高速光通信中多端口光无源器件的高效测试

朱振华Zhenhua_zhu@是德科技应用工程师1高速光通信中多端口光无源器件的高效测试高速光通信中多端口光无源器件的高效测试内容安排光无源器件市场背景和应用的发展光无源器件测试的总体要求和主要测试方法是德科技针对光无源器件高效测试的方案目标市场的发展3测试需求和应用的发展4内容安排光无源器件市场背景和应用的发展光无源器件测试的总体要求和主要测试方法总体要求测试方法和系统要求（以IL/PDL测试为例）是德科技针对光无源器件高效测试的方案光无源器件的测试要求二类无源器件

宽带器件光纤,耦合器,隔离器,连接器发展趋势:通带更宽，平坦度更好,偏振影响小

窄带器件耦合器（波长相关型），滤波器，环行器，WSS,Interleaver等发展趋势:带宽更窄,选择性更好，波长精度更高,偏振影响小DUTReceiverSource基本测试方法：源配合接收机测试光无源器件测试方法的比较光谱仪InsertionLoss白光源参铒ASE光源Power:-13dBm/1nmWidth:40nmReturnLossInsertionLossIsolation可调光源Range:100到200nm宽带LED光源(BBLS)Power:-33dBm/1nmWidth:60到400nmInsertionLossIsolationPower:-67dBm/nmRange:800nmReturnLossInsertionLossIsolationPower:-4到+14dBmDUT光无源器件DUT光无源器件DUT光无源器件DUT光无源器件光功率计光无源器件测试方法的比较表项目BBS+OSATLS+PM备注可测试的波长范围600-1700nm1250-1650nm以是德86146BOSA和86100BTLS为例扫描方式通过OSA扫描通过TLS扫描同上波长精度C+L波段：+-10pmS+C+L波段:+-3pm同上最小扫描步进60pm,0.1pm测窄带器件需小分辨率测试动态范围<40dB最高可达65-75dB,决定器件隔离度指标。功率测试精度OSA的光功率相对精度和PDL较功率计差好功率精度对器件的ripple和slope分析很关键单端口器件IL扫描时间快，,5-10s，C+Lband更快，仅需1s,C+LBand,1pm波长分辨率用81960ATLS模块多端口器件测试速度慢，通过光开关选择，测试时间按比例倍增，端口越多越慢快，多个光功率计同时测试多端口器件

PDL测试不支持整个波段内的PDL测试支持

ORL（光回波损耗）测试不支持支持

N7744/45A多端口功率计N7786B偏振合成器8163B光万用表主机81960A紧凑型可调谐激光器所需软件包：N7700APhotonicApplicationSuite也支持81600B可调谐激光器Keysight’s新的多通道IL/PDL测试系统（单次扫描）如何分析IL/PDL测试系统三件套(TLS,PC，PM)的性能是德科技的可调谐激光源(TLS)PERFORMANCE$$$EconomyCompactTLS81989A/81949AHigh-PerformanceCompactTLS81980A/81940AHighest-PerformanceCompactTLS81960AHighest-PerformanceTLS8160xxSeriesStepandSweptTuningHighAccuracySweptTuningLowSpontaneousEmission(Noise)$7k$85k$29k$38k$47kN7711A,N7714A多端口TLS100KHz窄线宽；高达+15dBm输出功率；C/L工作波段；StepTuningOnlyTLS关键指标（1）：扫描下的动态波长精度验证的方法：TLS在不同扫描速度下用功率计同步测试NISTgascell标准件，分析其谱线吸收峰的位置81940A81960A动态绝对波长精度定义TLS关键指标（2）：动态的功率重现度动态的功率重现度定义控制动态功率重现度可减小在IL和PDL测试中由TLS带来的附加ripple。验证的方法：TLS设置固定的输出功率，在整个波段以相同的扫描速度连续扫描，功率计同步记录每次的扫描曲线。将每次扫描的功率曲线相减，分析在整个波段上其最大的变化范围。<50pm±5nmTLS关键指标（3）：SignaltoSSERationandSMSR光无源器件IL扫描测试：TLS+PMPM是宽度接收机，TLSSSE噪声和SMSR都将影响滤波器底部的测试最终会影响到器件隔离度指标的评估验证方法：扫描一个高隔离度的滤波器功率计的要求N7744A/45A新一代针对产线自动化测试的4路和8路的光功率计

