粗波分復用光學器件測試

引言
粗波分復用 (CWDM) 被視為城域接入網(wǎng)實現(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)射機以及低成本發(fā)射機、經(jīng)濟型復用器，不需要昂貴的直插光放大系統(tǒng)，所以是替代密集波分復用(DWDM)的一種極具吸引力的備選方案。
CWDM復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的整個波長范圍內(nèi)，可使用最多18條信道。信道的中心波長相距20nm。但是，CWDM網(wǎng)絡(luò)將來是否會在1470~1610nm上部署八條以上的信道還存在疑問。特別是，在1370~1430nm周圍強有力的OH吸收峰值，會導致很高的光纖衰減，這最終會限制傳輸距離。為利用CWDM傳輸這種較低的波長范圍，必須安裝使OH吸收達到最小的新光纖，稱為“全頻帶”光纖。但是，安裝新光纖是一個成本非常高的過程，因此會與城域接入網(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，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，而只使用低成本接收機，因此復用器或分插模塊等光器件必須滿足嚴格的損耗要求。元器件的損耗越高，總的系統(tǒng)功率預算容限越低，網(wǎng)絡(luò)失效的可能性越高。因此，損耗性能對無源CWDM器件的設(shè)計和生產(chǎn)至關(guān)重要。
下面我們將討論正確的測試戰(zhàn)略和原則可以怎樣幫助實現(xiàn)CWDM器件的成本目標。

CWDM元器件測試戰(zhàn)略
CWDM復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。各層的確切厚度對器件的性能至關(guān)重要。在淀積過程中，通過檢測由于頻譜測量干擾導致的傳輸功率變化，可以檢驗器件的厚度。在淀積過程之后，一般會檢查晶片，確定晶片的區(qū)域是否符合預定的損耗特點模板。這個模板規(guī)定了濾波器通帶中的損耗和損耗變化、帶寬和串擾特點。事實證明，這種提前檢查晶片的方法在生產(chǎn)過程早期可以節(jié)約成本，因為它避免了剪斷和打磨光學特點不符合晶片規(guī)范的濾波器立方體。
在劃線和打磨之后，將全面測試薄膜濾波器的光學特點。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。在零度角上測試濾波器。通過這種方式，可以同時確定光傳輸特點和反射特點。這一點特別重要，因為除交替薄膜層外，薄膜濾波器在立方體的背面有一個抗反射的涂層，以避免從玻璃空中接口發(fā)生多次反射。反射效應(yīng)會導致傳輸特點中出現(xiàn)看得到的波動。濾波器對準時一般會采用自動定位設(shè)備和光反饋技術(shù)，在對準過程中實時測量傳輸特點。然后使用檢索到的數(shù)據(jù)控制濾波器相對入射光束的調(diào)節(jié)。
在把良好的濾波器封裝在光學(子)模塊中時將采用相同的方法。這里，一般會調(diào)節(jié)濾波器，構(gòu)成光束為幾度的一個入射角，進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GRIN透鏡或其它薄膜濾波器。通過這種方式，可以建立光分插模塊和復用器。每個濾波器僅傳輸選擇部分的入射頻譜，而其余頻譜會被反射。濾波器立方體是否正確對準入射光束，決定著每條信道的中心波長及復用器中信道之間的串擾。
一旦對準和封裝完成，生產(chǎn)流程中的最后一步是成品測試。這里，將測試整個模塊的光學性能。即進行標準測試，以獲得串擾、通帶損耗變化、隔離度、中心波長等特點。通過增加偏振相關(guān)損耗測量，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)測試通用方案如圖1所示。
在制造流程中是否要進行測試，取決于元器件制造商必須滿足的產(chǎn)出和成本要求。CWDM器件的成本目標要比DWDM器件嚴格得多。因此，必須根據(jù)CWDM價格方案調(diào)整測試成本。從本質(zhì)上看，DWDM器件測試和CWDM器件測試之間的差別在于波長和功率的精度要求、成本目標和覆蓋的波長范圍。這可能會導致這樣的結(jié)論，即DWDM器件測試和CWDM器件測試要求不同的測試設(shè)備。但事實上，光纖測試基于非常通用的原則，即所謂的“激勵-響應(yīng)”測試，濾波器是用于CWDM還是DWDM則無關(guān)緊要。另外，DWDM器件測試解決方案已經(jīng)提供了0.002dB或更低的損耗測量精度。這為利用DWDM測試解決方案測試CWDM器件提供了潛力。下面將討論測量原理及其在實際測試應(yīng)用中的實現(xiàn)，其中我們將討論同時測試CWDM和DWDM器件的可能解決方案。

