GB/T 43031-2023 通信用光器件频响参数测试方法

　　ICS 17 . 180 . 99 CCS L 50

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 43031—2023

　　通信用光器件频响参数测试方法

　　Test method for frequency response parameters of communication optical devices

　　2023-09-07 发布 2024-04-01 实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 43031—2023

　　目 次

　　前言 Ⅲ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语和定义 1

　　4 测试原理 2

　　5 测试条件及要求 2

　　5 . 1 环境要求 2

　　5 . 2 激光安全要求 3

　　6 测试仪器 3

　　7 测试参数 3

　　8 测试 4

　　8 . 1 相对频率响应 4

　　8 . 2 绝对频率响应 5

　　8 . 3 工作带宽 6

　　8 . 4 频响平坦度 6

　　8 . 5 相位 7

　　8 . 6 群时延 7

　　8 . 7 传输系数 8

　　8 . 8 反射系数 8

　　8 . 9 阻抗 9

　　8 . 10 互调失真 10

　　9 测试报告 12

　　附录 A (资料性) 测试报告记录表 13

　　参考文献 16

　　I

　　GB/T 43031—2023

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1 . 1—2020《标准化工作导则 第 1 部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定起草 。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利 。本文件的发布机构不承担识别专利的责任 。

　　本文件由中国科学院提出 。

　　本文件由全国光电测量标准化技术委员会(SAC/TC487)归口 。

　　本文件起草单位:中电科思仪科技股份有限公司 、中国电子科技集团公司第四十一研究所 、中国科学院空天信息创新研究院 、厦门优迅高速芯片有限公司 、湖北航天技术研究院计量测试技术研究所 、武汉光谷信息光电子创新中心有限公司 、中国信息通信研究院 、中国电子科技集团公司第四十四研究所 、中国电子科技集团公司第二十三研究所 。

　　本文件主要起草人:鞠军委 、刘志明 、王建军 、盛立文 、张爱国 、张志辉 、金辉 、韩顺利 、王璞 、柯腾隆 、陈哲 、李晓宇 、肖希 、孙小强 、郑祥亮 、王立 、张小强 。

　　Ⅲ

　　GB/T 43031—2023

　　通信用光器件频响参数测试方法

　　1 范围

　　本文件描述了通信用光器件的相对频率响应 、绝对频率响应 、工作带宽 、频响平坦度 、相位 、群时延 、传输系数 、反射系数 、阻抗 、互调失真等频响参数测试的原理 , 测试条件及要求 , 测试仪器 , 测试参数及测试方法。

　　本文件适用于电光器件 、光电器件和光光器件等通信用光器件的频响参数测试。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。 其中 , 注 日期的引用文件 , 仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件 , 其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

　　GB 7247 . 1 激光产品的安全 第 1 部分:设备分类 、要求

　　GB/T 10320—2011 激光设备和设施的电气安全

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件。 3.1

　　通信用光器件 communication optical device

　　应用在光纤通信中 , 实现调制光信号发射 、光信号接收及光信号传输的光器件。

　　注 : 按物理特性将通信用光器件分为电光器件 、光电器件和光光器件。 3.2

　　电光器件 electro-optical device

　　输入电信号转换为输出调制光信号的光器件。

　　注 : 如直调激光器 、电光强度调制器等。 3.3

　　光电器件 opto-electrical device

　　输入调制光信号转换为输出电信号的光器件。

　　注 : 如雪崩型光电二极管 、PIN 型光电二极管等。 3.4

　　光光器件 opto-optical device

　　输入为光信号 , 输出仍为光信号的光器件。

　　注 : 如半导体光放大器 、光放大器 、光衰减器 、光耦合器等。 3.5

　　s 参数 scattering parameter

　　射频及微波频段 , 用于表征网络参数或特性。

　　注 1 : 二端口网络 , s 参数分为 s 11 、s 21 、s 12 、s 22 , 其中 s 11 、s 22 为反射系数 , s 21 、s 12 为传输系数 。

　　注 2 : 对于光电器件 , 关注 s 21 、s 22 ;对于电光器件 , 关注 s 11 、s 21 ;对于光光器件 , 关注 s 21 。

　　1

　　GB/T 43031—2023

　　[来源: GB/T 21548—2021 , 3 . 11 , 有修改]

