话硅光03篇：偏振系列仪表

作者: 马德坤

自由空间中光波（横波）的电场和磁场的振动方向在与传播方向垂直的横截面内有各种可能取向，这就是光的偏振特性。偏振在相干光通信、工业检测、生物医学、地球遥感、现代军事、航空以及海洋等领域都有重要的应用价值。目前，在光通信领域中，偏振操控主要采用分立光学元件实现，其结构严重制约了性能的提升和成本的降低，预计光学偏振操控器件的发展趋势将朝着集成化和芯片化趋势发展。

值得一提的是分析光组件偏振相关特性是当今光学R&D实验室和生产不可或缺的测试和测量环节，Keysight N778XC系列偏振测试产品可对光学元件及子系统进行高速、高性能的表征和验证。是德科技偏振测试仪表品类众多，下面将逐一介绍。

N7781C偏振分析仪

Keysight N7781C 是一款紧凑型高速偏振分析仪，具有分析光信号偏振特性的功能。包括在邦加球（斯托克斯参数）上表示偏振状态 (SOP)。仪表内部的算法和校准数据可确保在宽波长范围内进行高精度操作。

由于该仪器具有1 M samples/s的实时测量能力以及250kHz的模拟带宽，因此非常适合分析受干扰和波动的信号，以及需要实时反馈偏振状态的控制应用，如在自动生产测试系统中的数字控制环路。

该设备主要用于检测和测量：

•偏振分析SOP/DOP

•斯托克斯参数

•保偏光纤消光比

•偏振扰频仪性能分析

•入侵监测

N7785C偏振控制器

Keysight N7785C 是一款高速同步扰偏器，通过输入和输出触发功能可重复切换一系列偏振状态 (SOP)。该设备可以工作在以下模式中：

•作为同步扰偏器，该设备以随机的方式但是重复的模式切换输出信号的SOP。SOP切换在几微秒内完成，SOP在预定时间内保持稳定，直到再次切换到新的SOP。外部触发输入可将扰偏器和外部事件同步。

•切换SOP状态，N7785C能够以极高的速度和重复性将内部波片切换到用户定义的角度。

•作为传统扰偏器，N7785C以随机方式平滑地改变输出SOP。

•作为偏振稳定器，N7785C通过SCPI编程反馈命令将输出的SOP稳定在外部参考上。

N7786C偏振合成器

Keysight N7786C 包含一个基于铌酸锂的高速偏振控制器和一个偏振分析仪，其中偏振分析仪可以监测输出信号的偏振状态并向控制器实时提供反馈。该设备可在多种模式下工作：

•作为偏振稳定器，提供稳定的偏振输出状态即使输入信号的SOP发生波动和偏移。然后稳定输出的偏振状态的信号在SMF中传输。其中输出的SOP可以通过下面的方式定义：

○ 在GUI界面中激活“set-and-forget”功能，当前的SOP被存储和维持，即使仪器输入端信号的偏振态发生变化。

○ 定义Stocks参数：用户可使用Stocks参数定义目标输出SOP，然后使用偏振分析仪反馈设置这些参数。

○ 定义SOP sequence：设备按照选定的pattern切换输出信号的SOP，循环速度高达 100 kSOPs/s。

•SOP状态切换，N7786C以设定速率循环通过SOP序列，最高可达40 kHz以上。SOP序列内部设置首先使用稳定器的功能确定，SOP切换在几微秒内完成。外部触发输入可用于使扰偏器与外部事件同步。

•作为传统扰偏器，N7786C以随机改变输出SOP，可在几毫秒内实现邦加球的全覆盖。

•作为偏振分析仪，该设备提供真正的高速功能：采样率高达1M samples/s，以及高达250 kHz模拟带宽。

•结合光子应用软件套件 (PAS)，作为快速切换偏振控制器，用于单次波长扫描中IL/PDL等参数测量系统。

N7788C光学器件分析仪

Keysight N7788C光学器件分析仪内部集成偏振控制和分析功能于一体，可在实验室环境中灵活使用。

N7788C特别适合与可调谐激光源TLS结合使用，用于测量光学元器件如何改变信号的SOP。这种测量方法采用独特的单次波长扫描偏振相关方法，在标准琼斯矩阵特征分析法（JME）的基础上，计算偏振模色散(PMD)或差分群延迟(DGD)和偏振相关损耗(PDL)等参数。

