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光频谱仪在光纤布拉格光栅及光纤传感器测试上的应用

2020-04-10 14:04:11 来源：先锋科技

光纤布拉格光栅（Fibre Bragg Grating, FBG）因其独特的、可灵活编程的滤波性能，与光纤传输系统的天然兼容性，以及对环境参数的高度敏感，在光通讯、光纤激光器、窄线宽/单频激光器、光纤传感等领域被广泛使用。随着光通讯、光纤传感的快速发展，要求FBG对的光频谱、偏振等特性以及外界环境有更精细的、可控的响应和敏感度，对FBG本身特性的全面、精确、细致测量尤为重要。
在FBG测试领域，先锋科技提供多种激光频谱仪用于各种精度的反射/ 透射光谱测量，可用于刻写过程以及FBG元件、光纤传感器检测；同时，先锋科技提供多种连续、脉冲的深紫外激光器，适合FBG的全息刻写与掩膜刻写，并提供超快直写平台。
一、FBG 及 FBG传感器测试方案
1、BOSA系列高分辨率光频谱仪及器件测试仪

BOSA为采用受激布里渊散射（Stimulated Brillouin Scattering, SBS）原理的光频谱仪，提供光通讯波段（C、L、O）10MHz高分辨率频谱测量。配合内置或外置的窄线宽可调谐光源，即可构成高分辨率的器件测试仪，特别适合高精度FBG测试。
与常规采用外差方式的高精度OSA不同，BOSA的SBS测量方式不会产生人为的边模伪讯，其无伪讯信噪比可达80dB，不掩盖FBG的边模特性。同时，SBS具备陡峭的滤波曲线，无需任何反卷积运算即可实现高分辨率和高近进动态范围，得到FBG真实的光谱响应。
FBG的偏振响应在高精度传感、高速光通讯中非常重要。BOSA可方便的进行偏振测试，对FBG或光纤传感器的偏振依赖反射和透射谱进行精密测量。
产品特点：
· 全光学设计；无运动部件，无射频干扰；
· 10MHz (0.08pm @ 1550nm）物理分辨率；
· 0.5pm绝对波长精度；
· 80dB免伪讯信噪比，真实反应FBG本身的边带反射率；
· 20nm/s 测量速度；
· -70dBm灵敏度，可测试长距离光纤传感器；
· 可扩展偏振测试功能；
· 位相测试功能扩展，可测试调制/相干信号。
主要参数指标

型号	BOSA 400	BOSA 100	BOSA Lite +	BOSA Lite
TLS 光源	内置	外置	内置	外置
可测波段	C、L、O		C、L
分辨率	10MHz (0.08pm @ 1550nm)		20MHz (0.16pm @ 1550nm)
波长准确度	±0.5pm (C+L), ±1.0pm (O)		±1.0pm (C+L)
无杂讯动态范围	>80dB
灵敏度	-70dBm
扫描速度	20nm/s		2.5nm/s
TLS输出	>1mW功率 <1MHz线宽	N/A	>1mW功率 <5MHz线宽	N/A

依据用户不同的需求以及已有的设备，可提供基于BOSA的灵活测试方案；

图1 内置TLS与用户自备TLS测试架构示意图
测试结果示例

图2：FBG 的插入损耗IL（黄色）、返回损耗RL（绿色）测试，横轴：0.1nm/div

图3：窄带宽FBG的插入损耗（IL）测试。横轴：50pm/div (左），3pm/div （右）。

2、BRISTOL 光频谱仪（OSA）
作为光通讯领域波长计、多波长计、光频谱仪的生产厂商，BRISTOL基于干涉仪的频谱仪系列可用于普通线宽的FBG测试。
BRISTOL 771型频谱仪为通用型高精度频谱仪，提供4GHz频谱分辨率；750型为光通讯专用频谱仪，提供25GHz频谱分辨率和0.07s的测量速度。配合宽带光源，即可实现FBG的IL、RL频谱测试。

图4 Bristol 771（左）、750（右）光频谱仪
主要技术指标：

型号	771A-NIR	771B-NIR	750
波长范围	520nm - 1700nm		1260nm - 1680nm
频谱分辨率	4GHz (0.3pm		25GHz (0.2nm @ 1550nm)
波长准确度	±0.2ppm （波长计模式）	±0.75ppm （波长计模式）	±6.5ppm (±10pm@1550nm)
测量速度	<2s		<0.07s