光譜分析儀常用參數(shù)測(cè)量參考手冊(cè)

1、光譜分析儀常用參數(shù)測(cè)量參考手冊(cè)摘要：光譜分析儀是在光纖通信產(chǎn)品中常用的測(cè)試儀器，本文以橫河的 AQ6370 光譜分析儀為例結(jié)合平時(shí)的測(cè)試工作，介紹了使用光譜分析儀進(jìn)行一些常規(guī)參數(shù) 的測(cè)量方法。關(guān)鍵詞：光譜分析儀；橫河AQ6370一、概述光譜分析儀是在平時(shí)的光通信波分復(fù)用產(chǎn)品中較常使用到的儀表， 當(dāng)WDM 系統(tǒng)剛出現(xiàn)時(shí)，多用它測(cè)試信號(hào)波長(zhǎng)和光信噪比。 其主要特點(diǎn)是動(dòng)態(tài)范圍大，一 股可達(dá)70dB;靈敏度好，可達(dá)-90dBm；分辨率帶寬小，一般小于 0.1nm；比較 適合于測(cè)試光信噪比。另外測(cè)量波長(zhǎng)范圍大，一般在 6001700nm.,但是測(cè)試波 長(zhǎng)精度時(shí)卻不如多波長(zhǎng)計(jì)準(zhǔn)確。在光譜的測(cè)量、各參考點(diǎn)通

2、路信號(hào)光功率、各參考點(diǎn)光信噪比、光放大器各 個(gè)波長(zhǎng)的增益系數(shù)和增益平坦度的測(cè)試都可以使用光譜分析儀。光譜分析儀現(xiàn)在也集成了 WDM的分析軟件，可以很方便地把 WDM的各個(gè)波長(zhǎng)的中心頻率、 功率、光信噪比等參數(shù)用菜單的方式顯示出來(lái)。二、常用參數(shù)的測(cè)試光譜分析儀的屏幕顯示測(cè)量條件、標(biāo)記值、其它數(shù)據(jù)以及測(cè)量波形。屏幕各 部分的名稱(chēng)顯示如下：標(biāo)簽X 50個(gè)字苻）星示分部率H EW 5$演 Jill zi WEtTLuLH z', OkOLKI顯術(shù)日、耳日I時(shí)刻.U.tM個(gè)統(tǒng)迎仙UDH.I I ：L| ：H_|刑.,! L： 取樣的ttt a十錐特入?yún)^(qū)BiFlX5判顯示中斷顯示區(qū)此九響ME .T

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4、寬的1/5。在實(shí)際的測(cè)量中，為了能夠準(zhǔn)確測(cè)量數(shù)據(jù)，一般選擇分辨率帶寬為0.1nm以下。分辨率帶寬RES位丁 SETUP菜單中的第一項(xiàng)，直接輸入所要設(shè)定的分辨 率帶寬的大小即可。如下圖2、3、4所示（圖中只為區(qū)別光譜形狀的不同），當(dāng) 選擇的分辨率帶寬不同時(shí)，從光譜分析儀觀察到的光譜形狀有很大的不同，并且所測(cè)量得到的譜寬大小的不同。VDCDfWM ” 用瞻詡 CPTISL SP6CJRUM PNOLYZ0R 心&010 甘g 13 14： UFFFF FF E:富e:f:_3MFI廿 -"ELK_L-EGCHHAS C 7t ；Z' T CC4> 站T： 1 女&q

5、uot;T0INIIwran ： L . 2Ti?hi:白dTK ；】一 寫(xiě)少 i amx:5 GnmE7PMESHHIE- r-'-BS®31 EES皿Iffi圖2:分辨率帶寬RES=0.5nm時(shí)的光譜形狀J L ； L U / V . £?L> X -! I IIH-lLu 口 XdETnrnVOK0 潮A*能&?7® OPTICAL SP0CW1 fWLE 2610 A瞻 13 M：仍vm；u可TR T 7JVD1P3M2FgZzm4lEa.TWm5,82dBmiL l|5. W 1 1 ! I 1 FIIEFEF 1 T T T xx

