(高清版)GBT 21548-2021 光通信用高速直接調(diào)制半導(dǎo)體激光器的測(cè)量方法

GB/T21548—2021代替GB/T21548—2008光通信用高速直接調(diào)制半導(dǎo)體激光器的國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)GB/T21548—2021 I 45測(cè)量方法 附錄A(資料性附錄)半導(dǎo)體激光器組件結(jié)構(gòu) I本標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。本標(biāo)準(zhǔn)代替GB/T21548—2008《光通信用高速直接調(diào)制半導(dǎo)體激光器的測(cè)量方法》,本標(biāo)準(zhǔn)與GB/T21548—2008相比，主要技術(shù)變化如下：IEC62007-2的引用，增加引用了GB/T15651—1995和GB/T31359—2015(見第2章，2008年版的第2章);及其組件的定義(見第3章，2008年版的3.2);——?jiǎng)h除了模擬帶寬等多個(gè)縮略語(yǔ)，增加了PAM4的縮略語(yǔ)(見第4章，2008年版的3.1);—-——?jiǎng)h除了激光器特性及分類(見2008年版的5.2);——增加了對(duì)波分復(fù)用半導(dǎo)體激光器組件測(cè)量方案的描述(見5.1);—-—修改了環(huán)境條件要求以及測(cè)量?jī)x器要求(見5.2和5.3,2008年版的5.3.1);-——修改了閾值電流的測(cè)量方法(見5.4.2,2008年版的5.3.3);——增加了斜率效率的測(cè)量方法(見5.4.2);—增加了四電平脈沖幅度調(diào)制的眼圖測(cè)量方法描述(見5.4.6);—-—修改了S?參數(shù)的測(cè)量(見5.4.7,2008年版的5.3.8);-——修改了波長(zhǎng)-溫度漂移系數(shù)的測(cè)量(見5.4.10,2008年版的5.3.11);——修改了相對(duì)強(qiáng)度噪聲的測(cè)量方法(見5.4.11,2008年版的5.3.12);(見2008年版的附錄A、附錄B、附錄C和附錄D);——增加了單通道半導(dǎo)體激光器組件封裝結(jié)構(gòu)和波分復(fù)用激光器組件封裝結(jié)構(gòu)示意圖(見附錄A)。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別這些專利的責(zé)任。本標(biāo)準(zhǔn)由中華人民共和國(guó)工業(yè)和信息化部提出。本標(biāo)準(zhǔn)由全國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC485)歸口。通光電子技術(shù)有限公司。本標(biāo)準(zhǔn)所代替標(biāo)準(zhǔn)的歷次版本發(fā)布情況為：—GB/T21548—2008。1GB/T21548—2021光通信用高速直接調(diào)制半導(dǎo)體激光器的測(cè)量方法1范圍本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了光通信用高速直接調(diào)制激光器及其組件的分類和測(cè)量方法。本標(biāo)準(zhǔn)適用于光傳送網(wǎng)、光接入網(wǎng)及數(shù)據(jù)中心等光通信系統(tǒng)中所用高速直接調(diào)制激光器及其組件的光電特性測(cè)量，模擬光通信系統(tǒng)和其他光系統(tǒng)中所用激光器及其組件的光電特性測(cè)量也可參考使用。2規(guī)范性引用文件下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T15651—1995半導(dǎo)體器件分立器件和集成電路第5部分：光電子器件GB/T31359—2015半導(dǎo)體激光器測(cè)試方法3術(shù)語(yǔ)和定義GB/T15651—1995界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。3.1半導(dǎo)體激光器semiconductorlaser采用Ⅲ-V族化合物半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料制作的激光器。半導(dǎo)體激光器組件semiconductorlasersubassembly集成件。3.3調(diào)制電信號(hào)直接控制激光器驅(qū)動(dòng)電流，使激光器輸出光強(qiáng)度隨調(diào)制電信號(hào)的幅度而變化的一種調(diào)3.4斜率效率slopeefficiency差分效率激光器輸出光功率差與其相應(yīng)驅(qū)動(dòng)電流差之比。注1:以S表示，單位為毫瓦每毫安(mW/mA),定義見公式(1):Po?——線性區(qū)的輸出光功率值，通常取額定光功率的10%,單位為毫瓦(mW);2GB/T21548—2021Io1---—輸出光功率為Po?時(shí)的驅(qū)動(dòng)電流值，單位為毫安(mA);Io?———輸出光功率為Po?