1、中华人民共和国国家标准光纤放大器试验方法基本规范第部分增益参数的试验方法发布实施国家技术监督局发布前言本标准是根据纤维光学技术委员会正在制订中的阶段性标准草案光纤放大器试验方法基本规范第部分增益参数的试验方法制订的在技术内容上与该国际标准草案等效是由中央办公室预先给定的标准号它包括三个分标准规定了三种测量增益参数的试验方法光谱分析仪方法电谱分析仪方法光功率计方法经过第工作组光纤放大器几年的工作这些试验方法已比较成熟技术内容不会再有大的变动估计年之内就会正式通过作为正式出版发布所以本标准在技术内容上等效采用了该国际标准草案由于三个分标准中内容有许多重复之处本标准将三种试验方法归纳到一个标准中这样
2、既不失国际标准的内容保持了与国际标准的接轨又方便了国内用者减少了标准数目在光纤放大器试验方法基本规范总标题下包括个独立的部分本标准是第部分本标准的附录是提示的附录本标准由中华人民共和国邮电部提出本标准由邮电部电信科学研究规划院归口本标准起草单位邮电部武汉邮电科学研究院本标准主要起草人陈永诗中华人民共和国国家标准光纤放大器试验方法基本规范第部分增益参数的试验方法国家技术监督局批准实施范围本标准规定了测量光纤放大器增益参数的三种试验方法光谱分析仪法电谱分析仪法光功率计法确定了用这三种方法对增益参数进行准确可靠测量的统一要求本标准适用于对使用稀土元素掺杂的有源光纤的测量引用标准下列标准所包含的条文通
3、过在本标准中引用而构成为本标准的条文本标准出版时所示版本均为有效所有标准都会被修订使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性光纤放大器总规范光纤放大器总规范概述增益参数是光纤放大器最重要的参数之一本标准给出了测量增益参数的三种方法光谱分析仪法电谱分析仪法和光功率计法其中光功率计法为基准试验方法其他两种方法为代用试验方法通过测量确定以下参数值小信号增益反向小信号增益最大小信号增益最大小信号增益波长最大小信号增益的温度特性小信号增益波长带宽小信号增益波长变化小信号增益稳定性偏振相关增益变化上述参数的定义见和光纤放大器总规范第章本标准中缩写词一览表见附录提示的附录光谱分析仪试验方法试验装置测
4、量增益参数的光谱分析仪法试验系统框图如图所示校准输入信号功率测量输出功率测量图光谱分析仪法测量小信号增益的试验装置框图光源光源应该是下述固定波长光源或可调波长光源固定波长光源光源应产生相关详细规范中规定的波长和功率的光除非另有规定光源应发出连续的光波其光谱宽度半最大全宽应小于例如可以采用激光器激光器外腔激光二极管或具有窄带滤波器的激光器激光器和的边模抑制比应大于在光源输出端使用一光隔离器可更好地达到这一要求可调波长光源光源应产生相关详细规范中规定的波长范围内的波长可调光光功率应在相关详细规范中规定除非另有规定光源应发出连续的光波其谱宽应小于例如可以采用或具有窄带滤波器的的边模抑制比应大于输出功
5、率波动应小于在光源输出端使用一光隔离器可更好地达到这一要求对于激光谱底部的谱展宽应最小注仅限于小信号增益测量时使用光功率计在工作波长带宽内光功率计的测量不确定度应优于且与偏振状态无关动态范围应超过测得的增益例如光谱分析仪在工作波长带宽内谱功率测量的线性度和不确定度应分别优于和谱功率测量的偏振相关性应优于波长测量不确定度应优于动态范围应超过测得的增益例如波长分辨率应等于或小于光隔离器光隔离器用来将与外部隔离它的偏振相关损耗变化应优于光隔离度应优于每一端的光回波损耗应大于可变光衰减器衰减可变范围和稳定性应分别大于和优于每一端的光回波损耗应大于偏振控制器该器件应能提供所有可能的偏振状态例如各种方向的
