在光通信系统中使用光谱分析仪的必要性
光纤通信技术一直以来给科技和社会领域带来重大变革。作为激光技术的重要应用，以光通信技术为主要代表的激光信息技术搭建了现代通信网络的框架，成为信息传递的重要组成部分。光纤通信技术是当前互联网的重要承载力量，其基本要素是光源、光纤和光电检测器。其中应用最为广泛的光源就是激光器，激光器输出的光信号的性能在很大程度上决定了输出光信号的质量。随着各种新型技术如物联网、大数据、VR&AI、5G等技术的不断涌现，对信息交流与传递提出了更高的要求，光纤通信技术作为通信网中最骨干的部分，承受着巨大的升级压力，高速、大容量的光纤通信系统及网络是光通信技术的主流发展方向。
正因为如此，也必然给光纤通信系统中的发送设备提出更为严格的要求，依次传导对各种光器件/模块以及光/电、电/光芯片也同样提出更为格的要求。为了最终保证系统的通信质量，必将从芯片、元器件开始就提出相关的性能指标要求，从而达到光纤通信系统最终的指标要求。随着光通信系统速率的不断升高，光谱分析仪成为越来越重要的测试仪表。自光芯片开始就需要利用光谱仪检测光芯片的发射波长、波谱特性以及发射光功率；芯片组合成为相关器件后，同样需要利用光谱仪检测器件（如TOSA、BOSA等）尾纤输出的光波长、光功率以及SMSR等参数；由器件组装成光模块后，更需要光谱仪测试光模块的最终发射相关特性（波长、ndB谱宽、次峰值波长、SMSR等）;构建成光通信设备/系统后，相关的系统测试规范同样要求利用光谱仪测试系统的发射与接收光信号的相关特性（波长、ndB谱宽、次峰值波长、SMSR、OSNR、光功率等），使之满足相应的规范要求。
光谱分析仪的种类和工作原理
光谱仪类别众多、用途广泛。在对光谱仪进行分类时,既涉及到多学科知识,又高度依赖行业工作经验。由于光谱仪具有工作波段和分光技术原理的专业特性,我们就从这两个角度来划分。
1、按工作波段划分
电磁频谱有其固有的频段,从光学角度看就是工作波段。因此,根据工作波段划分光谱仪类别,可将光谱仪分为射线光谱仪(<10nm)、紫外光谱仪(10~380nm)、可见光光谱仪(380~760nm)、近红外光谱仪(760nm~2.5 m)、红外光谱仪(2.5~30 m)以及太赫兹光谱仪(30~3000 m)，如图1所示。
图1 按工作波段划分的光谱仪类别
2、按分光技术原理划分
由于研发各种光谱仪时都面临着一些共性的关键技术,而分光技术恰恰是光谱仪要解决的核心问题。因此,根据分光技术原理的不同,可将其分为衍射型光谱仪、干涉型光谱仪、散射型光谱仪、荧光型光谱仪、滤光片型光谱仪和棱镜色散型光谱仪,如图2所示。
图2 按分光原理划分的光谱仪类别
目前光通信行业大量采用的是属于近红外波段的衍射光栅型光谱仪。
3、衍射光栅型光谱仪的工作原理
当前光纤通信所使用的波段全部是在780nm到1650nm这一近红外波段范围之内，这就要求采用的光谱仪扫描波长范围必须可以完全覆盖这个波段。目前光谱调谐选择主要有法布里-泊罗干涉法、迈克逊干涉法和衍射光栅（ Diffraction Grating ）法，这三种完全可以方便地覆盖整个近红外波段，而衍射光栅（ DiffractionGrating ）法以其覆盖波长范围宽、波长精度高、调谐方便和相对不太复杂的实现技术成为当今光通信用光谱分析仪的首选技术。图三为衍射光栅（ Diffraction Grating ）型光谱仪的构成原理图。它的核心部件就是用于调谐的衍射光栅，基于衍射光栅光谱仪的示意图如下图四。
图三 光谱仪的构成原理图
图四 基于衍射光栅光谱仪示意图
