GB∕T 43031-2023 通信用光器件频响参数测试方法（正式版）

通信用光器件频响参数测试方法2023-09-07发布I 12规范性引用文件 l3术语和定义 14测试原理 25测试条件及要求 25.1环境要求 25.2激光安全要求 36测试仪器 37测试参数 38测试 48.1相对频率响应 48.2绝对频率响应 58.3工作带宽 68.4频响平坦度 6 78.6群时延 78.7传输系数 88.8反射系数 8 98.10互调失真 9测试报告 附录A(资料性)测试报告记录表 参考文献 ⅢGB/T43031—2023本文件按照GB/T1.1—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。1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、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。GB7247.1激光产品的安全第1部分：设备分类、要求GB/T10320—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。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。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。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。输入为光信号，输出仍为光信号的光器件。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Su、S₂、Sl2、S22,其中Su、S₂₂为反射系数，S21、S₂为传输系数。注2:对于光电器件，关注S₁、Sz₂;对于电光器件，关注Sn、S₂₁;对于光光器件，关注Sz₁。2[来源：GB/T21548—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；2—-射频端口1;3——电光调制发射模块(必要时);4——光电探测接收模块(必要时);5——射频端口2;6——射频端口A(必要时);7——光输出端口(必要时);8——光输入端口(必要时);9——射频端口B(必要时);10——待测电光器件；11——待测光电器件；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：b)相对湿度：20%～70%;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。35.2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/T10320—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√√ 一阻抗√√ 一互调失真√√注：“√”表示测试项目，“—”表示非测试项目。48测试8.1相对频率响应光电器件、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。6标引序号说明：1——激光器(必要时);2——电光调制器(必要时);3——光衰减器(必要时);4——待测光电器件；5——矢量网络分析仪或光波元件分析仪；6——电压源。图2光电器件测试装置示意图6标引序号说明：1——直流偏置控制仪或电流源(必要时);2——待测电光器件；3——光电探测器(必要时);4——光衰减器(必要时);5——矢量网络分析仪或光波元件分析仪；6——电压源(必要时)。图3电光器件测试装置示意图571——激光器(必要时);2—-电光调制器(必要时);3——待测光光器件；4——光衰减器(必要时);5——光电探测器(必要时);6——矢量网络分析仪或光波元件分析仪；7——电压源(必要时)。图4光光器件测试装置示意图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S₂幅度曲线；d)按照公式(1),对幅度曲线以参考频点f.的频率响应测量值p,进行归一化，经过数据处理得到相对频率响应。相对频率响应按照公式(1)计算：式中：Rfr(f₁)——待测频点f.的相对频率响应，单位为分贝(dB);p:——待测通信用光器件待测频点f.的频率响应测量值，单位为分贝(dB);p:——待测通信用光器件参考频点f,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。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一开路—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；6GB/T43031—2023d)记录幅度曲线待测频点f.对应的幅值；f)按照公式(2),经过数据处理得到待测频点f.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：式中：Afr(f)—-待测通信用光器件待测频点f.的绝对频率响应，单位为分贝(dB);p₁——待测频点f,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.的幅值；e)记录幅度曲线下降3dB时对应的截止频点f.;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：式中：△f——工作带宽，单位为赫兹(Hz);f。——待测通信用光器件的截止频点，单位为赫兹(Hz);f.