一種測試光交換芯片模塊性能的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種測試光交換芯片模塊性能的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)代通信網(wǎng)中，先進的光纖通信技術(shù)以其高速，帶寬的明顯特征而為世人所矚目。 實現(xiàn)靈活智能的、具有高度生存性的大容量全光交換網(wǎng)絡(luò)是下一代光纖通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展目 標(biāo)，主要依賴于光交換技術(shù)的演進。光交換矩陣單元是光交換節(jié)點技術(shù)的核心，通常由多個 2X2開關(guān)組成。光交換矩陣單元的構(gòu)建方式有多種，其中硅基光交換芯片模塊是光交換矩 陣單元在芯片層面上的實現(xiàn)，符合光通信器件的集成化發(fā)展趨勢，越來越受到人們的重視。
[0003] 目前，比較流行的光交換矩陣芯片是基于微環(huán)諧振器光開關(guān)單元或馬赫-曾德爾 光開關(guān)單元構(gòu)建的，光交換芯片能夠高速動態(tài)地進行光路由選擇和切換，交換規(guī)模已經(jīng)達(dá) 到16X16以上。光交換芯片模塊的設(shè)計、加工、制作、封裝、測試等諸多環(huán)節(jié)共同決定了光 交換芯片的性能優(yōu)劣，目前還沒有統(tǒng)一的測試方法，能夠像光纖通信系統(tǒng)性能測試方法那 樣將光交換芯片的主要性能參數(shù)全部給出；多數(shù)性能參數(shù)的測試方法沿用了傳統(tǒng)方法，沒 有針對性。例如，在串?dāng)_的測量中，采用關(guān)斷待測光路輸入信號的方式進行測量，沒有考慮 到光交換芯片中需要考慮的相干效應(yīng)的影響，不能客觀地評價光交換芯片正常工作時的性 能；傳統(tǒng)的測試方法也沒能將光交換芯片的頻譜特性與消光比等性能直接聯(lián)系起來，不能 準(zhǔn)確地給出光交換芯片的工作帶寬。另一方面，光交換芯片的性能很大程度上依賴于電路 的性能，由于光交換芯片的尺寸微小，對驅(qū)動或控制電路要求很高；如何能夠在光域上體現(xiàn) 出電路的穩(wěn)定性，也是一個具有挑戰(zhàn)性的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有光交換芯片測試方法的缺點提供一種測試光交換芯 片模塊性能的方法，適用于各種光交換芯片模塊進行測試，特別適合測試基于微環(huán)諧振器 的光交換芯片。本發(fā)明提供的測試方法為光交換芯片的設(shè)計開發(fā)、模塊化封裝、性能測試等 環(huán)節(jié)提供了有效的測試手段和評價依據(jù)，大大提高了芯片測試的科學(xué)性。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案中，首先說明的是光交換芯片的工作狀態(tài)中輸入端與輸出端為 一一對應(yīng)，因而本發(fā)明所述的測試方法也是針對一組指定的待測輸入、輸出端口進行說明 的，具體技術(shù)方案為：一種測試光交換芯片模塊性能的方法，包括以下步驟：
[0006] 步驟1.初始化待測光交換芯片的開關(guān)單元配置狀態(tài)：針對待測光交換芯片任一 組指定待測輸入、輸出端口，"開"狀態(tài)定義為待測輸入端口與待測輸出端口之間建立連通 光路的狀態(tài)，反之為"關(guān)"狀態(tài)；同時定義"單端口輸入"表示僅有待測輸入端口輸入光信號， "多端口輸入"表示除待測輸入端口外還有一個或一個以上輸入端口輸入光信號；同時，所 有輸入端口輸入光信號為等功率的光信號；
[0007] 步驟2.在"單端口輸入"狀態(tài)下，配置待測光交換芯片為"開"狀態(tài)，測量得待測 輸出端口的輸出光頻譜曲線P 1 (f);再配置待測光交換芯片為"關(guān)"狀態(tài)，測量得待測輸出端 口的輸出光頻譜曲線PD(f);并計算相應(yīng)消光比曲線：ERdB= P ldB(f)-PQdB(f)，該消光比曲線 以dB為單位，PldB (f)和Pmb (f)分別由P1 (f)和P。(f)單位轉(zhuǎn)換得到；
[0008] 步驟3.在"多端口輸入"狀態(tài)下，配置待測光交換芯片為"開"狀態(tài)，測量得待測 輸出端口的輸出光頻譜曲線亇(/):再配置待測光交換芯片為"關(guān)"狀態(tài)，此時保持待測輸出 端口與所有輸入端之間為"關(guān)"狀態(tài)，測量得待測輸出端口的輸出光頻譜曲線/Π /);并計算 相應(yīng)消光比曲線：五以=片、(/)-&?(/)，該消光比曲線以dB為單位，ifWTO和分別 由和/Π /)單位轉(zhuǎn)換得到；
