CN106160847B - 一种测试偏振复用集成相干接收机光电带宽的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种测试偏振复用集成相干接收机光电带宽的装置及方法，包括宽谱光源、掺铒光纤放大器、偏振控制器、可调光衰减器、1×2光开关、光功率采集装置、可调谐激光器、保偏光纤、待测集成相干接收机、4×1高频开关、高频功率采集装置；其中，宽谱光源、掺铒光纤放大器、偏振控制器、可调光衰减器、1×2光开关依次连接，1×2光开关的一个输出端连接到光功率采集装置、另一个输出端连接到待测集成相干接收机的信号端；可调谐激光器通过保偏光纤连接到待测集成相干接收机的本征端；待测集成相干接收机的高频输出端口通过4×1高频开关连接到高频功率采集装置。本发明具有结构简单，操作方便，测试结果精确等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种测试光通信器件的技术，具体涉及一种测试100G DP-QPSK偏振复用集成相干接收机光电带宽的装置及方法，属于相干光通信领域。
背景技术
近年来，为了满足光传输网连续增长的容量需求，基于偏振复用和多相位调制格式的100Gb/s双偏振正交相移键控(DP-QPSK)接收机吸引了人们极大的兴趣。相比于直接强度调制检测系统，100G DP-QPSK接收机中相干检测具有接收灵敏度高，中继距离远，传输速率高，通信容量大等特点，具有重大商用价值和实用前景。100G DP-QPSK集成相干接收机已由OIF(Optical Internetworking Forum)标准组织制定了相应的实施协议，该实施协议规定了100G DP-QPSK集成相干接收机的各项指标要求，在各项指标中，3dB小信号光电带宽是一项表征100G相干接收机传输速率的一项重要指标，它将直接影响高速相干器件传输速率的优劣。100G DP-QPSK相干接收机的高频输出端有4个差分对(共8个)高频传输端口，这8个高频传输端口均需测量其3dB小信号光电带宽。现有的测试100G集成相干接收机的3dB小信号光电带宽方案，需要利用较昂贵精密的仪器光波元件分析仪来进行，并且要利用两个窄线宽激光器进行拍频来测试，最后还需要经过较繁琐的操作和较复杂的后续数据处理，有一些不足之处，不利于工业生产，所以如何简单、准确地测量100G集成相干接收机的光电带宽指标具有重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种测试100G DP-QPSK集成相干接收机光电带宽的装置及方法，该方案具有实施过程简单，可操作性强，测试结果精确等特点。
本发明提供了一种测试偏振复用集成相干接收机光电带宽的装置，包括宽谱光源、掺铒光纤放大器、偏振控制器、可调光衰减器、1×2光开关、光功率采集装置、可调谐激光器、保偏光纤、待测集成相干接收机、4×1高频开关、高频功率采集装置；其中，宽谱光源、掺铒光纤放大器、偏振控制器、可调光衰减器、1×2光开关依次连接，1×2光开关的一个输出端连接到光功率采集装置、另一个输出端连接到待测集成相干接收机的信号端；可调谐激光器通过保偏光纤连接到待测集成相干接收机的本征端；待测集成相干接收机的高频输出端口通过4×1高频开关连接到高频功率采集装置。
在上述技术方案中，所述待测集成相干接收机的信号端输入的是宽谱光信号、本征端输入的是波长可调谐的窄线宽光信号，所述待测集成相干接收机采用宽谱光信号和窄线宽光信号拍频的方法来进行测试。
在上述技术方案中，所述高频功率采集装置是频谱仪，其扫频范围为DC-25GHz。
在上述技术方案中，所述光功率采集装置是光功率计或者光谱仪。
在上述技术方案中，所述宽谱光源包括但不限于ASE(Amplified SpontaneousEmission)光源，其频率调谐精度小于100MHz。
在上述技术方案中，所述4×1高频开关在DC-40GHz频率范围内，插入损耗大于-3dB。
本发明还提供了一种测试偏振复用集成相干接收机光电带宽的方法，包括：
步骤1：将1×2光开关切换至与待测集成相干接收机的信号端相连接，然后调节可调光衰减器和可调谐激光器使待测集成相干接收机工作在小信号状态下；
