CN116026561A - 一种自由空间波分复用器的测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光学器件技术领域，尤其涉及一种自由空间波分复用器的测试系统及方法，包括四通道点光源、扫频光源、光开关、准直器、视觉系统模块、电动位移滑台、功率计、光斑探测器以及工控机；准直器用于聚焦从点光源或者扫频光源输出的光，同时调整入射光的角度；准直器与光斑探测器和功率计对准校正，通过调整准直器使光斑探测器上的两个不同光斑坐标重合。本发明可实现对多通道光器件光学参数、光束平行度及间距的高精度和自动化测试，主要用于自由空间波分复用器的测试，也可兼容其他光器件如FA、AWG、镀膜滤光片等的测试，该套测试系统测试数据全面、速度快、自动化程度高、适用性强，可应用于较多无源器件的测试，大幅节省生产测试成本。

Description

一种自由空间波分复用器的测试系统及方法

技术领域

本发明涉及光学器件技术领域，尤其涉及一种自由空间波分复用器的测试系统及方法。

背景技术

随着移动互联网的推广应用，数据中心得到迅猛发展，成为信息社会中的重要基础设施。数据中心由大量服务器组成，服务器之间需要高速、大容量的数据传输和交换，而平行光学以及波分技术大量应用于高速光器件的设计中，利用在单根光纤中传播不同波长光信号的优势，将单根光纤的信息传输容量提高了数倍甚至数十倍。

为了节约光纤成本，基于自由空间薄膜滤波器的波分复用器便被引入数据通信中。因其具有性能稳定和插入损耗低的优势，在现代光网络中得到了大量应用。Z-block是一种微光学精密组件，可以实现4路波长的合分波，器件尺寸最小可达1.5x1.0x1.35mm，由于器件在光模块中是4路同时进行耦合，所以除了如插损、Ripple、隔离度、带宽等基本光学参数外，对光束平行度和Pitch值也有严格的要求。这就对测试系统提出了严格的要求。

Z-block用于CFP-4和QSFP封装的100G光模块，可以满足超大容量数据中心对于更小巧更低成本的最远传输10公里的100Gbps光模块的需求。Z-block的原理和结构如图1和2所示，在玻璃块的一边贴上4个相应波长的滤光片，该滤光片只能让当前通道的波长通过，并且反射其它通道的波长；玻璃块的另一边，一部分区域镀反射膜，一部分区域镀增透射膜，光路如图1所示。

专利号为CN112013794A的一种多通道光束平行度和间距测试方法及装置中公开了测试方法和装置，但存在如下缺陷：1、该装置仅能测试光束平行度和Pitch值，且需要两个光束接受器和一个分光镜，成本较高，2、对于准直器的精度和工作距离要求较高，对于系统的调试较准难度较大，3、无法测试Z-Block的光学参数，需取下重新在另外的测试平台上再次调试和测试。为此，我们提出一种自由空间波分复用器的测试系统及方法。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种自由空间波分复用器的测试系统及方法，可以在无需分光的情况下，同时实现偏轴角度和出光位置处的X方向和Y方向上的间距，解决了需要分光镜，且无法同时测量偏轴角度和间距的问题。

本发明提供如下技术方案：一种自由空间波分复用器的测试系统，包括四通道点光源、扫频光源、光开关、准直器、视觉系统模块、电动位移滑台、功率计、光斑探测器以及工控机；

所述四通道点光源、扫频光源、光开关用于为准直器提供光源；所述准直器用于聚焦从点光源或者扫频光源输出的光，同时调整入射光的角度；

所述准直器分别与光斑探测器和功率计对准校正，且通过调整准直器使光斑探测器上的两个不同光斑坐标重合；

所述电动位移滑台用于带动光斑探测器前后位移，所述光斑探测器用于利用其前后移动时光斑的变化与准直器校准，并获得两个光斑坐标；

所述视觉系统模块用于将待测件与准直器进行对准，以及检测待测件与光斑探测器的相对距离，且待测件设置在准直器与光斑探测器和功率计之间；

所述工控机与点光源、扫频光源、光开关、视觉系统模块、电动位移滑台、功率计、光斑探测器电连接。

优选的，所述准直器设置在准直器调节模块上，所述准直器调节模块包括多维调整架、安装板一和准直器夹具，所述准直器夹具通过安装板一固定在多维调整架上，所述多维调整架安装在光学平板上。

