CN101430242A - 用于对掺铒光纤放大器性能进行自动测试的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明设计了一种用于对掺铒光纤放大器(EDFA)性能进行自动测试的装置，并采用特殊的软件对测试仪器进行自动控制和操作，实现对EDFA增益平坦、瞬态响应和信噪比的自动测试。整个测试过程中不需要人工进行干预。有了EDFA自动测试装置，除了可以大幅度节省人工手动操作所消耗的设备设置时间、光路切换时间和测试记录与分析时间，还可以避免由人工手动记录测试数据所引入的人为误差。这样的自动测试模式，使得对EDFA性能的测试操作既简单、又快速，而且可靠，大大提高了EDFA性能测试的效率，可以完全满足企业对EDFA大批量测试的应用需求。

Description

用于对掺铒光纤放大器性能进行自动测试的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种能够对掺铒光纤放大器(EDFA)性能进行自动测试的装置，尤其是，涉及对EDFA增益平坦、瞬态响应和信噪比的自动测试装置。

背景技术

21世纪，光缆网络已经遍布世界各地，光纤通信成为“信息高速公路”的重要支柱。但是由于光纤本身具有传输损耗，使得光信号只能传输不太远的距离就会衰减到接收机无法辨别的程度。而掺铒光纤放大器(EDFA)的问世引起了光通信技术的一场革命，由于其本身具有高增益、高输出功率、低噪声、带宽宽、与偏振无关等优点，在很多领域和场合，EDFA正逐步取代传统的光-电-光中继模式，省去了光电/电光转换的昂贵成本，便于设备的运行维护，成为现代光纤通信系统中不可缺少的关键部件。在以光纤为传输媒体的邮电通信、有线电视以及计算机网络的系统中，EDFA发挥着极为重要的作用。

增益平坦、瞬态响应和信噪比是EDFA的重要性能指标。由于不同种类的EDFA应用场合有区别，因而不同类型的EDFA对应的指标要求也是不一样的。所以，在制造每一台EDFA时，都应该按照不同的设计要求对这三项性能指标进行严格的测试。

传统的测试方法是按照不同的测试要求，将专用的测试仪器和设备搭建出相应的测试工位平台，由测试人员对照测试流程进行手动测试。测试过程中，由于需要进行频繁的测试设备设置和测试光路更改，而且数据的记录和判断也都是由人工手动操作，这种极其耗时的测试方法在EDFA的大批量测试应用需求中是完全不现实的。所以，获得一种能够快速、准确的对EDFA性能进行自动测试的解决方案是非常重要和迫切的。

发明内容

本发明的目的在于设计一种用于对掺铒光纤放大器性能进行自动测试的装置及方法，并采用特殊的软件对测试仪器进行自动控制和操作，实现对EDFA增益平坦、瞬态响应和信噪比的自动测试。本装置采用模块化的方法进行设计，便于对照不同的测试要求能够进行灵活的组合和改造升级。

一种用于对掺铒光纤放大器性能进行自动测试的装置，其特征在于，组成系统的功能模块包括：

主控计算机；

光开关矩阵模块；

自动衰减器模块；

光功率检测模块；

光电转换模块，

其中，整个装置采用机框结构，主控计算机和辅助测试模块被设计成板卡形式，被插入到机框内，进行掺铒光纤放大器性能的自动测试工作。

光开关矩阵模块中的光开关矩阵分为多通道1×1模式和单路1×N模式两种，控制电路通过RS232通信电路获得的操作指令，对光开关矩阵进行相应的操作，并将执行结果返回到主控计算机中，实现了测试光路按照测试要求进行自动切换的功能。

光功率检测模块用来对测试点的光功率进行采样计算，当控制电路通过RS232通信电路获得操作指令后，就通过光功率检测电路获取输入光的光功率数值，并将数值进行相应的计算后返回到主控计算机中，实现了测试光路中光功率数值的实时监测功能。

自动衰减器完成光功率的计算和控制衰减器的衰减量两种工作，当控制电路通过RS232通信电路获得操作指令后，先通过光功率检测电路获取输入光功率和输出光功率的数值，然后计算出衰减器的衰减量，最后通过衰减器控制电路进行衰减器的控制操作，并将执行结果返回到主控计算机中，实现了测试光路中光功率数值的自动控制功能。

