【国家标准(GB)】 光纤放大器试验方法基本规范 第1部分:增益参数的试验方法

ICS33.180.10
中华人民共和国国家标准
GB/T16850.1—1997
光纤放大器试验方法基本规范
第1部分：增益参数的试验方法
Basic specification for optical fibre amplifier test methods-PartI:Test methods for gain parameters1997-05-28发布
1998-02-01实施
国家技术监督局发布
GB/T16850.1—1997
本标准是根据IECTC86（纤维光学技术委员会）正在制订中的阶段性标准草案（TC86/75/CDV，TC86/76/CDV，TC86/77/CDV1995)IEC1290-1《光纤放大器试验方法基本规范；第1部分：增益参数的试验方法》制订的，在技术内容上与该国际标准草案等效。IEC1290-1是由IEC中央办公室预先给定的标准号，它包括三个分标准：1290-1-1、1290-1-2、1290-1-3，规定了三种测量OFA增益参数的试验方法：光谱分析仪方法、电谱分析仪方法、光功率计方法。经过TC86第6工作组（WG6：光纤放大器）儿年的工作，这些试验方法已比较成熟，技术内容不会再有大的变动，估计1～2年之内就会正式通过，作为IEC正式出版、发布。所以本标准在技术内容上等效采用了该国际标准草案。由于三个分标准中内容有许多重复之处，本标准将三种试验方法归纳到一个标准中。这样既不失国际标准的内容，保持了与国际标准的接轨，又方便了国内用者，减少了标准数目。GB/T16850—1997在《光纤放大器试验方法基本规范》总标题下，包括9个独立的部分。本标准是第1部分。
本标准的附录A是提示的附录。
本标准由中华人民共和国邮电部提出。本标准由邮电部电信科学研究规划院归口。本标准起草单位：邮电部武汉邮电科学研究院。本标准主要起草人：陈永诗。
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中华人民共和国国家标准
光纤放大器试验方法基本规范
第1部分：增益参数的试验方法
Basic specification for optical fibre amplifiertest methods-Part 1: Test methods for gain parameters1范围
GB/T16850.1—1997
本标准规定了测量光纤放大器（OFA)增益参数的三种试验方法：光谱分析仪法、电谱分析仪法、光功率计法，确定了用这三种方法对OFA增益参数进行准确、可靠测量的统一要求。本标准适用于对使用稀土元素掺杂的有源光纤OFA的测量。2引用标准
下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。GB/T16849—1997光纤放大器总规范IEC1291-1(TC86/84/CDV1995）光纤放大器总规范3概述
增益参数是光纤放大器（OFA)最重要的参数之一3.1本标准给出了测量增益参数的三种方法：光谱分析仪法、电谱分析仪法和光功率计法。其中光功率计法为基准试验方法，其他两种方法为代用试验方法。通过测量，确定以下参数值：a）小信号增益；
b）反向小信号增益：
c）最大小信号增益，
d）最大小信号增益波长；
e）最大小信号增益的温度特性；f）小信号增益波长带宽；
g）小信号增益波长变化；
h）小信号增益稳定性；
i）偏振相关增益变化。
3.2上述参数的定义见IEC1291-1和GB/T16849—1997《光纤放大器总规范》第4章。3.3本标准中缩写词一览表见附录A（提示的附录）。4光谱分析仪试验方法
4.1试验装置
测量OFA增益参数的光谱分析仪法试验系统框图如图1所示。国家技术监督局1997-05-28批准1998-02-01实施
