光無(wú)源器件測(cè)試是光無(wú)源器件生產(chǎn)工藝的重要組成部分，無(wú)論是測(cè)試設(shè)備的選型還是測(cè)試平臺(tái)的搭建其實(shí)都反映了器件廠商的測(cè)試?yán)砟睿蛘哒f(shuō)是器件廠商對(duì)精密儀器以及精密測(cè)試的認(rèn)識(shí)。不同測(cè)試設(shè)備、不同測(cè)試系統(tǒng)搭建方法都會(huì)對(duì)測(cè)試的精度、可靠性和可操作性產(chǎn)生影響。本文簡(jiǎn)要介紹光無(wú)源器件的測(cè)試，并討論不同測(cè)試系統(tǒng)對(duì)精確性、可靠性和重復(fù)性的影響。

　　在圖一所示的測(cè)試系統(tǒng)中，測(cè)試光首先通過(guò)偏振控制器，然后經(jīng)過(guò)回波損耗儀，回波損耗儀的輸出端相當(dāng)于測(cè)試的光輸出口。這里需要強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，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(shí)輸出光與直接光源輸出光相比要小6～7dB。可以用兩根單端跳線分別接在回?fù)p儀和功率計(jì)上，采用熔接方式做測(cè)試參考，同樣可采用熔接方法將被測(cè)器件接入光路以測(cè)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(diǎn)是非常方便，如果功率計(jì)端采用裸光纖適配器，則只需5次切纖、2次熔纖(回?fù)p采用比較法測(cè)試*)便可完成插損、回?fù)p及偏振相關(guān)損耗的測(cè)試。但是這種測(cè)試方法卻有嚴(yán)重的缺點(diǎn)：由于偏振控制器采用隨機(jī)掃描Poincare球面方法測(cè)試偏振相關(guān)損耗，無(wú)需做測(cè)試參考，所以系統(tǒng)測(cè)得的PDL實(shí)際上是偏振控制器輸出端到光功率計(jì)輸入端之間鏈路上的綜合PDL值。由于回?fù)p儀中的耦合器等無(wú)源器件以及回?fù)p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(cè)試值系統(tǒng)誤差較大，測(cè)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(jìn)測(cè)試方法見(jiàn)圖2所示。

　　在圖2測(cè)試系統(tǒng)中，由于測(cè)試光先通過(guò)回?fù)p儀再通過(guò)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(huì)發(fā)生大的變化，也就是說(shuō)系統(tǒng)可測(cè)得較準(zhǔn)確的DUT PDL值。然而問(wèn)題還沒(méi)有解決，PDL是可以了，但回波損耗測(cè)試卻受到影響。我們知道，測(cè)試DUT回波損耗需要先測(cè)出測(cè)試系統(tǒng)本身的回光功率，然后測(cè)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(duì)越小，DUT回?fù)p值的精確度、可靠性以及動(dòng)態(tài)范圍就會(huì)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(jìn)而限制了DUT回?fù)p測(cè)試的可靠性和動(dòng)態(tài)范圍。但一般而言，只要不是測(cè)試-60dB以外的回?fù)p值，這種配置的問(wèn)題還不大，因此它在回?fù)p要求不高的場(chǎng)合是一種還算過(guò)得去的測(cè)試方法。除了上述兩種測(cè)試方案以外，還有一種基于Mueller矩陣法的測(cè)試系統(tǒng)(圖3)。

　　這種測(cè)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(diǎn)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?fù)p儀和光功率計(jì)。由于采用Mueller矩陣法測(cè)試PDL時(shí)要求測(cè)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?fù)p儀之間要用硬跳線連接，這樣可以排除光纖擺動(dòng)對(duì)測(cè)試的影響。用Mueller矩陣法測(cè)試PDL需要做參考，所以在一定程度上可以排除測(cè)試鏈路對(duì)PDL測(cè)試的影響，因此這個(gè)系統(tǒng)可以得到較高的PDL測(cè)試精度以及回?fù)p與插損精度，測(cè)試的可靠性和可操作性都很好。在該系統(tǒng)中每個(gè)測(cè)試單元不是獨(dú)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(jì)不停采集數(shù)據(jù)，測(cè)試主機(jī)分析采集所得數(shù)據(jù)，最后得出IL、PDL和ORL隨波長(zhǎng)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(cè)試上，是目前非常先進(jìn)的測(cè)試方法。

