粗波分复用光学器件测试

引言粗波分复用 (CWDM) 被视为城域接入网实现带宽的首选技术。由于它采用成本低廉的、基于分布式反馈(DFB)激光器的发射机以及低成本发射机、经济型复用器，不需要昂贵的直插光放大系统，所以是替代密集波分复用(DWDM)的一种极具吸引力的备选方案。CWDM复用器基于成熟的薄膜滤波器技术，目前常用的端口数是四信道或八信道。在从1270~1610nm的整个波长范围内，可使用最多18条信道。信道的中心波长相距20nm。但是，CWDM网络将来是否会在1470~1610nm上部署八条以上的信道还存在疑问。特别是，在1370~1430nm周围强有力的OH吸收峰值，会导致很高的光纤衰减，这最终会限制传输距离。为利用CWDM传输这种较低的波长范围，必须安装使OH吸收达到最小的新光纤，称为“全频带”光纤。但是，安装新光纤是一个成本非常高的过程，因此会与城域接入网的关键要求发生冲突。只有已安装的光纤所提供的带宽全部用完，而且增容几乎全部采用新的全波段光纤形式时，才应使用18信道CWDM技术。由于在城域接入网中，避免了光直插放大器和高功率发射机，而只使用低成本接收机，因此复用器或分插模块等光器件必须满足严格的损耗要求。元器件的损耗越高，总的系统功率预算容限越低，网络失效的可能性越高。因此，损耗性能对无源CWDM器件的设计和生产至关重要。下面我们将讨论正确的测试战略和原则可以怎样帮助实现CWDM器件的成本目标。

本文引用地址：元器件测试战略CWDM复用器件一般采用成熟的薄膜滤波器技术。薄膜滤波器由晶片制成，上面淀积多个交替层，这些层由折射系数不同的两种或多种材料制成。各层的确切厚度对器件的性能至关重要。在淀积过程中，通过检测由于频谱测量干扰导致的传输功率变化，可以检验器件的厚度。在淀积过程之后，一般会检查晶片，确定晶片的区域是否符合预定的损耗特点模板。这个模板规定了滤波器通带中的损耗和损耗变化、带宽和串扰特点。事实证明，这种提前检查晶片的方法在生产过程早期可以节约成本，因为它避免了剪断和打磨光学特点不符合晶片规范的滤波器立方体。在划线和打磨之后，将全面测试薄膜滤波器的光学特点。为此，薄膜滤波器立方体放在开放光束环境中，采用GRIN透镜构成平行光束。在零度角上测试滤波器。通过这种方式，可以同时确定光传输特点和反射特点。这一点特别重要，因为除交替薄膜层外，薄膜滤波器在立方体的背面有一个抗反射的涂层，以避免从玻璃空中接口发生多次反射。反射效应会导致传输特点中出现看得到的波动。滤波器对准时一般会采用自动定位设备和光反馈技术，在对准过程中实时测量传输特点。然后使用检索到的数据控制滤波器相对入射光束的调节。在把良好的滤波器封装在光学(子)模块中时将采用相同的方法。这里，一般会调节滤波器，构成光束为几度的一个入射角，进一步降低干扰的影响。这种操作主要把反射的滤波器频谱指向另一个GRIN透镜或其它薄膜滤波器。通过这种方式，可以建立光分插模块和复用器。每个滤波器仅传输选择部分的入射频谱，而其余频谱会被反射。滤波器立方体是否正确对准入射光束，决定着每条信道的中心波长及复用器中信道之间的串扰。一旦对准和封装完成，生产流程中的最后一步是成品测试。这里，将测试整个模块的光学性能。即进行标准测试，以获得串扰、通带损耗变化、隔离度、中心波长等特点。通过增加偏振相关损耗测量，可以指定所有参数，包括偏振效应。生产流程和相关测试通用方案如图1所示。在制造流程中是否要进行测试，取决于元器件制造商必须满足的产出和成本要求。CWDM器件的成本目标要比DWDM器件严格得多。因此，必须根据CWDM价格方案调整测试成本。从本质上看，DWDM器件测试和CWDM器件测试之间的差别在于波长和功率的精度要求、成本目标和覆盖的波长范围。这可能会导致这样的结论，即DWDM器件测试和CWDM器件测试要求不同的测试设备。但事实上，光纤测试基于非常通用的原则，即所谓的“激励-响应”测试，滤波器是用于CWDM还是DWDM则无关紧要。另外，DWDM器件测试解决方案已经提供了0.002dB或更低的损耗测量精度。这为利用DWDM测试解决方案测试CWDM器件提供了潜力。下面将讨论测量原理及其在实际测试应用中的实现，其中我们将讨论同时测试CWDM和DWDM器件的可能解决方案。

