宽带高速光电信号分析仪

5G、大数据、人工智能、元宇宙等新业务应用的兴起，以及后疫情时代催生的远程办公、远程教学等实时视频业务，急剧加速了通信网络流量激增的趋势。而长距离、大容量、高速率的光纤通信技术成为了实现信息化社会和数字经济的必由之路。对于光通信产业链上的模块厂商、设备制造商、运营商来说，测试是必不可少的环节。一般来说，驱动光收发机的高速芯片的开发进度会比光通信器件滞后差不多一年。在光通信模块厂商、设备制造商开发最新相干光通信子组件时，工程师需要先进的测试设备，提供足够的性能，证明其最终模块设计的预期性能。随着系统速率的提升，复杂调制格式的演进，市场大量需求的出现，催生了低成本、高性能的宽带高速光电信号分析仪的巨大市场需求。同时，当今世界格局下，亟需突破国外在高速光通信信号检测领域对国内的技术限制和关键仪器、器件的性能瓶颈，实现在高速光电信号分析仪的国产化目标。

【成果介绍】

本成果基于线性光采样，利用低重复频率脉冲光对待测信号光在光域上进行采样，使用技术成熟成本较低的低速的光电探测器和采集卡进行光电和模数的转换，软件同步算法为光采样技术提供了数字信号处理上的支持，通过恢复出信号的眼图和星座图以及计算相应的 EVM 和 Q 值来判断信号的质量。通过多年技术积累，在相干检测中全光采样技术、超低时间抖动采样脉冲源的实现方法、以及相干检测算法和软件时钟提取技术中取得突破。

图1 高速光调制信号分析仪样机

【性能指标】

基于线性相干光采样技术在国内首次现场测试了4个ITU-T标准波长信道下的128Gbps PDM-QPSK光信号，测量结果利用安捷伦的光调制分析仪作为对照参考，同样信号下测得的 EVM 差值小于2%，Q 因子差值小于2dB。实现指标包括全光采样源时间抖动为60.335fs，分析带宽>1THz，时域分辨率200fs，待测光信号速率达到508.608Gbps，实测相位误差小于1.5°，测量时间100ms，平均故障间隔时间MTBF 1000小时。开发全光采样时域分析数据解算软件，可以实现光电信号波形分析、速率测量和眼图测量等功能。

图2 测试架构

图3 窄带光采样结果

图4 宽带光采样结果

【技术优势】

已经研制出样机。光采样技术相对于传统电采样方式，降低了系统带宽要求，减缓了光电探测器和采集卡带宽的瓶颈效应，降低了成本和硬件设计复杂度。同时，本产品所采用的线性光采样技术，其灵敏度远高于非线性光采样，且对高阶调制格式具有同样的处理效果和优越性能，能全面分析信号特性。低成本高测量带宽的线性光采样技术已成为高速信号质量检测未来最有潜力的方向。

宽带高速光电信号分析仪能够对待测光信号完成信号恢复，实现速率测量、眼图测量、星座图分析、波形分析等功能，应用于信道分析和维护、器件模块的测试和优化等领域。面向包括华为、烽火、各大高校科研团队、科研院所、各类型企业、高科技公司等在内的各领域用户。

目前国内暂无高速复杂格式的相干通信测试仪表产品，可以通过上游光模块市场，下游测试仪表市场对市场容量进行估算。相干光学光通信技术已经广泛应用于100G和200G的应用，它使得服务提供商能够通过现有的光纤发送更多的数据，减少为带宽扩展而进行网络升级的成本和复杂性。当前400G的光模块市场正出于规模出货的状态，各厂商也正在积极推动800G发展。根据LightCounting预测数据，速率升级在不断进行中，未来800G光模块市场将会更大。根据LightCounting和Yole等机构报告数据，目前全球光模块市场在100亿美元左右，国内光模块市场在30亿人民币左右，且仍在以10%的增速发展。