6、线偏振椭圆偏振圆偏振作为输入信号光偏振控制器可以由一个线偏振器和一个全光纤型的偏振控制器组成或者由一个线偏振器和一个可旋转的四分之一波片一个可旋转的二分之一波片组成该器件每一端的光回波损耗应大于光纤跳线光纤跳线中光纤的模场直径应与输入和输出端口所用尾纤的模场直径尽量接近每一端的光回波损耗应大于长度应短于光连接器光连接器连接损耗的重复性应优于试样应工作在标称工作条件下为避免由于不希望的反射可能引起激射振荡应使用光隔离器将试验下的与外部隔离这样将减小信号不稳定性和测量的不确定度在完成测量第章中参数的测量期间内应注意保持输入光的偏振状态输入光偏振状态的变化将因为所有使用光部件的稍微偏振相关性而导致输
7、入光功率变化从而导致测量误差测量步骤小信号增益本方法通过测量输入信号功率输出信号功率和信号波长上放大的自发辐射功率从而确定的小信号增益测量步骤如下置光源在相关详细规范中规定的试验波长上为校准光谱分析仪用光功率计测量如图所示用光谱分析仪测量如图所示用光谱分析仪测量如图所示按照有关详细规范中规定的方法用光谱分析仪测量如图所示注可用不同的方法测量一种方法是用一外推程序在光谱分析仪显示器的信号波长上估计功率电平另一种方法是用一偏振器消除输出中的信号分量来测量功率电平从而不受放大的信号谱的影响在后一情况下输入光信号应是线偏振光消光比应优于如果偏振器方法不能足以消除信号功率除偏振器技术外还应附加使用外推技
8、术避免由于再连接引起的测量误差测量期间不得移去光连接器和反向小信号增益除了将被试的输入端作为输出端输出端作为输入端外测量步骤完全同规定最大小信号增益设定波长可调光源在规定波长范围之内的一个试验波长上设定波长可调光源和可变光衰减器在输入端口提供在相关详细规范中规定的光功率在相关详细规范规定的波长范围的不同波长上重复规定的步骤注除非另有规定波长应以小于的间隔围绕着无输入信号用光谱分析仪观察时谱分布产生最大值的波长逐步改变用基于干涉条纹计数方法的波长计能得到优于的波长测量不确定度在附近最大小信号增益波长如规定最大小信号增益的温度特性待研究小信号增益波长带宽如规定小信号增益波长变化如规定小信号增益稳定
9、性待研究偏振相关增益变化在可变光衰减器和连接器图之间使用一偏振控制器设定光源波长在相关详细规范中规定的测量波长上调整偏振控制器到相关详细规范中规定的偏振状态设定光源和可变光衰减器在输入端口提供符合相关详细规范中规定的光功率在不同的偏振状态重复的步骤注在每次测量和以后应用偏振控制器改变输入信号的偏振状态原则上使得大体所有的偏振状态连续地注入到被试的输入端口偏振控制器应按相关详细规范中规定工作当使用一线偏振器后跟一四分之一可旋转波片时一种可能的方法如下调线偏振器使输出功率最大四分之一波片在至少范围内以一定的步进角度一步步旋转每转一步半波片至少在范围内一步旋转为了减少由可能的应力和各向异性感应的偏振
10、状态的变化应使用一短段光纤跳线并尽量保持平直光连接器的偏振相关损耗变化应小于计算小信号增益和反向小信号增益小信号增益用下面公式计算注是仅仅当被试工作在线性区域时的小信号增益它可用绘出关系曲线确定线性区域要求是在增益完全与它无关的范围见图输入信号功率一般是在测量误差优于它取决于光谱分析仪的不确定度主要是与它的偏振相关性有关如果使用线偏振光例如激光器产生的光和一偏振控制器通过调整输入到信号光的偏振状态使得每次测量中光谱分析仪总是显示最小或最大信号功率就能大大减小测量误差另一方面用一和一单色仪作光源可使光谱分析仪的测量误差减小到因为发出的是非偏振光但是光源发射的光功率要比激光器的光功率低得多图增益与
