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作者:?馬德坤
自由空間中光波（橫波）的電場和磁場的振動方向在與傳播方向垂直的橫截面內(nèi)有各種可能取向，這就是光的偏振特性。偏振在相干光通信、工業(yè)檢測、生物醫(yī)學(xué)、地球遙感、現(xiàn)代軍事、航空以及海洋等領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用價值。目前，在光通信領(lǐng)域中，偏振操控主要采用分立光學(xué)元件實現(xiàn)，其結(jié)構(gòu)嚴(yán)重制約了性能的提升和成本的降低，預(yù)計光學(xué)偏振操控器件的發(fā)展趨勢將朝著集成化和芯片化趨勢發(fā)展。
值得一提的是分析光組件偏振相關(guān)特性是當(dāng)今光學(xué)R&D實驗室和生產(chǎn)不可或缺的測試和測量環(huán)節(jié)，Keysight N778XC系列偏振測試產(chǎn)品可對光學(xué)元件及子系統(tǒng)進(jìn)行高速、高性能的表征和驗證。是德科技偏振測試儀表品類眾多，下面將逐一介紹。
N7781C偏振分析儀
Keysight N7781C 是一款緊湊型高速偏振分析儀，具有分析光信號偏振特性的功能。包括在邦加球（斯托克斯參數(shù)）上表示偏振狀態(tài) (SOP)。儀表內(nèi)部的算法和校準(zhǔn)數(shù)據(jù)可確保在寬波長范圍內(nèi)進(jìn)行高精度操作。
由于該儀器具有1 M samples/s的實時測量能力以及250kHz的模擬帶寬，因此非常適合分析受干擾和波動的信號，以及需要實時反饋偏振狀態(tài)的控制應(yīng)用，如在自動生產(chǎn)測試系統(tǒng)中的數(shù)字控制環(huán)路。
該設(shè)備主要用于檢測和測量：
?偏振分析SOP/DOP
?斯托克斯參數(shù)
?保偏光纖消光比
?偏振擾頻儀性能分析
?入侵監(jiān)測
| 指標(biāo) | N7781C |
| 波長范圍 | 1240nm - 1650nm |
| SOP測量不確定度 | 1.5°(典型值) |
| DOP測量不確定度 | ± 2%
± 1.5%(典型值) |
| 相對功率測量不確定度(由于PDL) | ± 0.05 dB
± 0.04 dB(典型值) |
| 輸入功率范圍 | –50 dBm - +7 dBm |
| 最大安全輸入功率 | +12 dBm |
N7785C偏振控制器
Keysight N7785C 是一款高速同步擾偏器，通過輸入和輸出觸發(fā)功能可重復(fù)切換一系列偏振狀態(tài) (SOP)。該設(shè)備可以工作在以下模式中：
?作為同步擾偏器，該設(shè)備以隨機(jī)的方式但是重復(fù)的模式切換輸出信號的SOP。SOP切換在幾微秒內(nèi)完成，SOP在預(yù)定時間內(nèi)保持穩(wěn)定，直到再次切換到新的SOP。外部觸發(fā)輸入可將擾偏器和外部事件同步。
?切換SOP狀態(tài)，N7785C能夠以極高的速度和重復(fù)性將內(nèi)部波片切換到用戶定義的角度。
?作為傳統(tǒng)擾偏器，N7785C以隨機(jī)方式平滑地改變輸出SOP。
?作為偏振穩(wěn)定器，N7785C通過SCPI編程反饋命令將輸出的SOP穩(wěn)定在外部參考上。
| 指標(biāo) | N7785C |
| 波長范圍 | 1240nm - 1650nm(Opt 001)
1480nm - 1620nm(Opt 002) |
| SOP 循環(huán)時間 | < 10 μs |
| 輸出功率對擾偏敏感度
(峰峰值,典型值) |
<?0.4 dB
< 0.18 dB @1550nm |
| 插入損耗 | < 3.5 dB(典型值)
< 3.25 dB @1550nm |
| 最大安全輸入功率范圍 | +20 dBm |
N7786C偏振合成器
Keysight N7786C 包含一個基于鈮酸鋰的高速偏振控制器和一個偏振分析儀，其中偏振分析儀可以監(jiān)測輸出信號的偏振狀態(tài)并向控制器實時提供反饋。該設(shè)備可在多種模式下工作：