　　4 测试原理

　　通信用光器件频响参数测试配置见图 1 , 矢量网络分析模块用于微波激励信号的发生及接收 , 电光调制发射模块用于产生调制光信号 , 光电探测接收模块用于探测光信号并将其转换为微波信号 , 根据待测通信用光器件的类型 , 选择不同的模块 , 构建“微波-电/光-光/电-微波”的测试网络 , 通过频率扫描 , 实现光器件频响参数的测试 。

　　标引序号说明:

　　1 — 矢量网络分析模块 ; 7 — 光输出端口(必要时) ;

　　2 — 射频端口 1 ; 8 — 光输入端口(必要时) ;

　　3 — 电光调制发射模块(必要时) ; 9 — 射频端口 B(必要时) ;

　　4 — 光电探测接收模块(必要时) ; 10— 待测电光器件 ;

　　5 — 射频端口 2 ; 11 — 待测光电器件 ;

　　6 — 射频端口 A(必要时) ; 12— 待测光光器件 。

　　图 1 通信用光器件频响参数测试配置示意图

　　针对光电器件 , 由矢量网络分析模块 、电光调制发射模块及待测光电器件构成测试装置 。

　　针对电光器件 , 由矢量网络分析模块 、光电探测接收模块及待测电光器件构成测试装置 。

　　针对光光器件 , 由矢量网络分析模块 、电光调制发射模块 、光电探测接收模块及待测光光器件构成测试装置 。

　　5 测试条件及要求

　　5 . 1 环境要求

　　除非另有规定 , 测试环境条件应满足以下要求:

　　a) 环境温度 :23 ℃ ±5 ℃ ;

　　b) 相对湿度:20%~70% ;

　　c) 风速:≤0 . 2 m/s ;

　　d) 测试区域内无影响仪器正常工作的气流 、震动与电磁干扰等 。

　　2

　　GB/T 43031—2023

　　5 . 2 激光安全要求

　　激光安全条件应满足以下要求:

　　a) 辐射安全和防护符合 GB7247 . 1 的规定 ;

　　b) 配套的电气系统符合 GB/T 10320—2011 的规定 。

　　6 测试仪器

　　除非另有规定 , 测试仪器应满足以下要求:

　　a) 所用测量仪器经过计量检定机构检定 ;

　　b) 所用测量仪器在有效期内 ;

　　c) 矢量网络分析仪和光波元件分析仪的频率范围涵盖待测通信用光器件的频率范围 ;

　　d) 激光器与待测通信用光器件具有相同的工作波长 ;

　　e) 频谱分析仪的频率范围涵盖待测通信用光器件的频率范围 ;

　　f) 标准光接收机和光电探测器的探测波长涵盖待测通信用光器件的波长 ;

　　g) 信号源的频率范围涵盖待测通信用光器件的频率范围 。

　　7 测试参数

　　相对频率响应 、绝对频率响应 、工作带宽 、频响平坦度 、相位 、群时延 、传输系数 、反射系数 、阻抗 、互调失真等频响参数与光电器件 、电光器件 、光光器件等测试对象的对应关系见表 1 。

　　表 1 测试参数与测试对象的对应关系

　　测试参数

　　测试对象

　　光电器件

　　电光器件

　　光光器件

　　相对频率响应

　　√

　　√

　　√

　　绝对频率响应

　　√

　　√

　　√

　　工作带宽

　　√

　　√

　　—

　　频响平坦度

　　√

　　√

　　相位

　　√

　　√

　　√

　　群时延

　　√

　　√

　　√

　　传输系数

　　√

　　√

　　√

　　反射系数

　　√

　　√

　　阻抗

　　√

　　√

　　—

　　互调失真

　　√

　　√

　　—

　　注 :“ √ ”表示测试项 目 ,“—”表示非测试项 目 。

　　3

　　GB/T 43031—2023

　　8 测试

　　8 . 1 相对频率响应

　　8 . 1 . 1 测试装置

　　光电器件 、电光器件和光光器件的测试装置示意图见图 2 、图 3 和图 4 。

　　标引序号说明 :

　　1 — 激光器(必要时) ; 4 — 待测光电器件 ;

　　2 — 电光调制器(必要时) ; 5 — 矢量网络分析仪或光波元件分析仪 ;