4.1.1光源
GB/T16850.1—1997
a)）校准
武光店
b）输入信号功率测量
可空活
光功让
微试OFA
e）输出功率测量
光媒分新使
图1光谱分析仪法测量OFA小信号增益的试验装置框图光源应该是下述固定波长光源或可调波长光源。a）固定波长光源
光源应产生相关详细规范中规定的波长和功率的光。除非另有规定，光源应发出连续的光波，其光谱宽度（半最大全宽FWHM）应小于1nm。例如：可以采用DFB激光器、DBR激光器、外腔激光二极管(ECL)或具有窄带滤波器的LED。DFB激光器、DBR激光器和ECL的边模抑制比应大于30dB，在光源输出端使用一光隔离器可更好地达到这要求。b）可调波长光源
光源应产生相关详细规范中规定的波长范围内的波长可调光，光功率应在相关详细规范中规定。除非另有规定，光源应发出连续的光波，其FWHM谱宽应小于1nm。例如：可以采用ECL或具有窄带滤波器的LED。ECL的边模抑制比应大于30dB，输出功率波动应小于0.05dB，在光源输出端使用一光隔离器可更好地达到这一要求。对于ECL，激光谱底部的谱展宽应最小。注：LED仅限于小信号增益测量时使用。4.1.2光功率计
在OFA工作波长带宽内，光功率计的测量不确定度应优于0.2dB，且与偏振状态无关，动态范围应超过测得的增益（例如40dB）。4.1.3光谱分析仪
在OFA工作波长带宽内，谱功率测量的线性度和不确定度应分别优于士1.5dB和1.0dB，谱功率测量的偏振相关性应优于士0.5dB，波长测量不确定度应优于0.5nm，动态范围应超过测得的增益（例如40dB），波长分辨率应等于或小于0.1nm。4.1.4光隔离器
光隔离器用来将OFA与外部隔离。它的偏振相关损耗变化应优于0.2dB，光隔离度应优于40dB，每一端的光回波损耗应大于40dB。4.1.5可变光衰减器
衰减可变范围和稳定性应分别大于40dB和优于士0.1dB，每一端的光回波损耗应大于40dB。4.1.6偏振控制器
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GB/T16850.1—1997
该器件应能提供所有可能的偏振状态（例如：各种方向的线偏振、圆偏振、圆偏振）作为输入信号光。偏振控制器可以由一个线偏振器和一个全光纤型的偏振控制器组成或者由一个线偏振器和一个可旋转的四分之一波片、一个可旋转的二分之一波片组成。该器件每一端的光回波损耗应大于40dB。4.1.7光纤跳线
光纤跳线中光纤的模场直径应与OFA输入和输出端口所用尾纤的模场直径尽量接近。每一端的光回波损耗应大于40dB，长度应短于2m。4.1.8光连接器
光连接器连接损耗的重复性应优于土0.2dB。4.2试样
OFA应工作在标称工作条件下，为避免由于不希望的反射可能引起OFA激射振荡，应使用光隔离器将试验下的OFA与外部隔离。这样将减小信号不稳定性和测量的不确定度。在完成测量第3章中参数a)～h)的测量期间内，应注意保持输入光的偏振状态。输入光偏振状态的变化，将因为所有使用光部件的稍微偏振相关性而导致输入光功率变化，从而导致测量误差。4.3测量步骤
4.3.1小信号增益
本方法通过测量OFA输入信号功率P，输出信号功率P和信号波长上放大的自发辐射功率PASE，从而确定OFA的小信号增益。测量步骤如下：
a）置光源在相关详细规范中规定的试验波长上b）为校准光谱分析仪，用光功率计测量P，如图la所示。c）用光谱分析仪测量Pn，如图1b所示d）用光谱分析仪测量Pout，如图1c所示。e)按照有关详细规范中规定的方法，用光谱分析仪测量PASE，如图1c所示。注
