CN103647600A - 一种多通道智能光学测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多通道智能光学测试装置，包括依次连接的光源、光源控制电路、波长校准监控模块、光开关，光开关一个输出端依次连接偏振控制器、2×2分路器、1*N分光器连接，其中2×2分路器一个输出端与第一光功率探测器连接，一个输入端与第二光功率探测器连接；光开关另一个输出端同N×N分路器连接，N×N分路器输出端与阵列光功率探测器一一对应连接；光源控制电路、波长校准监控模块、光开关、偏振控制器、第一光功率探测器、第二光功率探测器、阵列光功率探测器同控制单元连接；采用本发明装置可以同时测试多通道模块的各项光学指标。

Description

一种多通道智能光学测试装置

 

技术领域

本发明涉及一种测试装置，特别是一种用于光通信类器件模块的光学指标测试和验证的多通道智能测试装置，本发明属于通信领域。

 

背景技术

为满足对带宽及传输速率的需求，通信运营商和系统供应商都把密集波分复用(DWDM Dense Wavelength Division Multiplexing)技术相结合作为当前光纤通信的主要手段，随着DWDM技术的不断升级, 光纤通信网络的广泛使用使得网络拓扑结构越来越复杂，各种不同功能的器件和模块越来越多, 诸如动态信道均衡器（DGE Dynamic Gain Equaliztioner）、可调功率光复用器（VMUX Variable Multiplexer）、光分插复用器（OADM Optical Add-Drop Multiplexer）、衰减器（VOA variable optical attenuator）、光开关（OSW  Optical Switch）等光器件，这些器件和模块的光学指标特性决定了传输网络的质量和稳定性。

而目前，这类器件和模块，大多数在生产和测试中，往往需要多个测试设备和工序来完成，并且指标测试结果的判别多数由人工来判断完成，存在不合格品遗漏的情况

其次，在测试过程中，需要人工来完成模块通道切换,测试工序的流转等,生产效率低，测试一个完整器件模块光学指标所需要的设备种类繁多,设备价格昂贵。

并且，目前光学测试系统需要定期测试校准设备，无法实时监控系统自身的准确性，容易因设备自身误差引入测试误差，从而给切件的测试带来影响。

发明内容

本发明的技术目的是克服现有技术存在的问题，提供一种新型的多通道智能光学测试装置，本发明装置可以解决现有测试设备种类多、成本高、生产效率低、尺寸大的问题。

本发明的技术方案是：

一种多通道智能光学测试装置，包括依次连接的光源、光源控制电路、波长校准监控模块、光开关，光开关一个输出端依次连接偏振控制器、2×2分路器、1*N分光器连接，其中 2×2分路器一个输出端与第一光功率探测器连接，一个输入端与第二光功率探测器连接；光开关另一个输出端同N×N分路器连接， N×N分路器输出端与阵列光功率探测器一一对应连接；光源控制电路、波长校准监控模块、光开关、偏振控制器、第一光功率探测器、第二光功率探测器、阵列光功率探测器同控制单元连接。

所述光源包括宽带光源和可调滤波器，宽带光源同可调滤波器输入端相连接。

所述光源输出波段为1280nm~1680nm波段。

所述光源为可调谐激光器，可调谐激光器输出波段为1280nm~1680nm波段。

所述可调谐激光器采用快速调节的单波大范围激光器。

所述波长校准监控模块包括第一1×2分路器、第二1×2分路器、波长标准具、第四光功率探测器、第五光功率探测器，第一1×2分路器一路分光端同第二1×2分路器的公共端相连, 第二1×2分路器的一路分光端依次连接有波长标准具、第五光功率探测器, 第二1×2分路器的一路分光端同第四光功率探测器。

所述控制单元控制可调滤波器的输出波长使其满足宽带光源输出波长，控制波长校准监控模块实时判断可调滤波器输出是否符合宽带光源输出波长，控制光开关的通道间的切换，控制偏振控制器偏振状态，读取第一光功率探测器、第二光功率探测器、阵列光功率探测器测试的光功率数据。

所述2×2分路器采用2×2均分耦合器。

所述N×N分路器采用N×N均分耦合器。

所述光开关采用1×2光开关。

所述第一1×2 分路器采用1/99～20/80分光比范围中任意分光比的耦合器，第二1×2 分路器（3-2）采用均分耦合器。

本发明具有下列优点：

1、可同时测试需测试的模块(DTM)多个通道的全波长的插入损耗（IL）和偏振相关损耗（PDL）、回波损耗（RL）、衰减精度、方向性、波长精度、带宽、增益平坦度、隔离度等光学指标；

