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摘要：文章介紹了一種將線性衰減片和F-P標(biāo)準(zhǔn)具配合使用來(lái)對(duì)光波長(zhǎng)進(jìn)行高精度測(cè)量的兩級(jí)測(cè)量方案，并對(duì)其在DWDM無(wú)源器件中的運(yùn)用前景作了一定的探討。
隨著人們對(duì)光纖帶寬利用率的不斷提高以及光學(xué)器件發(fā)展的日新月益，使得目前光波分復(fù)用器件的光波長(zhǎng)間隔越來(lái)越小，因此對(duì)于光波長(zhǎng)控制及測(cè)量手段的要求也越來(lái)越高。對(duì)于DWDM系統(tǒng)而言，需要在預(yù)先確定的幾十納米范圍內(nèi)精確地測(cè)出波長(zhǎng)，針對(duì)這一特點(diǎn)本文提出了一種高精度的波長(zhǎng)測(cè)量方法，它比傳統(tǒng)的利用干涉儀測(cè)量光波長(zhǎng)的方法要簡(jiǎn)單和容易實(shí)現(xiàn)得多。
1．波長(zhǎng)測(cè)量原理
由于光強(qiáng)可以通過(guò)光電二級(jí)管用一種簡(jiǎn)單、快速、精確的方法測(cè)量出來(lái)，所以我們可以將波長(zhǎng)信息轉(zhuǎn)化成光強(qiáng)信息來(lái)進(jìn)行測(cè)量。光強(qiáng)（光功率）測(cè)量手段目前已比較成熟，那么問(wèn)題的關(guān)鍵便在于如何進(jìn)行兩種信息的轉(zhuǎn)化，這勢(shì)必依賴于某種對(duì)光波長(zhǎng)敏感的光學(xué)器件，薄膜線性衰減片可起到這個(gè)作用，其傳輸特性如圖1所示。圖1中所示的線性衰減片覆蓋了整個(gè)C波段，其動(dòng)態(tài)衰減范圍為80%，相當(dāng)于近9.5dB，若用于測(cè)量100GHZ（對(duì)應(yīng)于0.8nm的波長(zhǎng)間隔）的DWDM無(wú)源器件，只需滿足條件一（見(jiàn)圖1中的附）即可區(qū)分出0.8nm的波長(zhǎng)間隔。為了進(jìn)一步精確的測(cè)出被復(fù)用的80% dynamic range over 1520-1570nm (C-band) Specifications
圖1 薄膜線性衰減片的傳輸曲線圖
附：
條件一：整個(gè)波長(zhǎng)測(cè)量系統(tǒng)的PDL＜9.5dB/[(1570-1520)nm/0.8nm]=0.15dB
波長(zhǎng)值，則需借助其它的光學(xué)器件來(lái)輔助實(shí)現(xiàn)，具體實(shí)施方案參見(jiàn)圖2。
圖2中所示的是整個(gè)波長(zhǎng)測(cè)量系統(tǒng)的原理框圖，被測(cè)光信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)1×4的耦合器分為4路功率相同的信號(hào)，分別處理這4路光信號(hào)后用光電探測(cè)器將它們轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后對(duì)它們進(jìn)行相同的電路處理。圖中的信號(hào)1稱為參考信號(hào)，信號(hào)2經(jīng)過(guò)了線性衰減片的處理，我們把它稱為一級(jí)測(cè)量信號(hào)。如前面所述，線性衰減片有依賴于波長(zhǎng)的特性，我們定義它的傳輸比函數(shù)為TR1(λ)=-10lg(一級(jí)測(cè)量信號(hào)光功率/參考信號(hào)光功率)(dB)。信號(hào)3和4經(jīng)過(guò)了兩個(gè)相同的100GHZ F-P標(biāo)準(zhǔn)具的處理，這里提到的F-P標(biāo)準(zhǔn)具便是前面所說(shuō)的進(jìn)行進(jìn)一步測(cè)量所必須用到的光學(xué)器件，其傳輸曲線如圖3所示，它的作用也相當(dāng)于衰減片，只不過(guò)是在更小的范圍內(nèi)將波長(zhǎng)進(jìn)一步細(xì)分，其區(qū)分精度可達(dá)到0.01nm。這里之所以用兩個(gè)F-P標(biāo)準(zhǔn)具是因?yàn)樵谄鋫鬏斍�的峰值和谷值附近線性度較差，區(qū)分度不高，將兩個(gè)F-P標(biāo)準(zhǔn)具峰值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)值錯(cuò)開設(shè)置，將它們配合使用，可以避免在上述區(qū)域出現(xiàn)測(cè)量的盲區(qū)。我們將信號(hào)3和信號(hào)4稱為二級(jí)測(cè)量信號(hào)，分別定義兩個(gè)F-P標(biāo)準(zhǔn)具的傳輸比函數(shù)為TR21(λ)=-10lg(二級(jí)測(cè)量信號(hào)3光功率/參考信號(hào)光功率)(dB)及TR22(λ)=-10lg(二級(jí)測(cè)量信號(hào)4光功率/參考信號(hào)光功率)(dB)。由圖3可以看出，F(xiàn)-P標(biāo)準(zhǔn)具的動(dòng)態(tài)衰減范圍大致為7dB，因此要在0.8nm的范圍內(nèi)將被測(cè)光信號(hào)的波長(zhǎng)值以0.01nm的精度區(qū)分開，必須滿足條件二（見(jiàn)圖3中的附）。