1可用不同的方法测量PASE，一种方法是用一外推程序在光谱分析仪显示器的信号波长上估计ASE功率电平。另一种方法是用一偏振器消除OFA输出中的信号分量来测量ASE功率电平，从而不受放大的信号谱的影响。在后一情况下，输入光信号应是线偏振光，消光比应优于30dB。如果偏振器方法不能足以消除信号功率，除偏振器技术外，还应附加使用外推技术。2避免由于再连接引起的测量误差，测量期间不得移去光连接器J1和J2。4.3.2反向小信号增益
除了将被试OFA的输入端作为输出端，输出端作为输入端外，测量步骤完全同4.3.1规定。4.3.3最大小信号增益
a）设定波长可调光源在规定波长范围之内的一个试验波长上，设定波长可调光源和可变光衰减器在OFA输入端口提供在相关详细规范中规定的光功率Pib）在相关详细规范规定的波长范围的不同波长上，重复4.3.1规定的步骤。注
1除非另有规定，波长应以小于1nm的间隔，围绕着无输入信号用光谱分析仪观察时，ASE谱分布产生最大值的波长逐步改变。
2用基于干涉条纹计数方法的波长计，能得到优于0.01nm的波长测量不确定度（在1550nm附近）。4.3.4最大小信号增益波长
如4.3.3规定。
4.3.5最大小信号增益的温度特性待研究。
4.3.6小信号增益波长带宽
如4.3.3规定。
4.3.7小信号增益波长变化
如4.3.3规定。
4.3.8小信号增益稳定性
待研究。
4.3.9偏振相关增益变化
GB/T16850.1—1997
a）在可变光衰减器和连接器J1(图1)之间使用一偏振控制器。b）设定光源波长在相关详细规范中规定的测量波长上，调整偏振控制器到相关详细规范中规定的偏振状态，设定光源和可变光衰减器在OFA输入端口提供符合相关详细规范中规定的光功率Pn。c）在不同的偏振状态重复4.3.1的步骤。注
1在每次测量P、Pou和PAse以后，应用偏振控制器改变输入信号的偏振状态，原则上使得大体所有的偏振状态连续地注入到被试OFA的输入端口。2偏振控制器应按相关详细规范中规定工作。当使用一线偏振器后跟一四分之一可旋转波片时，一种可能的方法如下：调线偏振器使OFA输出功率最大，四分之一波片在至少90°范围内以一定的步进角度一步步旋转，每转步，半波片至少在180°范围内一步步旋转。3为了减少由可能的应力和各向异性感应的偏振状态的变化，应使用一短段光纤跳线，并尽量保持平直。4光连接器的偏振相关损耗变化应小于0.2dB。4.4计算
4.4.1小信号增益和反向小信号增益。小信号增益G用下面公式计算：
G=10Ig[(Pout-PASE)/P］(dB)
1G是仅仅当被试OFA工作在线性区域时的小信号增益。它可用绘出G～P关系曲线确定。线性区域要求Pm是在增益完全与它无关的范围（见图2）。输入信号功率一般是在一30dBm～一40dBm。2测量误差优于士1.5dB，它取决于光谱分析仪的不确定度，主要是与它的偏振相关性有关。如果使用线偏振光（例如激光器产生的光）和一偏振控制器，通过调整输入到OFA信号光的偏振状态使得每次测量中光谱分析仪总是显示最小（或最大）信号功率，就能大大减小测量误差。另一方面，用一LED和一单色仪作光源，可使光谱分析仪的测量误差减小到士0.2dB，因为LED发出的是非偏振光。但是LED光源发射的光功率要比激光器的光功率低得多。
荔世区城
输信号站事—(dBm)
图2增益与输入信号功率关系曲线4.4.2最大小信号增益和最大小信号增益波长如4.4.1，按公式(1)计算出不同波长下的小信号增益值，所有波长下小信号增益值的最大者即为4
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GB/T16850.1—1997
最大小信号增益。最大小信号增益发生的波长即为最大小信号增益波长。4.4.3最大小信号增益的温度特性待研究。
4.4.4小信号增益波长带宽
如4.4.2，计算出最大小信号增益，找出比最大小信号增益低3dB的小信号增益所在的波长，由该两个波长之间的波长间隔给出小信号增益波长带宽。4.4.5小信号增益波长变化