2、通道数支持1～N（N＞16），可多套系统级联扩展，通道数和测试指标量可以自由配置；

3、所有指标可以独立设置阈值范围，系统自动完成设计中组件间的切换和测试记录，且具备自动判断测试结果的功能；

4、系统具有自身监控和校准功能，能实时监控系统光源和滤波器的波长准确性和功率准确性，保证系统在测试时处于准确和可靠的状态，确保测试结果的准确性，减少了测试误差。   

附图说明

图1是本发明多通道智能光学测试系统的测试装置第一种实施例结构图；

图2是本发明光源插入损耗校准示意图；

图3是本发明光源回波损耗校准示意图1；

图4是本发明光源回波损耗校准示意图2；

图5是本发明滤波校准和监控模块的主要结构示意图；

图6是采用本发明方案的待测试光学器件的测试光谱；

图7是采用本发明方案测试多通道待测试器件插入损耗（IL）的示意图；

图8是采用本发明方案测试多通道待测试器偏振相关损耗（PDL）的示意图；

图9是采用本发明方案测试和计算多通道待测试器件波长带宽（BW）的示意图；

图10是采用本发明方案测试和计算多通道待测试器件波长平坦度（Ripple）的示意图；

图11采用本发明方案测试和计算多通道待测试器件隔离度(ISO)的示意图；

图12 本发明第二种实施例的结构连接图； 

其中：

1：光源；           

1-1：可调谐激光器；             1-2：宽带光源；

2：可调滤波器；                 2-1：滤波器控制电路；

2-2：可调激光器控制电路；

3：波长校准监控模块；           3-1:  第一1×2 分路器；

3-2：第二1×2 分路器；          3-3：波长标准具；

3-4：第四光功率探测器 ；         3-5：第五光功率探测器；

4：光开关；                   

5-1：2×2分路器；               5-2：N×N分路器；

6-1：第一光功率探测器；         6-2：第二光功率探测器；

6-3：阵列光功率探测器；         7：偏振控制器；

8：1*N 分光器；                9：待测试器件；

10：标准跳线；                 11：控制单元；

具体实施方式

为了使本设计的目的和技术方案及优点更加清楚，结合附图和实施例，对本设计进行进一步的详细说明。

本发明一种多通道智能光学测试装置的第一种实施例，包括宽带光源1-2、可调滤波器2、波长校准监控模块3、光开关4、偏振控制器7、1*N 分光器8、2×2分路器5-1、N×N分路器5-2，宽带光源1-2和可调滤波器2组成光源1，宽带光源1-2输出端与可调滤波器2相连接，可调滤波器2的输出端与波长校准监控模块3的输入端连接，波长校准监控模块3的输出端与光开关4的输入端连接，光开关4输出端与偏振控制器7的输入端连接，偏振控制器7的输出端同2×2分路器5-1的第一输入端连接，2×2分路器5-1的第一个输出端与1*N分光器8的公共端连接，2×2分路器5-1第二个输出端与第一光功率探测器6-1连接，2×2分路器5-1第二个输入端与第二光功率探测器6-2连接，1*N分光器8的输出端与待测试模块的输入端连接，待测试模块的输出端和N×N分路器5-2的输入端一一对应连接，N×N分路器5-2的输出端与阵列光功率探测器6-3一一对应连接；光学可调滤波器通过滤波器控制电路2-1与波长校准监控模块3连接，滤波器控制电路、波长校准监控模块、光开关、偏振控制器及各光学探测器通过其通讯接口与控制单元连接，控制单元通过其中的控制单元可实时控制上述设备，使之可以工作在设定的工作状态。2×2分路器5-1采用2×2均分耦合器，N×N分路器5-2采用N×N均分耦合器。本发明中N×N分路器5-2和1*N分光器的N大于1，N没有固定的通道数限制。

如图5所示，波长校准和监控模块3包括第一1×2分路器 3-1、第二1×2分路器 3-2、波长标准具3-3、第四光功率探测器 3-4、第五光功率探测器3-5，第一1×2分路器 3-1一路分光端同第二1×2分路器 3-2的公共端相连, 第二1×2分路器 3-2的一路分光端依次连接有波长标准具3-3、第五光功率探测器 3-5 , 第二1×2分路器 3-2的一路分光端同第四光功率探测器3-4。第一1×2 分路器3-1采用1/99～20/80分光比范围中任意分光比的耦合器，第二1×2 分路器3-2采用均分耦合器。