　　上述三種測(cè)試方法中，筆者認(rèn)為除了最后一種方法是測(cè)試DWDM多通道器件實(shí)現(xiàn)快速測(cè)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(qiáng)調(diào)方便，而忽略了精密測(cè)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(cè)試同樣的產(chǎn)品，今天測(cè)和明天測(cè)結(jié)果會(huì)大相徑庭的原因。解決辦法參見(jiàn)圖4的耦合器測(cè)試裝配方式。

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

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

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

　　1．光源選擇

　　測(cè)試光源是測(cè)試系統(tǒng)的激勵(lì)源，由于用于測(cè)試而非用于傳輸，一般來(lái)說(shuō)不需要功率太高，激光光源0dBm，寬譜源-10dBm/nm足以滿足測(cè)試要求。同樣因?yàn)槭怯糜跍y(cè)試，光源的功率穩(wěn)定度相當(dāng)重要，除此之外還有一個(gè)相干長(zhǎng)度的問(wèn)題。其實(shí)任何激光光源都有相干長(zhǎng)度的問(wèn)題，一般FP或DFB激光光源的相干長(zhǎng)度為1,000米或更長(zhǎng)，人為使激光器的線寬變寬后也有10米左右，這就是說(shuō)，只要測(cè)試系統(tǒng)的光路短于這個(gè)長(zhǎng)度，就會(huì)有干涉，測(cè)試就會(huì)測(cè)不準(zhǔn)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(wèn)題，該激光器相干長(zhǎng)度只有15厘米，而器件測(cè)試長(zhǎng)度一般1～3米，所以一定不會(huì)有相干的影響，從而使測(cè)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(cè)試的光源。

除了相干長(zhǎng)度，激光光源信噪比是另一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，激光光源的信號(hào)與源自發(fā)輻射噪聲的比值(S/SSE)是限制測(cè)試動(dòng)態(tài)范圍的關(guān)鍵因素。如果S/SSE只有60dB，那么當(dāng)測(cè)試65dB的濾光片時(shí)由于濾光片不能濾去自發(fā)輻射噪聲，所以測(cè)試只能顯示60dB，導(dǎo)致測(cè)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(cè)試大動(dòng)態(tài)范圍器件時(shí)應(yīng)注意光源的S/SSE值。

　　對(duì)于寬譜源或ASE光源而言，波譜穩(wěn)定度是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，波譜穩(wěn)定度是比積分功率穩(wěn)定度更嚴(yán)格、更有意義的參數(shù)，它表征寬譜源在一段時(shí)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(zhǎng)計(jì)之類波長(zhǎng)選擇設(shè)備使用，所以積分功率穩(wěn)定度對(duì)于測(cè)試沒(méi)有太大意義。

　　2．功率計(jì)選擇

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

　　除了材料之外，探測(cè)器面積是決定其用途的重要參數(shù)，探測(cè)器面積越大，其受光能力就越強(qiáng)，但靈敏度則會(huì)降低，反之亦然。所以一般用于校準(zhǔn)的光功率計(jì)探測(cè)器面積都大于3mm2，用于探測(cè)很小的光功率如-100dBm光能量探測(cè)器面積一般為1mm2。一般來(lái)說(shuō)如果光功率計(jì)采用裸光纖適配器，則要求光功率計(jì)探測(cè)器面積大于3mm2，否則光纖出射光很難充分耦合到探測(cè)器上，使測(cè)試重復(fù)性和可靠性大大降低。其實(shí)即使采用大面積探測(cè)器，裸光纖適配器中的光纖也極有可能觸及探測(cè)器，導(dǎo)致探測(cè)器老化，使測(cè)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(cè)試的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和可靠性。

