因此，为了确保用户期望的服务质量，必须对DWDM光器件和子系统进行测量和表征，并分析光网络的运行参数。本文将分析DWDM光器件的主要参数和测量程序，而DWDM光网络的运行参数分析和主要测量设备将在后续文章中进行探讨。.
对DWDM器件的测试测量
在分析光学元件的质量时，无论是用于研发、生产线还是维护，全面而严谨的测量测试都至关重要。因此，设计和产品工程师必须深入了解元件关键光学参数的测量流程以及测量结果的解读。下文将简要讨论DWDM器件中可测量的主要光学参数。.
插入损耗
与任何电子设备一样，插入损耗是指输入到设备中的功率（在本例中为光功率）与输出到设备中的功率之差。理想情况下，该值应尽可能小。插入损耗是针对特定波长的光信号定义的。因此，对于密集波分复用 (DWDM) 设备，必须为所有工作信道的波长指定该值。需要注意的是，插入损耗是针对无源 DWDM 设备（例如滤波器、耦合器或复用器）定义的，而对于有源设备（例如光放大器），则定义了增益（插入损耗的倒数）。.
制造商通常会提供一张图表，展示器件损耗随光信号波长的变化情况，该图表涵盖了器件预期使用的整个带宽。该图表根据国际电信联盟 (ITU) 标准标明了 DWDM 信道的波长，以及由于发射机波长变化而允许的损耗容差。定义插入损耗的最佳方法是参考相关 ITU 信道中的最大损耗（最坏情况）。例如，图 1 显示了 DWDM 信道滤波器的这些参数。最后，在指定插入损耗时，必须了解器件是在带连接器还是不带连接器的情况下进行测量的。.
卷曲
如图 1 所示，DWDM 器件的通带并非完全平坦。插入损耗值反映了器件在给定波长处的损耗，但它无法提供关于这些损耗在通带或 ITU 信道上变化的信息。因此，定义了纹波参数来表征这种随波长的变化。纹波定义为通带内最大插入损耗与最小插入损耗之差，如图 1 所示。了解纹波值可以帮助我们估算发射光功率的潜在变化，并验证器件是否满足其设计规范。对于大多数器件而言，过高的纹波值是不可接受的。.
另一个直接相关的参数是最大纹波斜率。它指的是发射机波长微小变化引起的信道功率变化。该参数以 dB/nm 为单位，即使器件具有很低的插入损耗和纹波损耗，其过高的值也可能导致器件不适用。.
带宽
与任何电子元件一样，光学器件的带宽定义为器件响应超过特定值（通常为其最大值或半峰全宽 (FWHM) 值的 -3 dBm，参见图 1）的光谱宽度。为了定义带宽，必须指定此阈值，典型值为最大值以下 0.5、1、3 或 20 dB。器件的带宽有两个用途。首先，它确定了器件具有可接受损耗值（约 0.5 或 1 dB）的光谱范围，例如，多路复用器的通带。其次，它定义了滤波器的选择性或滚降特性。在这种情况下，使用 -20 dB 处的带宽值。因此，理想的矩形滤波器在 -0.5、-3 和 -20 dB 处具有相同的带宽值。制造商开始使用称为品质因数 (FOM) 的新参数来描述滤波器的响应形状。该参数定义为：
FOM = -3 dB 处的带宽
-20 dB 处的带宽
理想情况下，FOM 应等于 1，一般来说，高阶滤波器的过渡带会更加陡峭，FOM 值会更接近于 1。.
中心波长
中心波长通常用于描述多路复用器信道，定义为通带上下截止波长（损耗增加 3 dB 的波长）的中点。它不一定与峰值波长（损耗最小的波长）重合。但是，对于具有完全对称响应的器件，这两个波长确实重合。中心波长通常计算为损耗为 3 dB 的两个波长的中点。.
与此参数直接相关的是标称波长，它对应于器件的工作波长，通常可在国际电信联盟（ITU）波长网格中找到。光发射机将在一定容差范围内接近该波长工作；因此，对于用于密集波分复用（DWDM）系统的激光发射机而言，这是另一个需要测量的重要参数。激光器的输出波长会随温度漂移而变化，必须对其进行严格控制（参见CONECTrónica No. 40，第14-16页）。.
光回波损耗
当光注入到光学元件中时，大部分光功率会被传输，但也有少量会被吸收或反射。反射光功率会带来诸多不利影响。首先，它会导致损耗增加。其次，密集波分复用（DWDM）激光发射器对反射光非常敏感，因为不必要的反射会降低激光器的稳定性或系统的信噪比。在某些情况下，反射甚至会损坏器件本身。此外，反射光可能会再次反射回来，与原始信号叠加，造成多径干扰，从而导致解调问题。最后，掺铒光纤放大器（EDFA）内部的反射，尤其是在增益模块两端的反射，会加剧放大器的噪声水平。.
在光纤系统中，反射是由瑞利散射和菲涅耳反射引起的。瑞利散射发生在光纤内部，是由于光波与晶体分子之间的相互作用造成的。散射强度取决于信号的波长和晶体成分，典型值约为-70 dB/m。另一方面，菲涅耳反射发生在出现不连续性的离散点，例如连接器或适配器内部。这些反射是由空气间隙、错位或折射率变化引起的。.
