在光通信系統(tǒng)中使用光譜分析儀的必要性

光纖通信技術一直以來給科技和社會領域帶來重大變革。作為激光技術的重要應用，以光通信技術為主要代表的激光信息技術搭建了現(xiàn)代通信網(wǎng)絡的框架，成為信息傳遞的重要組成部分。光纖通信技術是當前互聯(lián)網(wǎng)的重要承載力量，其基本要素是光源、光纖和光電檢測器。其中應用最為廣泛的光源就是激光器，激光器輸出的光信號的性能在很大程度上決定了輸出光信號的質(zhì)量。隨著各種新型技術如物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、VR&AI、5G等技術的不斷涌現(xiàn)，對信息交流與傳遞提出了更高的要求，光纖通信技術作為通信網(wǎng)中最骨干的部分，承受著巨大的升級壓力，高速、大容量的光纖通信系統(tǒng)及網(wǎng)絡是光通信技術的主流發(fā)展方向。

正因為如此，也必然給光纖通信系統(tǒng)中的發(fā)送設備提出更為嚴格的要求，依次傳導對各種光器件/模塊以及光/電、電/光芯片也同樣提出更為格的要求。為了最終保證系統(tǒng)的通信質(zhì)量，必將從芯片、元器件開始就提出相關的性能指標要求，從而達到光纖通信系統(tǒng)最終的指標要求。隨著光通信系統(tǒng)速率的不斷升高，光譜分析儀成為越來越重要的測試儀表。自光芯片開始就需要利用光譜儀檢測光芯片的發(fā)射波長、波譜特性以及發(fā)射光功率；芯片組合成為相關器件后，同樣需要利用光譜儀檢測器件（如TOSA、BOSA等）尾纖輸出的光波長、光功率以及SMSR等參數(shù)；由器件組裝成光模塊后，更需要光譜儀測試光模塊的最終發(fā)射相關特性（波長、ndB譜寬、次峰值波長、SMSR等）;構建成光通信設備/系統(tǒng)后，相關的系統(tǒng)測試規(guī)范同樣要求利用光譜儀測試系統(tǒng)的發(fā)射與接收光信號的相關特性（波長、ndB譜寬、次峰值波長、SMSR、OSNR、光功率等），使之滿足相應的規(guī)范要求。

光譜分析儀的種類和工作原理

光譜儀類別眾多、用途廣泛。在對光譜儀進行分類時,既涉及到多學科知識,又高度依賴行業(yè)工作經(jīng)驗。由于光譜儀具有工作波段和分光技術原理的專業(yè)特性,我們就從這兩個角度來劃分。

1、按工作波段劃分

電磁頻譜有其固有的頻段,從光學角度看就是工作波段。因此,根據(jù)工作波段劃分光譜儀類別,可將光譜儀分為射線光譜儀(<10nm)、紫外光譜儀(10~380nm)、可見光光譜儀(380~760nm)、近紅外光譜儀(760nm~2.5 m)、紅外光譜儀(2.5~30 m)以及太赫茲光譜儀(30~3000 m)，如圖1所示。

圖1 按工作波段劃分的光譜儀類別

2、按分光技術原理劃分

由于研發(fā)各種光譜儀時都面臨著一些共性的關鍵技術,而分光技術恰恰是光譜儀要解決的核心問題。因此,根據(jù)分光技術原理的不同,可將其分為衍射型光譜儀、干涉型光譜儀、散射型光譜儀、熒光型光譜儀、濾光片型光譜儀和棱鏡色散型光譜儀,如圖2所示。

圖2 按分光原理劃分的光譜儀類別

目前光通信行業(yè)大量采用的是屬于近紅外波段的衍射光柵型光譜儀。

3、衍射光柵型光譜儀的工作原理

當前光纖通信所使用的波段全部是在780nm到1650nm這一近紅外波段范圍之內(nèi)，這就要求采用的光譜儀掃描波長范圍必須可以完全覆蓋這個波段。目前光譜調(diào)諧選擇主要有法布里-泊羅干涉法、邁克遜干涉法和衍射光柵（ Diffraction Grating ）法，這三種完全可以方便地覆蓋整個近紅外波段，而衍射光柵（ DiffractionGrating ）法以其覆蓋波長范圍寬、波長精度高、調(diào)諧方便和相對不太復雜的實現(xiàn)技術成為當今光通信用光譜分析儀的首選技術。圖三為衍射光柵（ Diffraction Grating ）型光譜儀的構成原理圖。它的核心部件就是用于調(diào)諧的衍射光柵，基于衍射光柵光譜儀的示意圖如下圖四。

圖三 光譜儀的構成原理圖

圖四  基于衍射光柵光譜儀示意圖