光矢网、光子测试解决方案-EO/OE转换

经过校准的电光(E-O)转换器通过电输入产生光信号。它的一个主要应用,就是使电-电(E-E)测试装置可以表征光-电(O-E)装置。这些已校准的E-O转换器非常适合用作E-E VNA中提供光学测试的组件,Thorlabs提供的每个转换器都带有*.s2p文件,其中包含调制器在整个工作频率范围内的S21幅度和相位数据。这些数据可用于简单的响应幅度矫正,或从E-E测试系统总响应中去嵌入待测O-E装置的响应。

每个转换器的通信级组件包括由全自动偏压控制器稳定的铌酸锂(LiNbO3)调制器以及可调谐或固定波长的激光器。可调光学衰减器(VOA)和功率监测器可以实现全自动的输出功率控制与稳定。除MX40G-850之外每个转换器的功率监控器在1310 nm、1550 nm和1590 nm处经过校准,为用户提供在这些波长处或附近的准确功率读数。MX40G-850转换器的功率监控器在850 nm下校准。

MX40G、MX70G和MX70G-DB1的C波段激光器的调谐范围从1527.6 nm到1565.5 nm(191.50 THz – 196.25 THz),MX40G-LB和MX70G-LB中的L波段激光器的调谐范围从1570.0到1608.8 nm(186.35 THz – 190.95 THz),以TIU 50 GHz步长调谐。频率偏移选项能够以1 MHz的增量实现±30 GHz的精调。两种可调内部激光器选项都提供抖动功能,用于稳定波长。MX40G-850内部使用852 nm固定波长激光器,典型波长为852 nm。MX40G-1310、MX70G-1310和MX70G-DB1中使用1310 nm固定波长激光器,典型波长是1310 nm。

用户可以使用工作波长范围从1250到1610 nm的外部激光器提供光学输入(MX40G-850除外)。激光输入端口熊猫型保偏(PM)光纤,线偏振方向沿慢轴(平行于接头键槽),可接受的最大输入功率是20 dBm(100 mW)。光纤端口使用FC/PC接头。

MX40G系列转换器的调制器RF In端口接受2.92 mm(K)接头, MX70G系列转换器的调制器RF In端口接受1.85 mm(V)接头。

有两种方式控制这些转换器。最简单的方法是使用直观的触屏界面,完全控制所有仪器功能。这些仪器也可以通过后面板上的RS-232或USB端口进行远程操作。工作标签描述了图形用户界面(GUI)和用户自定义功能,我们还提供远程控制用户指南和远程控制软件工具(请看软件标签)以供下载。

特性

  • 使电-电测试装置可以表征光-电装置
  • 通过直观的触屏界面控制,或使用USB或RS-232连接进行远程控制
  • 马赫-曾德强度调制器和具有手动和全自动操作模式的偏置控制器
  • 可调光学衰减器(VOA),用于自动或手动控制功率
  • 提供S21去嵌入参数(*.s2p文件)
  • 可以使用工作波长从1250到1610 nm的外部激光光源(MX40G-850除外)
  • 集成激光器、调制器和自动偏置控制
  • 从DC到40 GHz或70 GHz的可追踪校准响应
  • 电矢量网络分析仪(VNA)光学附件
  • 单激光器和双激光器型号

每个已校准的电光转换器属于全集成装置,包含激光光源和带自动偏压控制器的铌酸锂马赫-曾德尔强度调制器;唯一需要的外部输入是Modulator RF In端口的信号源。内部激光器或外部激光光源都可以耦合到Laser In端口。这个端口使用光沿慢轴线性偏振的保偏(PM)光纤,如装置的前面板上所示。请注意,此回环不适用于MX40G-850转换器。有三处(Monitor 1、Monitor 2和Monitor 3)可以监测光功率,以控制偏压和功率,也可以在装置后面板的I/O端口获得这些功率值。Monitor 1在激光输入端,Monitor 2在调制器输出端,Monitor 3在最后的光学输出端。