綜合條件一、二可知整個(gè)波長(zhǎng)測(cè)量系統(tǒng)須滿足PDL＜0.15dB，在該條件下，由TR1(λ)、TR21(λ)和TR22(λ)三個(gè)函數(shù)值可唯一確定被測(cè)光信號(hào)的波長(zhǎng)值。
圖2 整個(gè)波長(zhǎng)測(cè)量系統(tǒng)的原理框圖
圖3 F-P標(biāo)準(zhǔn)具傳輸曲線圖（部分）
附：
條件二：整個(gè)波長(zhǎng)測(cè)量系統(tǒng)的PDL＜7dB/(0.4nm/0.01nm)=0.17dB
2．實(shí)驗(yàn)結(jié)果
為了論證上述原理的可行性，我們按照?qǐng)D4所示的實(shí)驗(yàn)框圖進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)論證。在實(shí)驗(yàn)中，我們沒(méi)有采用圖1所示的線性衰減片，而是采用手頭
圖4 實(shí)驗(yàn)裝置框圖
上現(xiàn)有的另外一種衰減片，其波長(zhǎng)覆蓋范圍為1565~1595nm。盡管所測(cè)的波段不同，但并不會(huì)影響實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)。
圖4中的可調(diào)諧激光源的輸出光信號(hào)波長(zhǎng)每隔一定步長(zhǎng)自動(dòng)以0.01nm遞增，起始波長(zhǎng)和終止波長(zhǎng)分別設(shè)為1565nm和1595nm。四路光功率循環(huán)采樣模塊只是在光波長(zhǎng)測(cè)量系統(tǒng)的控制程序中作了一些修改，將采得的四路光功率值分別保存，然后將數(shù)據(jù)通過(guò)串口傳給計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，再根據(jù)處理的結(jié)果向光波長(zhǎng)測(cè)量系統(tǒng)的單片機(jī)中寫入程序，使其實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)測(cè)量的功能。最后將可調(diào)諧激光源的輸出光信號(hào)直接輸入到光波長(zhǎng)測(cè)量系統(tǒng)中，將后者的顯示結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)值進(jìn)行比較，兩者完全一致。
在實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)將整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的PDL值控制在0.15dB以內(nèi)，否則難以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的測(cè)量精度。另外，由于光電二極 管都存在暗電流，即無(wú)光照時(shí)的反向漏電流，一般會(huì)隨著溫度的變化而變化，在實(shí)驗(yàn)中暗電流的影響不能忽視，特別是在光電二極管響應(yīng)區(qū)邊緣信噪比較差，暗電流的影響更大。為了保證精度，必須事先盡量降低并精確測(cè)出暗電流的大小，在信號(hào)處理的過(guò)程中將暗電流的影響消除掉。
3.測(cè)量系統(tǒng)的儀表化及其運(yùn)用前景的展望
這種光波長(zhǎng)測(cè)量系統(tǒng)很大一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)，并且能夠做成比較小的體積，為其轉(zhuǎn)換為便攜式的儀表創(chuàng)造了可能性。目前，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上象這種便攜式的高精度光波長(zhǎng)測(cè)量?jī)x表還非常少，BTI公司的BTI1000和BTI2000波長(zhǎng)/功率計(jì)是同類型產(chǎn)品中比較突出的，而它的波長(zhǎng)測(cè)量精度也只達(dá)到0.1nm，而我們這種兩級(jí)測(cè)量方案將精度提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)，并且成本較低，因此市場(chǎng)前景非常好。
另外，本測(cè)量方案除了可測(cè)波長(zhǎng)，也可將參考信號(hào)1直接提出來(lái)進(jìn)行光功率測(cè)量。而且不單可以運(yùn)用于100GHZ的DWDM器件，還可用于測(cè)量其它波長(zhǎng)間隔的DWDM器件，只須換作相應(yīng)峰值間隔的F-P標(biāo)準(zhǔn)具即可。對(duì)于測(cè)量波段的選擇也可通過(guò)挑選合適的線性衰減片和標(biāo)準(zhǔn)具來(lái)實(shí)現(xiàn)，所以該測(cè)量方案的可移植性非常強(qiáng)，應(yīng)用前景非常廣闊。
致謝：該方案的實(shí)驗(yàn)論證過(guò)程得到了光迅科技有限責(zé)任公司產(chǎn)品開發(fā)二部肖清明、張志剛等同志的大力支持，在此致謝。
摘自《光纖新聞網(wǎng)》