[0009] 步驟4.計算待測光交換芯片為"關(guān)"狀態(tài)下，待測輸出端的輸出光功率增益曲線： Gms =C,S(/)U/)，該增益曲線以dB為單位；
[0010] 步驟5.計算待測光交換芯片為"開"狀態(tài)下，待測光交換芯片的串?dāng)_性能：CTdB(f )~101g(GodB+AERdB)-6.378,其中，-
[0011] 在本發(fā)明中，步驟2、3中測量待測輸出端口在不同狀態(tài)下的輸出光頻譜曲線的方 法為：采用指定譜寬的寬譜光源，通過光譜分析儀一次獲得頻譜曲線；或者通過設(shè)置掃描 激光器連續(xù)輸出指定譜寬的光信號，利用光功率計接收每個頻率分量的光功率，最后疊加 得到頻譜曲線。將"開"、"關(guān)"狀態(tài)下的頻譜曲線疊加在同一個坐標(biāo)系中即可得到類似于通 信信號分析儀眼圖的頻譜圖像，即頻譜眼圖；頻譜眼圖的上下張開度對應(yīng)于相應(yīng)工作波長 處的消光比，據(jù)此能夠直觀地觀察光交換芯片的驅(qū)動或控制狀態(tài)；另外實現(xiàn)多波長信號的 交換功能時，根據(jù)頻譜眼圖能夠得到該光交換芯片處于特定交換狀態(tài)下所需消光比對應(yīng)的 工作波長范圍，即工作帶寬，有助于優(yōu)化交換芯片模塊的性能。
[0012] 根據(jù)所得到的頻譜眼圖，在每個波長或頻點上對"開"、"關(guān)"狀態(tài)下的頻譜曲線進 行功率比較，可得消光比的波長（頻率）依賴曲線，即為消光比曲線；消光比曲線反映了光 交換芯片由指定"開"狀態(tài)轉(zhuǎn)換到指定"關(guān)"狀態(tài)時的消光比隨波長（頻率）的變換關(guān)系； 通過消光比曲線還能夠定量地測量交換芯片的帶寬容量，便于選擇合適的調(diào)制信號進行傳 輸。
[0013] 本發(fā)明中，所有輸入端口輸入光信號為等功率的光信號，將"關(guān)"狀態(tài)下的"多端口 輸入"與"單端口輸入"狀態(tài)下的頻譜曲線進行之比，就得到了功率增益曲線；通過"關(guān)"狀 態(tài)下的功率增益曲線和單端口 /多端口輸入情況下的消光比曲線，就能夠得到光交換芯片 的串?dāng)_隨工作波長（頻率）的變化關(guān)系。由于光交換芯片波導(dǎo)結(jié)構(gòu)尺寸非常小，輸入光信號 在芯片中會進行多徑開關(guān)耦合，特別是在多端口輸入情況下，不僅會出現(xiàn)串?dāng)_功率的疊加， 也容易導(dǎo)致串?dāng)_的相干疊加，在基于微環(huán)諧振器和馬赫-曾德爾干涉結(jié)構(gòu)的交換芯片中尤 其明顯；本發(fā)明提供的串?dāng)_測試方法，能夠?qū)⒔粨Q芯片中不可避免的干涉因素考慮在內(nèi)，測 試結(jié)果更加符合實際情況。
[0014] 另外，由于控制電路的不穩(wěn)定性和測試環(huán)境的變化等各種因素，尤其對于微環(huán)諧 振器這類較敏感的器件來說，多次測量疊加之后的消光比曲線會出現(xiàn)"抖動"現(xiàn)象，能夠測 量得其標(biāo)準(zhǔn)差σ，從而計算其光信噪比〇SNR dB= ER dB-σ dB;能夠直觀地觀測到電路抖動等 因素對光交換芯片交換性能的影響。
[0015] 綜上，本發(fā)明提供的測試光交換芯片模塊性能的方法，能夠像光纖通信系統(tǒng)性能 測試方法那樣，綜合測量出光交換芯片的主要性能參數(shù)，包括消光比、串?dāng)_、光信噪比、帶寬 及其抖動、頻譜形狀因子等，可為光交換芯片模塊的設(shè)計、加工、制作、封裝、測試等諸多環(huán) 節(jié)提供統(tǒng)一的測試方法，針對性強。與傳統(tǒng)測試方法相比，傳統(tǒng)方法為了測試方便往往需要 通斷信號光，這樣的所測得的串?dāng)_結(jié)果并沒有考慮到信號光與串?dāng)_之間的相互作用，也有 別于芯片的實際工作狀態(tài)；而本發(fā)明的串?dāng)_測量方法總是在待測光信號始終存在的條件下 進行測量的，與光交換芯片的實際工作情形一致，能夠客觀地反映光交換芯片正常工作時 的性能，測量出的芯片帶寬也總是與消光比等性能參數(shù)相聯(lián)系。光交換芯片的傳輸性能與 驅(qū)動或控制電路的穩(wěn)定性密切相關(guān)，本發(fā)明公開的測試光交換芯片模塊性能的方法也可以 用于測試電路的穩(wěn)定性，即在光域上評價電路的噪聲特性。
【附圖說明】
[0016] 圖1是本發(fā)明提供測試光交換芯片模塊性能的方法的流程示意圖。
[0017] 圖2是實施例中待測光交換芯片"單端口輸入"狀態(tài)下的頻譜眼圖曲線。
[0018] 圖3是實施例中由圖2所示頻譜眼圖得到的消光比隨頻率曲線。
[0019] 圖4是實施例中測量得串?dāng)_隨頻率的變化曲線。
[0020] 圖5是實施例中測量得具有一定抖動寬度的消光比曲線。
【具體實施方式】