?作為偏振穩(wěn)定器，提供穩(wěn)定的偏振輸出狀態(tài)即使輸入信號的SOP發(fā)生波動和偏移。然后穩(wěn)定輸出的偏振狀態(tài)的信號在SMF中傳輸。其中輸出的SOP可以通過下面的方式定義：
○ 在GUI界面中激活“set-and-forget”功能，當(dāng)前的SOP被存儲和維持，即使儀器輸入端信號的偏振態(tài)發(fā)生變化。
○ 定義Stocks參數(shù)：用戶可使用Stocks參數(shù)定義目標(biāo)輸出SOP，然后使用偏振分析儀反饋設(shè)置這些參數(shù)。
○ 定義SOP sequence：設(shè)備按照選定的pattern切換輸出信號的SOP，循環(huán)速度高達(dá) 100 kSOPs/s。
?SOP狀態(tài)切換，N7786C以設(shè)定速率循環(huán)通過SOP序列，最高可達(dá)40 kHz以上。SOP序列內(nèi)部設(shè)置首先使用穩(wěn)定器的功能確定，SOP切換在幾微秒內(nèi)完成。外部觸發(fā)輸入可用于使擾偏器與外部事件同步。
?作為傳統(tǒng)擾偏器，N7786C以隨機(jī)改變輸出SOP，可在幾毫秒內(nèi)實現(xiàn)邦加球的全覆蓋。
?作為偏振分析儀，該設(shè)備提供真正的高速功能：采樣率高達(dá)1M samples/s，以及高達(dá)250 kHz模擬帶寬。
?結(jié)合光子應(yīng)用軟件套件?(PAS)，作為快速切換偏振控制器，用于單次波長掃描中IL/PDL等參數(shù)測量系統(tǒng)。
| 指標(biāo) | N7786C |
| 波長范圍 | 1240nm - 1650nm |
| SOP 循環(huán)時間 | < 10 μs |
| 剩余SOP錯誤，在輸入SOP改變情況下 | < 5.5°(典型值)
@10 rad/s |
| SOP設(shè)置時間 | < 50 ms(典型值) |
| SOP測量不確定度 | < 1.5°(典型值) |
| DOP測量不確定度 | ±?1.5%(典型值) |
| 插入損耗 | < 4.0 dB(典型值)
< 3.5 dB @1550nm |
| 輸入功率范圍 | –38 dBm -?+19 dBm |
| 最大安全輸入功率范圍 | +20 dBm |
N7788C光學(xué)器件分析儀
Keysight N7788C光學(xué)器件分析儀內(nèi)部集成偏振控制和分析功能于一體，可在實驗室環(huán)境中靈活使用。
N7788C特別適合與可調(diào)諧激光源TLS結(jié)合使用，用于測量光學(xué)元器件如何改變信號的SOP。這種測量方法采用獨(dú)特的單次波長掃描偏振相關(guān)方法，在標(biāo)準(zhǔn)瓊斯矩陣特征分析法（JME）的基礎(chǔ)上，計算偏振模色散(PMD)或差分群延遲(DGD)和偏振相關(guān)損耗(PDL)等參數(shù)。
該設(shè)備主要用于表征以下器件參數(shù)：
?光纖表征：SMF、PMF、DCF
?動態(tài)器件/模組測試：WSS
?鏈路測試：跨放大器的通道內(nèi)測量
| 指標(biāo) | N7788C |
| 波長范圍 | 1240nm - 1650nm |
| SOP 循環(huán)時間 | < 10 μs |
| DGD測量范圍 | 0 ps - 1000 ps |
| DGD測量不確定度 | 50 fs ± 0.6% of?measured DGD(典型值) |
| PMD測量范圍 | 0 ps - 300 ps |
| PMD錯誤 | 25 fs ± 2.0% of measured PMD(典型值) |
| SOP測量不確定度 | <1.5°(典型值) |
| DOP測量不確定度 | ±?1.5%(典型值) |
| 插入損耗 | < 4.5 dB(典型值)
< 4.0 dB @1550nm |
| 輸入功率范圍 | –50 dBm - +7 dBm |
| 最大安全輸入功率范圍 | +12 dBm，偏振計輸入
+15 dBm，擾偏器輸入 |
? 是德科技偏振系列儀表相關(guān)解決方案
無源硅光芯片/器件波長掃描測試方案
