激光测试测量设备在光通讯领域的应用
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：
· WDM 用可调谐激光测量；
· WDM多信道信号测试，OSNR测试
· WDM 光收发器测试
· ECLD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：
· 全光学方案，SBS技术，真实频谱；
· 10MHz频谱分辨率，0.5pm波长准确度；20nm/s 快速测量；
· C，L，O波段覆盖；
· 正交分量（偏振）相关的频谱、位相、啁啾、时域信号测量；
· 光器件插损、回损、波长及偏振敏感分析测试；
· 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；
· 高灵敏度、高免伪讯动态范围。
选件及扩展功能：
典型应用：
· 先进调制格式测量，OFDM，Nyquist-WDM
· 光源测试：DFB，VCSEL，ECL-TLS，DML
· 信道/信号测试：OSNR，偏振平衡，偏振光谱，偏振啁啾
· 调制器测试：啁啾
· 光主动/被动无源器件测试：RL，IL，频谱/偏振相关特性测试
· 光子集成电路测试
· 光纤传感器测试：FBG
· 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：
· 功率计用于测量光源的功率，耦合效率，接插损耗等；
· 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。
相机式光束分析仪和狭缝式光束分析仪，可以覆盖所有的光通讯波长，并可以根据客户测量要求，提供近场、远场测试以及Vcsel测试系统：
除了上述产品，我们亦可提供激光器、探测器、光谱仪、光通讯用偏振控制器、LIV测试系统、光学平台、滑台等产品，如您有兴趣，欢迎您和我们联系沟通。
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：
| 产品型号* | 228A | 428A | 438A | 828A |
| 产品类别 | 波长计 | 多波长计 | 多波长计 | 波长计 |
| 可测试激光 | 连续激光 | 连续或调制激光 | 连续或调制激光 | 连续或调制激光 |
| 波长范围 | 700nm-1650nm (182-429THz) |
1270nm-1650nm (182-236THz) |
1270nm-1680nm(182-236THz) 或1000-1680nm(179-236THz) | 1250nm-1650nm (182-240THz) |
| 绝对 测量精度 |
±0.2ppm | ±0.2ppm | ±0.2ppm | ±0.2ppm |
| (±0.3pm@1550nm) | (±0.3pm@1550nm) | (±0.3pm@1550nm) | (±0.3pm@1550nm) | |
| 可重复性 | ±0.1ppm | ±0.03ppm | ±0.03ppm | ±0.02ppm |
| (±0.15pm@1550nm) | (±0.05pm@1550nm) | (±0.05pm@1550nm) | (±0.03pm@1550nm) | |
| 测量速率 | 10Hz | 4Hz | 10Hz | 1kHz |
| 最大信道数 | 1 | 1000 | 1000 | 1 |
| 预热时间 | ＜15min | ＜15min | ＜15min | ＜15min |
典型应用：
· WDM 用可调谐激光测量；
· WDM多信道信号测试，OSNR测试
· WDM 光收发器测试
· ECLD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
| 产品型号 | 771A-NIR | 771B-NIR | 750 | |
| 产品类别 | OSA | OSA | OSA | |
| 可测试激光 | 连续, >10MHz 脉冲，或>50kHz >50ns脉冲激光 | 连续或调制激光 | ||
| 波长范围 | 520-1700nm | 520-1700nm | 1260-1680nm | |
| 测量精度 | ±0.2ppm | ±0.75ppm | ±6.5ppm (±10pm @ 1550nm) | |
| 可重复性 | N/A | ±1ppm（±0.2pm @ 1550nm） | ||
| 光谱分辨率 | 4GHz | 25GHz (0.2nm @ 1550nm) (0.14nm @ 1300nm) |
||
| 光学抑制比/ 动态范围 | >40dB | >40dB (0.7nm from peak) | ||
| 灵敏度 | 0.08μW | -55dBm | ||
| 最大输入功率 | +10dBm | |||
| 测量速率 | 2s | 0.07s 扫描时间 0.07s SMSR获取 |
||
| 校准 | 内置校准源实时校准 | |||
| 功率测量 | 校准精度 | ±0.5dB | ||
| 平坦度 | ±0.2dB | |||
| 线性度 | ±0.3dB | |||
| 偏振依赖 | ±0.4dB | |||
图4 750型OSA 边模噪声测试与分析
BOSA是位于西班牙的Aragon Photonics 公司基于其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：
· 全光学方案，SBS技术，真实频谱；
· 10MHz频谱分辨率，0.5pm波长准确度；20nm/s 快速测量；
· C，L，O波段覆盖；
· 正交分量（偏振）相关的频谱、位相、啁啾、时域信号测量；
· 光器件插损、回损、波长及偏振敏感分析测试；
· 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；
· 高灵敏度、高免伪讯动态范围。
| 型号系列 | BOSA 400 / 100 | BOSA Lite / Lite+ | |||
| 测试波段 | C | C+L | O | C | C+L |
