Решения для анализа шумов и параметров перестройки длины волны лазерных источников

Современные области науки и техники, такие как оптические сети передачи данных 5G/6G, оптоэлектронные интегральные схемы, оптоволоконные сенсорные системы и крупные лазерные исследовательские комплексы, предъявляют повышенные требования к стабильности и качеству лазерного излучения. Оптические чипы, оптические модули, пассивные оптические компоненты и другие элементы служат технологическим фундаментом развития оптоэлектронной отрасли. 

В условиях стремительного роста производительности оптоэлектронных систем растёт потребность в высокоточном тестировании лазерного шума и спектральных характеристик длины волны. Стабильность частоты излучения и низкий уровень шумов становятся важными параметрами, определяющими надёжность и быстродействие современных телекоммуникационных систем, точность измерений в сенсорных приложениях и качество исследований в научных лабораториях.

Для решения этих задач компания «Специальные Системы. Фотоника» предлагает анализатор RIN 6241F, анализатор частотного шума 6220 и системы быстрого сканирования длин волн TLS-AT. Чтобы оценить их возможности на практике, приглашаем вас на онлайн-демонстрацию – наши специалисты покажут приборы в работе и ответят на вопросы.

Записаться на онлайн-демонстрацию оборудования

Предпосылки применения систем анализа

Необходимость точного контроля параметров лазерного излучения обусловлена спецификой работы различных классов оптоэлектронных устройств:

• Оптические чипы требуют анализа поверхностного и торцевого излучения для контроля качества изготовления и характеризации рабочих параметров.
• Оптические компоненты (DFB, оптическое волокно, LED и др.) нуждаются в оценке спектральной чистоты и стабильности излучения для обеспечения совместимости в сложных оптоэлектронных системах.
• Оптические модули (TOSA, BOSA, электрооптические модуляторы и др.) требуют комплексного тестирования для гарантии соответствия стандартам телекоммуникационной отрасли.
• Перестраиваемые источники нуждаются в точной характеризации параметров перестройки для применения в спектроскопии и системах волнового мультиплексирования.

Физические основы лазерного шума

Для понимания необходимости специализированных средств измерений рассмотрим природу шумовых процессов в лазерных источниках излучения. Лазерное излучение состоит из двух фундаментальных компонент: вынужденного и спонтанного излучения.

Вынужденное излучение характеризуется согласованной частотой и фазой, что обеспечивает когерентность лазерного пучка. Именно эта компонента определяет основные рабочие характеристики лазера и используется в практических приложениях.

Спонтанное излучение возникает в результате случайных квантовых переходов и обладает разбросанной частотой и мощностью. Эта компонента является источником фундаментальных шумов, ограничивающих стабильность лазерного излучения.

Взаимодействие этих двух компонент приводит к возникновению интерференционных эффектов, которые проявляются в виде двух основных типов шумов:

1. Шум относительной интенсивности (RIN) характеризует флуктуации мощности оптического излучения.
2. Частотный шум отражает нестабильность частоты излучения и приводит к уширению спектральной линии лазера.

Обзор решений для анализа оптического шума

Компания «Специальные Системы. Фотоника» предлагает комплексные решения для характеризации обоих типов шумов, основанные на современных методах интерферометрии и спектрального анализа.

Анализатор относительного шума интенсивности 6241F Система анализа RIN представляет собой специализированный измерительный комплекс, состоящий из двух основных функциональных блоков: Анализатор спектра обеспечивает приём оптических сигналов постоянной и переменной составляющих, их обработку и алгоритмическую коррекцию для получения точных спектральных характеристик шума. Оптический модуль выполняет фотоэлектрическое преобразование сигналов с разделением переменной и постоянной составляющих, что позволяет выделить шумовую компоненту на фоне среднего уровня мощности. Принцип тестирования основан на прямом измерении флуктуаций оптической мощности с последующим спектральным анализом. Система оснащена оптическим и ВЧ-интерфейсами для подключения к исследуемым лазерным источникам и внешним системам управления.

Программное обеспечение анализатора RIN предоставляет пользователю расширенный набор функций: Однокнопочная калибровка позволяет после включения прибора выполнить калибровку для удаления теплового шума системы и дробового шума, что повышает точность измерений без необходимости сложных процедур настройки. Однокнопочное тестирование обеспечивает простоту управления и лёгкость освоения прибора, позволяя проводить измерения в автоматическом режиме. Маркировка данных позволяет отмечать максимальные и минимальные значения измерений, а также одновременно сравнивать несколько наборов данных для анализа динамики изменений параметров. Настройки анализатора спектра предусматривают ускорение времени тестирования и обеспечение более гладких кривых измерений.

Анализатор частотного шума оптического излучения 6220 Для характеризации частотных параметров лазерного излучения применяется специализированная система, также включающая анализатор спектра и оптический модуль, но работающая по иному принципу. Анализатор спектра в данной конфигурации оптимизирован для приёма оптических частотных сигналов и анализа частотного шума с высоким разрешением. Оптический модуль реализует интерференцию оптических сигналов с последующим фотоэлектрическим преобразованием, что позволяет преобразовать частотные флуктуации в амплитудные для их последующего измерения. Функциональные возможности системы включают: Характеристику спектра частотного шума. Расчёт ширины линии белого шума. Расчёт ширины линии методом самогетеродинной интерференции с задержкой.