6、xxxxChtAg <!Cihri|TpHi>與丁占kt： 1弓也92白mriiigrep；： 155(3“268nricEfrjrER： iGMiS.1?白mnfi1-Nnn圖3:分辨率帶寬RES=0.1nm時(shí)的光譜形狀201C ruy t3 U：tfe Pflea OPTICiiL SPECTFLTI fiNALYZER 卜 KKk'kK 乳120昏 /日/7xxkxMH rL rL- aL FL rLrL ffffff -上 *! pe«iiFIB E - _DFF 3v-vns5SSiiBni3圳舊三勺35.8匚a扯口 口匚rim峪I袈I邸，怔片三疔汁井I

7、MS b-ki!- i .( :. C C-2. L'.< uRES： B.(KBfc-int acre： HU1"風(fēng)羽,，LSg.gU 頊 In匚三r s.： 1 二二，. 7快 nn二“肖.：1,。ttiII : roj ihlto.JMUL7竟InnI 0 Bwu&TFH：l-!IMi'<r=：i 1圖4:分辨率帶寬RES=0.02nm時(shí)的光譜形狀在觀察光譜譜寬的同時(shí)，也可以通過(guò)光譜分析儀讀出光譜的中心頻率、 帶寬、 峰值功率和邊模抑制比等參數(shù)。同時(shí)可以啟動(dòng)MARKER菜單，進(jìn)行相應(yīng)的標(biāo)識(shí)， 以方便量取所需要測(cè)試的參數(shù)值。2、邊模抑制比的測(cè)雖

8、邊模抑制比（Side-Mode Suppression Ratio,縮寫(xiě)為 SMSR）, SMSR示峰值 能級(jí)與橫模能級(jí)之間的能級(jí)差值。一般測(cè)量邊模抑制比時(shí)，需要配合使用 MARKER菜單和ANALYSIS菜單中 相應(yīng)的鍵。用MARKER菜單對(duì)主波峰值和最高的副波峰進(jìn)行標(biāo)識(shí)，讀取兩者的 峰值功率值。邊模抑制比為最高峰與次高峰之間的能級(jí)差?？梢酝ㄟ^(guò)ANALYSIS菜單中相應(yīng)的子選項(xiàng)計(jì)算得到最后的值。I99S Jul 27<snsfii>部FKVPK-Vaid fk1WSKIF?而nn1爽朔叫L4&4m1 3.QBnn-SE.TgEki46.64dBDpt id I Sp

9、87;tu 】Ana<J5=1辿互史£1:Pi.&F.LFF；：a1riin 靛NS；HI¥ iIE.E：F* /BLKCH-H fl-B /3LKi SNriirturolW)9.l2n(i1. UUnfl/U 1S&3. iNmrun Ji l'-2krHMtlbECMSR)flLTC酈L傾$h_L H比CLEARf ITO nrsPLPY圖5:邊模抑制比測(cè)量示意圖3、增益的測(cè)雖在進(jìn)行OA板或光放大器模塊測(cè)試的時(shí)候，需要測(cè)試增益參數(shù)(Gain)。增益定義為輸出信號(hào)功率Rut與輸入信號(hào)功率Pin之比。增益的一般表達(dá)式如式(1)所示:(1)Ru

10、tPn以上的公式使用丁以mw為單位的情況。若兩者單位為dBm，則G的值為兩者之 差。在進(jìn)行增益的測(cè)量時(shí)，需要用到TRACE菜單中的相關(guān)選項(xiàng)。首先將Trace A 設(shè)置為未接放大器之前的輸入光，按下Fix A;再將Trace B設(shè)置為經(jīng)過(guò)光纖放大器之后的輸出光，按下Fix B;取兩者的峰值功率，即可計(jì)算出。1SS8 Jul £9 13：1B/SPEC W2WtLOPE睥/DSP)pti 如1 Spool rum Anal Lgsr田FIXL葉斕<EDFA NF) QUFT TVFt：GAJSS【口N GAIN： 引.7例3 hlEASURED RE5QLN： B.OCnn fi5