去嵌入步骤

已校准的电光(E-O)转换器的一个主要应用,就是使矢量网络分析仪(VNA)等电-电(E-E)测试装置可以表征光-电(O-E)装置。E-E测试装置连接及测试E-E系统如图所示。图 中的装置将E-E VNA的Port 1输出的电信号转变为光信号,输入待测的O-E装置(DUT),然后,O-E DUT输出的电信号再传到E-E VNA的Port 2。整个E-E系统的响应包含所测E-O转换器和O-E DUT的响应之和。准确地恢复O-E DUT的响应需要减去所测E-E系统响应中转换器的响应。这就是所谓的去嵌入。

Thorlabs提供的每个已校准E-O转换器都带有一个文件(*.s2p格式),其中包含调制器在整个工作频率范围内的S21幅度和相位响应。这些数据可用于进行去嵌入步骤。注意,大多数现代的E-E VNA系统都内置有一个可以基于用户提供的*.s2p文件进行去嵌入步骤的功能。这个是最简单的方法。除此之外,该步骤也可以手动完成。

E-E VNA测量的E-E系统响应是E-O转换器和O-E DUT的响应之和。蓝色表示电气连接,红色用于光学连接。

E-E VNA测量的E-E系统响应是E-E DUT的响应。蓝色表示电气连接。

E-O转换器的主屏幕

仪器控制

图形用户界面(GUI)可让用户完全控制仪器的所有功能。每个E-O转换器使用电阻式触屏显示屏,对手指压力和塑料触控笔的轻触都比较敏感。可以使用外壳前面板上的旋钮代替屏幕上的箭头按钮,以快速更改设定值。按下(单击)旋钮可以确认新的设定值。此外,还可以通过后面板上的接头利用串行命令来驱动仪器。这点在远程控制用户指南中有相关说明,软件标签也提供了展现转换器远程控制的Windows程序。
转换器的主屏幕如图由三个主要部分组成。中间一列屏幕的右上角出现的绿点表示这些功能稳定。如果该功能还在达到稳定的过程中,该点就会闪烁。

所有可调谐激光器型号(除MX70G-DB1)的激光器设置界面

 

激光器设置

注意:这个部分不适用于MX40G-850、MX40G-1310 和MX70G-1310转换器,这些设备只具有无可配置设置的固定波长激光器。

图中显示的激光器设置界面可以通过主屏幕直接访问。每个仪器都包含一个可以根据ITU以50 GHz步长调谐的C波段或L波段通信级激光器。MX70G-DB1双波段仪器包括C波段可调谐激光器和1310固定波长激光器。如图,可以在界面最右侧选择激光源。

C波段和L波段激光器也支持精调频率偏移功能,能够以1 MHz的增量实现-30.000 GHz到+30.000 GHz的偏移,从而调节频率。为方便起见,ITU Channel波长建立了索引;使用箭头按钮就可以查看索引,选择所需的波长。

此界面也可让用户选择是否使用抖动功能(仅C波段和L波段可调谐激光器可用)来稳定波长。关闭抖动模式,相位和强度噪声较低(规格标签有典型的曲线图),但随时间变化,波长会略有偏移。如果要使用外部激光器,通过轻点主屏幕上的激光器按钮就可以关闭内部激光器。

MX70G-DB1双波段电光转换器的激光器设置界面

 

系统波长设置

注意:这个部分不适用于具有850 nm的单一校准波长且没有外部激光器输入端的MX40G-850。

如果使用外部激光器而不是内部激光器,就可能需要改变功率监测器的校准设置。这些仪器可用于1250 nm和1610 nm之间的任意波长,但只提供三种波长下的校准设置:1310 nm、1550 nm和1590 nm。这三种波长代表O波段、C波段和L波段的中心波长。默认校准设置对应内部激光器的波长范围。如果在波长范围以外工作,就通过轻点主屏幕的Menu按钮改变功率监测器的校准设置。选择System Wavelength设置,如图6所示,将功率监测器校准波长调整为最接近所使用激光光源波长的值。