 本发明的工作主要原理如下：宽带光源1-2提供宽波段输出光源，可调滤波器2通过控制可以选择性输出不同波长的光源，波长校准监控模块3可以实时监控输出光源的波长，功率等工作状态，在工作状态错误的情况下，及时反馈滤波器控制电路2-1，滤波器控制电路2-1修正可调滤波器2的状态，校准输出光源，通过光开关4来完成各个光源光路间的切换；偏振控制器7控制输出光源1的偏振状态，1*N 分光器8、第一光功率探测器6-1、第二光功率探测器6-2及阵列探测器6-3来实现通道的光功率和回波光功率的采集。各个核心器件通过控制单元11完成状态切换和状态读取，数值保存。

宽带光源1-2为一个具有宽带范围的宽光源，是具有且包含1280nm~1680nm波段的宽光源，其与可调滤波器2的输入端连接，使其输出为具有且包含1280nm~1680nm波段中任意一个单波长或者窄带波长的输出测试光源，该光源结构包含两种结构，一种是宽带光源后连接可调滤波器的机构，可调滤波器可以根据测试要求输出不同波长的光源，本发明第二实施例涉及另一种结构如图12：光源1为可调谐激光器1-1，该可调谐激光器为一个具有可快速调节的单波大范围激光器，其输出端后连接波长校准监控模块，波长校准监控模块根据输出光源的稳定程度实时监控反馈给可调谐激光器控制电路2-2，可调激光器控制电路2-2根据反馈信号实时调节可调谐激光器，使其输出稳定。本发明两个实施例中的可调激光器控制电路2-2、滤波器控制电路2-1均属于光源控制电路。

可调滤波器2是一个可快速调节的光学滤波器，目的在于可以在宽带光源1-2中选择过滤任一测试所需的单波长光源输出，可调滤波器2输出端与波长校准监控模块3输入端连接，输入端与宽带光源1-2连接。滤波器控制电路2-1可以根据波长校准监控模块3的反馈信号，通过控制单元11实现对可调滤波器的实时监控和校准，当发现可调滤波器2飘移时，控制单元会通过滤波器控制电路2-1给可调滤波器2一个反向的控制信号，可调滤波器2会根据反向信号进行补偿调节，从而避免了波长的漂移，保证了输出波长的稳定和准确。

波长校准和监控模块3是一个具有波长锁存和实时判断的波长锁存器件或具有该功能的模块，其输入端与可调滤波器2的输出端连接，波长校准和监控模块3的主要目的在于实时判断可调滤波器2的输出波长是否满足测试需要，当发现可调滤波器2的波长与控制单元11中设置的测试波长不同时，波长校准和监控模块3会反馈给控制单元11一个告警信号，控制单元11接到告警信号后，通过滤波器控制电路2-1来修正可调滤波器2的输出，一种典型的滤波器校准和监控模块3的主要结构如图5，光输入到波长校准和监控模块3，被第一1×2 分路器3-1分成两部分，第一部分光直接按照测试光路直接输出，和光开关4的公共端连接，第二部分的光由第二1×2 分路器3-2分成两路，一路进入探测器第四光功率探测器3-4（PD1），作为参考信号，第二路通过波长标准具3-3，进入第五光功率探测器3-5（PD2），使用这两个信号比来产生一个误差信号用来驱动滤波器控制电路2-1，如果可调滤波器2的波长向短波漂移，则滤波器控制电路2-1通过控制控制信号来使可调滤波器2向长波方向补偿；反之，如果波长向长波漂移，则滤波器控制电路2-1通过控制信号使可调滤波器2向短波长来补偿。

光开关4是一个1×2光开关，目的在于测试多通道器件输出端的回波损耗时，将光开关4切换在A状态，即偏振控制器7一路无光的关闭状态，避免有光输入到待测试器件9的输入端，当测试多通道器件9的插入损耗，偏振相关损耗等光学指标是，将光开关4切换到B状态。

