多波长下光功分器性能测量方法及波长选择光探测器模块
阅读：1028发布：2020-07-02
专利汇可以提供多波长下光功分器性能测量方法及波长选择光探测器模块专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种多 波长 下光功分器性能测量方法及波长选择 光探测器 模 块 ，该测量方法包括以下步骤：步骤1取宽带 光源 ，经过光隔离器，作为待测光功分器的输入光源，步骤2将光功分器的输入光和输出光分别接入波长选择光探测器模块的输入端，步骤3计算得到包括分光比和插入损耗的光功分器性能。该测量方法使用的波长选择光探测器模块包括2路通道，每路通道包括串连的N个三端口环形器，首端三端口环形器的输入端作为波长选择光探测器模块的输入端，各三端口环形器的一个输出端经光纤布拉格光栅与相邻三端口环形器的输入端连接，光纤布拉格光栅的反射波长各不相同，各三端口环形器的另一个输出端经过光探测器，作为波长选择光探测器模块的输出端。，下面是多波长下光功分器性能测量方法及波长选择光探测器模块专利的具体信息内容。
1.一种多波长下光功分器性能测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1取宽带光源，并将所取宽带光源作为待测光功分器的输入光源输出给待测光功分器，
步骤2将光功分器的输入光和输出光分别接入波长选择光探测器模块的输入端，步骤3根据对应于光功分器输入光的波长选择光探测器模块的输出及对应于光功分器输出光的波长选择光探测器模块的输出，计算得到包括分光比和插入损耗的光功分器性能；
所述波长选择光探测器模块包括2路通道，所述通道包括串连的N个三端口环形器，N为自然数且N＝1、2、3、…，首端的三端口环形器的输入端作为所述波长选择光探测器模块的输入端，相邻三端口环形器中的一个三端口环形器的一个输出端经一个光纤布拉格光栅与相邻三端口环形器中的另一个三端口环形器的一个输入端连接，且各光纤布拉格光栅的反射波长各不相同，相邻三端口环形器中的一个三端口环形器的另一个输出端以及相邻三端口环形器中的另一个三端口环形器的另一个输出端都作为所述波长选择光探测器模块的输出端。
2.根据权利要求1所述的多波长下光功分器性能测量方法，其特征在于，在步骤1中，先使输入光源经过光隔离器，再将经过光隔离器的输入光源输出给待测光功分器。
3.一种权利要求1或2所述多波长下光功分器性能测量方法使用的波长选择光探测器模块，其特征在于，所述波长选择光探测器模块包括2路通道，所述通道包括串连的N个三端口环形器，N为自然数且N＝1、2、3、…，首端的三端口环形器的输入端作为所述波长选择光探测器模块的输入端，相邻三端口环形器中的一个三端口环形器的一个输出端经一个光纤布拉格光栅与相邻三端口环形器中的另一个三端口环形器的一个输入端连接，且各光纤布拉格光栅的反射波长各不相同，相邻三端口环形器中的一个三端口环形器的另一个输出端以及相邻三端口环形器中的另一个三端口环形器的另一个输出端都作为所述波长选择光探测器模块的输出端。
4.根据权利要求3所述的波长选择光探测器模块，其特征在于，在各个三端口环形器的另一个输出端分别连接有光探测器。
多波长下光功分器性能测量方法及波长选择光探测器模块
技术领域
[0001] 本发明涉及光功分器测试的技术领域，更具体地说，是一种多波长下光功分器性能测量方法及波长选择光探测器模块，可应用于熔融拉锥型和PLC型光功分器的快速测试，尤其是熔融拉锥型光功分器制备过程中光功分器性能的实时测量和反馈。
背景技术
[0002] 光功分器在无源光网络中的光分配网络中发挥着关键作用，智能无源光网络的发展对于光功分器提出了多窗口智能化的要求。根据制备工艺的不同，光功分器可分为熔融拉锥型和PLC型两种。在熔融拉锥型光功分器的制备过程中，需要实时监测光功分器输出端口的分光比，以控制熔融拉锥系统的停火点。
[0003] 现有熔融拉锥系统的测量方法如图1所示，该测量方法仅能够实时监测光功分器在1310nm或1550nm波长处的分光比、插入损耗、附加损耗等性能指标。由于与光功分器输出端相连接的光探测器不具备波长识别或波长选择的特性，因此无法同时测量两个波长及多个波长下光功分器的性能指标。目前的测量方法为手动控制光开关切换输入待测光功分器的光波长，然后在各波长下分别测量。对于熔融拉锥型多窗口光功分器，只能根据某一窗口工作波长下的分光比控制停火点，在熔融拉锥系统停止后，再依次测量该光功分器在其它窗口工作波长下的性能指标。