| 性能指标 | |||||
| 光谱分辨率 | 10 MHz @1550 nm | 10 MHz @1310 nm | 20 MHz @1550 nm | ||
| 波长范围 | 1525-1565 nm |
1525-1615 nm |
1265-1345 nm |
1525-1565 nm | 1525-1605 nm |
| 波长准确度 | ±0.5 pm | ±0.5 pm | ±1.0 pm | ±2.0 pm | ±2.0 pm |
| 免伪讯信噪比 | >80 dB | >80 dB | |||
| 近进 动态范围 |
>40 dB @ ±0.2 pm >60 dB @ ±0.4 pm |
>40 dB @ ±0.8 pm >60 dB @ ±2.0 pm |
|||
| 校准功率范围 | +13 to -70 dBm | +13 to -70 dBm | |||
| 最大输入功率 | +20 dBm | +20 dBm | |||
| 灵敏度 | -70 dBm / 10 MHz | -70 dBm / 10 MHz | |||
| 功率精度 | ±0.5 dB | ±0.5 dB | |||
| 偏振测试 | Two Orthogonal Polarizations. Full spectral polarimetry (Option 30) |
||||
| 测试速率 | 20 nm/s | 2.5 nm/s | |||
| 内置波长校准 | Yes | Yes | Yes | Yes | Yes |
选件及扩展功能：
| BOSA 400 series | BOSA Lite+ | |||||
| 测量波段 | C band | C+L band | C band | C+L bands | ||
| Option 10 – 可调谐激光输出 | ||||||
| 输出波长范围 | 1516-1565 nm | 1521-1630 nm | 1525-1565 nm | 1525-1605 nm | ||
| 绝对精度 | ±1.5 pm | ±2.0 pm | ±2.0 pm | |||
| 调谐速度 | 1-100 nm/s | 2.5 nm/s | ||||
| 输出功率 | >1 mW | >1 mW | ||||
| 边模抑制 | >43 dB | >45 dB | >43 dB | >45 dB | ||
| RIN | <-145 dB/Hz | <-140 dB/Hz | <-145 dB/Hz | <-140 dB/Hz | ||
| 线宽 | <1 MHz | <5 MHz | ||||
| 触发输出 | BNC | BNC | ||||
| Option 20 – 器件分析 | ||||||
| 波长范围 | 1516-1565 nm | 1521-1630 nm | 1525-1565 nm | 1525-1605 nm | ||
| 波长准确度 | ±1.0 pm | ±2.0 pm | ±2.0 pm | |||
| 功率准确度 | ±0.2 dB | ±0.2 dB | ||||
| 偏振测试 | Two orthogonal states. PDL with Opt.30 | |||||
| 输出功率 | >0 dBm | >0 dBm | ||||
| 灵敏度 | -70 dBm (IL) -45 dBm (RL) |
-70 dBm (IL) -45 dBm (RL) |
||||
| 校准输入范围 | -10 to -70 dBm | -10 to -70 dBm | ||||
| 免伪讯动态范围 | >80 dB | >70 dB | ||||
| 测试时间 | 1 s for 100 nm | 1 s for 2.5 nm | ||||
| Option 30 – 偏振光谱分析 | ||||||
| 偏振重复度 | ±5° | ±5° | ||||
| 温度系数 | ±0.2°/°C | ±0.2°/°C | ||||
| 测量时间 | 6 scans at 20 nm/s | 6 scans at 2.5 nm/s | ||||
| 偏振灵敏度 | -40 dBm | -40 dBm | ||||
| 偏振串扰 | <20 dB | <20 dB | ||||
| Option 40 – 位相测试 | ||||||
| 波长范围 | 1525-1565 nm | 1525-1615 nm | 1525-1565 nm | 1525-1605 nm | ||
| 带宽 | 80 MHz to full span | 80 MHz to full span | ||||
| 模式频率范围 | 70 MHz to 2 GHz | 70 MHz to 2 GHz | ||||
| 位相精度 | ±1° | ±1° | ||||
| 灵敏度 | -70 dBm | -70 dBm | ||||
| 参考电信号输入功率 | +5 to -15 dBm | +5 to -15 dBm | ||||
| 测量时间 | 1 s for 10 nm | 1 s for 2.5 nm | ||||
典型应用：
· 先进调制格式测量，OFDM，Nyquist-WDM
· 光源测试：DFB，VCSEL，ECL-TLS，DML
· 信道/信号测试：OSNR，偏振平衡，偏振光谱，偏振啁啾
· 调制器测试：啁啾
· 光主动/被动无源器件测试：RL，IL，频谱/偏振相关特性测试
· 光子集成电路测试
· 光纤传感器测试：FBG
· 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
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：
· 功率计用于测量光源的功率，耦合效率，接插损耗等；
· 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。
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