如4.4.2，计算出最大小信号增益和在规定的测量波长范围之内的最小小信号增益。由最大小信号增益减去最小小信号增益就能得到小信号增益随波长变化量。4.4.6小信号增益稳定性
待研究。
4.4.7偏振相关增益变化
如4.4.1，按公式（1)计算出不同偏振状态下的小信号增益值，找出所有小信号增益值中的最大值Gmax和最小值Gmn，偏振相关增益变化AG，可由下式算出：△G,=Gmx-Gmn(dB)
·（2）
1AG，不一定表示偏振相关可能的最大变化。这是因为被试OFA的衰减仅仅当每一输入偏振状态对该OFA中的每一部件同时产生最大衰减时才为最大。2测量误差优于士1dB,这取决于光谱分析仪的测量不确定度，主要是与它的偏振相关性有关。4.5测量结果
测量结果报告应包括：
a）试验方法的标准编号；
b）试验装置的框图；
c）光源的FWHM谱宽；
d）泵浦光功率，
e）环境温度和相对湿度；
f）输入信号光功率Pm，
g）光谱分析仪波长分辨率和波长测量不确定度h）测量波长和测量波长范围，
1）小信号增益，
j）反向小信号增益（需要时）：k）最大小信号增益和最大小信号增益波长；1）小信号增益波长带宽，
m）小信号增益波长变化；
n）偏振相关增益变化（需要时)；o）光谱分析仪功率准确度的偏振相关性（需要时)；P）输入光偏振状态变化（需要时)；q）试验日期和测量人员。
5电谱分析仪试验方法
5.1试验装置
测量OFA增益参数的电谱分析仪法试验系统框图如图3所示。5
5.1.1光源
如4.1.1规定。
5.1.2光功率计
如4.1.2规定。
5.1.3电谱分析仪
发生留
光生路
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安出费
北功举计
a）时间平均输入信号光功率测量光
了步表
b）输入信号调制电功率测量
川变衰
煤认带
tt OFA
c）输出信号调制电功率测量
分析值
图3电谱分析仪法测量OFA小信号增益的试验装置框图谱功率测量误差应优于士0.5dB，线性度应优于士0.2dB。5.1.4光隔离器
如4.1.4规定。
5.1.5可变光衰减器
如4.1.5规定。
5.1.6偏振控制器
如4.1.6规定。
5.1.7光纤跳线
如4.1.7规定。
5.1.8光连接器
如4.1.8规定。
5.1.9光检测器
光检测器应对偏振高度不敏感，并具有优于士0.2dB的线性度。注：为了减小高直流电平引起的饱和效应，光检测器输出应是交流耦合的。5.1.10信号发生器
信号发生器应产生一个频率高于几百千赫的正弦波，线性度优于士1.5dB。注：对于小信号增益测量，可用光薪波系统替代信号发生器。5.2试样
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试样要求如4.2规定。
5.3测量步骤
5.3.1小信号增益
GB/T16850.1—1997
本方法通过测量信号波长上OFA输入和输出光功率的调制电功率P和Pout，来确定OFA的小信号增益。该方法使用-调制的输入信号和-电谱分析仪，允许将输出信号中ASE噪声功率分离出来，因为ASE在规定的频率上没有被调制。因此，在调制频率上的电输出功率认为没有ASE。测量步骤如下：a）设置信号发生器使得光源发射的光强在相关详细规范中规定的频率上被调制，除非另有规定，为了避免由于慢增益响应引起的波形畸变，调制频率应高于几百千赫芝（例如：1MHz)。b）置光源在相关详细规范中规定的试验波长上。c）为校准电谱分析仪，用光功率计测量时间平均输入光信号功率，如图3a所示。设定光源和调节可变光衰减器，在OFA输入端口提供在相关详细规范中规定的时间平均输入光信号功率。d）用光检测器和电谱分析仪，测量调制频率下相应于规定时间平均输入光功率的电功率P，如图3b所示。
e）用光检测器和电谱分析仪，测量调制频率下相应于OFA输出光信号的电功率Pout，如图3c所示。