[0004] 为实现多波长下光功分器性能指标的实时测量，一种常用的方法是多波长时分测量，如图2所示。即不同时段选择不同波长的激励源，在同步信号的控制下，输出端监测相应波长的光功率。此种方法要求输入端与输出端时钟的严格同步，否则会产生较大误差。另一种方法是对于输入光信号进行幅度调制，并根据输出端的波形分解出各波长功率，但在波长数目大于三的情况下输出端的波形分解困难，需要复杂的算法支持。
发明内容
[0005] 技术问题：本发明所要解决的技术问题是，提供一种多波长下光功分器性能测量方法及波长选择光探测器模块，同时满足测量速度和精度的要求，测量方法简单，适用于熔融拉锥型多窗口光功分器制备过程中性能指标的实时监测，亦可应用于PLC型多窗口光功分器性能指标的快速测试。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：
[0007] 本发明所述的一种多波长下光功分器性能测量方法，包括以下步骤：
[0009] 步骤2将光功分器的输入光和输出光分别接入波长选择光探测器模块的输入端，[0010] 步骤3根据对应于光功分器输入光的波长选择光探测器模块的输出及对应于光功分器输出光的波长选择光探测器模块的输出，计算得到包括分光比和插入损耗的光功分器性能；
[0011] 所述波长选择光探测器模块包括2路通道，所述通道包括串连的N个三端口环形器，N为自然数且N＝1、2、3、…，首端的三端口环形器的输入端作为所述波长选择光探测器模块的输入端，相邻三端口环形器中的一个三端口环形器的一个输出端经一个光纤布拉格光栅(FBG)与相邻三端口环形器中的另一个三端口环形器的一个输入端连接，且各光纤布拉格光栅的反射波长各不相同，相邻三端口环形器中的一个三端口环形器的另一个输出端以及相邻三端口环形器中的另一个三端口环形器的另一个输出端都作为所述波长选择光探测器模块的输出端。
[0012] 本发明所述的一种多波长下光功分器性能测量方法使用波长选择光探测器模块，所述波长选择光探测器模块包括2路通道，所述通道包括串连的N个三端口环形器，N为自然数且N＝1、2、3、…，首端的三端口环形器的输入端作为所述波长选择光探测器模块的输入端，相邻三端口环形器中的一个三端口环形器的一个输出端经一个光纤布拉格光栅与相邻三端口环形器中的另一个三端口环形器的一个输入端连接，且各光纤布拉格光栅的反射波长各不相同，相邻三端口环形器中的一个三端口环形器的另一个输出端以及相邻三端口环形器中的另一个三端口环形器的另一个输出端都作为所述波长选择光探测器模块的输出端。
[0013] 与现有技术相比，本发明具有如下优点：
[0014] (1)提高测量速度。现有的通过光开关或调制解调同步控制选择激励源波长的方法，本质上均为时分测量，因此测量速度较慢，并且需要激励端和测量端的严格同步。本发明使用波长选择光探测器模块，能够同时监测多波长下的光功分器性能，显著提高测量速度，并且测量精度没有恶化。
[0015] 本发明将多种波长的光同时输入待测光功分器，因此待测光功分器的输出光包含多种波长。在波长选择光探测器模块中，通过三端口环形器与光纤布拉格光栅的共同作用，使各光探测器具有波长选择性，即各光探测器分别监测光功分器输出光中某一特定波长光的光功率，从而实现了光功分器输出光中多波长光功率的同时测量，进而计算得到多波长下待测光功分器的性能指标。
[0016] (2)易于扩展同时测量的波长数目和通道数目。本发明使用的波长选择光探测器模块，并不局限于指定的波长数目或通道数目，理论上可以实现任意多个波长下光功分器性能指标的同时测量，可根据生产和测试需求进行一定程度的个性化设计。根据多窗口光功分器的现有需求，结合降低成本的要求，波长选择光探测器模块的通道数目一般为2，待测光功分器的工作波长数目N一般为2-6，待测光功分器的输出端口数目m一般为2-64。
[0017] (3)增加光探测器的动态范围。光探测器后常用的转换电路为跨阻抗放大电路，动态范围近似为30dB，本发明在波长选择光探测器模块后使用对数放大电路替代跨阻抗放大电路，动态范围最高可达80dB。
[0018] (4)应用范围广泛。本发明主要应用于熔融拉锥型光功分器制备过程中性能指标的实时测量，但并不局限于此，还可应用于熔融拉锥型或PLC型光功分器成品的快速测试，以及其它测量原理相似的光器件的在线和线下测试。附图说明