步骤2：将1×2光开关切换至与光功率采集装置相连接，然后测试输入到待测集成相干接收机的信号端的光功率Psig(W),同时读出可调谐激光器的输出功率Plo(W)；
步骤3：再次将1×2光开关切换至与待测集成相干接收机的信号端相连接，然后使待测集成相干接收机正常工作在小信号状态下；通过切换4×1高频开关将待测集成相干接收机的高频输出端的一个高频端口连接到高频功率采集装置；
步骤4：根据光电S参数计算方法，测试得到待测集成相干接收机的一个高频端口的3dB小信号带宽的值；
步骤5：切换4×1高频开关到待测集成相干接收机的其他高频端口，得到各个高频端口的3dB小信号光电带宽的值。
在上述技术方案中，所述光电S参数计算方法为：将待测集成相干接收机的响应度表征为：R(dB)＝10lgPout-10lg2Z0PsigPlo，其中Z0为高频功率采集装置的阻抗，Pout(W)为待测相干接收机在拍频信号f频率点处的输出功率，待测集成相干接收机在拍频信号f频率点处和频率点1GHz处的响应度之差为:Poutf(dBm)-Pout1GHz(dBm)，其中，Poutf(dBm)，Pout1GHz(dBm)分别为待测集成相干接收机在拍频信号f频率点处和频率点1GHz处的功率换算成dBm单位的数值，由此得到待测集成相干接收机的3dB小信号光电带宽的值。
在上述技术方案中，直接在高频功率采集装置中读出DC-25GHz范围内各个频率点的功率Pout(dBm)响应曲线，以获得各个高频端口的3dB小信号光电带宽的值。
在上述技术方案中，所述拍频信号f频率点为待测集成相干接收机的信号端输入的光信号频率与其本征端输入的光信号频率的频率差。
本发明取得了以下技术效果：
本发明提供的这种测试偏振复用集成相干接收机光电带宽的装置，不用借助较昂贵精密的仪器，具有结构简单，操作方便，测试结果精确，并且无需后续的较复杂的数据处理等特点。另外，这个测试装置能够实现自动化测试，对研发和工业生产都有重要的意义。
附图说明
图1，本发明装置结构示意图；
图2，本发明实施例1示意图；
图3，本发明实施例2示意图；
图4，本发明测试方案与现有测试方案的光电带宽曲线对比图；
图中标记：1-宽谱光源；2-掺铒光纤放大器；3-偏振控制器；4-可调光衰减器；5-1×2光开关；6-光功率采集装置；7-可调谐激光器；8-保偏光纤；9-待测集成相干接收机信号端；10-待测集成相干接收机本征端；11-待测集成相干接收机；12-4×1高频开关；13-频谱仪。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
本发明提供了一种测试偏振复用集成相干接收机光电带宽的装置，其结构如图1所示，包括宽谱光源1、掺铒光纤放大器2、偏振控制器3、可调光衰减器4、1×2光开关5、光功率采集装置6、可调谐激光器7、保偏光纤8、待测集成相干接收机信号端9、待测集成相干接收机本征端10、待测集成相干接收机11、4×1高频开关12、频谱仪13。其中，宽谱光源1、掺铒光纤放大器2、偏振控制器3、可调光衰减器4、1×2光开关5依次顺序连接；1×2光开关5的一个输出端连接到光功率采集装置6、另一个输出端连接到待测集成相干接收机信号端9；可调谐激光器7通过保偏光纤8连接到待测集成相干接收机本征端10；待测集成相干接收机11的高频输出端口通过4×1高频开关12连接到频谱仪13。
所述的宽谱光源1可以采用ASE(Amplified Spontaneous Emission)光源，要求输出功率稳定；所述的可调谐激光器7的频率调谐精度小于100MHz；所述的光功率采集装置6可以采用光功率计或者光谱仪；所述的4×1高频开关12要求在DC-40GHz频率范围内，插入损耗大于-3dB；所述的频谱仪13的扫频范围要求大于DC-25GHz范围。
首先由宽谱光源1产生用于模拟待测集成相干接收机11的输入信号的光信号，然后通过掺铒光纤放大器2、偏振控制器3、可调光衰减器4将宽谱光源1产生光信号调节到使待测集成相干接收机11能够工作在小信号状态下，将该光信号输入到待测集成相干接收机11的信号端9，实现对待测集成相干接收机11小信号工况的真实模拟；然后再通过可调谐激光器7实现的窄线宽激光器产生特定波长的窄线宽输入光信号,以选择待测集成相干接收机11的特定工作通道输入波长，并将该输入光信号接入到待测集成相干接收机11的本征端10，待测集成相干接收机11的信号端9输入的宽谱光信号跟本征端10输入的窄带光信号通过拍频方式模拟该待测集成相干接收机11的3dB小信号工况；通过4×1高频开关12和频谱仪13对待测集成相干接收机11各个工作通道的输出的电信号进行测试，实现待测集成相干接收机11的3dB小信号光电带宽测试。