注：为避免由于再连接引起的测量误差，测量期间不得移去光连接器J1和J2。5.3.2反向小信号增益
除了将被试OFA的输入端作为输出端，输出端作为输入端外，测量步骤完全同5.3.1规定。5.3.3最大小信号增益
a）设定波长可调光源在规定波长范围之内的一个波长上。b）在相关详细规范中规定的波长范围内的不同波长上，重复5.3.1规定的步骤。注
1除非另有规定，波长应以小于1nm的间隔，围绕着无输入信号时用光谱分析仪或单色仪观察到的ASE谱分布产生最大值的波长逐步改变。
2用基于干涉条纹计数方法的波长计，在1550nm附近，能得到士0.01nm的波长测量不确定度。某些可调外腔激光二极管仪器能提供士0.2nm的波长不确定度。5.3.4最大小信号增益波长
如5.3.3规定。
5.3.5最大小信号增益的温度特性待研究。
5.3.6小信号增益波长带宽
如5.3.3规定。
5.3.7小信号增益波长变化
如5.3.3规定。
5.3.8小信号增益稳定性
待研究。
5.3.9偏振相关增益变化
a）在可变光衰减器和连接器J1之间（图3)使用一偏振控制器。b）置光源波长在相关详细规范中规定的测量波长上，调节偏振控制器到相关详细规范中规定的偏振状态。
c）在不同的偏振状态，重复5.3.3规定的步骤。注
1在每次测量P、P以后，应用偏振控制器改变输入信号的偏振状态，原则上使得大体所有的偏振状态连续地注入到被试OFA的输入端口。
GB/T16850.1—1997
2偏振控制器应按有关详细规范中的规定工作，当使用一线偏振器后跟四分之一可旋转波片时，一种可能的方法为：调线偏振器，使OFA输出功率最大，四分之一波片在至少90°范围内以一定的步进角度一步步旋转，每转步，半波片至少在180°范围内一步步旋转。3为了减小由可能的应力和各向异性感应的偏振状态的变化，应使用一短段光纤跳线，并尽量保持平直状态。4光连接器的偏振相关损耗变化应小于0.2dB。5.4计算
5.4.1小信号增益和反向小信号增益小信号增益G用下面公式计算：
G=5lg(Pout/Pin)(dB)
·（3）
1G是仅仅当被试OFA工作在线性区域时的小信号增益，它可用绘出G～P关系曲线确定。线性区域要求P是在增益完全与它无关的范围，如图2所示。平均输入光信号功率范围一般为一30dBm～一40dBm。2测量误差优于士0.4dB，它主要取决于光检测器和电谱分析仪的线性度。5.4.2最大小信号增益和最大小信号增益波长如5.4.1，按公式（3)计算出不同波长下的小信号增益值，所有波长下小信号增益值的最大者，即为最大小信号增益。最大小信号增益发生的波长，即为最大小信号增益波长。5.4.3最大小信号增益的温度特性待研究。
5.4.4小信号增益波长带宽
如5.4.2，计算出最大小信号增益，找出比最大小信号增益低3dB的小信号增益所在的波长，由该两个波长之间的波长间隔给出小信号增益波长带宽。5.4.5小信号增益波长变化
如5.4.2，计算出最大小信号增益和在规定的测量波长范围之内的最小小信号增益。最大小信号增益减去最小小信号增益就可得到小信号增益随波长变化量。5.4.6小信号增益稳定性
待研究。免费标准bzxz.net
5.4.7偏振相关增益变化
如5.4.1，按公式（3）计算出不同偏振状态下的小信号增益，从中找出最大值Gmx和最小值Gmn，偏振相关增益变化△G，可由下式算出：AG,=Gmx-Gmn(dB)
（4）
1AG，不一定表示偏振相关可能的最大变化，这是因为被试OFA的衰减仅仅当每一输入偏振状态对该OFA中每一部件同时产生最大衰减时才为最大。2测量误差优于士0.4dB，它主要与光检测器偏振相关性有关。5.5测量结果
测量结果报告应包括：
a）试验方法的标准编号；
b）试验装置的框图；
c）光源的FWHM谱宽；
d）泵浦光功率，
e）环境温度和相对湿度，
f）时间平均输入信号光功率，