——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：7GB/T43031—2023a)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Sz₁幅度曲线；d)工作带宽内，求解最大幅值pmax和最小幅值pmn;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=pmx—Pmin…(4)式中：Flf——频响平坦度，单位为分贝(dB);pmx——幅度曲线的最大幅值，单位为分贝(dB);pmin——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一开路—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S₂相位曲线；d)记录相位曲线中待测频点f.对应的相位值；f)按照公式(5),经过数据处理得到待测频点f.的相位。8.5.3数据处理相位按照公式(5)计算：式中：Ph(f)——待测频点f.的相位值，单位为度(°);p₁——待测频点f.第i次测试的相位值，单位为度(°);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。8GB/T43031—20238.6.2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.的群时延。8.6.3数据处理群时延按照公式(6)计算：式中：GD(f₁)——待测频点f.的群时延，单位为秒(s);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S₂极坐标曲线，记录待测频点f.的传输幅度p……和传输相位φ…;d)按照公式(7),经过数据处理得到待测频点f.的传输系数。8.7.3数据处理传输系数按照公式(7)计算： =pm∠q₁(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；S..mn——待测频点f.的传输系数；p…——待测频点f.的传输幅度，单位为分贝(dB);φi——待测频点f.的传输相位，单位为度(°)。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。9GB/T43031—20238.8.2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S₁极坐标曲线，光电器件扫描S参数的S₂2极坐标曲线，记录待测频点f.的反射幅度p………和反射相位φ;d)按照公式(8),经过数据处理得到待测频点f.的反射系数。8.8.3数据处理反射系数按照公式(8)计算：式中：m——待测通信用光器件端口号；Stm——待测频点f.的反射系数；p…——待测频点f,的反射幅度，单位为分贝(dB);φ——待测频点f.的反射相位，单位为度(°)。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：式中：Z。——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);j——虚数单位；X——待测通信用光器件的电抗，单位为欧姆(Ω)。测量结果记录表示例见表A.7。8.9.2直接测试法(仲裁法)阻抗的测试装置见图5。标引序号说明：1——待测通信用光器件；2——阻抗分析仪。图5阻抗测试装置示意图阻抗测试包括以下步骤：a)按照图5建立测试装置；b)设置阻抗分析仪的频率范围；c)记录阻抗分析仪中的阻抗示值；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。待测通信用光器件的阻抗按照公式(9)计算。测量结果记录表示例见表A.7。8.10互调失真电光器件和光电器件互调失真测试框图见图6和图7。标引序号说明：1——信号源1;2——信号源2;3——合路器；1345634524——待测电光器件；5——标准光接收机；6——频谱分析仪。图6电光器件互调失真测试框图GB/T43031—202312标引序号说明：1——信号源1;2——信号源2;3——激光器1;4——激光器2;5—-光合路器；346——可调光衰减器；7——待测光电器件；8—-多通道滤波器；9——频谱分析仪。图7光电器件互调失真测试框图电光器件二阶互调失真测试包括以下步骤：a)按照图6建立测试装置，测试系统正常工作；b)设置信号源1的频率为f₁,设置信号源2的频率为f₂(f₂>f₁),对待测电光器件进行调制；c)设置频谱分析仪的中心频率为fz,记录f₂的幅度值为Pf₂;d)设置信号源2的二阶互调频率为fiM₂1=f₂+f₁,finpzz=f₂—f₁,对待测电光器件进行调制；e)记录频率fiwmzi和fiwg₂在频谱仪上对应的幅值P,Mm₂和P/IMD₂;f)按照公式(10),经过数据处理得到二阶互调失真。电光器件三阶互调失真测试包括以下步骤：a)重复电光器件二阶互调失真测试步骤a)～步骤c);b)调节信号源2的三阶互调频率为fiMx₁=2f₂-fi,fimsz=2f₁—f₂,对激光源2进行调制；c)记录频率fimm和fm₂在频谱仪上对应的幅值PrM和PrM;d)按照公式(11),经过数据处理得到三阶互调失真。光电器件二阶互调失真测试包括以下步骤：a)按照图7建立测试装置，测试系统正常工作；b)设置激光源1、激光源2,使输出功率相等，调节可调光衰减器，使输入到待测光电器件中的光功率符合规定；c)设置信号源1的频率为f₁,对激光源1进行调制，设置信号源2的频率为f₂(f₂>f₁),对激光源2进行调制；d)设置多通道滤波器的中心频率为f₂;e)设置频谱分析仪的中心频率为f₂,记录f₂的幅度值为P,,;f)设置信号源2的二阶互调频率为fmg₁=f₂+f₁,fMpez=f₂-f₁,对激光源2进行调制；h)按照公式(10),经过数据处理得到二阶互调失真。光电器件三阶互调失真测试包括以下步骤：a)重复光电器件二阶互调失真测试步骤a)～步骤e);b)调节信号源2的三阶互调频率为fM₁=2f₂-f₁,fmpsz=2f₁-f₂,对激光源2进行调制；c)记录频率fim1和fmm2在频谱仪上对应的幅值PrM和PM₂;d)按照公式(11),经过数据处理得到三阶互调失真。8.10.3数据处理二阶互调失真A表达为公式(10): PrMD₂1——高音二阶互调频点fm₂1的幅度，单位为分贝(dB);Pmp2——低音二阶互调频点fimp2的幅度，单位为分贝(dB);P——