光电转换模块用来完成将光信号转换为电信号的工作。

一种用于对掺铒光纤放大器的增益平坦、信噪比进行自动测试的方法，采用所述的装置，其特征在于：

首先要将测试设备通过GPIB接口电缆连接到掺铒光纤放大器自动测试装置的主控计算机上；

然后按测试要求连接测试光路，将对应的跳线连接器按要求插入光开关矩阵模块；

将WDM多波光源的输出光先接入自动衰减器模块，然后再将自动衰减器模块的输出光接到待测的掺铒光纤放大器产品中；

主控计算机根据测试软件里设定的参数控制光源设备和自动衰减器模块给出满足测试要求的测试光源，然后根据测试流程自动切换测试光路，每切换一次光路就启动光谱分析仪进行扫描参数设定和光路扫谱测试；

等所有光路的测试都完成后，主控计算机从光谱分析仪中读取测量数据，然后按要求进行处理分析，最终将生成的相应测试报表打印出来并通过网络将数据存储到远程数据库中。

一种用于对掺铒光纤放大器的瞬态响应进行自动测试的方法，采用所述的装置，其特征在于：

首先要将测试设备通过GPIB接口电缆连接到掺铒光纤放大器自动测试装置的主控计算机上；

然后按测试要求连接测试光路，将对应的跳线连接器按要求插入光开关矩阵模块；

将WDM多波光源的输出光先接入自动衰减器模块，然后再将自动衰减器模块的输出光接到待测的掺铒光纤放大器产品中；

待测掺铒光纤放大器产品的输出光接入到光电转换模块中，而数字存储示波器的探测表笔则直接连接光电转换模块的电信号测量端口上；

主控计算机根据测试软件里设定的参数控制光源设备和自动衰减器模块给出满足测试要求的测试光源，然后根据测试流程自动切换测试光路，每切换一次光路就启动数字存储示波器进行触发参数的设置和电信号的测量；

等所有光路的测试都完成后，主控计算机从数字存储示波器中读取测量数据，然后按要求进行处理分析，最终将生成的相应测试报表打印出来并通过网络将数据存储到远程数据库中。

本装置主要由主控计算机和辅助测试模块构成。主控计算机的核心部件由单板工业级PC机构成；另外，还采用1×1和1×2机械式光开关、光电探测器(PIN)和光衰减器(VOA)作为关键器件，设计了多种类型的高精度、高可靠性辅助测试模块，包括多路光开关模块、自动衰减器模块、光功率检测模块和光电转换模块。通过严格按照测试要求和流程设计出的专用软件，来对测试设备和辅助测试模块进行实时的控制，从而实现了EDFA性能的自动测试和数据分析。

附图说明

图1是EDFA自动测试装置的硬件框图。

图2是光开关矩阵模块的硬件框图。

图3是自动衰减器模块的硬件框图。

图4是光功率检测模块的硬件框图。

图5是光电转换模块的硬件框图。

图6是增益噪声和信噪比自动测试的系统框架图。

图7是瞬态响应自动测试的系统框架图。

具体实施方式

EDFA自动测试装置的硬件框图如图1所示。整个装置采用机框结构，主控计算机和辅助测试模块被设计成板卡形式，这样的设计方式有利于根据实际的测试要求对测试装置所要实现的功能进行灵活配置。搭建测试平台时，主控计算机和所需要用到的辅助测试模块被插入到机框内，从而进行EDFA性能的自动测试工作。

组成系统的功能模块包括主控计算机、光开关矩阵模块、自动衰减器模块、光功率检测模块和光电转换模块。

①主控计算机：

主控计算机安装有操作系统和专用工具软件，分别通过GPIB接口、RS232串口与测试设备和辅助测试模块相连接。测试过程中，通过运行专门设计的测试系统软件，按照测试流程对测试设备和辅助测试模块进行自动化的操作控制，并将获得的测试数据按测试要求进行处理，最终打印出测试报表并通过网络存储到远程数据库中。

