在光纖通信技術(shù)飛速發(fā)展的當下，光無(wú)源器件作為網(wǎng)絡(luò )傳輸的核心組成部分，其性能穩定性直接決定了通信系統的質(zhì)量。無(wú)論是光開(kāi)關(guān)、耦合器還是濾波器，精準的測試技術(shù)都是保障器件性能的關(guān)鍵。本文將系統闡述光無(wú)源器件的基本測試原理、核心參數、光源選擇及測量方案，為行業(yè)從業(yè)者提供全面的技術(shù)參考。

一、無(wú)源器件測試概述

光無(wú)源器件是指無(wú)需外部能源即可實(shí)現光信號控制與處理的元器件，常見(jiàn)的包括光開(kāi)關(guān)、衰減器、熔融式耦合器、光波分多路復用器、環(huán)形器、光濾波器等。隨著(zhù)全光網(wǎng)絡(luò )對帶寬需求的不斷提升，這些器件的市場(chǎng)規模持續擴大，對其性能測試的精準度和效率提出了更高要求。

過(guò)程控制測試策略在無(wú)源器件生產(chǎn)中至關(guān)重要。在生產(chǎn)初期，需對每個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行全面的光譜掃描以掌握性能基線(xiàn)；當生產(chǎn)流程穩定后，可通過(guò)高效的過(guò)程控制測試，僅針對關(guān)鍵測試點(diǎn)進(jìn)行檢測，同時(shí)定期對成品抽樣進(jìn)行全光譜掃描，確保生產(chǎn)穩定性。這種測試策略既能保證產(chǎn)品質(zhì)量，又能大幅提升生產(chǎn)效率。

光無(wú)源器件詮釋→《光無(wú)源器件原理、種類(lèi)與應用實(shí)踐》

二、核心測試參數及方法

①插入損耗測試

插入損耗是評估無(wú)源器件傳輸性能的基礎參數，用于判斷器件是否正常傳輸光信號。其測試原理基于輸入光功率與輸出光功率的比值計算。

測試步驟：第一步通過(guò)導入光纖測量光源的輸入光功率（Pin）；第二步保持光源和導入光纖不變，測量經(jīng)過(guò)被測器件（DUT）后的輸出光功率（Pout）。插入損耗的計算公式為：

該測試為相對測量，結果準確性取決于儀表的穩定性、線(xiàn)性度及連接的重復精度。測試裝置如圖 1 所示：

圖 1

在裸纖測量中，需使用精密切割機制作 90 度標準端面，通過(guò)光纖夾具確保測量重復性，必要時(shí)可采用積分球減少端面反射影響。若需構建自動(dòng)測試系統，光開(kāi)關(guān)的引入需特別注意重復誤差控制，避免超出測試容限。

②隔離測試

隔離測試用于評估器件隔斷光通道的能力，本質(zhì)是一種特殊的損耗測試，重點(diǎn)關(guān)注信號的衰減效果。測試中需測量微弱信號的傳輸損耗，常用設備包括反向隔離器、環(huán)形器（反向通道）、處于阻塞狀態(tài)的鈮酸鋰光調制器、導向其他端口的光開(kāi)關(guān)、最大設置的衰減器等。

對于光開(kāi)關(guān)而言，隔離度是關(guān)鍵指標，需確保非導通通道的光信號衰減達到設計要求。測試時(shí)需注意光源穩定性和測量設備的靈敏度，避免反射光對結果產(chǎn)生干擾，必要時(shí)可在光路中加入隔離器消除反向影響。

③分光比測試

分光器、分接器等器件需通過(guò)分光比測試評估光信號分配性能。分光比通常為 50/50 至 99/1，高比例分配的器件常稱(chēng)為分接器。測試方法為測量被測設備各端口的輸出光功率并計算比值，可采用雙功率計直接測量或通過(guò)光開(kāi)關(guān)切換實(shí)現單功率計多端口測試，部分雙通道功率計可直接計算分光比。

測試裝置如圖 2 所示：

 圖 2

該測試同樣為相對測量，需保證光源穩定性和連接重復性。對于熔接型分光器件，需特別注意偏振現象對測試結果的影響，必要時(shí)結合偏振相關(guān)測試綜合評估。

④頻譜相關(guān)損耗測試

多數無(wú)源器件的損耗特性隨波長(cháng)變化，即存在頻譜相關(guān)損耗（WDL）。濾波器等器件需利用這種特性實(shí)現波長(cháng)選擇，而其他器件則需將 WDL 降至最低。測試方法為在窄波長(cháng)范圍內測量插入損耗的變化量，要求光源和測量設備均為窄帶可調，需在動(dòng)態(tài)功率分布、測試速度與難度間尋找平衡。

窄帶濾波器的典型頻譜特性如圖 3 所示：

圖 3

波長(cháng)相關(guān)損耗測試裝置如圖 4 所示：

圖 4

測試時(shí)需使用可調諧激光器配合高精度功率計，通過(guò)掃描波長(cháng)范圍獲取損耗曲線(xiàn)，精準捕捉器件的波長(cháng)響應特性。

⑤偏振相關(guān)損耗測試

偏振相關(guān)損耗（PDL）是由于器件對不同偏振狀態(tài)的光反射特性不同而產(chǎn)生的損耗，常見(jiàn)于熔接型分光器、連接器及鈮酸鋰調制器等器件。測試需在改變偏振狀態(tài)的同時(shí)保持其他參數不變，測量最大與最小輸出光功率。