　　3 — 光衰减器(必要时) ; 6 — 电压源 。

　　图 2 光电器件测试装置示意图

　　标引序号说明 :

　　1 — 直流偏置控制仪或电流源(必要时) ; 4 — 光衰减器(必要时) ;

　　2 — 待测电光器件 ; 5 — 矢量网络分析仪或光波元件分析仪 ;

　　3 — 光电探测器(必要时) ; 6 — 电压源(必要时) 。

　　图 3 电光器件测试装置示意图

　　4

　　GB/T 43031—2023

　　标引序号说明 :

　　1 — 激光器(必要时) ; 5 — 光电探测器(必要时) ;

　　2 — 电光调制器(必要时) ; 6 — 矢量网络分析仪或光波元件分析仪 ;

　　3 — 待测光光器件 ; 7 — 电压源(必要时) 。

　　4 — 光衰减器(必要时) ;

　　图 4 光光器件测试装置示意图

　　8 . 1 . 2 测试步骤

　　相对频率响应测试包括以下步骤 :

　　a) 根据待测通信用光器件类型,分别按照图 2 、图 3 和图 4 建立测试装置 ;

　　b) 设置测试仪器起始频率 、终止频率 、波长 、光功率等参数并进行微波域的全双端口短路—开路—负载—直通(SOLT)校准或直通—反射—传输线(TRL)校准和光波域的光校准 ;

　　c) 启动测试,扫描 s 参数的 s 21 幅度曲线 ;

　　d) 按照公式(1),对幅度曲线以参考频点 f r 的频率响应测量值 p r 进行归一化,经过数据处理得到相对频率响应 。

　　8 . 1 . 3 数据处理

　　相对频率响应按照公式(1)计算 :

　　Rfr(f t ) = p t — p r …………………………( 1 )

　　式中 :

　　Rfr(f t ) — 待测频点 f t 的相对频率响应,单位为分贝(dB) ;

　　p t — 待测通信用光器件待测频点 f t 的频率响应测量值,单位为分贝(dB) ;

　　p r — 待测通信用光器件参考频点 f r 的频率响应测量值,单位为分贝(dB) 。

　　8 . 2 绝对频率响应

　　8 . 2 . 1 测试装置

　　光电器件 、电光器件和光光器件的测试装置示意图见图 2 、图 3 和图 4 。

　　8 . 2 . 2 测试步骤

　　绝对频率响应测试包括以下步骤 :

　　a) 根据待测通信用光器件类型,分别按照图 2 、图 3 和图 4 建立测试装置 ;

　　b) 设置测试仪器起始频率 、终止频率 、波长 、光功率等参数并进行微波域的全双端口短路—开路—负载—直通(SOLT)校准或直通—反射—传输线(TRL)校准和光波域的光校准 ;

　　c) 启动测试,扫描 s 参数的 s 21 幅度曲线 ;

　　5

　　GB/T 43031—2023

　　d) 记录幅度曲线待测频点 f t 对应的幅值 ;

　　e) 重复测量 n 次,n≥10 ;

　　f) 按照公式(2),经过数据处理得到待测频点 f t 的绝对频率响应 。

　　8 . 2 . 3 数据处理

　　绝对频率响应按照公式(2)计算 :

　　Afrpi (i = 1 ,2 , … ,n) … … … … … … … … … …

　　式中 :

　　Afr(f t ) — 待测通信用光器件待测频点 f t 的绝对频率响应,单位为分贝(dB) ;

　　pi — 待测频点 f t 第 i 次测试的频率响应测试值,单位为分贝(dB) ;

　　n — 测试次数 。

　　测量结果记录表示例见表 A. 1 。

　　8 . 3 工作带宽

　　8 . 3 . 1 测试装置

　　光电器件 、电光器件的测试装置示意图见图 2 和图 3 。

　　8 . 3 . 2 测试步骤

　　工作带宽测试包括以下步骤 :

　　a) 根据待测通信用光器件类型,分别按照图 2 和图 3 建立测试装置 ;

　　b) 设置测试仪器起始频率 、终止频率 、波长 、光功率等参数并进行微波域的全双端口短路—开路—负载—直通(SOLT)校准或直通—反射—传输线(TRL)校准和光波域的光校准 ;

　　c) 启动测试,扫描 S 参数的 S21 幅度曲线 ;

　　d) 记录幅度曲线中参考频点 f r 的幅值 ;

　　e) 记录幅度曲线下降 3 dB时对应的截止频点 f e ;

　　f) 按照公式(3),经过数据处理得到工作带宽 。

　　8 . 3 . 3 数据处理

　　工作带宽按照公式(3)计算 :