g）强度调制波形、调制频率和调制指数；h）电谱分析仪分辨率带宽；
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i）测量波长；
j）小信号增益；
k）反向小信号增益（需要时)；GB/T16850.1—1997
1）最大小信号增益和最大小信号增益波长，m）小信号增益波长带宽；
n）小信号增益波长变化；
o）偏振相关增益变化（需要时)；p）光检测器的偏振相关性（需要时)q）输入光偏振状态变化（需要时)，r）试验日期和测量人员。
6光功率计试验方法
6.1试验装置
测量OFA增益参数的光功率计法有两种可能的选择，试验系统框图如图4和图5所示。光源
可交光密
可变光
光迎迎器
a）输入信号功率测量
光印幸
光功卒计
b）输出信号功率和ASE测量
图4光功率计法测量OFA小信号增益的试验装置（选择1)框图强度
制光源
可变光意
a）输入信号功率测量
可变流衰
b）输出信号功率测量
带有带通恶
被器的光
带有带通法
能的光
图5光功率计法测量OFA小信号增益的试验装置（选择2)框图6.1.1光源
如4.1.1规定。
6.1.2光功率计
在OFA工作波长带宽内，光功率计应有优于0.2dB的测量不确定度，月与偏振状态无关，动态范围应超过测得的增益（例如40dB）。当测量小信号增益特性时，为探测强度调制光信号，需要有电带通9
滤波功能。
6.1.3光滤波器
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光滤波器应该是波长可调，具有小于3nm的带通(FWHM)。6.1.4光隔离器
如4.1.4规定。
6.1.5可变光衰减器
如4.1.5规定。
6.1.6偏振控制器
如4.1.6规定。
6.1.7光纤跳线
如4.1.7规定。
6.1.8光连接器
如4.1.8规定。
6.1.9波长计
波长计应具有优于0.1nm的波长测量不确定度。6.2试样
试样要求按4.2规定。
6.3测量步骤
6.3.1小信号增益
本方法通过测量OFA输入信号功率Pn、输出信号功率Pout和考虑到信号波长的ASE功率PAsE来确定小信号增益。有两种可能的选择方法来考虑ASE。选择I中，如图4所示，由于小信号条件下的PAs与无输入信号时几乎一样，首先在无输入信号时测量ASE功率，将它从OFA输出总功率中减去。此时，为了减小ASE功率，使用一个可调到输入信号波长的光滤波器(应考虑它的插入损耗)。选择I中，如图5所示，输入信号功率被调制，用个带电带通滤波器的光功率计探测调制频率下OFA输出的功率，该方法测得的输出功率中排除了ASE的功率。对选择1和I的测量步骤分别叙述如下：a）选择I时
1）置光源在相关详细规范中规定的试验波长上，测量输入信号波长（例如，用波长计）。2）置光滤波器在信号波长上，使得经过滤波器后探测到的信号功率最大，如图4a所示。3）调整光源和可变光衰减器，在OFA输入端口提供在相关详细规范中规定的光功率Pn，并测量OFA输入信号功率，如图4a所示。4）通过测量无输入信号时OFA的光输出功率，如图4b所示，估算通过光滤波器的ASE功率电平PASE。
5）用光功率计测量相应于输入功率P的总的OFA输出功率电平Pout，如图4b所示。注
1如果被试OFA中已有一个窄带光滤波器，外部的光滤波器就可省去。2为避免由于再连接引起的测量误差，测量期间不得移开光连接器J1和J2。b）选择I时
1）置光源在相关详细规范中规定的试验波长上，测量输入信号波长（例如，用波长计)。2）在一个按相关详细规范中的规定的调制频率上调制光源发出的光强，或者直接调制，或者用一个外部调制器。
3）调光源和可变光衰减器，在OFA输入端口提供在相关详细规范中规定的时间平均输入光信号10
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