偏振控制器7可以改变输入光源的偏振状态，其输入端与光开关4的B状态输出端口连接，偏振控制器7的输出端与2×2分路器5-1的一个输入端连接，偏正控制器7控制输出器件输入光源的偏振态，阵列光电探测器6-3记录不同偏正状态下每个通道的光功率的变化值，从而记录了待测试器件9的每个通道的不同偏振状态下的插损值。

控制单元可以对各个测试核心模块器件进行统一控制，可以控制可调滤波器2的输出波长，使之满足测试光源输出的需要，控制波长校准监控模块3，实时判断可调滤波器2的输出是否正确，控制光开关4的通道间的切换，控制偏振控制器7对输入光源偏振状态的改变，还可以读取各个光电探测器，即第一光功率探测器6-1、第二光功率探测器6-2、阵列光功率探测器6-3测试的光功率数据，控制单元11最后还需要通过记录和统计的数据，实现数据的自动分析与输出，从而快速得到测试结果。

本发明的多通道智能光学测试装置测试光器件的光学指标的测试装置的具体使用步骤如下：

步骤1：系统波长相关插入损耗校准。如图2所示，控制单元11控制可调滤波器2输出波长为测试所需光源，波长校准监控模块3实时监控波长是否正确，光开关4切换到B状态，将1*N 分光器8输出端口与N×N分路器5-2的N个输入端一一对应连接， 控制单元11采集并计算第一光功率探测器6-1的光功率P0和阵列光功率探测器6-3的光功率值P2i，其中i为对应待测模块，即Splitter模块第i个通道输出光功率在阵列光功率探测器6-3接收端口的光功率值。

步骤2：系统回波损耗校准，对于测试模块9输入端的回波损耗校准如图3所示，光开关4切换到B状态，将端面回损为14.7dB的标准跳线10分别接入1*N 分光器8的N个输出端口，将标准跳线10绕纤，消除标准跳线10的端面回波，采集并计算第二光功率探测器6-2的光功率值P11i，将标准跳线10正常理顺，采集并计算第二光功率探测器6-2的光功率值P12i，其中i为标准跳线接入对应1*N 分光器第i个通道时光功率探测器的光功率值。对于模块输出端的回损校准如图4所示，光开关切换到A状态，将将端面回损为14.7dB的标准回损校准跳线依次接入N×N分路器5-2的N个端口并绕纤，采集并计算计算阵列光功率探测器6-3的光功率值P21i，将标准跳线正常理顺，采集并计算第二光功率探测器6-2的光功率值P22i，其中i为标准跳线接入对应1*N 分光器第i个通道时光功率探测器的光功率值

步骤3：器件回波损耗测试，如图1所示，将待测试器件9接入测试光路，其中1*N 分光器8的N个输出端口与待测试光路的N个输入端口一一对应连接，待测试器件9的N个输出端口与N×N分路器5-2的N个输入端口一一对应连接，将光开关4切换到B状态，将待测试器件9的输出端绕纤，消除器件输出端的回波影响，控制单元11采集并计算阵列光功率探测器6-3的光功率平均值P23i，如图将光开关4切换到A状态，将待测试器件9的输入端绕纤，消除器件输出端的回波影响，控制单元11采集并计算第一光功率探测器6-1的光功率平均值P1i，其中i为对应待测试器件第i个通道光功率接收端口的光功率值。

步骤4：对多通道光学器件的光谱特性进行采集，如图6所示，控制单元11控制可调滤波器2按照预先设置的波长，以最小波长间隔（一般去5pm）匀速改变滤波器2的输出波长，同时波长校准和监控模块3按照预先设置的波长序列实时监控，光开关4切换到B状态，实时同步采集阵列光功率探测器6-3的光功率最大值P2maxi和最小值P2mini，其中其中i为对应待测试器件第i个通道光功率接收端口的光功率值。

步骤5：控制单元控制单元记录步骤4中待测试器件各通道在不同波长下的阵列光电探测器6-3的光功率值P2maxi和P2mini，即测试模块各个通道的波长与光功率一一对应的光谱表格（生成图表如图6所示），控制单元通过记录的光谱表格可以自动完成对多通道光学器件的插入损耗，偏振相关损耗，带宽，隔离度等光学指标进行分析测试，如图7至11即表示本设计发明的一种多通道智能光学测试装置可以实现对多通道光学器件的插入损耗，偏振相关损耗，带宽，隔离度等光学指标进行分析与测试。其中最大插入损耗的分析计算如图7，偏振相关损耗的分析计算如图8，带宽的分析计算如图9，平坦度的分析计算如图10，隔离度的分析计算如图11，图中的两条曲线分别代表偏振控制器在不同的情况下，器件计算分析后的插入损耗的最大值和最小值，其中：