　　Δf =f e — f r …………………………( 3 )

　　式中 :

　　Δf — 工作带宽,单位为赫兹(Hz) ;

　　f e — 待测通信用光器件的截止频点,单位为赫兹(Hz) ;

　　f r — 待测通信用光器件的参考频点,单位为赫兹(Hz) 。

　　测量结果记录表示例见表 A. 2 。

　　8 . 4 频响平坦度

　　8 . 4 . 1 测试装置

　　光电器件 、电光器件的测试装置示意图见图 2 和图 3 。

　　8 . 4 . 2 测试步骤

　　频响平坦度测试包括以下步骤 :

　　6

　　GB/T 43031—2023

　　a) 根据待测通信用光器件类型,分别按照图 2 和图 3 建立测试装置 ;

　　b) 设置测试仪器起始频率 、终止频率 、波长 、光功率等参数并进行微波域的全双端口短路—开路—负载—直通(SOLT)校准或直通—反射—传输线(TRL)校准和光波域的光校准 ;

　　c) 启动测试,扫描 S 参数的 S21 幅度曲线 ;

　　d) 工作带宽内,求解最大幅值 p max 和最小幅值 p min ;

　　e) 按照公式(4),经过数据处理得到频响平坦度 。

　　8 . 4 . 3 数据处理

　　频响平坦度按照公式(4)计算 :

　　Flf = p max — p min …………………………( 4 )

　　式中 :

　　Flf — 频响平坦度,单位为分贝(dB) ;

　　p max — 幅度曲线的最大幅值,单位为分贝(dB) ;

　　p min — 幅度曲线的最小幅值,单位为分贝(dB) 。

　　测量结果记录表示例见表 A. 3 。

　　8 . 5 相位

　　8 . 5 . 1 测试装置

　　光电器件 、电光器件和光光器件的测试装置示意图见图 2 、图 3 和图 4 。

　　8 . 5 . 2 测试步骤

　　相位测试包括以下步骤 :

　　a) 根据待测通信用光器件类型,分别按照图 2 、图 3 和图 4 建立测试装置 ;

　　b) 设置测试仪器起始频率 、终止频率 、波长 、光功率等参数并进行微波域的全双端口短路—开路—负载—直通(SOLT)校准或直通—反射—传输线(TRL)校准和光波域的光校准 ;

　　c) 启动测试,扫描 S 参数的 S21 相位曲线 ;

　　d) 记录相位曲线中待测频点 f t 对应的相位值 ;

　　e) 重复测量 n 次,n≥10 ;

　　f) 按照公式(5),经过数据处理得到待测频点 f t 的相位 。

　　8 . 5 . 3 数据处理

　　相位按照公式(5)计算 :

　　phpi (i = 1 ,2 , … ,n) … … … … … … … … … …

　　式中 :

　　ph(f t ) — 待测频点 f t 的相位值,单位为度( O) ;

　　pi — 待测频点 f t 第 i 次测试的相位值,单位为度( O) ;

　　n — 测试次数 。

　　测量结果记录表示例见表 A. 4 。

　　8 . 6 群时延

　　8 . 6 . 1 测试装置

　　光电器件 、电光器件和光光器件的测试装置示意图见图 2 、图 3 和图 4 。

　　7

　　GB/T 43031—2023

　　8 . 6 . 2 测试步骤

　　群时延测试包括以下步骤 :

　　a) 重复 8 . 5 . 2 中的步骤 a)~步骤 d) ;

　　b) 按照公式(6),经过数据处理得到待测频点 f t 的群时延 。

　　8 . 6 . 3 数据处理

　　群时延按照公式(6)计算 :

　　GD …………………………( 6 )

　　式中 :

　　GD(f t ) — 待测频点 f t 的群时延,单位为秒(s) ;

