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。

CWDM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。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
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要求，而这再次会增加测试解决方案的成本。，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。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，在不降低的情况下满足了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。■