测试原理和解决方案最新的波长分辨激励响应测量方法采用可调谐光源和宽带功率计，其中可调谐光源可以在整个波长范围内连续进行调谐。这种方法克服了光谱分析仪的波长分辨率限制。高性能可调谐激光器还限制了自发发射的影响，实现了很高的动态范围。此外，在同时测量多条信道时，可调谐激光器-功率计方法提供了极高的扩充能力和灵活性，可以以最低的新增成本，根据要求的设备端口数量调节测试系统，如图2 所示。这种方法采用模块化设计，从而为未来升级提供了一条道路，在需要时可以增加更多的测试功能，如色散测量等。因为如果CWDM技术的传输速度从2.5 Gb/s推进到10 Gb/s，将要求进行色散测量。一般来说，将以扫描方式进行测量，并同时记录波长和功率信息。对PDL测量，将增加一个偏振控制器，控制入射到被测器件上的光信号的偏振。通常使用米勒方法进行PDL测量，这要求输出四种特定的偏振状态。通过这种方式，可以在整个波长范围内记录偏振相关性。这是因为如果检查偏振对串扰或带通的影响，则要求在整个波长范围内记录偏振相关性。以上方案设置结构非常通用，对成品测试时，完成的模块规范取决于测试系统的性能。对工序间测试时，通常会把性能要求降低到某种程度，以有利于测量速度，特别是在把测试解决方案作为对准流程的光学反馈环路时。在这里，关键参数是更新速率和数据检索速度。但是，对使用可调谐激光器和功率计方法的当前测试解决方案，其中一个局限性是波长范围有限，特别是对CWDM滤波器测试应用方面。直到最近，通过结合使用两个或多个可调谐光源，全面覆盖所需的波长范围，才解决了这种局限性，如图3所示。很明显，这种解决方案的成本相对较高，考虑到大多数元器件制造商目前的经济环境。折衷方案通常是使用波长精度有限的低性能可调谐激光器。这对CWDM滤波器测试似乎是一种有效的方法。因为波长精度不是一个关键的性能参数。但是，低性能通常意味着功率稳定性有限，表现为功率随着波长变化而变化。如果随机发生这种功率变化，将不能进行校准，致使只有增加功率监测仪才能满足严格的损耗精度要求，而这再次会增加测试解决方案的成本。最后，这种方法没有带来要求的成本效率和性能，是相当差的折衷方案。而且将不能解决上面讨论的在相同的测试解决方案中测试CWDM和DWDM器件的问题。因为这些低成本可调谐激光器通常不能提供DWDM应用中窄带滤波器所需的高波长精度性能。新型可调谐光源现在可以解决这个问题，这些光源在波长精度和功率稳定性方面提供了很高的性能，同时把波长覆盖范围扩展了200nm，从1450nm扩展到1640nm。它为损耗测量提供了符合要求的功率稳定性，可以实现很高的精度。此外，它不需组合多个可调谐光源，即可测量八信道CWDM复用器的整个波长范围，从而节约了成本。而且这种解决方案的成本可以在多种不同滤波器之间分摊，从而使每种滤波器分担的成本达到最小，在不降低精度的情况下满足了CWDM器件的成本目标。与其它解决方案相比，如组合使用不同的光源、使用低性能光源或投资于不同的解决方案满足不同的滤波应用需求(如CWDM或DWDM)，投资于高端可调谐光源具有非常好的投资回报率。■

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