优选的，所述视觉系统模块包括CCD相机、光学镜头和镜筒支架，所述CCD相机与光学镜头连接，且光学镜头朝向待测件，所述CCD相机与光学镜头通过镜筒支架固定在光学平板上，所述镜筒支架的水平位置可调节。

优选的，所述功率计通过功率计支架安装于13Y轴电动滑台上。

优选的，所述光斑探测器通过安装板二固定在X轴电动滑台上，所述X轴电动滑台安装于13Y轴电动滑台上。

优选的，所述Y轴电动滑台安装在光学平板上。

优选的，所述待测件设置在待测件夹持调整模块上，所述待测件夹持调整模块包括角位移滑台一、旋转滑台、YZ调节架、角位移滑台二、待测件夹具；

所述旋转滑台安装于光学平台上，所述角位移滑台一安装于旋转滑台上，所述角位移滑台二安装于角位移滑台一上，所述YZ调节架安装于角位移滑台二上，所述待测件夹具安装于YZ调节架上。

一种自由空间波分复用器的测试方法，包括如下步骤：

S1、将准直器分别与光斑探测器和功率计进行对准校正，光斑探测器通过固定于距离Z-Block端面L₀的位置，然后通过前后位移时光斑的变化来校准，得到光斑探测器前后移动L距离的两个坐标，调整准直器使两个光斑坐标重合，为(X₀，Y₀)，然后切换至功率计直接进行耦合，做好基准；

S2、将待测件与准直器进行对准，然后对待测件进行微调，使其4个通道入射光分别从4个滤光片出来，根据在光斑探测器上得到的光斑进行标注坐标为(X₁₁，Y₁₁)、(X₁₂，Y₁₂)、(X₁₃，Y₁₃)、(X₁₄，Y₁₄)，与校准时同样移动L距离，再次得到4个坐标为(X₂₁，Y₂₁)、(X₂₂，Y₂₂)、(X₂₃，Y₂₃)、(X₂₄，Y₂₄)，对应后套入公式：

然后根据计算获得光束在分别在X、Y两个方向上的偏轴角度θ_X和θ_Y；

S3、结合初始距离L₀和计算得到的偏轴角度，算出两光束在测试产品的出光位置处的X方向和Y方向上的间距P_x和P_y：

其中，X_1m、X_1n、Y_1m、Y_1n分别表示不同光斑在X和Y方向上的坐标值；

分别表示对应光线在X和Y方向上的偏轴角度。

本发明提供了一种自由空间波分复用器的测试系统及方法，可以同时兼容如插损、Ripple、隔离度、带宽等基本光学参数测试以及光束平行度和Pitch值的测试；另外，该系统仅需一台光斑分析设备，无需分光，通过高精度电动滑台以及光开关进行光路切换；本发明通过自动光路控制，整套测试系统测试速度更快且自动化，自动输出测试报告，大幅提升测试效率，降低生产成本。本发明可同时兼容其他光器件的测试，例如AWG、FA、CCWDM等光器件。

附图说明

图1为Z-block光路图；

图2为Z-block侧视图；

图3为本发明系统原理图；

图4为本发明结构示意图。

图中：1、光学平板；2、多维调整架；3、安装板一；4、准直器夹具；5、CCD相机；6、光学镜头；7、镜筒支架；8、光斑探测器；9、功率计；10、功率计支架；11、安装板二；12、X轴电动滑台；13、Y轴电动滑台；14、角位移滑台一；15、旋转滑台；16、YZ调节架；17、角位移滑台二；18、待测件夹具。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图3所示，本发明提供一种技术方案：一种自由空间波分复用器的测试系统，包括四通道点光源、扫频光源、光开关、准直器、视觉系统、电动位移滑台、功率计9、光斑探测器8以及工控机；

四通道点光源、扫频光源、光开关用于为准直器提供光源；准直器用于聚焦从点光源或者扫频光源输出的光，同时调整入射光的角度；

准直器分别与光斑探测器8和功率计9对准校正，且通过调整准直器使光斑探测器8上的两个不同光斑坐标重合；

电动位移滑台用于带动光斑探测器8前后位移，光斑探测器8用于利用其前后移动时光斑的变化与准直器校准，并获得两个光斑坐标；

视觉系统模块用于将待测件与准直器进行对准，以及检测待测件与光斑探测器8的相对距离，且待测件设置在准直器与光斑探测器8和功率计9之间；

工控机与点光源、扫频光源、光开关、视觉系统模块、电动位移滑台、功率计9、光斑探测器8电连接。

如图4所示，所有工装置于光学平板11上，主要分为四个模块；

准直器设置在准直器调节模块上，准直器调节模块包括多维调整架2、安装板一3和准直器夹具4，准直器夹具4通过安装板一3固定在多维调整架2上，多维调整架2安装在光学平板1上。用于聚焦从点光源或者扫频光源输出的光，同时调整入射光的角度；