Программное обеспечение для анализа частотного шума и ширины линии предоставляет дополнительные возможности: Калибровка не требуется: после включения прибор готов к работе сразу, что сокращает время подготовки измерений. Однокнопочное тестирование обеспечивает простоту управления и лёгкость освоения, аналогично системе анализа RIN. Настройки сканирования предусматривают два режима: детальное сканирование и быстрое сканирование для экспресс-анализа. Расчёт ширины линии выполняется автоматически как для белого шума, так и методом DSH.

Технические характеристики анализатора частотного шума / ширины линии

Системы быстрого сканирования длин волн TLS-AT

Помимо анализа шумовых характеристик, современные оптоэлектронные системы требуют точной характеризации спектральных параметров перестраиваемых лазерных источников и пассивных оптических компонентов. Для решения этих задач компания предлагает высокопроизводительные системы быстрого сканирования длин волн.

Архитектура системы сканирования

Система быстрого сканирования длин волн представляет собой модульную платформу, включающую несколько функциональных блоков:

Применение систем сканирования

Системы быстрого сканирования находят применение при тестировании широкого спектра оптических компонентов и устройств:

• Оптические усилители требуют характеризации спектральной зависимости коэффициента усиления, что достигается путём сканирования длины волны входного сигнала и измерения выходной мощности.
• Оптические переключатели нуждаются в оценке спектральных характеристик переключения, вносимых потерь и изоляции между каналами.
• Устройства волнового мультиплексирования (WDM) требуют точного измерения центральной длины волны каналов, ширины полосы пропускания и уровня перекрёстных помех.
• Ответвители, разветвители, изоляторы и другие пассивные компоненты характеризуются по вносимым потерям (IL), возвратным потерям (RL) и поляризационно-зависимым потерям (PDL).

Технические возможности систем сканирования Программное обеспечение систем сканирования обеспечивает расширенную функциональность: Поддержка более 2 млн точек данных на канал. Минимальное время выборки: 1 мкс. Поддержка каскадного подключения хоста, количество каналов ≥ 144. Динамический диапазон > 75 дБ.

Реализованные проекты

Тестирование оптических модулей 800G Клиенту потребовалось протестировать характеристики RIN и ширины линии оптического модуля 800G. Тестирование шумовых характеристик на различных частотах позволило существенно повысить эффективность верификации и доработки конструкции на этапе разработки. Успешно пройдена однократная сертификация по производительности данной компании, в настоящий момент клиент оформил заявку на закупку. Характеризация оптических чипов Заказчику потребовалось протестировать характеристики RIN оптического чипа. С помощью юстировочного стола выходное излучение чипа было состыковано с оптическим волокном, после чего проведено тестирование шумовых характеристик на различных частотных точках. Заказчик сравнил продукцию нескольких производителей и отметил, что измерительное оборудование обеспечивает наилучшее отношение сигнал/шум.

Автоматизация производственного контроля

Заказчик нуждался в тестировании характеристик вносимых потерь (IL), возвратных потерь (RL) и поляризационно-зависимых потерь (PDL) сборки циркуляторов на производственной линии. Для проверки различных параметров компонентов была применена заказная система сканирования длин волн. Внедрение полностью автоматизированного тестового решения позволило существенно повысить эффективность производственных испытаний. Уже закуплено 2 комплекта.

Сравнительный анализ решений

Анализаторы частотного шума

Параметр	Sycatus (Япония)	Анализатор частотного шума оптического излучения 6220
Диапазон длин волн	1260 – 1620 нм	1240 – 1630 нм
Диапазон частот	5 Гц – 255 МГц	100 Гц – 255 МГц
Диапазон мощностей	от -7 дБм до +3 дБм	от -7 дБм до +3 дБм
Чувствительность	6 Гц/√Гц (@1 МГц)	50 Гц/√Гц (@10 МГц)

Системы быстрого сканирования длин волн

Параметр	Santec (Япония)	Системы быстрого сканирования длин волн TLS-AT
Диапазон длин волн	1260 – 1620 нм	1260 – 1620 нм
Динамический диапазон	> 75 дБ	> 75 дБ
Время выборки	1 мкс	1 мкс
Объём данных на канал	2 млн	2 млн

Японское оборудование требует самостоятельной интеграции системы заказчиком и характеризуется высокой ценой за единицу оборудования. Предлагаемое решение обеспечивает возможность кастомизации автоматических тестовых систем под конкретные потребности заказчика и ценовое преимущество.

Конкурентные преимущества

Таким образом, предлагаемые решения для анализа шумов и параметров перестройки длины волны обеспечивают:

• Превосходные технические характеристики по сравнению с существующими аналогами.
• Ценовое преимущество в размере 40–60% относительно японского оборудования.
• Краткие сроки поставки и отсутствие риска экспортных ограничений.
• Техническая поддержка на территории России и ЕАЭС.
• Возможность кастомизации под специфические требования заказчика.

Компания «Специальные Системы. Фотоника» является официальным дистрибьютором представленных решений и оказывает полную техническую поддержку на всех этапах внедрения оборудования.

Наши специалисты будут рады предоставить любую дополнительную информацию и подобрать оптимальное решение для ваших задач. Для оформления заказа или получения консультации, пожалуйста, свяжитесь с нами.