本发明还提供一种利用上述描述的装置对测试偏振复用集成相干接收机光电带宽进行测试的方法，具体步骤如下：
步骤1：将1×2光开关5切换至与待测集成相干接收机信号端9相连接，然后调节可调光衰减器4；再将可调谐激光器7的输出光波长调至C波段，调节可调谐激光器7的输出功率，使待测集成相干接收机11工作在小信号状态下。此时输入待测集成相干接收机11的光信号的光路连接方式如图2所示。
步骤2：将1×2光开关5切换至与光功率采集装置6相连接，然后测试输入到待测集成相干接收机信号端9的光功率Psig(W),同时读出可调谐激光器7的输出功率Plo(W)。此时输入待测集成相干接收机11的光信号的光路连接方式如图3所示。
步骤3：再次将1×2光开关5再切换至与待测集成相干接收机信号端9相连接，然后使待测集成相干接收机11正常工作在小信号状态下，最后将待测集成相干接收机11的高频输出端通过4×1高频开关12接到频谱仪13上。
步骤4：根据光电S参数计算方法，待测集成相干接收机11的响应度可表征为：响应度这个公式可以变换为R(dB)＝10lgPout-10lg2Z0PsigPlo，其中Z0为频谱仪13的阻抗，Pout(W)为待测相干接收机11在拍频信号频率f点处的输出功率，测试中将可调谐激光器7的输出光信号的波长设置为待测集成相干接收机11的某一工作通道的波长，例如1550nm处，拍频信号f为信号端9输入的光信号频率同可调谐激光器7输出的光信号频率的频率差。待测集成相干接收机11的3dB带宽测试通常以拍频信号1GHz处(宽谱光源1与可调谐激光器7的输出光信号频率相隔1GHz处)的输出功率为基准点，在频率点f处(宽谱光源1与可调谐激光器7的输出光信号频率相隔f处，即拍频信号f处)和频率点1GHz处(宽谱光源1与可调谐激光器7的输出光信号频率相隔1GHz处)的响应度之差为；
Rf(dB)-R1GHz(dB)＝10lgPoutf-10lgPout1GHz＝Poutf(dBm)-Pout1GHz(dBm)，Poutf(dBm)，Pout1GHz(dBm)分别为待测集成相干接收机11在频率点f和频率点1GHz的功率换算成dBm单位的数值。由公式可知，只需要在频谱仪13中直接读出频率点f的功率Poutf(dBm)和频率点1GHz的功率Pout1GHz(dBm)，两者之差就是它们的响应度之差，这样就可以得到待测集成相干接收机11的3dB小信号带宽的值。
步骤5：切换4×1高频开关12到待测集成相干接收机11的其中一个高频端口，然后用频谱仪13扫描。本发明的测试装置，对待测集成相干接收机11的信号端用的是宽谱光源，本征端用的是由可调谐激光器7实现的窄线宽激光器，这样拍频就可以直接在频谱仪13中读出DC-25GHz范围内各个频率点的功率Pout(dBm)响应曲线，操作简单，并且不需要进行后续数据处理。按照同样的方法，将4×1高频开关12切换到待测集成相干接收机11的其它高频端口，测出相对应的高频端口的频率响应曲线，同样可以得到其它高频端口的3dB小信号光电带宽的值。
经过数据拟合处理后，图4给出了本发明实施例测试100G偏振复用集成相干接收机与现有用精密昂贵仪器光波元件分析仪测试100G偏振复用集成相干接收机得到的3dB小信号光电带宽曲线对比图，从图中可以看到两种方法得到的带宽曲线基本一致，尤其是在高频部分数据偏差很小，因此采用本发明这种装置和方法可以较为准确的测试偏振复用集成相干接收机的光电带宽。
虽然本发明已经详细地示出并描述了相关的特定的实施例参考，但本领域的技术人员能够应该理解，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的保护范围。
Claims (9)
