cè)試功能，如色散測(cè)量等。因?yàn)槿绻鸆WDM技術(shù)的傳輸速度從2.5 Gb/s推進(jìn)到10 Gb/s，將要求進(jìn)行色散測(cè)量。
一般來(lái)說(shuō)，將以掃描方式進(jìn)行測(cè)量，并同時(shí)記錄波長(zhǎng)和功率信息。對(duì)PDL測(cè)量，將增加一個(gè)偏振控制器，控制入射到被測(cè)器件上的光信號(hào)的偏振。通常使用米勒方法進(jìn)行PDL測(cè)量，這要求輸出四種特定的偏振狀態(tài)。通過(guò)這種方式，可以在整個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)記錄偏振相關(guān)性。這是因?yàn)槿绻麢z查偏振對(duì)串?dāng)_或帶通的影響，則要求在整個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)記錄偏振相關(guān)性。
以上方案設(shè)置結(jié)構(gòu)非常通用，對(duì)成品測(cè)試時(shí)，完成的模塊規(guī)范取決于測(cè)試系統(tǒng)的性能。對(duì)工序間測(cè)試時(shí)，通常會(huì)把性能要求降低到某種程度，以有利于測(cè)量速度，特別是在把測(cè)試解決方案作為對(duì)準(zhǔn)流程的光學(xué)反饋環(huán)路時(shí)。在這里，關(guān)鍵參數(shù)是更新速率和數(shù)據(jù)檢索速度。但是，對(duì)使用可調(diào)諧激光器和功率計(jì)方法的當(dāng)前測(cè)試解決方案，其中一個(gè)局限性是波長(zhǎng)范圍有限，特別是對(duì)CWDM濾波器測(cè)試應(yīng)用方面。直到最近，通過(guò)結(jié)合使用兩個(gè)或多個(gè)可調(diào)諧光源，全面覆蓋所需的波長(zhǎng)范圍，才解決了這種局限性，如圖3所示。
很明顯，這種解決方案的成本相對(duì)較高，考慮到大多數(shù)元器件制造商目前的經(jīng)濟(jì)環(huán)境。折衷方案通常是使用波長(zhǎng)精度有限的低性能可調(diào)諧激光器。這對(duì)CWDM濾波器測(cè)試似乎是一種有效的方法。因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)精度不是一個(gè)關(guān)鍵的性能參數(shù)。但是，低性能通常意味著功率穩(wěn)定性有限，表現(xiàn)為功率隨著波長(zhǎng)變化而變化。如果隨機(jī)發(fā)生這種功率變化，將不能進(jìn)行校準(zhǔn)，致使只有增加功率監(jiān)測(cè)儀才能滿足嚴(yán)格的損耗精度要求，而這再次會(huì)增加測(cè)試解決方案的成本。最后，這種方法沒有帶來(lái)要求的成本效率和性能，是相當(dāng)差的折衷方案。而且將不能解決上面討論的在相同的測(cè)試解決方案中測(cè)試CWDM和DWDM器件的問(wèn)題。因?yàn)檫@些低成本可調(diào)諧激光器通常不能提供DWDM應(yīng)用中窄帶濾波器所需的高波長(zhǎng)精度性能。
 新型可調(diào)諧光源現(xiàn)在可以解決這個(gè)問(wèn)題，這些光源在波長(zhǎng)精度和功率穩(wěn)定性方面提供了很高的性能，同時(shí)把波長(zhǎng)覆蓋范圍擴(kuò)展了200nm，從1450nm擴(kuò)展到1640nm。它為損耗測(cè)量提供了符合要求的功率穩(wěn)定性，可以實(shí)現(xiàn)很高的精度。此外，它不需組合多個(gè)可調(diào)諧光源，即可測(cè)量八信道CWDM復(fù)用器的整個(gè)波長(zhǎng)范圍，從而節(jié)約了成本。而且這種解決方案的成本可以在多種不同濾波器之間分?jǐn)?，從而使每種濾波器分擔(dān)的成本達(dá)到最小，在不降低精度的情況下滿足了CWDM器件的成本目標(biāo)。
與其它解決方案相比，如組合使用不同的光源、使用低性能光源或投資于不同的解決方案滿足不同的濾波應(yīng)用需求(如CWDM或DWDM)，投資于高端可調(diào)諧光源具有非常好的投資回報(bào)率?！?br/>