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摘要：文章介紹了一種將線性衰減片和F-P標準具配合使用來對光波長進行高精度測量的兩級測量方案，并對其在DWDM無源器件中的運用前景作了一定的探討。
隨著人們對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)用器件的光波長間隔越來越小，因此對于光波長控制及測量手段的要求也越來越高。對于DWDM系統(tǒng)而言，需要在預(yù)先確定的幾十納米范圍內(nèi)精確地測出波長，針對這一特點本文提出了一種高精度的波長測量方法，它比傳統(tǒng)的利用干涉儀測量光波長的方法要簡單和容易實現(xiàn)得多。
1．波長測量原理
由于光強可以通過光電二級管用一種簡單、快速、精確的方法測量出來，所以我們可以將波長信息轉(zhuǎn)化成光強信息來進行測量。光強（光功率）測量手段目前已比較成熟，那么問題的關(guān)鍵便在于如何進行兩種信息的轉(zhuǎn)化，這勢必依賴于某種對光波長敏感的光學(xué)器件，薄膜線性衰減片可起到這個作用，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C波段，其動態(tài)衰減范圍為80%，相當于近9.5dB，若用于測量100GHZ（對應(yīng)于0.8nm的波長間隔）的DWDM無源器件，只需滿足條件一（見圖1中的附）即可區(qū)分出0.8nm的波長間隔。為了進一步精確的測出被復(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：整個波長測量系統(tǒng)的PDL＜9.5dB/[(1570-1520)nm/0.8nm]=0.15dB
波長值，則需借助其它的光學(xué)器件來輔助實現(xiàn)，具體實施方案參見圖2。
圖2中所示的是整個波長測量系統(tǒng)的原理框圖，被測光信號經(jīng)過一個1×4的耦合器分為4路功率相同的信號，分別處理這4路光信號后用光電探測器將它們轉(zhuǎn)換成電信號，然后對它們進行相同的電路處理。圖中的信號1稱為參考信號，信號2經(jīng)過了線性衰減片的處理，我們把它稱為一級測量信號。如前面所述，線性衰減片有依賴于波長的特性，我們定義它的傳輸比函數(shù)為TR1(λ)=-10lg(一級測量信號光功率/參考信號光功率)(dB)。信號3和4經(jīng)過了兩個相同的100GHZ F-P標準具的處理，這里提到的F-P標準具便是前面所說的進行進一步測量所必須用到的光學(xué)器件，其傳輸曲線如圖3所示，它的作用也相當于衰減片，只不過是在更小的范圍內(nèi)將波長進一步細分，其區(qū)分精度可達到0.01nm。這里之所以用兩個F-P標準具是因為在其傳輸曲線的峰值和谷值附近線性度較差，區(qū)分度不高，將兩個F-P標準具峰值點對應(yīng)的波長值錯開設(shè)置，將它們配合使用，可以避免在上述區(qū)域出現(xiàn)測量的盲區(qū)。我們將信號3和信號4稱為二級測量信號，分別定義兩個F-P標準具的傳輸比函數(shù)為TR21(λ)=-10lg(二級測量信號3光功率/參考信號光功率)(dB)及TR22(λ)=-10lg(二級測量信號4光功率/參考信號光功率)(dB)。由圖3可以看出，F(xiàn)-P標準具的動態(tài)衰減范圍大致為7dB，因此要在0.8nm的范圍內(nèi)將被測光信號的波長值以0.01nm的精度區(qū)分開，必須滿足條件二（見圖3中的附）。
綜合條件一、二可知整個波長測量系統(tǒng)須滿足PDL＜0.15dB，在該條件下，由TR1(λ)、TR21(λ)和TR22(λ)三個函數(shù)值可唯一確定被測光信號的波長值。
圖2 整個波長測量系統(tǒng)的原理框圖
圖3 F-P標準具傳輸曲線圖（部分）
附：
條件二：整個波長測量系統(tǒng)的PDL＜7dB/(0.4nm/0.01nm)=0.17dB
2．實驗結(jié)果
為了論證上述原理的可行性，我們按照圖4所示的實驗框圖進行了實驗論證。在實驗中，我們沒有采用圖1所示的線性衰減片，而是采用手頭
圖4 實驗裝置框圖
上現(xiàn)有的另外一種衰減片，其波長覆蓋范圍為1565~1595nm。盡管所測的波段不同，但并不會影響實驗的本質(zhì)。
圖4中的可調(diào)諧激光源的輸出光信號波長每隔一定步長自動以0.01nm遞增，起始波長和終止波長分別設(shè)為1565nm和1595nm。四路光功率循環(huán)采樣模塊只是在光波長測量系統(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)通過串口傳給計算機，由計算機對數(shù)據(jù)進行處理后，再根據(jù)處理的結(jié)果向光波長測量系統(tǒng)的單片機中寫入程序，使其實現(xiàn)波長測量的功能。最后將可調(diào)諧激光源的輸出光信號直接輸入到光波長測量系統(tǒng)中，將后者的顯示結(jié)果與標準波長值進行比較，兩者完全一致。
在實驗中，應(yīng)將整個測量系統(tǒng)的PDL值控制在0.15dB以內(nèi)，否則難以實現(xiàn)預(yù)定的測量精度。另外，由于光電二極 管都存在暗電流，即無光照時的反向漏電流，一般會隨著溫度的變化而變化，在實驗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出暗電流的大小，在信號處理的過程中將暗電流的影響消除掉。
3.測量系統(tǒng)的儀表化及其運用前景的展望
這種光波長測量系統(tǒng)很大一個優(yōu)點在于它結(jié)構(gòu)簡單、容易實現(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，國內(nèi)外市場上象這種便攜式的高精度光波長測量儀表還非常少，BTI公司的BTI1000和BTI2000波長/功率計是同類型產(chǎn)品中比較突出的，而它的波長測量精度也只達到0.1nm，而我們這種兩級測量方案將精度提高了一個數(shù)量級，并且成本較低，因此市場前景非常好。
另外，本測量方案除了可測波長，也可將參考信號1直接提出來進行光功率測量。而且不單可以運用于100GHZ的DWDM器件，還可用于測量其它波長間隔的DWDM器件，只須換作相應(yīng)峰值間隔的F-P標準具即可。對于測量波段的選擇也可通過挑選合適的線性衰減片和標準具來實現(xiàn)，所以該測量方案的可移植性非常強，應(yīng)用前景非常廣闊。
致謝：該方案的實驗論證過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)》
