Разработка и поставка лазерно-оптических компонентов и оборудования. Резидент Технопарка ИТМО
8 (800) 775-38-88
Бесплатно по РФ
Санкт-Петербург
    ru en
    Разработка и поставка лазерно-оптических компонентов и оборудования. Резидент Технопарка ИТМО
    Разработка и поставка лазерно-оптических компонентов и оборудования. Резидент Технопарка ИТМО
    Спектральное тестирование активных систем в лабораторных и производственных условиях
    Статьи

    Спектральное тестирование активных систем в лабораторных и производственных условиях

    20.06.2021
    Поделитеcь новостью:

    Спектральное тестирование активных систем в лабораторных и производственных условиях

    Д.С. Шаймадиева1, Е.Б. Сердюк2, Н.В. Буров2, Жан-Себастьян Тассе3

    Университет ИТМО

    АО «ЛЛС»

    3 EXFO 

    1.  Введение

    Любой оптический передатчик, будь то линейная карта со скоростью 100 Гбит/с или подключаемый модуль (серия SFP или QSFP28, EXFO), включает в себя оптические узлы для генерации оптического сигнала. Самый базовый компонент - лазер - интегрируется во все более сложные сборки, вплоть до оптических сетевых систем (WDM или других). Каждый оптический источник со своим специфическим уровнем сложности должен быть тщательно протестирован. Спектральный анализ или измерение оптической мощности, как функции длины волны и связанных с ней параметров, является ключевой частью тщательной оценки оптического источника. В этом обзоре описываются рекомендуемые варианты тестирования для оптических источников и усилителей в лабораторных и производственных условиях. Во-первых, объясняется, почему спектральное тестирование является фундаментальным в лабораторных и производственных условиях. Во-вторых, описаны различные типы оптических источников и соответствующие испытания для каждого из них. И, наконец, представлено тестовое оборудование для каждого типа источника.

    Ключевые слова: спектральное тестирование, лазер, передатчик, TOSA, оптическая система, оптический усилитель, ЛЛС, EXFO

    2. Почему оптическое спектральное тестирование имеет значение?

    В лабораторных и производственных условиях оптическое спектральное тестирование помогает преодолеть ряд потенциальных проблем:

    - Оценивает рабочее состояние оптических источников и усилителей;

    - Предотвращает использование неисправного оптического модуля, что может привести к ошибкам при передаче и простоям сети;

    - Для производителей: гарантирует, что продукция, поставляемая покупателям, имеет высокое качество;

    - Для поставщиков услуг и конечных пользователей: тестирование оптических источников и усилителей в лаборатории подтверждает, что они работают в соответствии со спецификациями.

    3. Типы оптических источников

    Лазеры с распределенной обратной связью (DFB) и лазеры с резонатором Фабри-Перо (FP)

    Это самые основные источники излучения, обычно предлагаемые в очень небольшом форм-факторе. В то время как лазеры с резонатором Фабри-Перо имеют несколько боковых мод, лазеры DFB имеют более узкополосный спектр благодаря Брэгговской решетке, которая позволяет выбрать желаемую длину волны.


         Рис. 1. Оптический спектр DFB


    Рис. 2. Оптический спектр Фабри-Перо 

    Оптические узлы передатчика (TOSAs)

    TOSA состоят из одного или нескольких лазеров, мультиплексора и лазерного драйвера в металлическом или пластиковом корпусе. В зависимости от применения, они могут также иметь дополнительные компоненты, такие как фотодиод для мониторинга, модуль охлаждения, изоляторы и т. д. TOSA используются для связывания сигнала в оптическое волокно.

    Передатчики

    Передатчики включают в себя TOSA, а также электронику для генерации значимого оптического потока данных протокола (OTN, Ethernet и т. д.). Эти электронные компоненты могут обрабатывать и кодировать/декодировать данные в световые импульсы, управлять тактовыми сигналами и многое другое.

    Оптические системы

    Полностью оптическая система, обычно основанная на технологии мультиплексирования с разделением по длине волны (WDM), имеет несколько пассивных компонентов и оптическое волокно, которое передает сигнал между приемопередатчиками (комбинация передатчика и приемника). В некоторых сетях дальней связи длина волокна настолько велика, что для сигнала требуются усилители, основанные на волокне, легированном эрбием, для регенерации сигнала. Это позволят избежать появления оптического шума в системе.

    4. Тестирование различных типов оптических источников

    Спектральное тестирование лазеров

    Спектральные испытания DFB и FP лазеров в одних областях схожи, а в других различны. В обоих случаях критические измерения включают центральную длину волны и оптическую мощность. Для DFB лазеров коэффициент подавления боковых мод (SMSR) является ключевым критерием в производстве, поскольку он определяет, насколько эффективно лазер устраняет нежелательные моды. Коэффициент подавления боковых мод (SMSR) может быть получен путем вычисления разности мощностей между основной модой и первой боковой модой (рисунок 3). На рисунке 4 показаны измерения, предоставленные тестирующим модулем OSA EXFO для DFB лазера.


    Рис. 3. Определение коэффициент подавления боковых мод SMSR


    Рисунок 4. Показатели DFB на дисплее модуля FTBx серии OSA (EXFO)

    В случае FP лазеров полная ширина на половине высоты (спектральная ширина основной моды на 3 дБ ниже пика) является еще одним распространенным ключевым показателем эффективности.


    Рисунок 5. Показатели FP на дисплее модуля серии OSA20 (EXFO) 

    Спектральное тестирование TOSA

    Необходимые тестируемые параметры:

    - Центральная длина волны

    - Мощность

    - Коэффициент подавления боковых мод (SMSR)

    Кроме того, поскольку TOSA часто содержат модуль охлаждения, выполняется измерение центральной длины волны как функции температуры. Также может представлять интерес при изготовлении такой параметр, как ширина линии 20 дБ, т.е. спектральная ширина основной моды на 20 дБ ниже пика.

