光譜光譜分析儀測量常用參數(shù)的規(guī)范操作流程

1、光譜光譜分析儀測量常用參數(shù)的規(guī)范操作流程河南師范大學(xué)張豪杰光譜分析儀是光學(xué)研究以及光纖通信中常用的測試儀器，規(guī)范的使用光 譜分析儀可以得到精確的測量結(jié)果。本文以橫河的AQ6370光譜分析儀為 例，結(jié)合自己的測試經(jīng)驗，與大家分享下使用光譜分析儀進行一些常規(guī)參 數(shù)的規(guī)范測量方法。光譜分析儀簡述：光譜分析儀是光通信波分復(fù)用檢測中常使用到的測量儀器，當WDM系 統(tǒng)剛出現(xiàn)時，多用它測試信號波長和光信噪比。其主要特點是動態(tài)范圍 大，一般可達70dB；靈敏度好，可達-90dBm；分辨率帶寬小，一般小于 0. 1nm；比較適合于測試光信噪比。另外測量波長范圍大，一般在 6001700nm.,但是測試波長精度時

2、不如波長計準確。在光譜的測量、各參考點通路信號光功率、各參考點光信噪比 光放 大器各個波長的增益系數(shù)和增益平坦度的測試都可以使用光譜分析儀。光 譜分析儀現(xiàn)在也集成了 WDM的分析軟件，可以很方便地把WDM的各個波長 的中心頻率、功率、光信噪比等參數(shù)用菜單的方式顯示出來。二 常用參數(shù)測試光譜分析儀的屏幕顯示測量條件 標記值、其它數(shù)據(jù)以及測量波形。屏幕各部分的名稱顯示如下:；otica1 $c:tum m0ly;:er / ff曲3 . *ai 怎 ;i .Vmr7x 1155. Siem -xS.SlaEX二./ IM0D顯處分卅率 顯示測雖靈敏度O.ul m目沖職/g5阿鼬Iu /子毎DIV級

3、軸刻卜T-IftP W5n11 b | I 1 Il 111 I- r J I t t |-1上光譜分析儀的分期率應(yīng)國小干 少小于被測信 扁寬卄希1示區(qū)極管的譜寬。一 I L j29i1/1065在實際的測量中，為了能夠準確測量數(shù)據(jù)，一般選擇分辨率帶寬為0. 1nm以下。分辨率帶寬RES位于SETUP菜單中的第一項，直接輸入所要rZhl設(shè)定的分辨 率帶寬的大小即可。如下圖2、3、4所示（圖中只為區(qū)別光譜形狀的不同）,當選擇的分辨率帶寬不同時，從光譜分析儀觀察到的光譜 形狀有很大的不同，并且所測量得到的譜寬大小的不同。MMAVGT552Tii ly _二 I1547-278lnmCjlillfl

4、AUTAUTIIas1549.77 囚 5圖2：分辨率帶寬RES=O. 5nm時的光譜 形狀77VA167rm49.7681cm0,10|nra/D11550.268lrm311銅鬧1STP I圖3：分辨率帶寬RES=O. 1nm時的光譜 形狀V-vn：XXXXXX Yt re vt ri -I Tt FFFFFF B:c:D:e:F:G:/BLK ZBLK zeu /BLK ZBLK/BLK圖4：分辨率帶寬RES二0.02nm時的光譜在觀察光譜i瞬勺同時，也可以通過光譜分析儀讀出光譜的中心頻率 帶寬 峰值功率和邊模抑制比等參數(shù)。同時可以啟動MARKER菜單，進行相 應(yīng)的標識，以方便量取所需要

5、測試的參數(shù)值。2、邊模抑制比的測量邊模抑制比(S i de-Mode Suppress i on Rat i o,縮寫為 SMSR) , SMS 表 R示峰值能級與橫模能級之間的能級差值。一般測量邊模抑制比時，需要配合使用MARKER菜單和ANALYSIS菜單 中相應(yīng)的鍵。用MARKER菜單對主波峰值和最高的副波峰進行標識，讀取兩 者的峰值功率值。邊模抑制比為最高峰與次高峰之間的能級差。可以通過 ANALYSIS菜單中相應(yīng)的子選項計算得到最后的值。圖5：邊模抑制比測量示意圖3、增益的測量在進行0A板或光放大器模塊測試的時候，需要測試增益參數(shù)(Gain) o增益定義為輸出信號功率Pout與輸入信

6、號功率Pin之比。增益 的一般表達式如式(1)所示：PPoutGC I)Pi n以上的公式使用于以mw為單位的情況。若兩者單位為dBm,則G的值為兩者 之差。在進行增益的測量時，需要用到TRACE菜單中的相關(guān)選項。首先將 Trace A設(shè)置為未接放大器之前的輸入光，按下Fix A；再將Trace B設(shè)置 為經(jīng)過光纖放大器之后的輸出光，按下Fix B;取兩者的峰值功率，即可計 算出。圖6：增益測量示意圖在多波的情況下，還可10.0dDFE5: 0.1 n $ENS：HJOl 2 RG； I 卿L：AUTO以測試增益平坦度和增益斜率。其中，增益平坦度為增益的最大值和最小值 之間的差值；增益斜率為兩