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

　　3．偏振控制器選擇

　　對(duì)隨機(jī)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(guò)PC情況以及由于PC導(dǎo)致的光功率波動(dòng)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(dòng)對(duì)測(cè)試的影響。我們知道PDL的測(cè)試其實(shí)就是探測(cè)當(dāng)傳輸光偏振態(tài)(SOP)發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)被測(cè)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(cè)試系統(tǒng)就會(huì)誤以為這也是PDL，導(dǎo)致PDL測(cè)試過(guò)大。所以對(duì)于PC而言，光功率波動(dòng)值將直接影響測(cè)試的準(zhǔn)確度。

　　4.測(cè)試系統(tǒng)的選擇

　　所謂測(cè)試系統(tǒng)主要是指兩個(gè)以上測(cè)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(dòng)測(cè)試的測(cè)試設(shè)備。傳統(tǒng)系統(tǒng)搭建是通過(guò)一臺(tái)計(jì)算機(jī)，用GPIB口控制幾臺(tái)光測(cè)試儀表進(jìn)行，這里著重介紹通過(guò)模塊組裝系統(tǒng)的方法。其主要思路是，測(cè)試主機(jī)本身就是一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)電腦，測(cè)試主機(jī)帶有5個(gè)插槽，可以插入測(cè)試模塊，組成簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，對(duì)于大的測(cè)試系統(tǒng)還可添加擴(kuò)展機(jī)，主機(jī)與擴(kuò)展機(jī)之間通過(guò)數(shù)據(jù)線連接。這樣擴(kuò)展機(jī)上的槽位與主機(jī)上的槽位沒(méi)有任何區(qū)別，插在擴(kuò)展機(jī)上的模塊與插在主機(jī)上的模塊在數(shù)據(jù)傳輸速率上也沒(méi)有任何區(qū)別，所以這種組建測(cè)試系統(tǒng)的方法使得系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速度非常快，操作也很方便。擴(kuò)展機(jī)上還可級(jí)聯(lián)擴(kuò)展機(jī)，以組成更大的系統(tǒng)，所以擴(kuò)容性非常好，例如EXFO的IQS-12004B DWDM測(cè)試系統(tǒng)將可調(diào)諧光源、快速光功率計(jì)、Muller矩陣法偏振控制器和波長(zhǎng)校準(zhǔn)單元有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，測(cè)試波長(zhǎng)精度達(dá)5pm，只需點(diǎn)擊鼠標(biāo)就可測(cè)得IL、ORL和PDL隨波長(zhǎng)的變化曲線，并得出串?dāng)_矩陣，這也恰恰展示了利用主機(jī)+擴(kuò)展機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)搭建的優(yōu)勢(shì)。

　　本文結(jié)論

　　本文從測(cè)試工位的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及測(cè)試設(shè)備選擇兩個(gè)角度論述了測(cè)試工藝的可靠性、精度與重復(fù)性。其實(shí)光器件的生產(chǎn)工藝是很復(fù)雜的學(xué)問(wèn)，不是簡(jiǎn)單幾句話就可說(shuō)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(wèn)題還不清楚出了什么問(wèn)題而手忙腳亂。

　　*所謂比較法測(cè)試回?fù)p是指采用標(biāo)準(zhǔn)回?fù)p跳線(一般為回?fù)p值14.7dB并經(jīng)過(guò)國(guó)際相關(guān)組織認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)跳線)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)，被測(cè)器件的回光與之比較得出回?fù)p值。這種測(cè)試回?fù)p的方法較傳統(tǒng)法更為方便，測(cè)試值精度更高，且受光源、光功率計(jì)等的不穩(wěn)定影響較小。