11、C WL(/RE3 -2.9Bd0n HR5K : +1 .ZJEm x -1 .BBnn MICE FIDUKl :，一 一;L1543.lnn此段響勺 1場(chǎng)日，能偵'MLVSLS；JEWSPCID THRI口F麗ETERCNF) /Srb- IIzNElVbTSjKNALYS 博 I ”LIi 冊(cè) C'LEPFLITCHDHPlr'圖6:增益測(cè)量示意圖在多波的情況下，還可以測(cè)試增益平坦度和增益斜率。其中，增益平坦度為 增益的最大值和最小值之間的差值；增益斜率為兩個(gè)波長(zhǎng)在光放大器工作在兩個(gè) 增益狀態(tài)變化值的比值。增益斜率主要用來(lái)衡量光放大器的不同波長(zhǎng)增益的相對(duì) 變化值

12、，增益斜率越小，說(shuō)明光放大器增益變化時(shí)各波長(zhǎng)的一致性越好，越容易實(shí)現(xiàn)各波長(zhǎng)的增益均衡。應(yīng)用光譜分析儀進(jìn)行增益斜率的測(cè)量時(shí),需要假設(shè)光放大器工作在兩種增益 狀態(tài)（假如為20dB和25dB），然后分別在不同的波長(zhǎng)點(diǎn)如 1550nm、1551nm、 1552nm、1553nm波長(zhǎng)下進(jìn)行增益點(diǎn)的測(cè)量，記錄各波長(zhǎng)點(diǎn)測(cè)試得到的增益值， 可以計(jì)算出增益斜率。4、噪聲系數(shù)的測(cè)雖光譜分析儀的一項(xiàng)重要功能是測(cè)量 EDFA的等效噪聲噪聲系數(shù)（NF）,簡(jiǎn)稱(chēng) 噪聲系數(shù)。首先，光放大器噪聲系數(shù)的一般公式如式（2）所示：NF -虹（2）Gh B G其中右邊第一項(xiàng)是ASE噪聲功率，Bw為測(cè)量譜寬；h為普朗克常數(shù)；為中心頻率，

13、即找到軌跡 B波形的峰值波長(zhǎng)值接著乂進(jìn)行了頻率轉(zhuǎn)換后所獲得的 值；G為增益。目前所有的光譜分析儀一般都采用內(nèi)插減源法、時(shí)域消光法、偏振消光法等光放大器噪聲系數(shù)測(cè)量方法，不同的測(cè)量方法得到不同的噪聲系數(shù)的測(cè)量精度。內(nèi)插減源法采用了曲線擬合的算法。在信號(hào)的波長(zhǎng)中插入ASE,并采用四點(diǎn)兩次或者更精確的曲線擬合法來(lái)計(jì)算噪聲的大小。噪聲包含放大過(guò)程中產(chǎn)生的自發(fā)輻射噪聲 PASE和放大的源噪聲G PASE。其 中光譜分析儀多采用的內(nèi)插減源法原理圖如圖 7所示。圖7:光放大器噪聲計(jì)算內(nèi)插減源法原理圖在利用光譜分析儀進(jìn)行NF的測(cè)量時(shí)，需要用到TRACE菜單和ANALYSIS 菜單。首先將輸入光纖放大器的輸入光