11、输入信号功率关系曲线最大小信号增益和最大小信号增益波长如按公式计算出不同波长下的小信号增益值所有波长下小信号增益值的最大者即为最大小信号增益最大小信号增益发生的波长即为最大小信号增益波长最大小信号增益的温度特性待研究小信号增益波长带宽如计算出最大小信号增益找出比最大小信号增益低的小信号增益所在的波长由该两个波长之间的波长间隔给出小信号增益波长带宽小信号增益波长变化如计算出最大小信号增益和在规定的测量波长范围之内的最小小信号增益由最大小信号增益减去最小小信号增益就能得到小信号增益随波长变化量小信号增益稳定性待研究偏振相关增益变化如按公式计算出不同偏振状态下的小信号增益值找出所有小信号增益值中的最
12、大值和最小值偏振相关增益变化可由下式算出注不一定表示偏振相关可能的最大变化这是因为被试的衰减仅仅当每一输入偏振状态对该中的每一部件同时产生最大衰减时才为最大测量误差优于这取决于光谱分析仪的测量不确定度主要是与它的偏振相关性有关测量结果测量结果报告应包括试验方法的标准编号试验装置的框图光源的谱宽泵浦光功率环境温度和相对湿度输入信号光功率光谱分析仪波长分辨率和波长测量不确定度测量波长和测量波长范围小信号增益反向小信号增益需要时最大小信号增益和最大小信号增益波长小信号增益波长带宽小信号增益波长变化偏振相关增益变化需要时光谱分析仪功率准确度的偏振相关性需要时输入光偏振状态变化需要时试验日期和测量人员电
13、谱分析仪试验方法试验装置测量增益参数的电谱分析仪法试验系统框图如图所示时间平均输入信号光功率测量输入信号调制电功率测量输出信号调制电功率测量图电谱分析仪法测量小信号增益的试验装置框图光源如规定光功率计如规定电谱分析仪谱功率测量误差应优于线性度应优于光隔离器如规定可变光衰减器如规定偏振控制器如规定光纤跳线如规定光连接器如规定光检测器光检测器应对偏振高度不敏感并具有优于的线性度注为了减小高直流电平引起的饱和效应光检测器输出应是交流耦合的信号发生器信号发生器应产生一个频率高于几百千赫的正弦波线性度优于注对于小信号增益测量可用光崭波系统替代信号发生器试样试样要求如规定测量步骤小信号增益本方法通过测量信
14、号波长上输入和输出光功率的调制电功率和来确定的小信号增益该方法使用调制的输入信号和电谱分析仪允许将输出信号中噪声功率分离出来因为在规定的频率上没有被调制因此在调制频率上的电输出功率认为没有测量步骤如下设置信号发生器使得光源发射的光强在相关详细规范中规定的频率上被调制除非另有规定为了避免由于慢增益响应引起的波形畸变调制频率应高于几百千赫芝例如置光源在相关详细规范中规定的试验波长上为校准电谱分析仪用光功率计测量时间平均输入光信号功率如图所示设定光源和调节可变光衰减器在输入端口提供在相关详细规范中规定的时间平均输入光信号功率用光检测器和电谱分析仪测量调制频率下相应于规定时间平均输入光功率的电功率如图
15、所示用光检测器和电谱分析仪测量调制频率下相应于输出光信号的电功率如图所示注为避免由于再连接引起的测量误差测量期间不得移去光连接器和反向小信号增益除了将被试的输入端作为输出端输出端作为输入端外测量步骤完全同规定最大小信号增益设定波长可调光源在规定波长范围之内的一个波长上在相关详细规范中规定的波长范围内的不同波长上重复规定的步骤注除非另有规定波长应以小于的间隔围绕着无输入信号时用光谱分析仪或单色仪观察到的谱分布产生最大值的波长逐步改变用基于干涉条纹计数方法的波长计在附近能得到的波长测量不确定度某些可调外腔激光二极管仪器能提供的波长不确定度最大小信号增益波长如规定最大小信号增益的温度特性待研究小信号