视觉系统模块包括CCD相机5、光学镜头6和镜筒支架7，CCD相机5与光学镜头6连接，且光学镜头6朝向待测件，CCD相机5与光学镜头6通过镜筒支架7固定在光学平板1上，镜筒支架7的水平位置可调节。视觉系统模块，一可用于测量待测件到光斑探测器8的距离，二可用于检查Z-Block的安放位置；

探测模块包括光斑探测器8，功率计9，功率计支架10，安装板二11，X轴电动滑台12，Y轴电动滑台13组成；光斑探测器8通过安装板二11安装于X轴电动滑台12上，X轴电动滑台12安装于Y轴电动滑台13，功率计9通过功率计支架10安装于Y轴电动滑台13。探测模块对应的图3中的功率计9、光斑探测器8、电动位移台，用于探测经待测件Z-Block出射出来的光，测量其光斑尺寸参数和功率大小参数。

待测件夹持调整模块由角位移滑台一14，旋转滑台15，角位移滑台二17，YZ调节架16，待测件夹具18组成；旋转滑台15安装于光学平台上，角位移滑台一14安装于旋转滑台15，角位移滑台二17安装于角位移滑台一14上，YZ调节架16安装于角位移滑台二17上，待测件夹具18安装于YZ调节架16上。待测件夹持调整模块用于待测件的夹持与固定，同时可以调整待测件DUT的角度位置。

图3中点光源、扫频光源、光开关是用于搭建测试系统所用设备，工控机一方面是用于控制电机的移动及光开关，切换光斑测试和光谱测试，一方面是读取光斑数据和光谱数据，输出测试分析结果。

一种自由空间波分复用器的测试方法，具体包括如下步骤：

准直器安装于调节架上，分别与光斑探测器8和功率计9进行对准校正，光斑探测器8通过监控设备固定于距离Z-Block端面L₀的位置，然后通过前后位移时光斑的变化来校准，得到光斑探测器8前后移动L距离的两个坐标，调整准直器使两个光斑坐标重合，为(X₀，Y₀)，然后切换至功率计9直接进行耦合，做好Reference(基准)；

通过双轴龙门架视觉系统将DUT与准直器进行对准，然后通过待测件下方的多维摆动滑台进行微调，使4个通道入射光分别从4个滤光片出来，根据在光斑探测器8上得到的光斑进行标注坐标为(X₁₁，Y₁₁)、(X₁₂，Y₁₂)、(X₁₃，Y₁₃)、(X₁₄，Y₁₄)，与校准时同样移动L距离，再次得到4个坐标为(X₂₁，Y₂₁)、(X₂₂，Y₂₂)、(X₂₃，Y₂₃)、(X₂₄，Y₂₄)，对应后套入公式：

然后根据计算获得光束在分别在X、Y两个方向上的偏轴角度θ_X和θ_Y；

结合初始距离L。和计算得到的偏轴角度，可以算出两光束在测试产品的出光位置处的X方向和Y方向上的间距P_x和P_y：

其中，X_1m、X_1n、Y_1m、Y_1n分别表示不同光斑在X和Y方向上的坐标值；

分别表示对应光线在X和Y方向上的偏轴角度。

光斑参数---光束平行度和Pitch值测完后，自动控制电动位移滑台将功率计9移动至Z-Block后，同时控制光开关，切换至扫频光源，由工控机读取测试数据形成光谱图并分析出如带宽、插损、隔离度、Ripple等光学参数。

本发明用于自由空间波分复用器的测试，将如插损、Ripple、隔离度、带宽等基本光学参数测试以及光束平行度和Pitch值的测试兼容到一套测试系统里，相比传统的自由空间波分复用器测试装置，该系统集成了光学参数测试，使其测试功能得到提升，同时可兼容其他光无源器件的测试，图二中主要是整体的光路测试原理图，将视觉定位、光学参数测试、光斑测试、自动控制系统和数据分析功能集成于一体。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种自由空间波分复用器的测试系统，其特征在于：包括四通道点光源、扫频光源、光开关、准直器、视觉系统模块、电动位移滑台、功率计(9)、光斑探测器(8)以及工控机；