光無源器件的發(fā)展相對較為成熟, 產(chǎn)品種類多(例如光分路器、波分復(fù)用/解復(fù)用器、光濾波器等)， 應(yīng)用十分廣泛，對其測試參數(shù)早已有國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行定義，并且也出現(xiàn)了完整的參數(shù)測試解決方案。目前廣泛遇到的難點(diǎn)在于如何高效進(jìn)行光芯片層面的測試。光芯片測試時，其耦合效率低、耦合損耗大、測試方案自動化程度不高等問題成為了大家普遍的訴求。針對技術(shù)相對成熟的無源光芯片測試，主要測試需求以插入損耗 IL/偏振相關(guān)損耗PDL和回波損耗RL測量為主。我們推薦的測試方案由高性能高分辨率可調(diào)光源（N7776C）、8通道光功率計(N7745C)、回波損耗模塊（N7753C）以及偏振控制器（N7786C）組成，配合自動光探針耦合對準(zhǔn)系統(tǒng)，以及相關(guān)測試軟件 N770010xC，就能夠支持各種多端口無源光芯片(CWDM/DWDM光復(fù)用器/解復(fù)用器/PLC光分路器/陣列波導(dǎo)AWG芯片等）的On-wafer級別測試。
該方案采用單次波長掃描的六態(tài)穆勒矩陣方案來測試偏振相關(guān)損耗PDL隨波長變化的情況，其中N7786C偏振合成器集成偏振控制器和偏振分析儀的功能于一身，它可以快速準(zhǔn)確設(shè)置特定偏振狀態(tài)，能夠在幾百微妙內(nèi)快速完成6個偏振態(tài)的切換，這樣可以快速完成偏振相關(guān)參數(shù)的測試，同時能夠避免外部環(huán)境變化（如溫度、光纖移動）等因素變化引起的偏振態(tài)發(fā)生變化，從而提高測試結(jié)果的精度和重復(fù)性。
圖1?光無源測試方案
而對于光電器件的直流響應(yīng)波長測則可以采取類似的測試方案，唯一的區(qū)別是這類器件輸出的是電信號，因此需要使用SMU源表進(jìn)行輸出此號測試。其中SMU源表可以采用B2900系列的臺式設(shè)備，以及PXIe多通道源表M9601A/M9614A/M9615A系列，以適配各種場景的測試需求。采用該方案可以對被測件的IL/PDL/PER/響應(yīng)度/CMRR等參數(shù)進(jìn)行表征，其測試框圖如下所示：
圖2 光電器件直流特性測試方案
在有些應(yīng)用中，如果器件的DGD/PMD太大可能對傳輸信號的質(zhì)量影響比較大（如波形畸變，眼圖閉合）。因此有些測試應(yīng)用場景除了對器件的IL/PDL等參數(shù)測試外，還需要測試器件的差分群延時DGD和偏振模損耗PMD參數(shù)進(jìn)行測試。這時需要采用可調(diào)諧激光源(N7776C)、偏振器件分析儀(N7788C)，以及配合PAS光應(yīng)用套件軟件N7700103C進(jìn)行波長掃描的DGD/PMD參數(shù)測試，另外方案還可以測試被測件的IL/PDL參數(shù)，其測試方案如下所示：
圖3 光器件DGD/PMD測試方案
集成相干接收機(jī)ICR交流特性測試（拍頻法）
在ICR交流特性拍頻法中采用外部兩通道掃描式可調(diào)諧激光源，產(chǎn)生兩路激光源之間的波長差異，在ICR中可產(chǎn)生相應(yīng)的拍頻信號，該拍頻信號表現(xiàn)為不同頻率成分的正弦波信號。其測試框圖如下：
圖4 ICR交流特性測試方案
該方案中利用 N7786C 偏振合成器可以實現(xiàn)光信號進(jìn)入ICR后的偏振對準(zhǔn)的補(bǔ)償，以確保X和Y偏振面上的幅度一致性的校準(zhǔn)。信號光和LO光產(chǎn)生的拍頻信號通過ICR內(nèi)部的不同通道平衡接收的TIA輸出后，再通過M8296A高帶寬的 ADC 電路，測試不同拍頻正弦波的幅度和相位差，就可以測試出各個電通道的幅頻特性（帶寬）和相頻特性，同時也可以測試ICR各個平衡接收通道的EVM等參數(shù)。
以上就是是德科技偏振系列產(chǎn)品及其應(yīng)用簡介。是德科技N778XB偏振測量儀表于2022年12月停產(chǎn)，新一代N778XC偏振系列產(chǎn)品將更好的支持偏振參數(shù)測試。N778XB系列的售后產(chǎn)品支持將于2027年12月終止，敬請知悉！
下載ECAD模型