②光开关矩阵模块

光开关矩阵分为多通道1×1模式和单路1×N模式两种。硬件框图如图2所示，控制电路通过RS232通信电路获得的操作指令，对光开关矩阵进行相应的操作，并将执行结果返回到主控计算机中，实现了测试光路按照测试要求进行自动切换的功能。

整个系统装置中，由于采用光开关矩阵模块自动切换光路通道来代替传统的人工插拔测试跳线改变光路通道是提高测试效率的一个重要因素，所以这个模块是比较关键的功能模块。

构成该模块最基本的核心器件是1×1和1×2的机械式商用光开关。通常的应用中，1×1光开关用来扩展出多通道1×1模式的光开关矩阵模块，而1×2光开关用来扩展出单路1×N模式的光开关矩阵模块。例如，将3个1×2光开关级联，就可以得到1×4光开关(将2个1×2光开关分别接到剩余一个1×2光开关的两个输出端)。

③自动衰减器模块

自动衰减器实际需要完成光功率的计算和控制衰减器的衰减量两种工作。硬件框图如图3所示，当控制电路通过RS232通信电路获得的操作指令后，先通过光功率检测电路获取输入光功率和输出光功率的数值，然后计算出衰减器的衰减量，最后通过衰减器控制电路进行衰减器的控制操作，并将执行结果返回到主控计算机中，实现了测试光路中光功率数值的自动控制功能。

④光功率检测模块

光功率检测模块在测试过程中通常用来对测试点的光功率进行采样计算。硬件框图如图4所示，当控制电路通过RS232通信电路获得的操作指令后，就通过光功率检测电路获取输入光的光功率数值，并将数值进行相应的计算后返回到主控计算机中，实现了测试光路中光功率数值的实时监测功能。

⑤光电转换模块

光电转换模块用来完成将光信号转换为电信号的工作。硬件框图如图5所示，在通常的测试过程中，对电信号的测量由数字存储示波器完成，所以模块中不需要控制电路和RS232通信电路，只需给出电信号测量端口即可。

主要工作原理和步骤如下：

(1)、EDFA增益平坦、信噪比测试：

依据EDFA增益平坦和信噪比的测试方法，测试系统的硬件框架图如图6所示。测试光源采用96通道WDM多波光源，光谱数据测量采用通用的光谱分析仪。

搭建测试平台时，首先要将测试设备通过GPIB电缆连接到EDFA自动测试装置的主控计算机上；然后按测试要求连接测试光路，这一个步骤和人工手动测试时相比较是有明显区别的。人工手动测试时，会按测试要求准备几个分支光路，根据测试流程的要求手动插拔测试跳线以达到切换光路的目的。而此时使用了EDFA自动测试装置，只需要将对应的跳线连接器按要求插入光开关矩阵模块即可，整个测试过程中就不需要插拔测试跳线了，光路的切换完全由光开关矩阵模块根据主控计算机的要求自动进行。另外，测试所需的光源可能单纯的依靠WDM多波光源本身是不能满足测试要求的，所以一般将WDM多波光源的输出光先接入自动衰减器模块，然后再将自动衰减器模块的输出光接到待测的EDFA产品中。待测EDFA产品的输出光接入光谱分析仪进行测量，而光功率检测模块则根据测试要求检测典型测试点的光功率数值。

所述WDM又叫波分复用技术，是新一代的超高速的光缆技术，所谓波分复用技术，就是在单一光纤内同步传输多个不同波长的光波，让数据传输速度和容量获得倍增，它充分利用单模光纤的低损耗区的巨大带宽资源，采用合波器，在发送端将不同规定波长的光载波进行合并，然后传入单模光纤。在接收部分再由分波器将不同波长的光载分开的复用方式。由于不同波长的载波是相互独立的，所以双向传输问题便迎刃而解了。根据不同的波分复用器(分波器与合波器)可以复用不同数量的波长。

开始对EDFA的增益平坦和信噪比进行测试时，需要启动专用的测试软件。主控计算机根据测试软件里设定的参数控制光源设备和自动衰减器模块给出满足测试要求的测试光源，然后又根据测试流程自动切换测试光路，每切换一次光路就启动光谱分析仪进行扫描参数设定和光路扫谱测试。等所有光路的测试都完成后，主控计算机从光谱分析仪中读取测量数据，然后按要求进行处理分析，最终将生成的相应测试报表打印出来并通过网络将数据存储到远程数据库中。

