光無源器件測試是光無源器件生產(chǎn)工藝的重要組成部分，無論是測試設(shè)備的選型還是測試平臺的搭建其實都反映了器件廠商的測試理念，或者說是器件廠商對精密儀器以及精密測試的認識。不同測試設(shè)備、不同測試系統(tǒng)搭建方法都會對測試的精度、可靠性和可操作性產(chǎn)生影響。本文簡要介紹光無源器件的測試，并討論不同測試系統(tǒng)對精確性、可靠性和重復(fù)性的影響。

　　在圖一所示的測試系統(tǒng)中，測試光首先通過偏振控制器，然后經(jīng)過回波損耗儀，回波損耗儀的輸出端相當于測試的光輸出口。這里需要強調(diào)一點，由于偏振控制器有1～2dB插入損耗，回波損耗儀約有5dB插入損耗，所以此時輸出光與直接光源輸出光相比要小6～7dB?？梢杂脙筛鶈味颂€分別接在回損儀和功率計上，采用熔接方式做測試參考，同樣可采用熔接方法將被測器件接入光路以測試器件的插損、偏振相關(guān)損耗(PDL)和回波損耗(ORL)。

　　該方法是很多器件生產(chǎn)廠商常用的，優(yōu)點是非常方便，如果功率計端采用裸光纖適配器，則只需5次切纖、2次熔纖(回損采用比較法測試*)便可完成插損、回損及偏振相關(guān)損耗的測試。但是這種測試方法卻有嚴重的缺點：由于偏振控制器采用隨機掃描Poincare球面方法測試偏振相關(guān)損耗，無需做測試參考，所以系統(tǒng)測得的PDL實際上是偏振控制器輸出端到光功率計輸入端之間鏈路上的綜合PDL值。由于回損儀中的耦合器等無源器件以及回損儀APC的光口自身都有不小的PDL，僅APC光口PDL值就有約0.007dB，且PDL相加并不成立，所以PDL測試值系統(tǒng)誤差較大，測試的重復(fù)性和可靠性都不理想，所以這種方法不是值得推薦的方法。改進測試方法見圖2所示。

　　在圖2測試系統(tǒng)中，由于測試光先通過回損儀再通過偏振控制器，所以光源輸出端與偏振控制器輸入端之間的光偏振狀態(tài)不會發(fā)生大的變化，也就是說系統(tǒng)可測得較準確的DUT PDL值。然而問題還沒有解決，PDL是可以了，但回波損耗測試卻受到影響。我們知道，測試DUT回波損耗需要先測出測試系統(tǒng)本身的回光功率，然后測出系統(tǒng)與DUT共同的回光功率，相減得出DUT回光功率。從數(shù)學(xué)上容易理解， 系統(tǒng)回光功率相對越小，DUT回損值的精確度、可靠性以及動態(tài)范圍就會越好，反之則越差。在第二種系統(tǒng)中，系統(tǒng)回光功率包含了偏振控制器回光功率，所以比較大，進而限制了DUT回損測試的可靠性和動態(tài)范圍。但一般而言，只要不是測試-60dB以外的回損值，這種配置的問題還不大，因此它在回損要求不高的場合是一種還算過得去的測試方法。除了上述兩種測試方案以外，還有一種基于Mueller矩陣法的測試系統(tǒng)(圖3)。

　　這種測試系統(tǒng)采用基于摻鉺光纖環(huán)的可調(diào)諧激光器(EDF TLS)而并非普通外腔式激光器，這點很重要，后文還有論述，此外它還加上Mueller矩陣分析法專用的偏振控制器、回損儀和光功率計。由于采用Mueller矩陣法測試PDL時要求測試光有穩(wěn)定的偏振狀態(tài)，所以可調(diào)諧光源與偏振控制器之間以及偏振控制器與回損儀之間要用硬跳線連接，這樣可以排除光纖擺動對測試的影響。用Mueller矩陣法測試PDL需要做參考，所以在一定程度上可以排除測試鏈路對PDL測試的影響，因此這個系統(tǒng)可以得到較高的PDL測試精度以及回損與插損精度，測試的可靠性和可操作性都很好。在該系統(tǒng)中每個測試單元不是獨立地工作，它們必須整合為一體，可調(diào)諧光源不停掃描，功率計不停采集數(shù)據(jù)，測試主機分析采集所得數(shù)據(jù)，最后得出IL、PDL和ORL隨波長變化的曲線。這種方法目前主要用在像DWDM器件等多通道器件測試上，是目前非常先進的測試方法。