[0019] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0020] 图1是光功分器性能的现有测量方法的示意图；
[0021] 图2是多波长下光器件时分测量方法的结构原理图；
[0022] 图3是测量光功分器输入光功率的示意图；
[0023] 图4是测量光功分器输出光功率的示意图；
[0024] 图5是多波长下光功分器性能测量方法的流程图；
[0025] 图6是波长选择光探测器模块的单通道示意图；
[0026] 图7是测量1×2熔融拉锥型光功分器输入光功率的示意图；
[0027] 图8是测量1×2熔融拉锥型光功分器输出光功率的示意图；
[0028] 图9是测量1×4PLC型光功分器输入光功率的示意图；
[0029] 图10是测量1×4PLC型光功分器输出光功率的示意图。
[0030] 图中：1、2、3为三端口环形器的三个端口，1为三端口环形器的输入端口，2为三端口环形器的一个输出端口，3为三端口环形器的另一个输出端口，4、5为宽带3dB耦合器，101为宽带光源，102为光隔离器，103为波长选择光探测器模块，1031和1032为波长选择光探测器模块的两个实例，104为对数放大电路，105为模拟开关，106为模拟/数字转换器，
107为计算机，108为待测光功分器，1081和1082为待测光功分器的两个实例。
107为计算机，108为待测光功分器，1081和1082为待测光功分器的两个实例。
具体实施方式
[0031] 为进一步说明本发明的内容及特点，下面结合附图对本发明作进一步说明，但本发明不仅限制于实施例。
[0032] 实施例1
[0033] 一种多波长下光功分器性能测量方法，如图5所示，包括以下步骤：
[0034] 步骤1取宽带光源101，并将所取宽带光源101作为待测光功分器108的输入光源输出给待测光功分器108，
[0035] 步骤2将光功分器108的输入光和输出光分别接入波长选择光探测器模块103的输入端，
[0036] 步骤3根据对应于光功分器108输入光的波长选择光探测器模块103的输出及对应于光功分器108输出光的波长选择光探测器模块103的输出，计算得到包括分光比和插入损耗的光功分器108的性能指标；
[0037] 所述波长选择光探测器模块103包括2路通道，所述通道包括串连的N个三端口环形器，N为自然数且N＝1、2、3、…，首端的三端口环形器的输入端作为所述波长选择光探测器模块103的输入端，相邻三端口环形器中的一个三端口环形器的一个输出端经一个光纤布拉格光栅与相邻三端口环形器中的另一个三端口环形器的一个输入端连接，且各光纤布拉格光栅的反射波长各不相同，相邻三端口环形器中的一个三端口环形器的另一个输出端以及相邻三端口环形器中的另一个三端口环形器的另一个输出端都作为所述波长选择光探测器模块103的输出端，一个通道包括串连的N个三端口环形器。在本实施例中，在步骤1中，先使输入光源经过光隔离器102，再将经过光隔离器102的输入光源输出给待测光功分器108。
[0038] 步骤3中计算分光比和插入损耗等光功分器性能可以采用目前告知的方法，具体如下：
[0039] 如图3所示，测量待测光功分器108的输入光功率时，波长选择光探测器模块103输出电流信号I0，经过对数放大电路104转换为电压信号V0，模数转换器106将模拟信号转换为数字信号，由计算机107进行数据处理，得到与V0和I0对应的待测光功分器108输入端口的输入光功率P0(λi)。如图4所示，测量待测光功分器108的输出光功率时，波长选择光探测器模块103输出电流信号Iij，经过对数放大电路104转换为电压信号Vij，模数转换器106将模拟信号转换为数字信号，由计算机107进行数据处理，得到与Vij和Iij对应的待测光功分器108输出端口i的输出光功率Pj(λi)，i、j均为自然数，且i＝1、2、3、…、m，j＝1、2、3、…、N。
[0040] (1)分光比的计算：
[0041] 分光比为待测光功分器108在工作波长λj下，各输出端口的输出功率的比值，常用相对输出总功率的百分比表示，用下式计算：
[0042]
[0043] 式中：
[0044] CRi(λj)为待测光功分器108在工作波长λj下第i个输出端口的分光比；
[0045] Pi(λj)为待测光功分器108在工作波长λj下第i个输出端口的输出光功率，单位mW(毫瓦)；
