基于TLS的单通道TOF插卡式测试系统∗

王志文 柳 刚

1 引言

近年来，密集波分复用技术迅猛发展以及带宽需求不断增长，这使得全光网络将成为光通信网络的不可阻挡的发展趋势［1～2］。这一趋势使得光交换技术与信道监控技术成为全光网络发展中亟待解决的两个问题［3～5］。光通道监测器是支持密集波分复用传送、节点智能化的重要技术之一，它提供了对每个信道行为的监控能力，做到了在光层面的网络监控和管理，是发展全光网络的首要前提［6～8］。可调谐光滤波器是光通道检测器的核心器件，可调谐光滤波器件的检测是实际生产的重要一环［9～10］。目前，分立式可调谐光滤波器件的测试系统中光谱仪起着重要的作用，但是由于光谱仪造价昂贵，不易维护，很大程度上提高了可调谐光滤波器件的生产成本［11～13］。本文提出的基于可调谐激光光源（Tunable Laser Source，TLS）的单通道可调谐光滤波器（Tunable Optical Filter，TOF）插卡式测试系统针对光谱仪在测试无源光电子器件时分辨率偏低，测试速率较慢，灵敏度不足、成本高昂等缺点，提供一种新的测试方案，能够以一种低成本的方式在一定波长范围内实现同时对多个无源光电子器件光谱特性的高灵敏度快速测试，使得可调谐光滤波器件的生产成本降低，提高了测试效率。因此，本文主要针对基于TLS的单通道TOF插卡式测试系统的结构和功能，以及功率计单盘的设计做了研究。本文最后给出两种测试系统光谱的对比，表明该系统对于光谱仪的替代作用。

2 测试系统分析

2.1 测试系统结构和功能分析

本文提出的基于TLS的单通道TOF插卡式测试系统的结构如图1所示，本系统是一种TLS+光功率计板卡测试系统，包括光路部分（5）、光功率计板卡部分（6）、可调谐激光光源TLS以及上位机处理程序四部分。在光路部分（5）中设置有光学同步装置，由带通滤波器（1）和标准具（3）组成。可调谐激光源（TLS）分别经过1X2功率耦合器（2）分配功率后分为两路，一路作为同步用，另一路经过1X16功率耦合器连接各通道待测无源光电子器件。光功率计板卡并行采集同步通道并通过网口（7）发送至上位机处理程序（8），上位机处理程序采用服务器/客户端架构，服务器端程序负责各通道采样数据的同步处理，客户端程序负责还原1～16通道待测无源光电子器件的真实光谱数据。本测试系统可以实现多通道复用一台TLS光源进行多通道光谱分析。TLS一定的频率扫描，在每次发光中，光功率计单盘中的同步通道PIN17管和1～16路测试通道PIN1～16管处进行采样，直至将整个C波段扫描完成。

图1 基于TLS的单通道TOF插卡式测试系统结构图

图2 是光学同步过程示意图，光功率计单盘主控芯片ADC口对同步通道PIN17管和1～16路测试通道PIN1～16管响应进行快速、并行、同步采样，并通过网口发送采样数据给上位机处理程序采用服务器。

上位机处理程序采用服务器/客户端架构来实现多路通道实时监控功能，服务器端程序Server将从硬件部分通过网口（7）发送过来的同步通道PIN17管和测试通道PIN1～16管的响应采样数据进行整理分析，通过分析同步通道光电探测器采集的经过带通滤波器（1）和标准具（3）滤波后的光谱采样数据，并且根据标准具（3）滤波峰值波长作为同步的基准波长，还原1～16通道待测无源光电子器件（DUT1～16）的真实光谱，再将1～16通道真实光谱数据通过网口分包发送给对应客户端程序Cli⁃ent。

客户端程序Client将从服务器端程序Server接收到的真实光谱数据还原为光谱曲线，并实时显示在客户端程序Client界面上。

图2 光学同步过程

2.2 光功率计单盘设计

图3 是插卡式测试系统总体设计框图。板卡可以分为两大部分。虚线框内的为功能电路，其余部分为电源电路。

功能电路是基于STM32F207主控芯片的，控制信号通过串口UART0、接口IIC0、ADD地址接口、网口和插座相连，插座与机箱上的背板相连。单盘的所有控制都通过上述控制信号与机箱的网管盘相连，电脑通过和网管盘通信来控制单盘。同时STM32F207提供对光功率计检测电路的控制来实现对于PIN管的控制，光模块和面板相连。光路的所有接口都放在前面板上，根据测试的需要，可以通过光纤跳线进行相应的连接。同时，前面板的指示灯直观地显示了当前的工作状态。在使用网口通信时，网络变压器起升压或降压的作用，保证内部和外部不同的电压标准；网口交换芯片起对精简网口MII输出的数据进行打包后输出。

图3 插卡式测试系统总体设计框图

电源电路部分通过插座和机箱的背板相连，为板卡供电。热插拔保护电路的作用是防止在进行热插拔时，导致供电电压不稳而影响其他板卡正常工作。

3 实验结果

验证器件为窄带MEMS-TOF，分别采用16通道自制光谱仪和横河AQ6370Z光谱仪进行测试对比，横河AQ6370Z光谱仪灵敏度设置为HIGH1，采样间隔10pm，分辨率设置为50pm，16通道自制光谱仪所用TLS光源输出功率设置为9dBm，两台设备测试的峰值波长一致，测试波形基本一致，测试谱形带宽比自制光谱仪略宽，20dB带宽误差8pm。TLS和OSA的光谱对比见图3。

图 5中 ，OSA峰 值 波 长 ：1548.41nm；插损：-8.224dB；20dB带宽：0.294nm。TLS峰值波长：1548.41nm；插损：-8.02dB；20dB带宽：0.286nm。

4 结语

综上所述，基于可调谐激光光源的单通道可调谐光滤波器插卡式测试系统能够以一种低成本的方式在C波段内实现同时对多个无源光电子器件光谱特性的高灵敏度快速测试，使得可调谐光滤波器件的生产成本降低，测试效率提高。本文最后给出两种测试系统光谱的对比，表明该系统对于光谱仪具有替代作用。

图4 TLS和OSA的光谱对比1

图5 TLS和OSA的光谱对比2

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