話硅光03篇：偏振系列儀表

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、地球遙感、現代軍事、航空以及海洋等領域都有重要的應用價值。目前，在光通信領域中，偏振操控主要采用分立光學元件實現，其結構嚴重制約了性能的提升和成本的降低，預計光學偏振操控器件的發(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特性是當今光學R&D實驗室和生產不可或缺的測試和測量環(huán)節(jié)，Keysight N778XC系列偏振測試產品可對光學元件及子系統(tǒng)進行高速、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）上表示偏振狀態(tài) (SOP)。儀表內部的算法和校準數據可確保在寬波長范圍內進行高精度操作。

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)的控制應用，如在自動生產測試系統(tǒng)中的數字控制環(huán)路。

該設備主要用于檢測和測量：

?偏振分析SOP/DOP

?斯托克斯參數

?保偏光纖消光比

?偏振擾頻儀性能分析

?入侵監(jiān)測

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)功能可重復切換一系列偏振狀態(tài) (SOP)。該設備可以工作在以下模式中：

?作為同步擾偏器，該設備以隨機的方式但是重復的模式切換輸出信號的SOP。SOP切換在幾微秒內完成，SOP在預定時間內保持穩(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性將內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。

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：用戶可使用Stocks參數定義目標輸出SOP，然后使用偏振分析儀反饋設置這些參數。

○ 定義SOP sequence：設備按照選定的pattern切換輸出信號的SOP，循環(huán)速度高達 100 kSOPs/s。

?SOP狀態(tài)切換，N7786C以設定速率循環(huán)通過SOP序列，最高可達40 kHz以上。SOP序列內部設置首先使用穩(wěn)定器的功能確定，SOP切換在幾微秒內完成。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以隨機改變輸出SOP，可在幾毫秒內實現邦加球的全覆蓋。

?作為偏振分析儀，該設備提供真正的高速功能：采樣率高達1M samples/s，以及高達250 kHz模擬帶寬。

?結合光子應用軟件套件?(PAS)，作為快速切換偏振控制器，用于單次波長掃描中IL/PDL等參數測量系統(tǒng)。

N7788C光學器件分析儀

Keysight N7788C光學器件分析儀內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特別適合與可調諧激光源TLS結合使用，用于測量光學元器件如何改變信號的SOP。這種測量方法采用獨特的單次波長掃描偏振相關方法，在標準瓊斯矩陣特征分析法（JME）的基礎上，計算偏振模色散(PMD)或差分群延遲(DGD)和偏振相關損耗(PDL)等參數。

該設備主要用于表征以下器件參數：

?光纖表征：SMF、PMF、DCF

?無源器件測量：濾波器、隔離器、環(huán)回器

?動態(tài)器件/模組測試：WSS

?有源器件測試：EDFAs、SOAs、VOAs

?鏈路測試：跨放大器的通道內測量

? 是德科技偏振系列儀表相關解決方案

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, 產品種類多(例如光分路器、波分復用/解復用器、光濾波器等)， 應用十分廣泛，對其測試參數早已有國際標準規(guī)范進行定義，并且也出現了完整的參數測試解決方案。目前廣泛遇到的難點在于如何高效進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系統(tǒng)，以及相關測試軟件 N770010xC，就能夠支持各種多端口無源光芯片(CWDM/DWDM光復用器/解復用器/PLC光分路器/陣列波導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，它可以快速準確設置特定偏振狀態(tài)，能夠在幾百微妙內快速完成6個偏振態(tài)的切換，這樣可以快速完成偏振相關參數的測試，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，從而提高測試結果的精度和重復性。

圖1?光無源測試方案

而對于光電器件的直流響應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源表進行輸出此號測試。其中SMU源表可以采用B2900系列的臺式設備，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/響應度/CMRR等參數進行表征，其測試框圖如下所示：

圖2 光電器件直流特性測試方案

在有些應用中，如果器件的DGD/PMD太大可能對傳輸信號的質量影響比較大（如波形畸變，眼圖閉合）。因此有些測試應用場景除了對器件的IL/PDL等參數測試外，還需要測試器件的差分群延時DGD和偏振模損耗PMD參數進行測試。這時需要采用可調諧激光源(N7776C)、偏振器件分析儀(N7788C)，以及配合PAS光應用套件軟件N7700103C進行波長掃描的DGD/PMD參數測試，另外方案還可以測試被測件的IL/PDL參數，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諧激光源，產生兩路激光源之間的波長差異，在ICR中可產生相應的拍頻信號，該拍頻信號表現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光信號進入ICR后的偏振對準的補償，以確保X和Y偏振面上的幅度一致性的校準。信號光和LO光產生的拍頻信號通過ICR內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。

以上就是是德科技偏振系列產品及其應用簡介。是德科技N778XB偏振測量儀表于2022年12月停產，新一代N778XC偏振系列產品將更好的支持偏振參數測試。N778XB系列的售后產品支持將于2027年12月終止，敬請知悉！