(2)、EDFA瞬态响应测试：

依据EDFA瞬态响应的测试方法，测试系统的硬件框架图如图7所示。测试光源采用96通道WDM多波光源，瞬态数据测量采用数字存储示波器。

搭建测试平台时，首先要将测试设备通过GPIB电缆连接到EDFA自动测试装置的主控计算机上，然后按测试要求连接测试光路，连接要求和EDFA增益平坦、信噪比的测试要求一致。只是待测EDFA产品的输出光接入到光电转换模块中，而数字存储示波器的探测表笔则直接连接光电转换模块的电信号测量端口上。

开始对EDFA的瞬态响应进行测试时，也需要启动专用的测试软件。主控计算机根据测试软件里设定的参数控制光源设备和自动衰减器模块给出满足测试要求的测试光源，然后又根据测试流程自动切换测试光路，每切换一次光路就启动数字存储示波器进行触发参数的设置和电信号的测量。等所有光路的测试都完成后，主控计算机从数字存储示波器中读取测量数据，然后按要求进行处理分析，最终将生成的相应测试报表打印出来并通过网络将数据存储到远程数据库中。

从上述的三种测试操作中，都涉及到了专用的测试软件。这种软件采用可视化编程言语(Visual Basic等)严格按照测试流程和测试要求设计。在整个软件设计需求中，需要确定一些必要的数据，主要有以下几种：

(1)测试所需要的条件参数，一般为光源的波长、功率，待测产品的测试环境温度等；

(2)测试设备的采样功能参数，比如光学测量仪器的中心波长、带宽、灵敏度和测量精度等，还有数字存储示波器的触发条件、波形显示比例调节等；

(3)测试操作所需得到的实验数据，对于上述的测试操作，即需要得到EDFA的增益数据、噪声数据和瞬态数据。

另外，测试软件对数据的应用主要分为两种：对于上述的(1)和(2)这类测试前就给定的数据，是专门用于设置并远程控制测试设备的，而(3)这类在测试过程中得到的数据，则是用来计算并处理的。

完成设计的专用测试软件分为人机操作界面和内部控制操作流程两大部分。人机操作界面提供了测试员对测试参数的输入、对测试所得数据的直接观察以及对测试流程的快捷操作和控制；内部控制操作流程又可以被细分为数据处理和设备控制两个功能模块。

数据处理是测试要求所规定的，软件中的处理算法要按照要求进行设计，并且还要求对计算出来的数据进行是否合格的判定。设备控制则是分为两类：对于通用测试设备，采用GPIB命令控制的方法。GPIB命令由设备厂家在设备使用说明书中给出，通过采用发送GPIB命令的方式来代替手动操作设备的控制面板，即实现测试设备的远程控制，这些命令针对不同的设备和生产厂家而不同，只要是设备面板上可以操作的，都有相应的GPIB命令与之一一对应；而对于自行设计制作的辅助测试模块控制，则采用RS232串口命令来进行。针对不同的辅助测试模块，其控制命令也是各不相同的，下面列举本装置中辅助设备的控制命令种类：

(1)光开关矩阵模块，光路选择、光路导通、光路断开、获取光路状态；

(2)自动衰减器模块，获取输入光功率、获取输出光功率、设置衰减数值、最大程度衰减、最小程度衰减；

(3)光功率检测模块，中心波长设置、补偿参数设置、测试单位设置、获取输入光功率。

小结

综上所述，对EDFA增益平坦、瞬态响应和信噪比的测试操作全部都由EDFA自动测试装置按测试要求协调各种测试设备和辅助测试模块配合自动进行，整个测试过程中不需要人工进行干预。有了EDFA自动测试装置，除了可以大幅度节省人工手动操作所消耗的设备设置时间、光路切换时间和测试记录与分析时间，还可以避免由人工手动记录测试数据所引入的人为误差。这样的自动测试模式，使得对EDFA性能的测试操作既简单、又快速，而且可靠，大大提高了EDFA性能测试的效率，可以完全满足企业对EDFA大批量测试的应用需求。