光无源器件生产测试中，光功率计需要提升三大性能1）多端口；2）测试速度；3）数据记录和仪表控制。

裸纤夹持器多端口功率计可拆卸光适配器专利设计，便于操作N7745A端口间重复性好，只需做单端口功率参考校准如何更快得到光功率测试结果？TunableLaserSourcePowerMeter(s)DevicePowerPower挑战：如何测得更快？N7745A的解决方法：更快的采样率->配合TLS更快的扫描和偏振控制器的快速变化

更高的功率扫描的动态范围（单次扫描65dB）光连接瞬态IL的测试

（IEC61300-3-28TransientLoss）

光连接头“震动”0.02dB变化0.02dB变化光纤的移动N7745A测试的平均时间最小为1us,每通道的存储能力为1M

个数据点。快速采集和存储的功能使得它甚至具有了示波器的功能单次扫描的动态范围测试81570AVOA（最大60dB的衰减值）

，从0-60dB衰减过程，可以判断功率计的单次的扫描动态范围

仪表不同连接控制下logging数据的传输时间8164B+4x81636B快速功率计模块200points: GPIB:0.95s20000points: GPIB:2.5s N7744A4-channel多通道功率计GPIB: 0.49sLAN: 0.11sUSB: 0.024s!GPIB: 1.4sLAN: 0.52sUSB: 0.17s!N7744/45A每个通道能独立存储（logging)1M个数据点在四通道测试的情况下对比功率logging数据的读出时间的额外开销Page20光器件的PDLPDL(PolarizationDependentLoss):偏振相关损耗在不同的偏振状态下光信号存在不同的传输损耗在光传输路径由许多PDL源组成并且沿着链路光的偏振态在变化PDL按统计特性在链路上累积

链路偏振态的变化最终造成接收到信号的功率波动（可能达到数个dB的变化范围）

造成危害:功率余量预算,接收机判决门限的跟踪，等等输入光信号exp(-αsz)exp(-αpz)zFastandAccurateMulti-PortIL/PDLMeasurementsAgilentWebcast28May,2009光器件典型的PDL值单波长PDL测试方式：全偏振状态扫描测试系统全偏振状态扫描+测试建立简单+可针对任何波长+精度高（如果长时间测试并稳定测试环境）

速度慢

仅适合固定波长

/l-stepped的光源

无法完成高分辨率的PDLVS.WL的测试

绕偏器影响IL的测试精度Page22光纤扰偏器的原理和效果10S30S120S60S光纤扰偏器的覆盖盲区扰偏120s的覆盖盲区扰偏180s的覆盖盲区光纤绕偏器缺点时间长覆盖盲区降低PDL精度ToprowoftheMuellermatrix:Intermsofmeasuredpowers:Launch4states:LHP,LVP,L+45,RHCMeasureat4states:wDUT:A,B,C,Dw/oDUT:a,b,c,dLasersourceDUTOpticalpowermeterInventedbyFavin&Nyman;describedinHentschel,Lightwave,60,January1988波长扫描测试PDL：穆勒矩阵法传统玻片式偏振控制器如何影响PDL测试精度8169A的玻片波长为1540nm,当输入波长超过+－20nm时要做玻片位置调整输入信号的不同波长对应不同玻片调整位置Agilent新一代偏振控制及分析仪N778XB的特点技术基于PLC分路器芯片的紧凑&牢固微光学组建偏振分析的核心模块技术高速LiNbO3-偏振调制器SingleCell:偏振控制器(PC)偏振合成器技术基于DSP闭合环路控制偏振控制器<1ms响应时间.偏振测试仪表的特点:在低成本高性能和可靠度保证下，达到测试偏振、损耗和偏振模式色散PMD超过1000倍更快速度（没有活动的部件）,像示波器一样显示偏振态的变化。N7786B偏振合成仪