回波损耗是一个正的dB值，它表示反射波相对于入射波的衰减（入射功率除以反射功率），而反射则用负的dB值来量化（反射功率除以入射功率）。通常来说，较高的回波损耗值是理想的，但也存在一些器件恰恰相反的情况，因为在这些情况下，反射才是所需的现象。布拉格光栅和反射镜就是这类器件的例子。测量光回波损耗的实验装置非常简单，如图2所示。光电探测器直接测量被测器件（DUT）反射的光功率。但是，需要事先使用已知值的DUT对系统进行校准。.
在密集波分复用（DWDM）器件中，必须测量所有目标波长的回波损耗。这可以通过两种不同的方式实现：使用可调谐光源或使用宽带自发辐射放大（ASE）光源。对于多路复用器，必须在每个输入端进行测量，这使得具有大量通道的器件的测量过程难以自动化。.
方向性
多输入光子器件的方向性参数衡量其输入端之间的隔离度。该参数在多路复用器中尤为重要，如前所述，必须最大限度地减少反射到系统发射器的光。通常，只需测量几个通道的方向性即可。该装置与图 2 所示的装置非常相似。唯一的区别在于，光源施加到多路复用器的一个输入端，而光接收器测量从其他每个输入端返回的光功率。因此，方向性是注入光功率与测量光功率之间的分贝差。对于具有大量通道的器件，这种测量也难以实现自动化。.
通道隔离和串扰
这些测量参数在DWDM复用器和信道滤波器中非常典型。隔离度是指特定信道相对于其他信道的功率抑制程度。图3示意性地展示了DWDM器件中的隔离度参数。另一方面，串扰的定义类似，但它是指给定信道相对于所有其他信道的功率抑制程度。.
极化依赖效应
如前所述（参见 CONECTrónica 第 48 期），控制光纤网络中传输信号的偏振态几乎是不可能的。这一事实，加上许多光子器件的特性都依赖于输入信号的偏振态，使得测量某些器件参数的偏振依赖性成为必要，以确保其性能和运行的可靠性。主要的偏振相关参数包括插入损耗、带宽和中心波长。必须使用偏振控制器在不同的偏振态下测量这些参数。虽然理想情况下应该测量所有可能的偏振态，但实际上，几个随机情况就足够了。.
通常进行的主要测量包括偏振相关损耗和偏振相关波长损耗。前者指的是器件损耗随不同偏振态的变化。将偏振相关损耗与插入损耗相加，即可得到器件在给定波长（通常为标称工作波长）下的最坏情况损耗。根据器件的不同，偏振相关损耗可以在特定的光谱范围内进行测量。.
器件通常设计为具有较低的偏振相关损耗。然而，也有一些例外，例如偏振器。一般来说，器件通带内的偏振相关损耗最小，而在通带边缘和阻带内则较高。一些制造商仅在信道中心和通带边缘进行测量。对于大多数应用而言，该区域内小于 0.1 dB 的损耗值即可满足要求。.
其他与偏振相关的测量参数包括偏振相关带宽和中心波长。这两个参数都指器件光谱响应因输入信号偏振变化而发生的变化，并且可以同时测量。一种测量方法是测量插入损耗和偏振相关损耗随信号波长的变化，并将其绘制成图表。图表的包络线反映了不同偏振态下可能的损耗值，从中可以提取最坏情况下的带宽和中心波长变化。最后，另一种测量方法是使用光频谱分析仪对多个不同的偏振态进行扫描。.
测量器件的光谱响应
如前所述，确定DWDM光子器件的许多参数需要测量器件对每个光通道的光谱响应。有几种实验装置可用于此测量，我们将在下文讨论。装置的选择取决于光谱分辨率、动态范围以及待测DWDM通道数量等因素。.
第一种方案可利用宽带ASE光源，该光源可在整个DWDM信道范围内产生功率分布。该光源连接至被测器件（DUT），并使用光频谱分析仪测量器件的响应。频谱分析仪已预先通过测量ASE光源的输出光谱进行校准。实验装置如图4所示。该技术的主要局限性在于测量分辨率取决于分析仪的分辨率带宽，通常约为0.05 nm。.
为了提高测量分辨率（这对某些DWDM器件至关重要），通常会用线宽更小的可调谐激光器代替ASE光源。在这种情况下，分辨率取决于激光器的调谐步长，可以达到高达0.001 nm的分辨率，并具有出色的动态范围。测量过程需要使用频谱分析仪对每个激光器调谐步长进行一次扫描。然而，该技术的主要缺点是测量耗时较长，尤其是在多通道器件的情况下。.
另一种方法是使用可调谐激光器和多个多通道光功率计，如图 5 所示，每个光功率计测量被测器件 (DUT) 的多个 DWDM 通道。在这种情况下，测量结果与器件中的通道数量无关，因此测量速度非常快。测量分辨率由激光光源决定，而动态范围则由光源的自发辐射噪声决定。可以获得约 60 dB 的动态范围值。通过对图 5 所示装置稍作修改，该技术也可用于测量光回波损耗和偏振相关损耗。.
最后，为了进一步提高测量速度，可调谐激光器可以工作在连续扫描模式下。波长精度由参考仪器控制，通常同时使用偏振控制器来测量偏振相关参数。在实际应用中，后一种配置通常更受青睐。.