測試原理和解決方案
最新的波長分辨激勵響應(yīng)測量方法采用可調(diào)諧光源和寬帶功率計，其中可調(diào)諧光源可以在整個波長范圍內(nèi)連續(xù)進行調(diào)諧。這種方法克服了光譜分析儀的波長分辨率限制。高性能可調(diào)諧激光器還限制了自發(fā)發(fā)射的影響，實現(xiàn)了很高的動態(tài)范圍。此外，在同時測量多條信道時，可調(diào)諧激光器-功率計方法提供了極高的擴充能力和靈活性，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)測試系統(tǒng)，如圖2 所示。
這種方法采用模塊化設(shè)計，從而為未來升級提供了一條道路，在需要時可以增加更多的測試功能，如色散測量等。因為如果CWDM技術(shù)的傳輸速度從2.5 Gb/s推進到10 Gb/s，將要求進行色散測量。
一般來說，將以掃描方式進行測量，并同時記錄波長和功率信息。對PDL測量，將增加一個偏振控制器，控制入射到被測器件上的光信號的偏振。通常使用米勒方法進行PDL測量，這要求輸出四種特定的偏振狀態(tài)。通過這種方式，可以在整個波長范圍內(nèi)記錄偏振相關(guān)性。這是因為如果檢查偏振對串擾或帶通的影響，則要求在整個波長范圍內(nèi)記錄偏振相關(guān)性。
以上方案設(shè)置結(jié)構(gòu)非常通用，對成品測試時，完成的模塊規(guī)范取決于測試系統(tǒng)的性能。對工序間測試時，通常會把性能要求降低到某種程度，以有利于測量速度，特別是在把測試解決方案作為對準流程的光學反饋環(huán)路時。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，對使用可調(diào)諧激光器和功率計方法的當前測試解決方案，其中一個局限性是波長范圍有限，特別是對CWDM濾波器測試應(yīng)用方面。直到最近，通過結(jié)合使用兩個或多個可調(diào)諧光源，全面覆蓋所需的波長范圍，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較高，考慮到大多數(shù)元器件制造商目前的經(jīng)濟環(huán)境。折衷方案通常是使用波長精度有限的低性能可調(diào)諧激光器。這對CWDM濾波器測試似乎是一種有效的方法。因為波長精度不是一個關(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)為功率隨著波長變化而變化。如果隨機發(fā)生這種功率變化，將不能進行校準，致使只有增加功率監(jiān)測儀才能滿足嚴格的損耗精度要求，而這再次會增加測試解決方案的成本。最后，這種方法沒有帶來要求的成本效率和性能，是相當差的折衷方案。而且將不能解決上面討論的在相同的測試解決方案中測試CWDM和DWDM器件的問題。因為這些低成本可調(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精度性能。
 新型可調(diào)諧光源現(xiàn)在可以解決這個問題，這些光源在波長精度和功率穩(wěn)定性方面提供了很高的性能，同時把波長覆蓋范圍擴展了200nm，從1450nm擴展到1640nm。它為損耗測量提供了符合要求的功率穩(wěn)定性，可以實現(xiàn)很高的精度。此外，它不需組合多個可調(diào)諧光源，即可測量八信道CWDM復用器的整個波長范圍，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攤，從而使每種濾波器分擔的成本達到最小，在不降低精度的情況下滿足了CWDM器件的成本目標。
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率?！?br/>