所述四通道点光源、扫频光源、光开关用于为准直器提供光源；所述准直器用于聚焦从点光源或者扫频光源输出的光，同时调整入射光的角度；

所述准直器分别与光斑探测器(8)和功率计(9)对准校正，且通过调整准直器使光斑探测器(8)上的两个不同光斑坐标重合；

所述电动位移滑台用于带动光斑探测器(8)前后位移，所述光斑探测器(8)用于利用其前后移动时光斑的变化与准直器校准，并获得两个光斑坐标；

所述视觉系统模块用于将待测件与准直器进行对准，以及检测待测件与光斑探测器(8)的相对距离，且待测件设置在准直器与光斑探测器(8)和功率计(9)之间；

所述工控机与点光源、扫频光源、光开关、视觉系统模块、电动位移滑台、功率计(9)、光斑探测器(8)电连接。

2.根据权利要求1所述的一种自由空间波分复用器的测试系统，其特征在于：所述准直器设置在准直器调节模块上，所述准直器调节模块包括多维调整架(2)、安装板一(3)和准直器夹具(4)，所述准直器夹具(4)通过安装板一(3)固定在多维调整架(2)上，所述多维调整架(2)安装在光学平板(1)上。

3.根据权利要求1所述的一种自由空间波分复用器的测试系统，其特征在于：所述视觉系统模块包括CCD相机(5)、光学镜头(6)和镜筒支架(7)，所述CCD相机(5)与光学镜头(6)连接，且光学镜头(6)朝向待测件，所述CCD相机(5)与光学镜头(6)通过镜筒支架(7)固定在光学平板(1)上，所述镜筒支架(7)的水平位置可调节。

4.根据权利要求1所述的一种自由空间波分复用器的测试系统，其特征在于：所述功率计(9)通过功率计支架(10)安装于13Y轴电动滑台(13)上。

5.根据权利要求1所述的一种自由空间波分复用器的测试系统，其特征在于：所述光斑探测器(8)通过安装板二(11)固定在X轴电动滑台(12)上，所述X轴电动滑台(12)安装于13Y轴电动滑台(13)上。

6.根据权利要求4或5所述的一种自由空间波分复用器的测试系统，其特征在于：所述Y轴电动滑台(13)安装在光学平板(1)上。

7.根据权利要求1所述的一种自由空间波分复用器的测试系统，其特征在于：所述待测件设置在待测件夹持调整模块上，所述待测件夹持调整模块包括角位移滑台一(14)、旋转滑台(15)、YZ调节架(16)、角位移滑台二(17)、待测件夹具(18)；

所述旋转滑台(15)安装于光学平台上，所述角位移滑台一(14)安装于旋转滑台(15)上，所述角位移滑台二(17)安装于角位移滑台一(14)上，所述YZ调节架(16)安装于角位移滑台二(17)上，所述待测件夹具(18)安装于YZ调节架(16)上。

8.一种自由空间波分复用器的测试方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、将准直器分别与光斑探测器和功率计进行对准校正，光斑探测器通过固定于距离Z-Block端面L₀的位置，然后通过前后位移时光斑的变化来校准，得到光斑探测器前后移动L距离的两个坐标，调整准直器使两个光斑坐标重合，为(X₀，Y₀)，然后切换至功率计直接进行耦合，做好基准；

S2、将待测件与准直器进行对准，然后对待测件进行微调，使其4个通道入射光分别从4个滤光片出来，根据在光斑探测器上得到的光斑进行标注坐标为(X₁₁，Y₁₁)、(X₁₂，Y₁₂)、(X₁₃，Y₁₃)、(X₁₄，Y₁₄)，与校准时同样移动L距离，再次得到4个坐标为(X₂₁，Y₂₁)、(X₂₂，Y₂₂)、(X₂₃，Y₂₃)、(X₂₄，Y₂₄)，对应后套入公式：

然后根据计算获得光束在分别在X、Y两个方向上的偏轴角度θ_x和θ_Y；

S3、结合初始距离L₀和计算得到的偏轴角度，算出两光束在测试产品的出光位置处的X方向和Y方向上的间距P_x和P_y：

其中，X_1m、X_1n、Y_1m、Y_1n分别表示不同光斑在X和Y方向上的坐标值；

分别表示对应光线在X和Y方向上的偏轴角度。

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