測試要點(diǎn)：偏振控制器需在合理時(shí)間內產(chǎn)生幾乎所有偏振狀態(tài)；確保偏振變化時(shí)輸入光功率穩定，可通過(guò)隔離器避免反射光影響光源；使用積分球解決功率計對偏振敏感的問(wèn)題。PDL 計算公式為：

測試裝置如圖 5 所示：

圖 5

三、光源選擇技術(shù)分析

①寬帶光源特性對比

理想寬帶光源應具備平坦的光譜特性、抗反射干擾、隨機偏振及低成本等特點(diǎn)。實(shí)際應用中需在功率、穩定性與成本間權衡，常見(jiàn)寬帶光源包括鎢絲燈泡、側射型 LED（EELED）和 ASE 光源。

理想寬帶光源的光譜特性如圖 6 所示：

圖 6

鎢絲燈泡與單模光纖的連接方式如圖 7 所示：

圖 7

1550nm EELED 的光譜特性如圖 8 所示：

圖 8 

ASE 光源結構如圖 9 所示：

圖 9

ASE 光源的光譜特性如圖 10 所示：

圖 10 

②窄帶光源技術(shù)特性

窄帶光源適用于器件波長(cháng)響應特性測試，可分為固定波長(cháng)、手動(dòng)可調及電動(dòng)可調三種類(lèi)型。理想窄帶光源應具備功率集中、抗反射、低成本等特點(diǎn)。

理想窄帶光源的光譜特性如圖 11 所示：

圖 11 

常見(jiàn)窄帶光源類(lèi)型包括：

1.      Fabry-Perot（FP）激光器：結構如圖 12 所示，成本低，光譜寬度 2-4nm，多模輸出，適用于常規流程控制測試。

圖 12 

2.      分布式反饋（DFB）激光器：結構如圖 13 所示，單模輸出，光譜寬度 < 1nm，可通過(guò)電流調節頻率至 GHz 水平，適用于模擬實(shí)際通信環(huán)境的測試。

圖 13

3.      外部腔激光器（ECL）：結構如圖 14 所示，波長(cháng)可調范圍達 50+nm，光譜寬度 < 1pm，相干長(cháng)度長(cháng)，需配合隔離器使用。

圖 14 

三、測量設備選擇指南

①寬帶測量設備

寬帶測量設備需平等響應所有波長(cháng)，理想特性包括平坦的光譜響應、高效聚光能力、快速讀數及低成本。通信測試中常用半導體檢測器：

1.      鍺檢測器：成本較低，但在 1550nm 附近光譜響應曲線(xiàn)陡峭，波長(cháng)相關(guān)誤差約 1%/nm。

2.      InGaAs 檢測器：1550nm 波段響應平坦，波長(cháng)相關(guān)誤差 < 0.1%/nm，是通信無(wú)源器件測試的首選。

鍺和 InGaAs 檢測器的光譜響應對比如圖 15 所示：

圖 15

②窄帶測量設備

窄帶測量設備用于分析功率隨波長(cháng)的變化特性，可通過(guò)功率計配合窄帶濾波器或光譜分析儀（OSA）實(shí)現。OSA 按原理分為 FP 干涉計、邁克遜干涉計和衍射光柵三類(lèi)，其中衍射光柵在通訊 OSA 中應用最廣泛。

三、實(shí)戰測試場(chǎng)景分析

①寬帶源與寬帶測量

該組合是插入損耗測試的常用方案，原理簡(jiǎn)單但無(wú)法提供波長(cháng)信息，可能遺漏波長(cháng)相關(guān)的工藝問(wèn)題。波長(cháng)相關(guān)處理問(wèn)題如圖 16 所示：

圖 16

②點(diǎn)測試策略

采用固定波長(cháng)激光器進(jìn)行定點(diǎn)損耗檢測，可平衡效率與成本。根據測試點(diǎn)數分為邊際測試和多點(diǎn)測試，如圖 17 所示：

如圖 17 

通過(guò)少量樣品的全光譜掃描驗證測試點(diǎn)有效性，能及時(shí)發(fā)現生產(chǎn)流程中的異常變化。

③電動(dòng)可調測試系統

基于 ECL 的電動(dòng)可調系統可實(shí)現全光譜掃描，典型 ECL 光譜掃描如圖 19 所示：

圖 19

配合 OSA 使用可消除背景噪聲影響，擴展動(dòng)態(tài)范圍，是高端無(wú)源器件研發(fā)與質(zhì)檢的核心設備。

光無(wú)源器件的測試技術(shù)直接關(guān)系到通信系統的性能穩定性，從基礎的插入損耗到高精度的偏振相關(guān)損耗測試，每一項參數都需通過(guò)科學(xué)的方法和適配的設備進(jìn)行評估。作為光開(kāi)關(guān)領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)企業(yè)，廣西科毅光通信科技有限公司（官網(wǎng)：www.www.hellosk.com）始終以精準測試為基石，通過(guò)完善的測試體系保障產(chǎn)品質(zhì)量。在全光網(wǎng)絡(luò )持續升級的背景下，掌握先進(jìn)的測試技術(shù)將成為企業(yè)核心競爭力的重要組成部分，推動(dòng)光通信產(chǎn)業(yè)向更高性能、更高可靠性方向發(fā)展。