光电器件是光通信系统的核心部分,同时在整个光传输系统里也占据非常重要的地位,高速及超高速光电器件相关技术也是光通信领域中最具有前瞻性和先导性的领域。作为光通信产业的核心一环,基础芯片和器件的发展,关系到中国光通信产业的整体竞争力,也已成为目前中国光通信长足发展的关键瓶颈。随着光电器件及芯片自研增加,针对光电器件测试将变得日益重要。
目前数据传输速率成倍增长,光波传输系统变得越来越先进,器件设计人员和制造商必须最大限度地提高其产品的性能才能够满足日益增长的需求。
数字光通信系统的性能最终是通过比特误码率(Bit Error Ratio Test (BERT))来检验,但光电元器件(如调制器、PIN-TIA接收机和检波器)的模拟特性,对整个传输系统的性能也起着决定性的作用。只有在调制信号带宽上,准确地设计这些电光器件,才能保证信号在整个系统中高效地传输。
而光电元器件分析仪(Optical Vector Network Analyzer)就是测试不同速率/带宽的电光器件、光纤通道、有线电视传输系统、光载无线电和航空航天与国防等应用中的所有相关光电元器件S参数(例如S21、S11和S22)的首选仪器。
光电元器件分析仪可测量PIN二极管、APD、LiNbO3和电吸收调制器以及调制激光源的电光S21响应度。
根据这一测量结果,可以确定绝对响应度、3dB截止频率以及相对和绝对群时延。
图1光电器件的测量分析
目前大多数工程师更熟悉的光模块测试是分别用采样示波器和误码仪来测试眼图和误码率,通过眼图和误码率的参数来衡量光模块中发射机和接收机的特性。
这种测试时所用的信号是NRZ或者PAM4调制的数字信号,码型是PRBS伪随机码。NRZ和PAM4信号在时域上是变化的电平,NRZ是两电平变化的,PAM4是四个电平在变化,如图2所示。
光通信工程师经常用误码率和眼图来衡量光通信器件的性能。但是,误码率或眼图通常是用来衡量系统性能,很难用误码率来衡量组成系统的各个器件的性能。因此,高速光电元器件分析仪应用到光电器件的分析中来,用于表征器件的性能。
图2.1NRZ(“PAM-2”)
①2个幅度电平
②每个符号有1比特信息
③28 Gbaud NRZ=28 Gb/s
图2.2PAM4
①4个幅度电平
②每个符号有2比特信息
③对于同样的符号速率吞吐量翻倍