一種測試光交換芯片模塊性能的方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于光通信技術領域，具體涉及一種測試光交換芯片模塊性能的方法。
【背景技術】
[0002] 現代通信網中，先進的光纖通信技術以其高速，帶寬的明顯特征而為世人所矚目。 實現靈活智能的、具有高度生存性的大容量全光交換網絡是下一代光纖通信網絡的發展目 標，主要依賴于光交換技術的演進。光交換矩陣單元是光交換節點技術的核心，通常由多個 2X2開關組成。光交換矩陣單元的構建方式有多種，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，符合光通信器件的集成化發展趨勢，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諧振器光開關單元或馬赫-曾德爾 光開關單元構建的，光交換芯片能夠高速動態地進行光路由選擇和切換，交換規模已經達 到16X16以上。光交換芯片模塊的設計、加工、制作、封裝、測試等諸多環節共同決定了光 交換芯片的性能優劣，目前還沒有統一的測試方法，能夠像光纖通信系統性能測試方法那 樣將光交換芯片的主要性能參數全部給出；多數性能參數的測試方法沿用了傳統方法，沒 有針對性。例如，在串擾的測量中，采用關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系起來，不能 準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，對驅動或控制電路要求很高；如何能夠在光域上體現 出電路的穩定性，也是一個具有挑戰性的問題。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于針對現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諧振器 的光交換芯片。本發明提供的測試方法為光交換芯片的設計開發、模塊化封裝、性能測試等 環節提供了有效的測試手段和評價依據，大大提高了芯片測試的科學性。
[0005] 本發明的技術方案中，首先說明的是光交換芯片的工作狀態中輸入端與輸出端為 一一對應，因而本發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單元配置狀態：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，反之為"關"狀態；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"狀態下，配置待測光交換芯片為"開"狀態，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"狀態，測量得待測輸出端 口的輸出光頻譜曲線PD(f);并計算相應消光比曲線：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)單位轉換得到；
[0008] 步驟3.在"多端口輸入"狀態下，配置待測光交換芯片為"開"狀態，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"狀態，此時保持待測輸出 端口與所有輸入端之間為"關"狀態，測量得待測輸出端口的輸出光頻譜曲線/Π /);并計算 相應消光比曲線：五以=片、(/)-&?(/)，該消光比曲線以dB為單位，ifWTO和分別 由和/Π /)單位轉換得到；
[0009] 步驟4.計算待測光交換芯片為"關"狀態下，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"狀態下，待測光交換芯片的串擾性能：CTdB(f )~101g(GodB+AERdB)-6.378,其中，-
[0011] 在本發明中，步驟2、3中測量待測輸出端口在不同狀態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；或者通過設置掃描 激光器連續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"狀態下的頻譜曲線疊加在同一個坐標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于相應工作波長 處的消光比，據此能夠直觀地觀察光交換芯片的驅動或控制狀態；另外實現多波長信號的 交換功能時，根據頻譜眼圖能夠得到該光交換芯片處于特定交換狀態下所需消光比對應的 工作波長范圍，即工作帶寬，有助于優化交換芯片模塊的性能。
[0012] 根據所得到的頻譜眼圖，在每個波長或頻點上對"開"、"關"狀態下的頻譜曲線進 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"狀態轉換到指定"關"狀態時的消光比隨波長（頻率）的變換關系； 通過消光比曲線還能夠定量地測量交換芯片的帶寬容量，便于選擇合適的調制信號進行傳 輸。
[0013] 本發明中，所有輸入端口輸入光信號為等功率的光信號，將"關"狀態下的"多端口 輸入"與"單端口輸入"狀態下的頻譜曲線進行之比，就得到了功率增益曲線；通過"關"狀 態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 的串擾隨工作波長（頻率）的變化關系。由于光交換芯片波導結構尺寸非常小，輸入光信號 在芯片中會進行多徑開關耦合，特別是在多端口輸入情況下，不僅會出現串擾功率的疊加， 也容易導致串擾的相干疊加，在基于微環諧振器和馬赫-曾德爾干涉結構的交換芯片中尤 其明顯；本發明提供的串擾測試方法，能夠將交換芯片中不可避免的干涉因素考慮在內，測 試結果更加符合實際情況。
[0014] 另外，由于控制電路的不穩定性和測試環境的變化等各種因素，尤其對于微環諧 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"抖動"現象，能夠測 量得其標準差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，包括消光比、串擾、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計、加工、制作、封裝、測試等諸多環 節提供統一的測試方法，針對性強。與傳統測試方法相比，傳統方法為了測試方便往往需要 通斷信號光，這樣的所測得的串擾結果并沒有考慮到信號光與串擾之間的相互作用，也有 別于芯片的實際工作狀態；而本發明的串擾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相聯系。光交換芯片的傳輸性能與 驅動或控制電路的穩定性密切相關，本發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擾隨頻率的變化曲線。
[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】