1.一种测试偏振复用集成相干接收机光电带宽的装置，其特征在于：包括宽谱光源(1)、掺铒光纤放大器(2)、偏振控制器(3)、可调光衰减器(4)、1×2光开关(5)、光功率采集装置(6)、可调谐激光器(7)、保偏光纤(8)、待测集成相干接收机(11)、4×1高频开关(12)、高频功率采集装置(13)；其中，宽谱光源(1)、掺铒光纤放大器(2)、偏振控制器(3)、可调光衰减器(4)、1×2光开关(5)依次连接，1×2光开关(5)的一个输出端连接到光功率采集装置(6)、另一个输出端连接到待测集成相干接收机(11)的信号端(9)；可调谐激光器(7)通过保偏光纤(8)连接到待测集成相干接收机(11)的本征端(10)；待测集成相干接收机(11)的高频输出端口通过4×1高频开关(12)连接到高频功率采集装置(13)；所述待测集成相干接收机(11)的信号端(9)输入的是宽谱光信号、本征端(10)输入的是波长可调谐的窄线宽光信号，所述待测集成相干接收机(11)采用宽谱光信号和窄线宽光信号拍频的方法来进行测试。
2.如权利要求1所述的一种测试偏振复用集成相干接收机光电带宽的装置，其特征在于：所述高频功率采集装置(13)是频谱仪，其扫频范围大于DC-25GHz。
3.如权利要求1所述的一种测试偏振复用集成相干接收机光电带宽的装置，其特征在于：所述光功率采集装置(6)是光功率计或者光谱仪。
4.如权利要求1所述的一种测试偏振复用集成相干接收机光电带宽的装置，其特征在于：所述宽谱光源(1)包括ASE(Amplified Spontaneous Emission)光源，其频率调谐精度小于100MHz。
5.如权利要求1所述的一种测试偏振复用集成相干接收机光电带宽的装置，其特征在于：所述4×1高频开关(12)在DC-40GHz频率范围内，插入损耗大于-3dB。
6.一种利用如权利要求1-5中任一项所述的装置来测试偏振复用集成相干接收机光电带宽的方法，其特征在于：
步骤1：将1×2光开关(5)切换至与待测集成相干接收机(11)的信号端(9)相连接，然后调节可调光衰减器(4)和可调谐激光器(7)使待测集成相干接收机(11)工作在小信号状态下；
步骤2：将1×2光开关(5)切换至与光功率采集装置(6)相连接，然后测试输入到待测集成相干接收机(11)的信号端(9)的光功率Psig(W),同时读出可调谐激光器(7)的输出功率Plo(W)；
步骤3：再次将1×2光开关(5)切换至与待测集成相干接收机(11)的信号端(9)相连接，然后使待测集成相干接收机(11)正常工作在小信号状态下；通过切换4×1高频开关(12)将待测集成相干接收机(11)的高频输出端的一个高频端口连接到高频功率采集装置(13)；
步骤4：根据光电S参数计算方法，测试得到待测集成相干接收机(11)的一个高频端口的3dB小信号带宽的值；
步骤5：切换4×1高频开关(12)到待测集成相干接收机(11)的其他高频端口，得到各个高频端口的3dB小信号光电带宽的值。
7.如权利要求6所述的一种测试偏振复用集成相干接收机光电带宽的方法，其特征在于：所述光电S参数计算方法为：将待测集成相干接收机(11)的响应度表征为：R(dB)＝10lgPout-10lg2Z0PsigPlo，其中Z0为高频功率采集装置(13)的阻抗，Pout(W)为待测相干接收机(11)在拍频信号f频率点处的输出功率，待测集成相干接收机(11)在拍频信号f频率点处和频率点1GHz处的响应度之差为:Poutf(dBm)-Pout1GHz(dBm)，其中，Poutf(dBm)，Pout1GHz(dBm)分别为待测集成相干接收机(11)在拍频信号f频率点处和频率点1GHz处的功率换算成dBm单位的数值，由此得到待测集成相干接收机(11)的3dB小信号光电带宽的值。
8.如权利要求7所述的一种测试偏振复用集成相干接收机光电带宽的方法，其特征在于：直接在高频功率采集装置(13)中读出DC-25GHz范围内各个频率点的功率Pout(dBm)响应曲线，以获得各个高频端口的3dB小信号光电带宽的值。
9.如权利要求7所述的一种测试偏振复用集成相干接收机光电带宽的方法，其特征在于：所述拍频信号f频率点为待测集成相干接收机(11)的信号端(9)输入的光信号频率与其本征端(10)输入的光信号频率的频率差。
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