在光通信系統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代通信網絡的框架，成為信息傳遞的重要組成部分。光纖通信技術是當前互聯網的重要承載力量，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量。隨著各種新型技術如物聯網、大數據、VR&AI、5G等技術的不斷涌現，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及網絡是光通信技術的主流發展方向。

正因為如此，也必然給光纖通信系統中的發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。為了最終保證系統的通信質量，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最終的指標要求。隨著光通信系統速率的不斷升高，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射波長、波譜特性以及發射光功率；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；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/系統后，相關的系統測試規范同樣要求利用光譜儀測試系統的發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,又高度依賴行業工作經驗。由于光譜儀具有工作波段和分光技術原理的專業特性,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，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、調諧方便和相對不太復雜的實現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