　　上述三種測試方法中，筆者認為除了最后一種方法是測試DWDM多通道器件實現(xiàn)快速測試的最佳方案以外，其它兩種方法都不足取，原因是它們都一味強調(diào)方便，而忽略了精密測試的精確、可靠性及重復(fù)性的要求。這也是為什么很多器件廠家測試同樣的產(chǎn)品，今天測和明天測結(jié)果會大相徑庭的原因。解決辦法參見圖4的耦合器測試裝配方式。

　　利用圖4的配置可以一次得出器件的回損和方向性參數(shù)，以及器件PDL和平均IL。由于測試激光光源為偏振光源，這樣對于器件插損測試就有一個PDL值大小系統(tǒng)測試的不確定性，如果器件本身PDL較大會比較成問題，所以采用去偏振器進行平均損耗測試。

　　這種測試方法的優(yōu)點是測試穩(wěn)定準確，基本排除了理論或系統(tǒng)誤差，甚至抑制了隨機誤差，如插損采用無源去偏振器測試，缺點是需要搭建三個工位。EXFO公司資深專家、國際電聯(lián)PMD組主席Andre Girard有一句口頭禪，叫做Nothing perfect！器件測試也是這樣，是想要測試方便，但測試可靠性、重復(fù)性下降，還是想要測試可靠性與精度較高，但測試相對麻煩呢？一切都在個人取舍之間。上面是從測試工位的搭建即測試工位的拓撲關(guān)系來討論器件最佳測試，其實測試工藝中測試設(shè)備的選型占有更重要的位置。

　　下面分別論述測試光源、功率計、偏振控制器以及測試系統(tǒng)對測試精確性、可靠性和重復(fù)性的影響。

　　1．光源選擇

　　測試光源是測試系統(tǒng)的激勵源，由于用于測試而非用于傳輸，一般來說不需要功率太高，激光光源0dBm，寬譜源-10dBm/nm足以滿足測試要求。同樣因為是用于測試，光源的功率穩(wěn)定度相當重要，除此之外還有一個相干長度的問題。其實任何激光光源都有相干長度的問題，一般FP或DFB激光光源的相干長度為1,000米或更長，人為使激光器的線寬變寬后也有10米左右，這就是說，只要測試系統(tǒng)的光路短于這個長度，就會有干涉，測試就會測不準或者可靠性降低。有一種基于摻鉺光纖環(huán)的可調(diào)諧激光器很好地解決了這一問題，該激光器相干長度只有15厘米，而器件測試長度一般1～3米，所以一定不會有相干的影響，從而使測試值的穩(wěn)定度、重復(fù)性和可靠性都非常高，是一種非常適合于器件測試的光源。

除了相干長度，激光光源信噪比是另一個關(guān)鍵參數(shù)，激光光源的信號與源自發(fā)輻射噪聲的比值(S/SSE)是限制測試動態(tài)范圍的關(guān)鍵因素。如果S/SSE只有60dB，那么當測試65dB的濾光片時由于濾光片不能濾去自發(fā)輻射噪聲，所以測試只能顯示60dB，導(dǎo)致測試失敗。一般而言，可調(diào)諧激光光源的S/SSE有75dB，所以在要求測試大動態(tài)范圍器件時應(yīng)注意光源的S/SSE值。

　　對于寬譜源或ASE光源而言，波譜穩(wěn)定度是一個關(guān)鍵參數(shù)，波譜穩(wěn)定度是比積分功率穩(wěn)定度更嚴格、更有意義的參數(shù)，它表征寬譜源在一段時間內(nèi)波譜峰峰值變化的最大值。由于寬譜源一般配合光譜儀或波長計之類波長選擇設(shè)備使用，所以積分功率穩(wěn)定度對于測試沒有太大意義。

　　2．功率計選擇

　　功率計探測器的材料大致決定了功率計的整體性能，一般有Ge、Si、InGaAs等材料的探測器，除此之外還有一種低偏振反映度(PDR)探測器，這種探測器是在InGaAs探測器的基礎(chǔ)上添加一些材料使得其對PDL非常不敏感，所以很適合用于PDL的測試。