時(shí)的驅(qū)動(dòng)電流值，單位為毫安(mA)。注2:斜率效率示意圖如圖1所示，它反映了激光器電光功率轉(zhuǎn)換效率。圖1激光器斜率效率示意圖消光比extinctionratio注：以ER表示，單位為分貝(dB),定義見公式(2):ER=10lg(A/B) (2)式中：A——邏輯“1”(NRZ)或邏輯“11”(PAM4)高電平時(shí)的輸出光功率，單位為毫瓦(mW);B——邏輯“0”(NRZ)或邏輯“00”(PAM4)低電平時(shí)的輸出光功率，單位為毫瓦(mW)。光強(qiáng)度隨機(jī)波動(dòng)的均方根值與平均光強(qiáng)度之比。注：?jiǎn)挝粸榉重惷亢掌?dB/Hz),常用的計(jì)算表達(dá)式見公式(3):RIN=-lg[(N,-Na)/(RL×G×△fn×IR(H))]…………(3)式中：N——被測(cè)激光器的噪聲功率，單位為瓦每赫茲(W/Hz);N寬光譜輻射源的噪聲功率，單位為瓦每赫茲(W/Hz);R?——負(fù)載電阻，單位為歐姆(Q);G交流放大器的放大倍數(shù)；△fn——濾波器帶寬，單位為赫茲(Hz);啁啾參數(shù)chirpparameter激光器由于在高速調(diào)制時(shí)電流急劇變化，將導(dǎo)致激光器有源層中的載流子濃度急劇變化，從而引起的激光器發(fā)射波長(zhǎng)的瞬時(shí)動(dòng)態(tài)偏移。注：可用啁啾因子α來(lái)衡量，單位為赫茲(Hz),α因子的定義見公式(4):α=(dg/dt)/[(1/2P)×(dP/dt)] (4)式中：φ——光信號(hào)的相位，單位為弧度(rad);t時(shí)間，單位為秒(s);p輸出光功率，單位為毫瓦(mW)。跟蹤誤差trackingerror半導(dǎo)體激光器在驅(qū)動(dòng)電流相同、當(dāng)管殼溫度不同(T?、T?)時(shí)激光器輸出功率(P?、P?)比的對(duì)數(shù)。TE=10lg(P?/P?) (5)反射光功率與入射光功率之比的對(duì)數(shù)。RL=—101g(Pre/Pin)……………(6)背光檢測(cè)電流monitorresponsecurrent采用PIN光探測(cè)器監(jiān)測(cè)激光器背面發(fā)出的光并轉(zhuǎn)換的電流。散射參數(shù)scatteringparameters激光器在高(或射)頻信號(hào)激勵(lì)下的傳輸特性或反射特性。輸入信號(hào)輸入信號(hào)輸出信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)高帶寬探測(cè)器激光器前向散射參數(shù)測(cè)試網(wǎng)絡(luò)反射信號(hào)激光器圖2激光器前向散射參數(shù)4縮略語(yǔ)下列縮略語(yǔ)適用于本文件。NRZ:非歸零(NonReturntoZero)PAM4:4電平脈沖幅度調(diào)制(4-LevelPulseAmplitudeModulation)SMSR:邊模抑制比(SideModeSuppressionRatio)WDM:波分復(fù)用(WavelengthDivisionMultiplexing)5測(cè)量方法本標(biāo)準(zhǔn)中測(cè)量方法均針對(duì)半導(dǎo)體激光器及單通道半導(dǎo)體激光器組件。對(duì)于波分復(fù)用半導(dǎo)體激光器34GB/T21548—2021量，如圖3所示。Aλ…A波分解復(fù)用器被測(cè)激光器5.2測(cè)量環(huán)境要求測(cè)量框圖見圖4。驅(qū)動(dòng)電源驅(qū)動(dòng)電源被測(cè)激光器光可變衰減器光譜分析儀a)按圖4中測(cè)量配置連接好線路；c)把被測(cè)光通入光譜分析儀，調(diào)節(jié)光可變衰減器的衰減量，使其符合光譜分析儀輸入光功率d)觀察并記錄光譜分析儀上顯示的峰值波長(zhǎng)λp,光譜寬度△λ(-3dB譜寬或-20dB譜寬)和邊摸抑制比SMSR。注：激光器是正向使用的器件，使用電壓很低，受到浪涌電壓或過(guò)電流沖擊很容易損壞。加載驅(qū)動(dòng)電流時(shí)需極其5GB/T21548—2021按照GB/T31359—2015中5.9和5.10的規(guī)定進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量框圖見圖5。驅(qū)動(dòng)電源測(cè)量步驟如下：a)按圖5中測(cè)量配置連接好線路；b)先設(shè)置網(wǎng)絡(luò)分析儀的起始頻率和終止頻率，其終止頻率應(yīng)設(shè)置比被測(cè)激光器帶寬高；c)開啟驅(qū)動(dòng)電源，調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電流到適當(dāng)數(shù)值，同時(shí)，將網(wǎng)絡(luò)分析儀輸出的信號(hào)接入被測(cè)激光器輸d)將被測(cè)激光器輸出端接入光接收機(jī)，其中光接收機(jī)的帶寬應(yīng)大于被測(cè)激光器帶寬；e)將光接收機(jī)的輸出端接入網(wǎng)絡(luò)分析儀，觀察網(wǎng)絡(luò)分析儀掃描出的頻響曲線，取增益下降3dB測(cè)量框圖見圖6。