对比8169A玻片式偏振控制器N7786BPol.SynthesizerPolarizationAnalyzerPolarizationControllerCouplerAnalyzermonitorsSOP->FeedbacktoController8169A8169A玻片式

偏振控制器SOP设置较慢(~0.5s):整个测试波长范围需四次扫描SOP设置与波长相关，通过PFL提供精确的算法来修正波长相关性信号波长扫描时，起偏器可导致接收光功率波动—需要稳定的光纤连接或外接功率计做监测校准N7786B偏振合成仪SOP设置快(~10－20µs):整个测试波长范围仅需单次扫描SOP设置的精度通过内置实时偏振测量仪反馈控制来保证没有起偏器,要求输入全偏光内置功率监测，消除测试纹波

TLS和PC的连接影响PDL精度LB是偏振的拍长，B是双折射度（其定义为两个正交偏振模有效折射率的差），λ是光波波长。双折射度越大拍长越短，偏振光所发生的周期变化频率越快。由于PMF比SMF的B更大，反映出来的PMF在没有很好对准时，功率变化更大。PMF如果没有很好的对准，其强的双折射效应，反而会产生周期更短，峰值更大的波动！！如何解决TLS和PC的连接对PDL精度的影响1、TLS采用Panda的PMF输出2、8169A输入到Polarizer之间采用SMF3、TLS和Polarizer之间PMF必须完美的偏振对准，否则可能产生比普通SMF连接更大的短期周期波动4、如果采用SMF连接，一定要严格固定位置，不能移动，建议采用刚性且短的SM光跳线连接TLS和PC的输入端5、为了获得长期的稳定性,可以通过在8169A输出端口增加分路器,通过另一个功率计监测输入到DUT的功率改变来消除偏振的拍长扰动。dspecialrigidfiberprotector8°8°HMS10HMS10耦合器监测功率计测量功率计DUT内容安排光无源器件市场背景和应用的发展光无源器件测试的总体要求和主要测试方法是德科技针对光无源器件高效测试的方案新一代可调谐激光源81606A快速波长扫描测试系统“JET”在多端口测试方案是德科技的可调谐激光源(TLS)3281606A可调谐激光源模块的诞生——为了更高的测试精度和测试效率，提高吞吐量81606A——更高的精度81606A——更大的动态范围81606A——更快的扫描速度测试举例1：8通道损耗谱的测试测试举例2：多通道IL/PDL测试Keysight波长扫描测试方案方案1：

波长相关的插损测试81960A

TLS或81600BTLS81636B快速功率计或N7745A8163B/64BmainframeN7700AILEngine方案2：单次扫描的IL&PDL（

DWDM/CWDM,AWG,WSS测试)81600B/81960A可调激光源+8164B主机N7786B偏振合成仪N7745A多端口功率计N7700A-100IL/PDL控制软件可替代OSA加ASE光源的扫描测试方案Keysight波长扫描测试方案(Cont)方案3：IL&PDL&RL

