EXFO 器件測(cè)試儀 | 如何使用穆勒矩陣法，進(jìn)行IL-PDL掃頻測(cè)量

  ICC訊 無源光器件是現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的核心。它們用于在核心網(wǎng)、城域網(wǎng)和接入網(wǎng)中過濾并傳輸波分復(fù)用（WDM）信號(hào)。波長(zhǎng)選擇開關(guān)（WSS）、復(fù)用器（DWDM、CWDM）、光分插復(fù)用器（OADM）和 PON 濾波器等光器件起到至關(guān)重要的作用，必須滿足嚴(yán)格的光學(xué)規(guī)范。因此需要快速可靠地測(cè)試這些光器件。與此同時(shí)，5G和光子集成電路（PIC）等新技術(shù)不斷發(fā)展，造成環(huán)形諧振腔等新型無源器件持續(xù)涌現(xiàn)并變得越來越復(fù)雜。

  在研發(fā)和生產(chǎn)過程中，評(píng)估無源光器件的光學(xué)特性極其重要，首先要測(cè)量?jī)蓚€(gè)關(guān)鍵的光學(xué)參數(shù)，即插損（IL）和偏振相關(guān)損耗（PDL）。

  無源光器件需要測(cè)試什么

  IL 表示被測(cè)器件的光損耗，而 PDL 則用于量化入射到器件上的光偏振狀態(tài)發(fā)生改變，導(dǎo)致?lián)p耗出現(xiàn)的變化情況。

  對(duì)于與波長(zhǎng)高度相關(guān)的 WDM 器件來說，必須以很高的分辨率來測(cè)量 IL 和 PDL 隨波長(zhǎng)的變化情況，從而獲得準(zhǔn)確的分析參數(shù)，用于在驗(yàn)收測(cè)試報(bào)告里進(jìn)行通過/未通過分析，這些參數(shù)包括：

  ·中心波長(zhǎng)

  ·偏移 vs 柵格波長(zhǎng)

  ·中心波長(zhǎng)和柵格波長(zhǎng)處的 IL

  ·中心波長(zhǎng)和柵格波長(zhǎng)處的 PDL

  ·帶寬

  ·通帶波紋

  ·隔離度（相鄰與不相鄰）

圖1：用于 WDM 濾波器分析的常用分析參數(shù)示意圖。

  采用穆勒矩陣法，進(jìn)行4態(tài)IL-PDL測(cè)量

  四態(tài)穆勒矩陣法已成為對(duì) WDM 器件進(jìn)行 IL-PDL 掃頻測(cè)量的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。該方法使用偏振狀態(tài)發(fā)生器或偏振控制器產(chǎn)生4種不同偏振狀態(tài)，然后連續(xù)測(cè)量光器件在這些偏振態(tài)下的插損。穆勒矩陣法可以獲得非常精準(zhǔn)的測(cè)量結(jié)果，在很快的測(cè)量范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)皮米級(jí)分辨率，并同時(shí)保持很快的測(cè)量速度，因此得到廣泛認(rèn)可。穆勒矩陣法還具有很好的可擴(kuò)展性，既可以測(cè)量只有少量輸出端口的器件，也可以測(cè)量有100多個(gè)輸出端口的器件。

  EXFO 的 CTP10 和 CT440 是兩款器件測(cè)試儀，可與 T100S-HP 可調(diào)諧激光器相結(jié)合，組成完整的 IL-PDL 掃頻測(cè)量解決方案，使用穆勒矩陣法進(jìn)行測(cè)量。

圖2：使用 CTP10 測(cè)試儀，對(duì)6通道100 GHz DWDM復(fù)用器/解復(fù)用器進(jìn)行 IL-PDL 掃頻測(cè)量。測(cè)量參數(shù)：波長(zhǎng)范圍1530-1620 nm，采樣分辨率1 pm，激光器掃描速度100 nm/s?？倻y(cè)量時(shí)間為12.5秒。

  應(yīng)對(duì)復(fù)雜難懂的PDL掃頻測(cè)量問題

  盡管穆勒矩陣法是最常用的 IL-PDL 測(cè)量方法，但人們對(duì)它的了解不夠深入全面，且普遍存在錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。這有時(shí)會(huì)導(dǎo)致測(cè)量配置或 IL 和 PDL 計(jì)算方式存在缺點(diǎn)，進(jìn)而影響 IL 和 PDL 結(jié)果的精準(zhǔn)度。根據(jù)經(jīng)過認(rèn)證的參考測(cè)量值對(duì) PDL 結(jié)果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證非常困難，很難精確指出這些缺點(diǎn)，有時(shí)甚至?xí)?dǎo)致可疑結(jié)果多年都未被發(fā)現(xiàn)。

  準(zhǔn)確可靠地測(cè)量 PDL 的三點(diǎn)提示：

  ·將偏振態(tài)與波長(zhǎng)之間的相關(guān)性考慮在內(nèi)

  在使用外部偏振控制器時(shí)，我們很容易在開始掃描時(shí)就設(shè)置所需要的偏振狀態(tài)，并想當(dāng)然地認(rèn)為輸出偏振在整個(gè)激光器掃描的波長(zhǎng)范圍內(nèi)保持不變。但實(shí)際情況并非如此，偏振狀態(tài)發(fā)生器或偏振控制器始終都會(huì)顯示出波長(zhǎng)相關(guān)性，必須將其考慮在內(nèi)，以獲得最精準(zhǔn)的 PDL 測(cè)量結(jié)果。

  ·采用系統(tǒng)方法而不是個(gè)體的方法

  將測(cè)量系統(tǒng)作為一個(gè)整體并據(jù)此評(píng)估測(cè)試解決方案的性能非常重要。每一種儀表的規(guī)格都根據(jù)其自身的情況而定，但可能不會(huì)自始至終都真實(shí)地反映出完整的掃頻測(cè)量解決方案的性能如何。例如，我們可以了解檢測(cè)器的本底噪聲，但在評(píng)估整個(gè)系統(tǒng)的性能時(shí)，更重要的問題是 IL 動(dòng)態(tài)范圍如何。

  如果定制的測(cè)試解決方案使用來自多家廠商的儀表，那么評(píng)估其規(guī)格就取決于最終用戶，這項(xiàng)任務(wù)即便有可能完成，那也很具挑戰(zhàn)性。這通常會(huì)導(dǎo)致性能測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)問題。另一方面，完整的 IL-PDL 測(cè)試解決方案更有可能在本地集成所有的功能和最佳實(shí)踐，以便馬上就可以執(zhí)行精準(zhǔn)的測(cè)量。

  ·驗(yàn)證 PDL 精準(zhǔn)度

  PDL 精準(zhǔn)度是 PDL 測(cè)量結(jié)果的主要質(zhì)量指標(biāo)，但這一點(diǎn)經(jīng)常被忽視。WDM 光器件的 PDL 值通常僅為十分之幾dB，因此更加需要精準(zhǔn)度很高的測(cè)試解決方案。通過實(shí)驗(yàn)來評(píng)估或驗(yàn)證測(cè)量系統(tǒng)的 PDL 不確定度困難重重，這也突顯了需要有明確的測(cè)量規(guī)范，才能獲得可靠的測(cè)量結(jié)果，而不需要進(jìn)行假設(shè)。