系统波长选择界面

调制器偏压控制器

有四种偏压控制模式,可以选择全自动偏压控制或手动控制操作。四种自动工作模式中的三种,Peak,Quadrature和Null,参考调制透射函数上标记的区域,如图所示。选择其中一种模式工作时,利用抖动可以将调制器稳定在单独的偏压点。实际上,抖动是一种锁定方法,通过补偿由于调制器的温度敏感性随时间而产生的偏移来维持稳定的偏压点。可以将抖动的频率设定在1和10 kHz之间,抖动的幅度也可以选择。Quadrature模式可以选择在函数的正或负斜率状态下运行。

对于需要自动,且以无抖动的方式维持稳定的偏压设定点的应用,请选择Constant Ratio模式。通过轻点图中右边界面的MAN功能,配置好Ratio Set Point和Slope 的值,就可以启动该模式。这个模式可以调节偏压,并将Monitor 1和Monitor 2报告的强度值维持在选定的比例。Slope设置可让用户在升高调制器上的电压时,选择增大或减小输出的光功率。

在固定偏压且没有抖动时进行短暂的操作是一种很有用的方法。施加固定偏压有两种方式。在Peak、Quadrature或Null模式下工作时,轻点Dither值可以选择它的开关状态。关闭抖动时,固定偏压值保持为最近的自动偏压值。这样,当调制器的偏压为调制器透射函数上某一常用的设定点时,用户可以在没有抖动存在的情况下快速进行测量。Constant Bias模式也可以通过轻点Mode值,然后点击右边界面中的MAN功能访问。该界面可以启用和配置自动的Constant Ratio或固定电压的Constant Bias模式。

偏压设置界面

强度调制器的偏压点,其中Vπ是指半波电压

可调光学衰减器(VOA)

VOA提供了调节并稳定已调制的光学输出功率的方法。如图所示,VOA设置界面可让用户选择两种工作模式,并调节其参数。在Constant Attenuation模式下,从调制器输入端口返回到最后的光学输出端口之间的衰减量保持不变,这就可以将功率控制器输入端的功率变化传送到输出端。在Constant Output Power模式下,最后的光学输出功率会保持恒定,不受输入的变化影响。在该模式时,VOA相当于功率稳定器。轻点界面右边的Step功能按钮,通过箭头增大或减小设定点的值以改变步长。

VOA设置界面还允许用户选择单位,用于报告所有页面上的功率读数和参数。使用Power Units字段来选择功率值是以mW还是以dBm报告。

VOA设置界面

后面板

后面板提供额外的安全和实用功能,例如激光安全联锁和功率监测输出,RS-232端口和USB端口。USB和RS-232端口都可用于E-O转换器的远程控制操作。远程控制用户指南中完整描述了提供的串行命令和控制功能。USB端口也可用于安装可以使用的固件升级。后期的固件升级可实现其他远程控制特性和功能。

所有设备都具有短路装置,且已经安装在联锁接头里,可让仪器在箱外也保持正常工作。为了充分利用联锁功能,可将2.5 mm的插头连接到远程联锁开关,代替短路插头插入后面板的联锁插座。

E-O 转换选择指南
型号 带宽a Internal
Laser Type
Internal Laser
Wavelength
Internal
Modulator
(Type)
MX40G-850 40 GHz Fixed Wavelength 852 nm Intensity
MX40G-1310 40 GHz Fixed Wavelength 1310 nm
MX40G 40 GHz C-Band, Tunableb 1527.6 – 1565.5 nm
MX40G-LB 40 GHz L-Band, Tunableb 1570.0 – 1608.8 nm
MX70G-1310 70 GHz Fixed Wavelength 1310 nm
MX70G 70 GHz C-Band, Tunableb 1527.6 – 1565.5 nm
MX70G-LB 70 GHz L-Band, Tunableb 1570.0 – 1608.8 nm
MX70G-DB1 70 GHz Fixed Wavelength 1310 nm
C-Band, Tunableb 1527.6 – 1565.5 nm
  • 最大模拟带宽
  • ITU 50 GHz步长调谐