[0046] 为待测光功分器108在工作波长λj下m个输出端口的输出总光功率，单位mW(毫瓦)。
[0047] (2)插入损耗的计算：
[0048] 插入损耗为待测光功分器108在工作波长λj下，指定输出端口i的输出光功率相对于全部输入光功率的减少值，由下式计算：
[0049]
[0050] 式中：
[0051] ILi(λj)为待测光功分器108在工作波长λj下第i个输出端口的插入损耗，单位dB(分贝)；
[0052] Pi(λj)为待测光功分器108在工作波长λj下第i个输出端口的输出光功率，单位mW(毫瓦)；
[0053] P0(λj)为待测光功分器108在工作波长λj下输入端口的输入光功率，单位mW(毫瓦)。
[0054] 实施例2
[0055] 一种多波长下光功分器性能测量方法使用的波长选择光探测器模块103，所述波长选择光探测器模块103包括2路通道，所述通道包括串连的N个三端口环形器，N为自然数且N＝1、2、3、…，首端的三端口环形器的输入端作为所述波长选择光探测器模块的输入端，相邻三端口环形器中的一个三端口环形器的一个输出端经一个光纤布拉格光栅与相邻三端口环形器中的另一个三端口环形器的一个输入端连接，且各光纤布拉格光栅的反射波长各不相同，相邻三端口环形器中的一个三端口环形器的另一个输出端以及相邻三端口环形器中的另一个三端口环形器的另一个输出端都作为所述波长选择光探测器模块103的输出端。在本实施例中，在各个三端口环形器的另一个输出端分别连接有光探测器。参照图6，所述通道包括串联的N个三端口环形器C1-CN，N为自然数且N＝1、2、3、…，每个三端口环形器有3个端口，其中1个为输入端口，另外2个为输出端口，首端的三端口环形器C1的输入端作为所述波长选择光探测器模块103的输入端，各三端口环形器的一个输出端通过一个光纤布拉格光栅与相邻三端口环形器的输入端相连，所述通道包括N个光纤布拉格光栅FBG1-FBGN，且各光纤布拉格光栅的反射波长各不相同，各三端口环形器的另一个输出端经过一个光探测器，作为所述波长选择光探测器模块103的输出端，所述通道包括N个光探测器PD1-PDN。
[0056] 实施例3
[0057] 1×2熔融拉锥型五窗口光功分器制备过程中的实时测量，各窗口工作波长分别为λ1＝1310nm，λ2＝1405nm，λ3＝1432nm，λ4＝1460nm和λ5＝1550nm。
[0058] 所需的测量装置主要包括宽带光源101、光隔离器102、波长选择光探测器模块1031、对数放大电路104、模拟开关105、模拟/数字转换器106和计算机107，如图7、8所示。选用输出功率稳定的宽带光源101作为测量系统的光功率来源，宽带光源101的波长范围覆盖1310-1550nm。光隔离器102的作用是减少回射光，从而保护宽带光源101。因为回射光进入宽带光源101时，会大幅度降低光源性能，使宽带光源101输出光功率的稳定度下降，进而导致本测量方法的测量精度受限。
[0059] 波长选择光探测器模块1031中各FBG的布拉格波长分别为：FBG1反射1310nm波长的光信号，FBG2反射1405nm波长的光信号，FBG3反射1432nm波长的光信号，FBG4反射1460nm波长的光信号，FBG5反射1550nm波长的光信号。在通道一中，包含1310nm、1405nm、
1432nm、1460nm和1550nm波长的宽带光源由端口1进入环形器C1，由C1的端口2输出，传输至FBG1，FBG1仅将1310nm波长的光信号反射回C1，其它波长的光信号正常通过，1310nm波长的光信号由端口2进入C1，由C1的端口3输出，进入光探测器PD1，因此PD1仅测量通道一中1310nm波长的光信号功率，同理，PD2测量通道一中1405nm波长的光信号功率，PD3测量通道一中1432nm波长的光信号功率，PD4测量通道一中1460nm波长的光信号功率，PD5测量通道一中1550nm波长的光信号功率，通道二中各波长光信号功率的测量原理与通道一相同。
1432nm、1460nm和1550nm波长的宽带光源由端口1进入环形器C1，由C1的端口2输出，传输至FBG1，FBG1仅将1310nm波长的光信号反射回C1，其它波长的光信号正常通过，1310nm波长的光信号由端口2进入C1，由C1的端口3输出，进入光探测器PD1，因此PD1仅测量通道一中1310nm波长的光信号功率，同理，PD2测量通道一中1405nm波长的光信号功率，PD3测量通道一中1432nm波长的光信号功率，PD4测量通道一中1460nm波长的光信号功率，PD5测量通道一中1550nm波长的光信号功率，通道二中各波长光信号功率的测量原理与通道一相同。
