在采用光放大器链（通常为掺铒光纤放大器，EDFA）的长距离光通信链路中，放大自发辐射（ASE）噪声是一种典型的性能退化因素。每个放大器在其输出端都会产生噪声，这些噪声会在后续放大器中累积并被放大，最终可能导致饱和。图1示意性地描述了EDFA中的信号放大和ASE噪声产生过程。图1(a)展示了理想的信号放大过程：铒离子在泵浦波长（980 nm）的作用下被激发，跃迁到亚稳态。信号光子使铒离子从该亚稳态跃迁回低能基态，从而产生受激放大。然而，部分被激发的铒离子在与信号光子结合之前会衰变到较低的能级，导致发射出具有随机相位和方向的光子，如图1(b)所示。这些光子正是宽带ASE光谱的产生源。但通常被视为有害现象的现象，也可能具有有趣的用途，例如本文所描述的用途。.
CWDM 和 DWDM 器件的特性分析：
基于波分复用的光系统和网络的正常运行需要监测滤波器、隔离器、环形器、复用器、解复用器、开关和衰减器的光谱响应。具体而言，了解它们的中心波长、带宽、信道隔离度、带内纹波和插入损耗等特性至关重要。目前有多种特性分析方法。例如，可以使用专用实验室仪器，或者使用可调谐激光器进行波长扫描并测量输出功率。这两种方法的缺点是通常成本较高。作为替代方案，下文将提出一种快速简便的表征方法。
图 2 展示了实验室的搭建过程。它包括一个宽带光源，被测器件 (DUT) 和一台光频谱分析仪 (OSA) 连接到该光源上。几乎所有实验室都配备了 OSA，因此唯一的额外成本就是光源。光源有多种选择，例如超辐射发光二极管 (SLED)、自发辐射光源 (ASE) 或超连续谱光源。出于性价比的考虑，ASE 光源是最佳选择，它可以在合理的功率水平下提供相当宽的光谱。.
测量过程很简单。首先，在不连接被测器件 (DUT) 的情况下，即直接将光源输出连接到 OSA，在 OSA 上采集参考波形。然后，插入 DUT 后重复测量。两次波形之间的 dB 差值代表 DUT 的光谱响应。图 3 显示了该测量的示例。根据待表征的参数，将使用特定的波长范围、分辨率带宽等。测量质量很大程度上取决于所用 OSA 的类型（波长精度、动态范围）以及光源。需要考虑的主要光源特性如下所述。.
光源选择：
在选择用于元件特性分析的宽带光源，特别是ASE光源时，需要考虑几个重要特性，例如总功率、峰值功率和光谱密度。总功率以dBm或mW为单位，指的是光源的总积分功率，也就是直接连接到其输出端的功率计所显示的功率。峰值功率则指的是光谱分布中的最高功率水平，由OSA测量得到。在这种情况下，还必须提供测量所用的分辨率带宽值。最后，功率谱密度（以dBm/nm为单位）指的是光谱在1 nm狭缝内的积分功率。该特性通常使用配置为1 nm分辨率带宽的OSA进行测量，因此光谱密度会随波长变化。功率谱密度值非常重要，因为它限制了使用基于光栅的OSA时的测量动态范围。例如，考虑一个功率密度相对平坦的宽带光源，其功率密度约为-10 dBm/nm。如果我们使用分辨率带宽为 0.1 nm 的光频谱分析仪 (OSA) 进行测量，则参考功率约为 -20 dBm。如果随后连接一个插入损耗为 50 dB 的待测器件 (DUT)，则在 0.1 nm 分辨率的 OSA 下，测量结果仅为 -70 dBm。因此，在高插入损耗的情况下，可选择的最小分辨率带宽将受到限制。
除了光源的功率水平外，其在特定时间段内的稳定性也至关重要。在这种情况下，确保总功率的稳定性相对容易，但光谱密度的稳定性则不然。由于ASE光源的特性，能量经常会从一个波长转移到另一个波长。这些光谱槽中的功率变化会导致测量误差。因此，对于需要精确且可重复测量的DWDM组件表征而言，控制这一性能参数至关重要。
最后，可覆盖的波长范围也是一个需要关注的特性。通常，ASE光源在C波段和L波段（铒放大主要发生于此）提供良好的信号强度。相比之下，SLED的功率低于ASE光源，但可以覆盖更宽的波长范围。在表征CWDM组件时，波长范围尤为重要，因为它们通常工作在更宽的频段。
商用设备
在讨论了测量的基本原理之后，我们将提供一些市面上可用的ASE光源示例。首先，图4展示了EXFO FLS-2300B光源。这款高性能ASE光源的特点是输出功率超过+14 dBm，在1520至1560 nm波长范围内具有±0.04 dB/nm（15分钟）的光谱稳定性。该器件可选配平坦增益。另一家提供用于元件特性分析的宽带光源的公司是Newport Corporation。他们提供一款输出功率为+13 dBm且具有良好光谱稳定性的宽带ASE光源（1000-1650 nm）（图5）。最后，一些制造商的产品目录中也提供小型ASE模块。例如，图 6 中可以看到其中一个。在这种情况下，它是一个 C 波段（1525-1565 nm）模块，输出功率高达 +15 dBm，光谱稳定性为 ±0.05 dB/nm。
弗朗西斯科·拉莫斯·帕斯夸尔，电信工程博士
瓦伦西亚理工大学正教授