　　θ — 相位差,单位为度( O) ;

　　f — 频率间隔,单位为赫兹(Hz) 。

　　测量结果记录表示例见表 A. 5 。

　　8 . 7 传输系数

　　8 . 7 . 1 测试装置

　　光电器件 、电光器件和光光器件的测试装置示意图见图 2 、图 3 和图 4 。

　　8 . 7 . 2 测试步骤

　　传输系数测试包括以下步骤 :

　　a) 根据待测通信用光器件类型,分别按照图 2 、图 3 和图 4 建立测试装置 ;

　　b) 设置测试仪器起始频率 、终止频率 、波长 、光功率等参数并进行微波域的全双端口短路—开路—负载—直通(SOLT)校准或直通—反射—传输线(TRL)校准和光波域的光校准 ;

　　c) 启动测试,扫描 S 参数的 S21 极坐标曲线,记录待测频点 f t 的传输幅度 pt, mn 和传输相位 φ t, mn ;

　　d) 按照公式(7),经过数据处理得到待测频点 f t 的传输系数 。

　　8 . 7 . 3 数据处理

　　传输系数按照公式(7)计算 :

　　St, mn =pt, mn 上φt, mn (m > 0 , n > 0 , m ≠ n) …………………………( 7 )

　　式中 :

　　m — 待测通信用光器件端口号 ;

　　n — 待测通信用光器件端口号 ;

　　St, mn — 待测频点 f t 的传输系数 ;

　　pt, mn — 待测频点 f t 的传输幅度,单位为分贝(dB) ;

　　φ t, mn — 待测频点 f t 的传输相位,单位为度( O) 。

　　测量结果记录表示例见表 A. 6 。

　　8 . 8 反射系数

　　8 . 8 . 1 测试装置

　　光电器件 、电光器件的测试装置示意图见图 2 和图 3 。

　　8

　　GB/T 43031—2023

　　8 . 8 . 2 测试步骤

　　反射系数测试包括以下步骤 :

　　a) 根据待测通信用光器件类型,分别按照图 2 和图 3 建立测试装置 ;

　　b) 设置测试仪器起始频率 、终止频率 、波长 、光功率等参数并进行微波域的全双端口短路—开路—负载—直通(SOLT)校准或直通—反射—传输线(TRL)校准和光波域的光校准 ;

　　C) 启动测试,电光器件扫描 s 参数的 s 11 极坐标曲线,光电器件扫描 s 参数的 s 22 极坐标曲线,记录待测频点 ft 的反射幅度 pt, mm 和反射相位 φ t, mm ;

　　d) 按照公式(8),经过数据处理得到待测频点 ft 的反射系数 。

　　8 . 8 . 3 数据处理

　　反射系数按照公式(8)计算 :

　　st, mm =pt, mm 上φ t, mm (m > 0) …………………………( 8 )

　　式中 :

　　m — 待测通信用光器件端口号 ;

　　st, mm — 待测频点 ft 的反射系数 ;

　　pt, mm — 待测频点 ft 的反射幅度,单位为分贝(dB) ;

　　φ t, mm — 待测频点 ft 的反射相位,单位为度( O) 。

　　测量结果记录表示例见表 A. 6 。

　　8 . 9 阻抗

　　8 . 9 . 1 矢量光电扫频法

　　8 . 9 . 1 . 1 测试装置

　　光电器件 、电光器件的测试装置示意图见图 2 和图 3 。

　　8 . 9 . 1 . 2 测试步骤

　　阻抗测试包括以下步骤 :

　　a) 根据待测通信用光器件类型,按照图 2 和图 3 建立测试装置 ;

　　b) 设置测试仪器起始频率 、终止频率 、波长 、光功率等参数并进行微波域的全双端口短路—开路—负载—直通(SOLT)校准或直通—反射—传输线(TRL)校准和光波域的光校准 ;

　　C) 启动测试,扫描史密斯阻抗圆图 ;

　　d) 按照公式(9),经过数据处理得到待测通信用光器件的阻抗 。

　　8 . 9 . 1 . 3 数据处理

　　阻抗按照公式(9)计算 :

　　ZC =R+jx …………………………( 9 )

　　式中 :

　　ZC — 待测通信用光器件的阻抗,单位为欧姆(Ω) ;

　　R — 待测通信用光器件的电阻,单位为欧姆(Ω) ;