[0060] 对数放大电路104将光探测器输出的电流信号转换为电压信号，与常见的跨阻抗放大电路相比，使用对数放大电路104提高了光探测器检测的动态范围。
[0061] 模拟开关105和模拟/数字转换器106共同实现模数转换的功能。对数放大电路104输出的多路模拟信号经由16路ADG1206模拟开关105切换，输入单通道8位模拟/数字转换器106，将各路模拟信号分别转换为8位数字信号，通过并口送入计算机107。模拟开关105的切换速度快，切换时间在微秒量级。
[0063] 如图7所示，在熔融拉锥过程开始前，通道一的测量结果为待测光功分器1081的输入光功率P0(λj,0)，通道二没有光功率输入。将光功分器1081的输入端光纤与光隔离器的输出端尾纤熔接，光功分器1081的两输出端光纤分别与波长选择光探测器模块1031的两输入端尾纤熔接，将待测光功分器1081接入测量装置，如图8所示。宽带光源101输出的光信号经过光隔离器102进入待测光功分器1081的输入端，在光功分器1081的耦合区发生光功率的重新分配，然后从光功分器1081的两输出端口分别进入波长选择光探测器模块1031的两个监测通道。在熔融拉锥过程进行中，通道一和通道二的测量结果分别为光功分器1081两输出端口的输出光功率P1(λj,t)和P2(λj,t)。根据P0(λj,0)、P1(λj,t)和P2(λj,t)可计算得到包括分光比、插入损耗的光功分器1081的性能指标，达到停火要求后停火。
[0064] 由此可见本测量方法操作步骤简单，可同时测量多个工作波长下的光功分器性能，应用本发明可缩短熔融拉锥型光功分器制备过程中的测试时间，提高成品率。
[0065] 实施例4
[0066] 1×4PLC型三窗口光功分器芯片的测试，各窗口工作波长分别为λ1＝1310nm，λ2＝1490nm和λ3＝1550nm。
[0067] 选用输出功率稳定的激光器光源，波长分别为1310nm，1490nm和1550nm，经过宽带3dB耦合器合束后，作为测量系统的输入光源，如图9、10所示。
[0068] 波长选择光探测器模块1032中各FBG的布拉格波长分别为：FBG1反射1310nm波长的光信号，FBG2反射1490nm波长的光信号，FBG3反射1550nm波长的光信号。在波长选择光探测器模块1032的通道一中，包含1310nm、1490nm和1550nm波长的光信号由端口1进入环形器C1，由C1的端口2输出，传输至FBG1，FBG1仅将1310nm波长的光信号反射回C1，其它波长的光信号正常通过，1310nm波长的光信号由端口2进入C1，由C1的端口3输出，进入光探测器PD1，因此PD1仅测量通道一中1310nm波长的光信号功率，同理，PD2测量通道一中1490nm波长的光信号功率，PD3测量通道一中1550nm波长的光信号功率，通道二中各波长光信号功率的测量原理与通道一相同。
[0069] 首先在测量系统空载的情况下，测量光功分器1082的输入光功率P0(λj)，如图9所示。光源经过光隔离器102，不连接光功分器1082，直接与波长选择光探测器模块1032的通道一相连，通道一的测量结果即为光功分器1082的输入光功率P0(λj)。然后断开光隔离器102与波长选择光探测器模块1032的连接，将光功分器1082的输入端端面与光隔离器102尾纤的光纤端面对准，光功分器1082的输出端端面与1个4通道光纤端面对准，将待测光功分器1082接入测量装置，如图10所示。连续两次将4通道光纤端面的两条不同尾纤接入波长选择光探测器模块1032的两个通道，测量光功分器1082的4个输出端口的输出光功率P1(λj)、P2(λj)、P3(λj)和P4(λj)，从而计算得到包括分光比、插入损耗的待测光功分器1082性能。
[0070] 根据以上实施例可以发现，本测量装置不仅可以应用于熔融拉锥型多窗口光功分器制备过程中性能指标的实时监测，还可用于熔融拉锥型或PLC型多窗口光功分器成品的快速测试，该测量方法操作简便，测量速度快精度高，具有广泛的应用价值。
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