该设备主要用于表征以下器件参数：

•光纤表征：SMF、PMF、DCF

•无源器件测量：滤波器、隔离器、环回器

•动态器件/模组测试：WSS

•有源器件测试：EDFAs、SOAs、VOAs

•链路测试：跨放大器的通道内测量

• 是德科技偏振系列仪表相关解决方案

无源硅光芯片/器件波长扫描测试方案

光无源器件的发展相对较为成熟, 产品种类多(例如光分路器、波分复用/解复用器、光滤波器等)， 应用十分广泛，对其测试参数早已有国际标准规范进行定义，并且也出现了完整的参数测试解决方案。目前广泛遇到的难点在于如何高效进行光芯片层面的测试。光芯片测试时，其耦合效率低、耦合损耗大、测试方案自动化程度不高等问题成为了大家普遍的诉求。针对技术相对成熟的无源光芯片测试，主要测试需求以插入损耗 IL/偏振相关损耗PDL和回波损耗RL测量为主。我们推荐的测试方案由高性能高分辨率可调光源（N7776C）、8通道光功率计(N7745C)、回波损耗模块（N7753C）以及偏振控制器（N7786C）组成，配合自动光探针耦合对准系统，以及相关测试软件 N770010xC，就能够支持各种多端口无源光芯片(CWDM/DWDM光复用器/解复用器/PLC光分路器/阵列波导AWG芯片等）的On-wafer级别测试。

该方案采用单次波长扫描的六态穆勒矩阵方案来测试偏振相关损耗PDL随波长变化的情况，其中N7786C偏振合成器集成偏振控制器和偏振分析仪的功能于一身，它可以快速准确设置特定偏振状态，能够在几百微妙内快速完成6个偏振态的切换，这样可以快速完成偏振相关参数的测试，同时能够避免外部环境变化（如温度、光纤移动）等因素变化引起的偏振态发生变化，从而提高测试结果的精度和重复性。

图1 光无源测试方案

而对于光电器件的直流响应波长测则可以采取类似的测试方案，唯一的区别是这类器件输出的是电信号，因此需要使用SMU源表进行输出此号测试。其中SMU源表可以采用B2900系列的台式设备，以及PXIe多通道源表M9601A/M9614A/M9615A系列，以适配各种场景的测试需求。采用该方案可以对被测件的IL/PDL/PER/响应度/CMRR等参数进行表征，其测试框图如下所示：

图2 光电器件直流特性测试方案

在有些应用中，如果器件的DGD/PMD太大可能对传输信号的质量影响比较大（如波形畸变，眼图闭合）。因此有些测试应用场景除了对器件的IL/PDL等参数测试外，还需要测试器件的差分群延时DGD和偏振模损耗PMD参数进行测试。这时需要采用可调谐激光源(N7776C)、偏振器件分析仪(N7788C)，以及配合PAS光应用套件软件N7700103C进行波长扫描的DGD/PMD参数测试，另外方案还可以测试被测件的IL/PDL参数，其测试方案如下所示：

图3 光器件DGD/PMD测试方案

集成相干接收机ICR交流特性测试（拍频法）

在ICR交流特性拍频法中采用外部两通道扫描式可调谐激光源，产生两路激光源之间的波长差异，在ICR中可产生相应的拍频信号，该拍频信号表现为不同频率成分的正弦波信号。其测试框图如下：

图4 ICR交流特性测试方案

该方案中利用 N7786C 偏振合成器可以实现光信号进入ICR后的偏振对准的补偿，以确保X和Y偏振面上的幅度一致性的校准。信号光和LO光产生的拍频信号通过ICR内部的不同通道平衡接收的TIA输出后，再通过M8296A高带宽的 ADC 电路，测试不同拍频正弦波的幅度和相位差，就可以测试出各个电通道的幅频特性（带宽）和相频特性，同时也可以测试ICR各个平衡接收通道的EVM等参数。

以上就是是德科技偏振系列产品及其应用简介。是德科技N778XB偏振测量仪表于2022年12月停产，新一代N778XC偏振系列产品将更好的支持偏振参数测试。N778XB系列的售后产品支持将于2027年12月终止，敬请知悉！