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)通路信號(hào)光功率、各參考點(diǎn)

2、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。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。屏幕各部分的名稱顯示如下：林震M（50個(gè)字符）敦陰區(qū)s示標(biāo)記及ue分析晶a星示分斛事”心朋；1彳耳匕柒Jill2i)3*rtTLuLHz'.OkOLKI顯示門、用,日時(shí)刻“于好個(gè)軌遮軾顯示軟挖鍬潴羊UDH.I.1.：r：h_iY.,!L：取樣明幽且十濁希人JXBiFlK:"NKH顯示中斷顯示區(qū)叫WE和生

3、.T【唳IIrJUrnl支貨.0dr里展示舞DIV的悵班M列如性HltH.ViL之小JtU-ih.Flex：WLqfti-13江二17£3:J4kH<JTH注士二JlrI'.-.i.LTE11.30110TJJ屏墓底毋駐小硒IALTOOFTSFTI（目土門漏樣量）寫示后DIV的應(yīng)行制刻度圖1:屏幕各部分的名稱1、光譜譜寬的測(cè)量譜寬即光譜的帶寬，使用光譜分析儀可以測(cè)量LD發(fā)光二極管的譜寬。在光譜的譜寬測(cè)量時(shí)，要特別注意光譜分析儀系統(tǒng)分辨率的選擇，即原理上光譜分析儀的分辨率應(yīng)當(dāng)小于被測(cè)信號(hào)譜寬的1/10.,一般推薦設(shè)置為至少小于被測(cè)信號(hào)譜寬的1/5。在實(shí)際的測(cè)量中，為了能夠

4、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位于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。S012i加913U：t4g25心，v*ZUPTICql3PECl-：UriANftLYZfiR"TR白ve0ZiUB49t700nirS.9MEm北魏：UFFFFFF-"BLY0.-L-CH£iSC7tOT1CC4>慢T3T：即7工70riiiynoiS!：15星.2Ti?

5、川亡把15啟9.77口3A4h：5.0nm67P甄留瑟國(guó)畫噩|四曲蹦即畫E3;"IIE彳|用STP圖2:分辨率帶寬RES=0.5nm時(shí)的光譜形狀”的舒循OPTICAL5PECW1然富空卬*#2610m自13工：”v；7-rn：nuLl|UiIIRiiiRTIETIE巾jTTj1迎XKXXX-3灌遴11RQ叼01：IE維.TIE理e5,S2d3miPM2：wcvn二D3ZD4：aaae.；ChtAg<!Cihri|TpHi1三t3耳t；】號(hào)26三：門11grep：155(3.268nricEfrjrER：1訂口門口1.nnEU固圈至畫邕國(guó)圖3:分辨率帶寬RES=0.1nm時(shí)的光譜

6、形狀隹般乂沾悄白*貼OPTICiiLSPECTFLTIfiNALYZER卜*Kk'kKUEd-FItLH7/?/7XX4祝MMLrL_aLFLrLrLFFFFFF上+-BM/FE-DkFcv-vns5SSiiBni心時(shí)9廠I8%ri由桓i!1灰白.之Giinn'sTcf：inictr工=：工曰ben的二口國(guó)-：1sCuttiI1J：3.4心.力：irojiHLio.470：3qj-ijULruiiHMfi.TBanflJ.-Jrivl?I.也早”胎二忖母聘顯HES：B.(KBfc-intacre：HULZ-L.1：DuCDLriml1：*s9,X日mgUEJEIHElffi&a

7、mp;TR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o2、邊模抑制比的測(cè)量邊模抑制比（Side-ModeSuppressionRatio,縮寫為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。可以通過ANALYSIS菜

8、單中相應(yīng)的子選項(xiàng)計(jì)算得到最后的值。<snsfii>吃ndFKVPK-Vaidfk1WSKIX日IHnn國(guó)9眈rir1口.。眄m中,即-SE.TgEki46.64dB(pti“I占際tu】Qna/鈔'0.0cC-D日尸巾C：rHifl-B/BLKREE：。,附M5ENSiHI3Ht限G；1群ll.皿ITOJ<£SIJTTChDISPIRYPLTOWflLYSISh,L怖RCLEAR心肛12nm甌PARAMETERCMSR)/四弼Jul2721：25?J-<J5=11.UUnfl/U5火n圖5:邊模抑制比測(cè)量示意圖3、增益的測(cè)量在進(jìn)行OA板或光放大器模塊測(cè)

9、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Kt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)POutPn以上的公式使用于以mw為單位的情況。若兩者單位為dBm,則G的值為兩者之在進(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TraceA設(shè)置為未接放大器之前的輸入光，按下FixA；冉將TraceB設(shè)置為經(jīng)過光纖放大器之后的輸出光，按下FixB;取兩者的峰值功率，即可計(jì)算出圖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

10、。增益斜率主要用來衡量光放大器的不同波長(zhǎng)增益的相對(duì)變化值，增益斜率越小，說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)量光譜分析儀的一項(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-（2）GhBG其中右邊第一項(xiàng)是ASE噪聲功率，氏為測(cè)量

11、譜寬；h為普朗克常數(shù)；為中心頻率，即找到軌跡B波形的峰值波長(zhǎng)值接著又進(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計(jì)算噪聲的大小。噪聲包含放大過程中產(chǎn)生的自發(fā)輻射噪聲PASE和放大的源噪聲GPASE。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

12、入光纖放大器的輸入光設(shè)置為可寫狀態(tài)，點(diǎn)擊writeA,然后固定該軌跡FixA;再將從光纖放大器輸出的光的光譜設(shè)置為可寫狀態(tài)，點(diǎn)擊writeB,然后固定該軌跡FixB;之后再按ANALYSIS菜單中選擇EDFANF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選才?EDFA_NFF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1AQ6370測(cè)量NF的結(jié)果Wavelength(nm)InputLevel(dBm)OutLevel(dBm)ASELevel(dBm)Res(nm)Gain(dB)NF(dB)1529.1432-29

13、.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)量在DWDM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：PBeOSNR10lg10lg（3）NiB其中：P是第i個(gè)通路內(nèi)的信號(hào)功率；B是參考光帶寬，通常取0.1nm；Bm是噪聲等效帶寬；Ni是

14、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：OSNR101g（PSignal0.4nmPNoise0.4nm）（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B.范圍內(nèi)的功率為信號(hào)功率，信道中間Bm范圍內(nèi)的功率為噪聲功率，兩者相比得至ijOSNR。信號(hào)光功率的積分范圍一般取0.4nm的帶寬范圍；噪聲功率的積分范圍要取0.4nm和0.1nm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0.4nm帶寬范圍內(nèi)的噪聲光功率，再用其差值除以0.

15、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范圍的已4）計(jì)算OSNR實(shí)驗(yàn)時(shí)進(jìn)行了TST3板的OSNR的測(cè)試得至IJ以下的測(cè)試結(jié)果。表2:OSNR的測(cè)量數(shù)據(jù)信號(hào)功率dBm噪聲功率dBm0.1nmOSNROCH-INPre-FECIN-BandNF波長(zhǎng)點(diǎn)-25.187

16、16939-38.6213.43283061-12.22.12E-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-0313.42194.1-25.66157333-39.5613.89842667