14、設(shè)置為可寫(xiě)狀態(tài)，點(diǎn)擊writeA ,然后固定 該軌跡Fix A ；再將從光纖放大器輸出的光的光譜設(shè)置為可寫(xiě)狀態(tài)， 點(diǎn)擊writeB , 然后固定該軌跡Fix B;之后再按ANALYSIS菜單中選擇EDFA NF子選項(xiàng)，即 可得到光譜分析儀計(jì)算NF的結(jié)果。表1為用光譜分析儀橫河AQ6370選擇EDFA_N子選項(xiàng)得到的分析結(jié)果，儀 表分辨率設(shè)置為0.1nm,靈敏度選擇MID共有4個(gè)波長(zhǎng)的信號(hào)。表1 AQ6370測(cè)量NF的結(jié)果Wavelength(nm)Input Level (dBm)Out Level (dBm)ASE Level (dBm)Res(nm)Gain (dB)NF (dB)1529

15、.1432-29.097-6.810-33.5310.06722.2873.7281530.7177-30.535-8.581-33.5510.06521.9544.1651565.8769-29.316-7.566-34.8340.06321.7503.5231566.6985-31.073-9.258-34.8510.06321.8163.4785、系統(tǒng)OSNR的測(cè)雖在DWDS統(tǒng)中，光信噪比（OSNR）能夠比較準(zhǔn)確地反映信號(hào)質(zhì)量，成為最 常用的性能指標(biāo)。OSNR的定義如下：PBmOSNR lOlg10lg 衛(wèi)（3）NiBr其中：P是第i個(gè)通路內(nèi)的信號(hào)功率；Br是參考光帶寬，通常取0.1 n

16、m； Bm是噪 聲等效帶寬；Ni是等效噪聲帶寬Bm范圍內(nèi)竄入的噪聲功率。一般常用的OSNR的計(jì)算公式為：OSNR 10lg（PSignal0.4nm PNoise0.4nm）（4）PNoise0.1nm使用光譜分析儀測(cè)量OSNR常用的方法是積分法。通常采用光譜分析儀所能 提供的最小分辨率帶寬（RBW）掃描待測(cè)光譜，用積分的方法計(jì)算中心頻率左 右Br范圍內(nèi)的功率為信號(hào)功率，信道中問(wèn) Bm范圍內(nèi)的功率為噪聲功率，兩者相 比得到OSNR。信號(hào)光功率的積分范圍一般取0.4 nm的帶寬范圍；噪聲功率的積 分范圍要取0.4 nm和0.1 nm的帶寬范圍內(nèi)的功率。一般用0.4nm帶寬范圍內(nèi)的信號(hào) 光功率減去

17、0.4nm帶寬范圍內(nèi)的噪聲光功率，再用其差值除以0.1nm帶寬范圍內(nèi)的 噪聲光功率，之后再取10倍的對(duì)數(shù)值，可計(jì)算出OSNR的大小。采用積分法測(cè)試信號(hào)和噪聲功率。具體步驟如下。1）打開(kāi)測(cè)試波道OTU，用積分法測(cè)試整個(gè)信號(hào)光譜范圍內(nèi)的功率，記作P。P2。2) 關(guān)閉測(cè)試波道OTU,用積分法測(cè)試整個(gè)信號(hào)光譜范圍內(nèi)的功率，記作3) 保持OTU的關(guān)閉狀態(tài)，用積分法測(cè)試等效噪聲帶寬Br范圍內(nèi)的功率，記作R為了方便，工程測(cè)試也可以將P2值換算到Bm范圍的P34）計(jì)算OSNR實(shí)驗(yàn)時(shí)進(jìn)行了 TST3板的OSNR的測(cè)試得到以下的測(cè)試結(jié)果。表2: OSNR的測(cè)量數(shù)據(jù)伊功率dBm噪聲功率dBm 0.1nmOSNROC

18、H-INPre-FECIN-BandNF波長(zhǎng)點(diǎn)-25.18716939-38.6213.43283061-12.22.12E-0313.31194.5-24.90507711-38.1613.25492289-122.05E-0313.49196-25.76480709-39.5513.78519291-12.81.99E-0313.99194.1-25.80316616-41.1315.32683384-13.31.74E-0314.08192.1-26.48807052-40.1313.64192948-13.432.04E-0314.07192.1-26.07453112-39.5413.46546888-12.832.12E-0313.42194.