16、增益波长带宽如规定小信号增益波长变化如规定小信号增益稳定性待研究偏振相关增益变化在可变光衰减器和连接器之间图使用一偏振控制器置光源波长在相关详细规范中规定的测量波长上调节偏振控制器到相关详细规范中规定的偏振状态在不同的偏振状态重复规定的步骤注在每次测量以后应用偏振控制器改变输入信号的偏振状态原则上使得大体所有的偏振状态连续地注入到被试的输入端口偏振控制器应按有关详细规范中的规定工作当使用一线偏振器后跟四分之一可旋转波片时一种可能的方法为调线偏振器使输出功率最大四分之一波片在至少范围内以一定的步进角度一步步旋转每转一步半波片至少在范围内一步步旋转为了减小由可能的应力和各向异性感应的偏振状态的变化
17、应使用一短段光纤跳线并尽量保持平直状态光连接器的偏振相关损耗变化应小于计算小信号增益和反向小信号增益小信号增益用下面公式计算注是仅仅当被试工作在线性区域时的小信号增益它可用绘出关系曲线确定线性区域要求是在增益完全与它无关的范围如图所示平均输入光信号功率范围一般为测量误差优于它主要取决于光检测器和电谱分析仪的线性度最大小信号增益和最大小信号增益波长如按公式计算出不同波长下的小信号增益值所有波长下小信号增益值的最大者即为最大小信号增益最大小信号增益发生的波长即为最大小信号增益波长最大小信号增益的温度特性待研究小信号增益波长带宽如计算出最大小信号增益找出比最大小信号增益低的小信号增益所在的波长由该两
18、个波长之间的波长间隔给出小信号增益波长带宽小信号增益波长变化如计算出最大小信号增益和在规定的测量波长范围之内的最小小信号增益最大小信号增益减去最小小信号增益就可得到小信号增益随波长变化量小信号增益稳定性待研究偏振相关增益变化如按公式计算出不同偏振状态下的小信号增益从中找出最大值和最小值偏振相关增益变化可由下式算出注不一定表示偏振相关可能的最大变化这是因为被试的衰减仅仅当每一输入偏振状态对该中每一部件同时产生最大衰减时才为最大测量误差优于它主要与光检测器偏振相关性有关测量结果测量结果报告应包括试验方法的标准编号试验装置的框图光源的谱宽泵浦光功率环境温度和相对湿度时间平均输入信号光功率强度调制波形
19、调制频率和调制指数电谱分析仪分辨率带宽测量波长小信号增益反向小信号增益需要时最大小信号增益和最大小信号增益波长小信号增益波长带宽小信号增益波长变化偏振相关增益变化需要时光检测器的偏振相关性需要时输入光偏振状态变化需要时试验日期和测量人员光功率计试验方法试验装置测量增益参数的光功率计法有两种可能的选择试验系统框图如图和图所示输入信号功率测量输出信号功率和测量图光功率计法测量小信号增益的试验装置选择框图输入信号功率测量输出信号功率测量图光功率计法测量小信号增益的试验装置选择框图光源如规定光功率计在工作波长带宽内光功率计应有优于的测量不确定度且与偏振状态无关动态范围应超过测得的增益例如当测量小信号增
20、益特性时为探测强度调制光信号需要有电带通滤波功能光滤波器光滤波器应该是波长可调具有小于的带通光隔离器如规定可变光衰减器如规定偏振控制器如规定光纤跳线如规定光连接器如规定波长计波长计应具有优于的波长测量不确定度试样试样要求按规定测量步骤小信号增益本方法通过测量输入信号功率输出信号功率和考虑到信号波长的功率来确定小信号增益有两种可能的选择方法来考虑选择中如图所示由于小信号条件下的与无输入信号时几乎一样首先在无输入信号时测量功率将它从输出总功率中减去此时为了减小功率使用一个可调到输入信号波长的光滤波器应考虑它的插入损耗选择中如图所示输入信号功率被调制用一个带电带通滤波器的光功率计探测调制频率下输出的