虽然本发明已经详细的示出并描述了一个相关且特定的实施范例参考，但本领域的技术人员应该能够理解，在不背离本发明的精神和范围内可以在形式上和细节上作出各种改变。这些改变都将落入本发明的权利要求所要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种用于对掺铒光纤放大器性能进行自动测试的装置，其特征在于，组成系统的功能模块包括：

主控计算机；

光开关矩阵模块；

自动衰减器模块；

光功率检测模块；

光电转换模块，

其中，整个装置采用机框结构，主控计算机和辅助测试模块被设计成板卡形式，被插入到机框内，进行掺铒光纤放大器性能的自动测试工作。

2.如权利要求1中的自动测试的装置，其特征在于：

光开关矩阵模块中的光开关矩阵分为多通道1×1模式和单路1×N模式两种，控制电路通过RS232通信电路获得的操作指令，对光开关矩阵进行相应的操作，并将执行结果返回到主控计算机中，实现了测试光路按照测试要求进行自动切换的功能。

3.如权利要求2中的自动测试的装置，其特征在于：

光功率检测模块用来对测试点的光功率进行采样计算，当控制电路通过RS232通信电路获得操作指令后，就通过光功率检测电路获取输入光的光功率数值，并将数值进行相应的计算后返回到主控计算机中，实现了测试光路中光功率数值的实时监测功能。

4.如权利要求3中的自动测试的装置，其特征在于：

自动衰减器完成光功率的计算和控制衰减器的衰减量两种工作，当控制电路通过RS232通信电路获得操作指令后，先通过光功率检测电路获取输入光功率和输出光功率的数值，然后计算出衰减器的衰减量，最后通过衰减器控制电路进行衰减器的控制操作，并将执行结果返回到主控计算机中，实现了测试光路中光功率数值的自动控制功能。

5.如权利要求4中的自动测试的装置，其特征在于：

光电转换模块用来完成将光信号转换为电信号的工作。

6.一种用于对掺铒光纤放大器的增益平坦、信噪比进行自动测试的方法，采用如权利要求1-5中所述的装置，其特征在于：

首先要将测试设备通过GPIB接口电缆连接到掺铒光纤放大器自动测试装置的主控计算机上；

然后按测试要求连接测试光路，将对应的跳线连接器按要求插入光开关矩阵模块；

将WDM多波光源的输出光先接入自动衰减器模块，然后再将自动衰减器模块的输出光接到待测的掺铒光纤放大器产品中；

主控计算机根据测试软件里设定的参数控制光源设备和自动衰减器模块给出满足测试要求的测试光源，然后根据测试流程自动切换测试光路，每切换一次光路就启动光谱分析仪进行扫描参数设定和光路扫谱测试；

等所有光路的测试都完成后，主控计算机从光谱分析仪中读取测量数据，然后按要求进行处理分析，最终将生成的相应测试报表打印出来并通过网络将数据存储到远程数据库中。

7.一种用于对掺铒光纤放大器的瞬态响应进行自动测试的方法，采用如权利要求1-5中所述的装置，其特征在于：

首先要将测试设备通过GPIB接口电缆连接到掺铒光纤放大器自动测试装置的主控计算机上；

然后按测试要求连接测试光路，将对应的跳线连接器按要求插入光开关矩阵模块；

将WDM多波光源的输出光先接入自动衰减器模块，然后再将自动衰减器模块的输出光接到待测的掺铒光纤放大器产品中；

待测掺铒光纤放大器产品的输出光接入到光电转换模块中，而数字存储示波器的探测表笔则直接连接光电转换模块的电信号测量端口上；

主控计算机根据测试软件里设定的参数控制光源设备和自动衰减器模块给出满足测试要求的测试光源，然后根据测试流程自动切换测试光路，每切换一次光路就启动数字存储示波器进行触发参数的设置和电信号的测量；

等所有光路的测试都完成后，主控计算机从数字存储示波器中读取测量数据，然后按要求进行处理分析，最终将生成的相应测试报表打印出来并通过网络将数据存储到远程数据库中。

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