驅(qū)動(dòng)電源被測(cè)激光器光可變哀減器光譜分析儀圖6高速激光器動(dòng)態(tài)光譜測(cè)量框圖測(cè)量步驟如下：6光接收機(jī)時(shí)鐘恢復(fù)倍頻器光接收機(jī)時(shí)鐘恢復(fù)倍頻器a)按圖6配置連接好線路；b)開啟光譜分析儀，使其處于準(zhǔn)備狀態(tài)；c)開啟驅(qū)動(dòng)電源，調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電流到適當(dāng)數(shù)值；d)把被測(cè)光通入光譜分析儀，并加入碼型發(fā)生器，記錄光譜信息。5.4.5啁啾的測(cè)量5.4.5.1測(cè)量框圖測(cè)量框圖見圖7。驅(qū)動(dòng)電源驅(qū)動(dòng)電源被測(cè)激光器分路器光接收機(jī)碼型發(fā)生器時(shí)鐘發(fā)生器下涉儀示波器圖7高速激光器啁啾測(cè)量框圖5.4.5.2測(cè)量步驟測(cè)量步驟如下：a)按圖7配置連接好線路；b)開啟驅(qū)動(dòng)電源，調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電流到適當(dāng)數(shù)值；c)調(diào)節(jié)干涉儀，記錄示波器采集的數(shù)據(jù)；d)根據(jù)采集的數(shù)據(jù)，按照公式(4)計(jì)算α參數(shù)。5.4.6眼圖、消光比、光調(diào)制幅度的測(cè)量5.4.6.1測(cè)量框圖高速激光器NRZ系統(tǒng)的測(cè)量框圖見圖8。碼型發(fā)生器碼型發(fā)生器被測(cè)激光器光可變衰減器示波器驅(qū)動(dòng)電源圖8高速激光器NRZ系統(tǒng)眼圖、消光比、光調(diào)制幅度測(cè)量框圖高速激光器PAM4系統(tǒng)的測(cè)量框圖見圖9。PAMPAM4信號(hào)發(fā)射器被測(cè)激光器光可變哀減器示波器驅(qū)動(dòng)電源圖9高速激光器PAM4系統(tǒng)眼圖、消光比、光調(diào)制幅度測(cè)量框圖7GB/T21548—2021測(cè)量步驟如下：a)測(cè)量NRZ系統(tǒng)時(shí)，按圖8配置連接好線路；測(cè)量PAM4系統(tǒng)時(shí)，按圖9配置連接好線路；b)開啟驅(qū)動(dòng)電源，調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電流到適當(dāng)數(shù)值；c)碼型發(fā)生器或PAM4信號(hào)發(fā)射器輸出信號(hào)，激光器輸出端通過(guò)可變衰減器連接到帶光探測(cè)接口的示波器上；d)根據(jù)示波器的顯示適當(dāng)調(diào)整器件工作狀態(tài)，使測(cè)試眼圖在顯示屏上處于合適的位置與大小；e)從示波器上觀察眼圖，當(dāng)采樣值大于1000時(shí)，讀取光調(diào)制幅度值，并按照公式(2)計(jì)算NRZ的消光比。5.4.7散射參數(shù)S的測(cè)量按照GB/T15651—1995中1.13的規(guī)定進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量框圖見圖10。光回波損耗測(cè)試儀光回波損耗測(cè)試儀被測(cè)激光器圖10光回波損耗測(cè)量框圖測(cè)量步驟如下：a)校準(zhǔn)光回波損耗測(cè)量?jī)x；b)按圖10配置連接好線路；c)記錄光回波損耗測(cè)量?jī)x上的數(shù)值。5.4.9背光監(jiān)測(cè)和跟蹤誤差測(cè)量測(cè)量框圖見圖11。背光取樣電路背光取樣電路被測(cè)激光器溫度循環(huán)箱驅(qū)動(dòng)電源電壓表圖11高速半導(dǎo)體激光器組件背光監(jiān)測(cè)和跟蹤誤差測(cè)量框圖8GB/T21548—2021a)按圖11配置連接好線路；c)記錄光功率計(jì)讀數(shù)并記錄此時(shí)電壓表的讀數(shù)，經(jīng)換算電壓表讀數(shù)即為半導(dǎo)體激光器組件的背d)將被測(cè)器件放入溫度循環(huán)箱中并設(shè)置相應(yīng)溫度值；測(cè)量框圖見圖12。碼型發(fā)生器碼型發(fā)生器驅(qū)動(dòng)電源被測(cè)激光器光可變衰減器光譜分析儀溫度循環(huán)箱光功率計(jì)圖12高速激光器波長(zhǎng)-溫度漂移系數(shù)測(cè)量框圖a)按圖12配置連接好線路；峰值波長(zhǎng)λ?,以及此時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度值T?,單位為攝氏度(℃);d)將被測(cè)器件放入溫度循環(huán)箱中并設(shè)置相應(yīng)溫度值T?,單位為攝氏度(℃);e)當(dāng)設(shè)定溫度T?穩(wěn)定后，再次記錄光譜的峰值波長(zhǎng)λ2;f)比較兩次測(cè)量數(shù)據(jù)，按照公式(7)計(jì)算波長(zhǎng)溫度漂移系數(shù)k,單位為納米每攝氏度(nm/℃): (7)按照GB/T15651—1995第IV