21、功率该方法测得的输出功率中排除了的功率对选择和的测量步骤分别叙述如下选择时置光源在相关详细规范中规定的试验波长上测量输入信号波长例如用波长计置光滤波器在信号波长上使得经过滤波器后探测到的信号功率最大如图所示调整光源和可变光衰减器在输入端口提供在相关详细规范中规定的光功率并测量输入信号功率如图所示通过测量无输入信号时的光输出功率如图所示估算通过光滤波器的功率电平用光功率计测量相应于输入功率的总的输出功率电平如图所示注如果被试中已有一个窄带光滤波器外部的光滤波器就可省去为避免由于再连接引起的测量误差测量期间不得移开光连接器和选择时置光源在相关详细规范中规定的试验波长上测量输入信号波长例如用波长计在
22、一个按相关详细规范中的规定的调制频率上调制光源发出的光强或者直接调制或者用一个外部调制器调光源和可变光衰减器在输入端口提供在相关详细规范中规定的时间平均输入光信号功率如图所示但要用不带电带通滤波器的光功率计测量输入信号功率按照有关详细规范用具有适合调制频率的带电带通滤波器的光功率计测量输入端口强度调制信号光功率如图所示测量输出端口的强度调制信号光功率如图所示注商用功率计上典型的电带通滤波器带通频率是为了避免由于再连接引起的测量误差测量期间不得移开光连接器和反向小信号增益除了将被试的输入端作为输出端输出端作为输入端外测量步骤完全同规定最大小信号增益设定波长可调光源在规定波长范围之内的一个波长上测
23、量输入信号波长例如用一波长计测量在相关详细规范规定的波长范围内的不同波长上重复的步骤注除非另有规定波长应以小于的间隔围绕着无输入信号时用光谱分析仪或单色仪观察到的谱分布产生最大值的波长逐步改变用基于干涉条纹计数方法的波长计在附近能得到的波长测量不确定度某些可调外腔激光二极管仪器能提供的波长不确定度最大小信号增益波长如规定最大小信号增益的温度特性待研究小信号增益波长带宽如规定小信号增益波长变化如规定小信号增益稳定性待研究偏振相关增益变化如规定计算小信号增益和反向小信号增益小信号增益用下面公式计算对选择对选择注在选择情况如果滤波器带宽很窄以至相对信号光功率足够小上面计算中可忽略是仅仅当被试工作在线
24、性区域时的小信号增益它可用绘出关系曲线确定线性区域要求是在增益完全与它无关的范围如图所示平均输入光信号功率范围一般为测量误差优于它主要取决于光功率计的不确定度最大小信号增益和最大小信号增益波长如按式或式计算不同波长下的小信号增益值所有波长下小信号增益值的最大者即为最大小信号增益最大小信号增益发生的波长即为最大小信号增益波长最大小信号增益的温度特性待研究小信号增益波长带宽如计算出最大小信号增益找出比最大小信号增益低的小信号增益所在的波长由该两个波长之间的波长间隔给出小信号增益波长带宽小信号增益随波长变化如计算出最大小信号增益和在规定的测量波长范围内的最小小信号增益最大小信号增益减去最小小信号增益
25、就可得到小信号增益随波长变化量小信号增益稳定性待研究偏振相关增益变化如按式或式计算出不同偏振状态下的小信号增益从中找出最大值和最小值偏振相关增益变化可由下式计算出注不一定表示偏振相关可能的最大变化这是因为被试的衰减仅仅当每一输入偏振状态对该中每一部件同时产生最大衰减时才为最大测量误差优于它主要取决于光功率计的偏振相关性测量结果测量结果报告应包括试验方法的标准编号试验装置的框图光源的谱宽泵浦光功率环境温度和相对湿度输入信号光功率对选择时间平均输入信号光功率对选择光滤波器的波长谱宽对选择电带通滤波器的调制特性和宽度对选择测量波长小信号增益反向小信号增益需要时最大小信号增益和最大小信号增益波长小信号增益波长带宽小信号增益波长变化偏振相关增益变化需要时光功率计不确定度的偏振相关性需要时输入光偏振状态变化需要时试验日期和测量人员附录提示的附录缩写词一览表放大的自发辐射分布布拉格反射器激光二极管分布反馈激光器外腔激光器半最大全宽发光二极管光纤放大器