扩展测试功能81610A测试波长扫描的回损多TLS通过光开关81595B扩展波长范围

N7745A-E01能够同时兼顾光电流和功率的测试，能测试DPSK接收机等光电混合器件!方案4：单次扫描测试DGD/PMD&IL&PDL

TheN7788B测试单端口器件的DGD/PMD81600B/81960Alaser+8164B主机N7788B偏振合成仪N7700APolarizationNavigatorPDL测试新方案：单次扫描对比传统的四次扫描Page41DUT:DeviceunderTestN7786BPolSynthesizerN7744/45BMultiport-Power-MeterN7700APhotonicApplicationSuite传统的如8169A测试方式：用四个SOP，需要四次扫描测试周期长，容易受外界干扰新的单次扫描方式，测试6个SOP，仅需一次扫描结果稳定，重复性高Launch6states:LHP,LVP,L+45,RHC，L-45,LHCMeasureat6states:wDUT:1,2,3,4,5,6w/oDUT:a,b,c,d,e,fLasersourceDUTOpticalpowermeterSymposiumonOpticalFiberMeasurements(SOFM2002),Sep24-26,2002,Boulder,CO,NISTSpecialPublication988,pp.121-124是德科技针对PDL测试的改进新方案:6态穆勒矩阵来源：SymposiumonOpticalFiberMeasurements(SOFM2002),Sep24-26,2002,Boulder,CO,NISTSpecialPublication988,pp.121-124穆勒矩阵的6态法和4态法PDL实测对比测试说明：1、任意偏振控制器PDL为0.1dB2、DUT的1550nm上PDL为0.395dB3、主要测试不同附加偏振态对4态法和6态法测试PDL结果的不同影响6态法可以增强PDL测试的重复性和精度，但会增加测试时间！！！Keysight多通道IL/PDL新方案实测结果DUT:100G的DWDMfilter系统组成：81960A+N7786B+N7745A+N7700A(软件）波长范围：1520－1590nm波长分辨率：5pm扫描速度：100nm/s单独测试IL只需1秒时间。测试IL/PDL只需23秒即可完成测试结果：1)测试DWDM二通道IL，一次扫描可测到55dB的隔离度2)整个通带范围内信道的PDL<0.1dB,在最插损的最小峰值点PDL为0.059dB和0.017dBWSS(wavelengthselectiveswitches)的测试举例测试阶段：耦合对准测试和产品终测测试项目：插损vs.波长谱线，PDLvs.波长谱线，开关切换时间需要灵活配置每个端口不同输出波长组合，测试的速度和重复性非常重要。ROADM的应用WSSλ1,λ2,λ3,λ4,λ5,…λ1,λ2,λ3λ4,λ6,λ8λ5,λ7,λ9,λ5λ10,λ11,λ13WSS进行波长路由的选择，是全光通信的重要部件WSS的通道切换时间N7745A测试的平均时间最小为1us,每通道的存储能力为1M个测试点。快速采集和存储的功能使得它甚至具有了示波器的功能应用于光开关从一个通道切换时间的测试，包括开关的开启时间和关断时间（ms量级），传统的光功率计的测试时间最快也要25us

（是德公司的81636B）光通道切换时间WSSPDL测试中高波长分辨率数据的分析取通带内1541.2到1541.25nm范围，用0.15pm的波长分辨率和1.5pm的波长分辨率测试出来的PDL存在差异。可以看到，该被测的WSS器件在通带内存在随波长变化偏振也快速变化的相关特性，1.5pm的分辨率对这种快速相关特性采样不够，结果偏小。PDL超标的原因分析0.15pm情况下偏振光TE,TM模式,反映出周期性的ripple1.5pm情况下偏振光TE,TM模式,同样反映出周期性的rippleWSS测试应用：

耦合对准测试测试的关键：测试结果的实时更新,波长精度和动态范围测试方案：81960A+N7745/44A+N7700A#102SW测试效率：双向重复扫描，实时更新，40nm扫描范围（1pm波长间隔）仅需0.8s时间WSS测试应用：

产品终测测试的关键：测试速度，IL/PDL扫描精度和重复性,隔离度测试范围测试方案：81960A+N7786B+N7744/45A+N7700A-100和N7700A-101测试效率：单次PDL扫描，替代传统的4次扫描，测试时间减小3倍，避免多次扫描过程中的不稳定性，提高精度和重复性。TLS(81600B

or81960A)JET(JustEnoughTester)方案N7711A单端口和N7714A四端口可调谐光源新型的多端口TLS100KHz窄线宽；高达+15dBm输出功率；C/L工作波段；DUTN7745AN7711/14AN7744AandN7745AMultiPortPowerMeters.pptFeb,2008Page52Page52Page52PhotonicTest&MeasurementAgilent