    Спектральное тестирование передатчиков

    По мере приближения к тестированию на уровне системы, оптические характеристики становятся все более актуальными за счет опто-электрических параметров, таких как пороговый ток. На уровне приемопередатчика большинство поставщиков сосредоточатся на измерении:

    - Центральная длина волны

    - Мощность

    - Ширина линии 20 дБ

    - Коэффициент подавления боковых мод (SMSR)

    Кроме того, на передатчиках выполняются другие тесты уровня протокола, такие как пропускная способность, частота появления ошибок по битам и задержка.

    Спектральные испытания усилителей

    Усилитель является ключевым компонентом систем передачи на дальние расстояния. Таким образом, большинство испытаний усилителей выполняется как часть общего тестирования оптической системы, подробности о котором будут представлены в следующем разделе. Тем не менее, тестирование усилителей также может выполняться независимо, что позволяет значительно улучшить характеристики самого прибора. В связи с этим, производители усилителей стремятся измерить производительность своих приборов, используя следующие ключевые параметры:

    - Спектральный охват

    - Усиление и равномерность усиления как функция длины волны

    - Коэффициент шума

    Коэффициент усиления определяет степень усиления, достигаемую усилителем, в то время как коэффициент шума предоставляет информацию о качестве этого усиления путем количественной оценки ухудшения исходного сигнала, вызванного шумом, возникающим от усиленного спонтанного излучения (ASE). Этот фоновый шум ухудшает OSNR (отношение оптический шум/сигнал) и увеличивает частоту ошибок по битам (BER).


    Рис. 6. Показатели оптического волоконного усилителя (OFA) на дисплее модуля OSA20 (EXFO)

     

    Спектральное тестирование оптических систем

    Этот последний уровень интеграции оптического источника включает в себя лабораторное моделирование поведения приемопередатчика в оптической сети, которое копирует топологию реальных сетей: длинные волоконные пролеты, усилители, возможно, некоторые реконфигурируемые add/drop мультиплексоры (ROADM), несколько каналов и т. д. Спектральные измерения, проводимые в оптических системах в лабораторных условиях, обычно проверочными группами, очень похожи на те, которые проводятся в полевых условиях в реальных сетях.

    Спектральное тестирование на этом уровне может быть сложным и требует определенных методов сбора данных для получения значимых результатов. Например, моделирование сетей с длительной протяженностью включает в себя настройку спектральных измерений с использованием конфигурации рециркуляционной петли, в то время как пассивные оптические сети (PON) требуют спектрального сбора пакетов данных, типичных для этого типа системы.

    Соответствующие параметры при тестировании сетей WDM:

    - Идентификация канала

    - Центральная длина волны канала

    - Мощность канала

    - Отношение оптический сигнал / шум (OSNR)

    5. Пристальный взгляд на отношение оптического сигнала к шуму (OSNR)

    Из-за большой сложности, OSNR заслуживает отдельного рассмотрения. OSNR - это отношение мощности сигнала к усиленной мощности спонтанного шума, причем последнее создается усилителями и ROADM. OSNR показывает качество сигнала, так как приемники требуют минимального значения OSNR для безошибочной работы. Пороговое значение OSNR приемника будет варьироваться в зависимости от модели, но обычно оно составляет от 15 до 18 дБ для систем 10G, от 12 до 15 дБ для систем на основе 100G QPSK и около 19-20 дБ для систем на основе 16-QAM. Следует подчеркнуть, что выбор правильных классификаций OSNR, который зависит от скорости передачи данных и наличия или отсутствия ROADM, имеет решающее значение для получения точных показаний OSNR (рисунок 7).


    Рис. 7. Правильные классификации OSNR для различных условий

    Кроме того, инженеры по проверке обычно проводят спектральные тесты в разных местах сети. Тесты в приемнике имеют первостепенное значение, поскольку они дают полную картину поведения сети. Если все спектральные тесты на приемнике пройдены, то тесты в других местах сети становятся менее критичными. Спектральный анализ на передатчике или между Tx и Rx также предоставляет полезную информацию о рабочих характеристиках системы, особенно если она проводится для оценки стабильности системы. Дрейфовый режим в OSA EXFO, который осуществляет выборку сигнала в определенное время в течение времени, указанного пользователем, является идеальным инструментом для этого (рисунок 8).


    Рис. 8. Дрейфовый режим в OSA (EXFO) для оценки долгосрочных спектральных характеристик оптической системы

    Конструктивные особенности OSA20


    Рис.9. Оптический анализатор спектра OSA20

    OSA20 - самый быстрый оптический анализатор спектра в своем классе с максимальной скоростью сканирования в 2000 нм/с.  Скорость сканирования определяется исключительно выбором уровня чувствительности: -55 дБм при 2000 нм/с до -90 дБм путем усреднения более 380 сканирований. 

    ·      Диапазон длин волн: 1250-1700 нм

    ·      Полоса разрешения: 2.5 ГГц

    ·      Скорость сканирования: 2000 нм/с

    ·      Встроенный источник калибровки

    ·      Сенсорный 12-дюймовый экран

    ·      8 режимов анализа

    Компания «ЛЛС» является официальным дистрибьютором и представляет весь спектр продукции EXFO на территории РФ, предлагая наиболее выгодные условия поставки продукции, полную техническую поддержку, а также поставку образцов.

    По материалам www.exfo.com


    Понравилось?
    Обязательно поделитесь статьей в социальных сетях!