　　除了材料之外，探測器面積是決定其用途的重要參數(shù)，探測器面積越大，其受光能力就越強，但靈敏度則會降低，反之亦然。所以一般用于校準的光功率計探測器面積都大于3mm2，用于探測很小的光功率如-100dBm光能量探測器面積一般為1mm2。一般來說如果光功率計采用裸光纖適配器，則要求光功率計探測器面積大于3mm2，否則光纖出射光很難充分耦合到探測器上，使測試重復(fù)性和可靠性大大降低。其實即使采用大面積探測器，裸光纖適配器中的光纖也極有可能觸及探測器，導(dǎo)致探測器老化，使測試精度降低，所以一般建議采用熔接的方法，這樣雖然增加了一次熔纖，但是確保了測試的長期穩(wěn)定性和可靠性。

　　除了以上傳統(tǒng)的探測器類型，還有一種寬口徑積分球探測器技術(shù)。這種探測器的探測器面積相當于7mm2，由于采用積分球技術(shù)，所以它沒有傳統(tǒng)大口徑探測器的表面不均勻性、光纖對準和光纖頭容易觸及探測器表面的問題，測試重復(fù)性也是傳統(tǒng)探測器所無法相比的。

　　3．偏振控制器選擇

　　對隨機掃描Poincare球偏振控制器(PC)而言，掃描周期、覆蓋Poincare球面積、偏振光經(jīng)過PC情況以及由于PC導(dǎo)致的光功率波動值等都是一些關(guān)鍵參數(shù)。這些參數(shù)的意思很容易理解，這里只想著重論述由于PC導(dǎo)致的光功率波動對測試的影響。我們知道PDL的測試其實就是探測當傳輸光偏振態(tài)(SOP)發(fā)生變化時，通過被測器件的光功率變化的最大值，所以如果由于其它原因?qū)е鹿夤β拾l(fā)生變化，測試系統(tǒng)就會誤以為這也是PDL，導(dǎo)致PDL測試過大。所以對于PC而言，光功率波動值將直接影響測試的準確度。

　　4.測試系統(tǒng)的選擇

　　所謂測試系統(tǒng)主要是指兩個以上測試表或模塊聯(lián)合工作，形成組合之后新的操作界面，并完成自動測試的測試設(shè)備。傳統(tǒng)系統(tǒng)搭建是通過一臺計算機，用GPIB口控制幾臺光測試儀表進行，這里著重介紹通過模塊組裝系統(tǒng)的方法。其主要思路是，測試主機本身就是一臺標準電腦，測試主機帶有5個插槽，可以插入測試模塊，組成簡單的系統(tǒng)，對于大的測試系統(tǒng)還可添加擴展機，主機與擴展機之間通過數(shù)據(jù)線連接。這樣擴展機上的槽位與主機上的槽位沒有任何區(qū)別，插在擴展機上的模塊與插在主機上的模塊在數(shù)據(jù)傳輸速率上也沒有任何區(qū)別，所以這種組建測試系統(tǒng)的方法使得系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速度非?？?，操作也很方便。擴展機上還可級聯(lián)擴展機，以組成更大的系統(tǒng)，所以擴容性非常好，例如EXFO的IQS-12004B DWDM測試系統(tǒng)將可調(diào)諧光源、快速光功率計、Muller矩陣法偏振控制器和波長校準單元有機地結(jié)合起來，測試波長精度達5pm，只需點擊鼠標就可測得IL、ORL和PDL隨波長的變化曲線，并得出串擾矩陣，這也恰恰展示了利用主機+擴展機進行系統(tǒng)搭建的優(yōu)勢。

　　本文結(jié)論

　　本文從測試工位的拓撲結(jié)構(gòu)以及測試設(shè)備選擇兩個角度論述了測試工藝的可靠性、精度與重復(fù)性。其實光器件的生產(chǎn)工藝是很復(fù)雜的學(xué)問，不是簡單幾句話就可說清楚，不同的產(chǎn)品工藝均有所不同，值得深入研究，這樣才不至于出了問題還不清楚出了什么問題而手忙腳亂。

　　*所謂比較法測試回損是指采用標準回損跳線(一般為回損值14.7dB并經(jīng)過國際相關(guān)組織認證的標準跳線)對系統(tǒng)進行校準，被測器件的回光與之比較得出回損值。這種測試回損的方法較傳統(tǒng)法更為方便，測試值精度更高，且受光源、光功率計等的不穩(wěn)定影響較小。