计算公式如下：

平均插入损耗 IL=(P2maxi+P2mini)/2-P2i

偏正相关损耗PDL=P2maxi--P2mini

回波损耗 RLcom=-10log(P23i-P11i)/(P12i-P11i)+14.7

         RLout=-10log(P1i-P21i)/(P22i-P21i)+14.7

使用本发明装置的操作过程中，步骤1、步骤2,、步骤3是其校准过程，步骤4、步骤5是测试步骤，该步骤测试前需采用步骤1、步骤2、步骤3对装置系统进行存光。

本发明中的对多通道光学器件的插入损耗，偏振相关损耗，带宽，隔离度等光学指标的采集分析图6中的横纵坐标只是对于某一特定器件的采集图，实际不同器件的采集图相应的只是在图6上的拉伸，压缩和叠加，其光学指标的分析方法本质上是一样的。    

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种多通道智能光学测试装置，其特征在于：包括依次连接的光源（1）、光源控制电路、波长校准监控模块（3）、光开关（4），光开关（4）一个输出端依次连接偏振控制器（7）、2×2分路器（5-1）、1*N分光器（8）连接，其中 2×2分路器（5-1）一个输出端与第一光功率探测器（6-1）连接，一个输入端与第二光功率探测器（6-2）连接；光开关（4）另一个输出端同N×N分路器（5-2）连接， N×N分路器（5-2）输出端与阵列光功率探测器（6-3）一一对应连接；光源控制电路、波长校准监控模块（3）、光开关（4）、偏振控制器（7）、第一光功率探测器（6-1）、第二光功率探测器（6-2）、阵列光功率探测器（6-3）同控制单元（11）连接。

2.根据权利要求1所述的一种多通道智能光学测试装置，其特征在于：所述光源（1）包括宽带光源（1-2）和可调滤波器（2），宽带光源（1-2）同可调滤波器（2）输入端相连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种多通道智能光学测试装置，其特征在于：所述光源（1）输出波段为1280nm~1680nm波段。

4.根据权利要求1所述的一种多通道智能光学测试装置，其特征在于：所述光源（1）为可调谐激光器（1-1），可调谐激光器（1-1）输出波段为1280nm~1680nm波段。

5.根据权利要求4所述的一种多通道智能光学测试装置，其特征在于：所述可调谐激光器（1-1）采用快速调节的单波大范围激光器。

6.根据权利要求1或2或4所述的一种多通道智能光学测试装置，其特征在于： 所述波长校准监控模块（3）包括第一1×2分路器 （3-1）、第二1×2分路器（3-2）、波长标准具（3-3）、第四光功率探测器（3-4）、第五光功率探测器（3-5），第一1×2分路器 （3-1）一路分光端同第二1×2分路器（3-2）的公共端相连, 第二1×2分路器（3-2）的一路分光端依次连接有波长标准具（3-3）、第五光功率探测器（3-5）, 第二1×2分路器（3-2）的一路分光端同第四光功率探测器（3-4）。

7.根据权利要求2所述的一种多通道智能光学测试装置，其特征在于：所述控制单元（11）控制可调滤波器（2）的输出波长使其满足宽带光源（1-2）输出波长，控制波长校准监控模块（3）实时判断可调滤波器（2）输出是否符合宽带光源（1-2）输出波长，控制光开关（4）的通道间的切换，控制偏振控制器（7）偏振状态，读取第一光功率探测器（6-1）、第二光功率探测器（6-2）、阵列光功率探测器（6-3）测试的光功率数据。

8.根据权利要求1所述的一种多通道智能光学测试装置，其特征在于：所述2×2分路器（5-1）采用2×2均分耦合器。

9.根据权利要求1所述的一种多通道智能光学测试装置，其特征在于：所述N×N分路器（5-2）采用N×N均分耦合器。

10.根据权利要求1所述的一种多通道智能光学测试装置，其特征在于：所述光开关（4）采用1×2光开关。

11.根据权利要求6所述的一种多通道智能光学测试装置，其特征在于：所述第一1×2 分路器（3-1）采用1/99～20/80分光比范围中任意分光比的耦合器，第二1×2 分路器（3-2）采用均分耦合器。

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