7、個波長在光放大器工作在兩個增益狀態(tài)變化值的 比值。增益斜率主要用來衡量光放大器的不同波長增益的相對變化值，增益 斜率越小，說明光放大器增益變化時各波長的一致性越好，越容易實現(xiàn)各 波長的增益均衡。應(yīng)用光譜分析儀進行增益斜率的測量時，需要假設(shè)光放大器工作在兩種 增益狀態(tài)（假如為20dB和25dB）,然后分別在不同的波長點如1550nm、 1551nmx1552nms 1553nm波長下進行增益點的測量，記錄各波長點測試得到的增益值，可以計算出增益斜率。4、噪聲系數(shù)的測量 光譜分析儀的一項重要功 能是測量EDFA的等效噪聲噪聲系數(shù)（NF）,簡稱噪聲系數(shù)。首先，光放大器噪聲系數(shù)的一般公式如式（2）所示

8、：PASS 1厝Gh B G其中右邊第一項是ASE噪聲功率，Bw為測量譜寬；h為普朗克常數(shù)； 為中心頻率，即找到軌跡B波形的峰值波長值接著又進行了頻率轉(zhuǎn)換后所獲 得的值；G為增益。目前所有的光譜分析儀一般都采用內(nèi)插減源法、時域消光法、偏振消光 法等光放大器噪聲系數(shù)測量方法，不同的測量方法得到不同的噪聲系數(shù)的測 量精度。內(nèi)插減源法采用了曲線擬合的算法。在信號的波長中插入ASE,并 采用四點兩次或者更精確的曲線擬合法來計算噪聲的大小。噪聲包含放大過程中產(chǎn)生的自發(fā)輻射噪聲Pase和放大的源噪聲G Pase o其中光譜分析儀多采用的內(nèi)插減源法原理圖如圖7所示。圖7 :光放大器噪聲計算內(nèi)插減源法原理圖在

9、利用光譜分析儀進行NF的測量時，需要用到TRACE菜單和ANALYSIS菜單。首先將輸入光纖放大器的輸入光設(shè)置為可寫狀態(tài)，點擊 writeA ,然后固定該軌跡Fix A ；再將從光纖放大器輸出的光的光譜設(shè)置 為可寫狀態(tài)，點擊writeB,然后固定該軌跡Fix B ；之后再按ANALYSIS 菜單中選擇EDFA NF子選項，即可得到光譜分析儀計算NF的結(jié)果。表1為用光譜分析儀橫河AQ6370,選擇EDFA_NF子選項得到的分析結(jié) 果，儀表分辨率設(shè)置為0. 1nm,靈敏度選擇MIDo共有4個波長的信號。表1 AQ6370測量NF的結(jié)果Input LeveIOut LeveIASE LeveIWav

10、e I ength (nm)(dBm)(dBm)(dBm)Res (nm)Ga i n (dB)NF (dB)1529. 1432-29.097-6.810-33. 5310. 06722. 2873. 7281530. 7177-30. 535-8.581-33. 5510. 06521.9544. 1651565. 8769-29.316-7. 566-34. 8340. 06321.7503.5231566. 6985-31.073-9.258-34. 8510. 06321.8163.4785、系統(tǒng)OSNR的測量在DWD系M統(tǒng)中，光信噪比（OSNR）能夠比較準確地反映信號質(zhì)量，成 為最

11、常用的性能指標。OSNR的定義如下：PBOSNR 10lg dOlg （ 3）NiBr其中：Pi是第i個通路內(nèi)的信號功率；Br是參考光帶寬，通常取0. 1 nm；B”是噪聲等效帶寬；N,是等效噪聲帶寬Bm范圍內(nèi)竄入的噪聲功率。 一般常用的OSNR的計算公式為：PSignalO. Awi Rto i m0. Aws OSW 101 g （）4）pNoi seO. 1 nm使用光譜分析儀測量OSNR常用的方法是積分法。通常采用光譜分析儀所 能提供的最小分辨率帶寬（RBW ）掃描待測光譜，用積分的方法計算中心頻 率左右Br范圍內(nèi)的功率為信號功率，信道中間Bm范圍內(nèi)的功率為噪聲功 率，兩者相 比得到O

12、SNRo信號光功率的積分范圍一般取0.4 nm的帶寬范 圍；噪聲功率的積 分范圍要取0. 4 nm和0. 1 nm的帶寬范圍內(nèi)的功率。一 般用0. 4nm帶寬范圍內(nèi)的信號 光功率減去0. 4nm帶寬范圍內(nèi)的噪聲光功率， 再用其差值除以0.1nm帶寬范圍內(nèi)的噪聲光功率，之后再取10倍的對數(shù) 值，可計算出OSNR的大小。采用積分法測試信號和噪聲功率。具體步驟如 下。1）打開測試波道OTU ,用積分法測試整個信號光譜范圍內(nèi)的功率，記作Pi2）關(guān)閉測試波道OTU ,用積分法測試整個信號光譜范圍內(nèi)的功率，記作P23) 保持OTU的關(guān)閉狀態(tài)，用積分法測試等效噪聲帶寬Br范圍內(nèi)的功率，記 作P3為了方便，工

13、程測試也可以將P2值換算到Bm范圍的P34) 計算OSNR實驗時進行了 TST3板的OSNR的測試得到以下的測試結(jié)果。表2: OSNR的測量數(shù)據(jù)信號功率dBm噪聲功率dBm 0. 1nmOSNROCH-INPre-FECIN-BandNF波長點-25. 18716939-38. 6213.43283061-12.22. 12E-0313. 31194.5-24.90507711-38. 1613.25492289-122. 05E-0313.49196-25.76480709-39. 5513.78519291-12.81.99E-0313.99194. 1-25.80316616-41.1315.32683384-13. 31.74E-0314. 08192. 1-26.48807052-40. 1313.64192948-13.432. 04E-0314. 07192. 1-26.07453112-39. 5413.46546888-12.832. 12E-031