Krakterizacija pasivnih optičnih komponent

Nadzor kvalitete proizvodnje WDM optičnih sistemov

Peter Reinhardt, Xenya d.o.o

Seminar Optične komunikacije 2009

Stalna visoka kvaliteta zahteva nadzor

Proizvodnjo lahko prenesemo izven podjetja, nadzora kvalitete ne. Nadzor nad kvaliteto obsega naslednje funkcije:

Vhodno kontrolo komponent in naprav Testiranje / kvalifikacija komponent Shranjevanje in statistično obdelavo podatkov vhodne

kontrole Povratne informacije dobaviteljem in Izbor dobaviteljev na

osnovi podatkov vhodne kontrole

Testiranje končnih produktov/sistemov Spremljanje zahtev, želja in reklamacij ter

zadovoljstva uporabnikov proizvodov

Kvalifikacija proizvajalca prek kvalifikacijskih meritev komponent

Izbor / Kvalifikacija proizvajalca temelji na Kvalifikacijt vzorčnih komponet Kvalifikaciji nekaj naključno izbranih komponent v vsaki

dobavljeni seriji Preverjanju konsistentnosti vseh merjenih parametrov s podatki

proizvajalca Vodenju Statistika parametrov (po proizvajalcu, po seriji),

odpovedi ... Povratne informacije proizvajalcu

Izvedeni proizvodni testi na vseh komponentah Meritve ključnih parametrov komponent ali primerjava z

referenčnimi komponentami Pregled/čiščnje konektorjev

Način testiranja komponent

Kvalifikacijski test (se izvaja na izbranih komponentah) Meritve vseh specificiranih parametrov komponente Meritve kritičnih parametrov v mejnih temperaturnih pogojih Meritve pred in po prisilnem staranju komponent s

temperaturnim cikliranjem

Proizvodnji test (se izvaja na vseh komponentah) Meritve kritičnih parametrov komponente in pregled

odstopanja izmerjenih vrednosti z deklariranimi Primerjava komponente z referenčno komponento

Meritve izvedene na posameznih tipih komponent (primera)

Sklopnik / Delilnik

Kvalifikacijski testi: Dušenje signala merjeno po celem

optičnem spektru v katerem se lahko komponenta uporablja in to ločeno za vsak par vhod/izhod. – prenosna karakteristika

Dušenje (izolacijo) signala med priključki na isti strani sklopnika

Refleksija signala na vseh priključkih. prenosna karakteristika na mejnih

temperaturnih področjih Pospešeno staranje komponente s hitrim

temperaturnim in naknadno funkcionalno testiranje.

Opcijsko: PDL, PMD – dušenje in disperzija odvisna od polarizacije (za aplikacije v DWDM omrežjih)

Opcijsko: prenos signalov velikih moči

Proizvodnji testi: Dušenje signala med vsemi pari

vhod/izhod Izračun delilnega razmerja

WDM multipleksor /demultipleksor

Kvalifikacijski testi: Dušenje signala merjeno po celem optičnem spektru v

katerem se lahko komponenta uporablja in to ločeno za vsak par vhod/izhod. – prenosna karakteristika

Pasovna širina vsakega kanala Dušenje signala do sosednjega kanala in do ostalih kanalov Dušenje signalov med priključki istega tipa (npr. vhodi) Refleksija signala na vseh priključkih. Prenosna karakteristika na mejnih temperaturnih področjih Pospešeno staranje komponente s hitrim temperaturnim

cikliranjem in naknadno funkcionalno testiranje. Opcijsko: PDL, PMD – dušenje in disperzija odvisna od

polarizacije (za aplikacije v DWDM omrežjih) Opcijsko: prenos signalov velikih moči (npr. za muxe)

Proizvodnji testi: Dušenje signala med vsemi pari vhod/izhod Pasovna širina vsakega kanala Dušenje signala do sosednjega kanala in do ostalih kanalov

Ali Primerjava z referenčno komponento (npr. za manj

zahtevne CWDM komponente)

Meritve - Oprema

Optični Spektralni Analizatorji (MS9720A, MS9720B)

Pomembni parametri: Občutljivost (glede na RBW) Merilniki moči (ML910B, 8152A in 8153A)

Dinamika, Umirjen v celotnem merilnem obsegu Izvori svetlobe

Širokopasovni (v MS9720A, JW112) SLD – Večinoma šibki (-30 do 0dBm), sedaj obstajajo tudi močni

(100mW, 20dBm) ASE

Ozkopasovni Fiksni laserski izvori (razni SFPji) Nastavljivi laserski izvori (Tunics plus)

Okoljska komora (tipično vsaj -40 do +85°C) (Climatis TMX300)

Ostala oprema: Stikala, Polarizatorji, terminatorji, terminatorji z odbojem,

delilniki ali cirkulatorji

Meritve - Dušenje

Dušenje v prepustni smeri (insertion loss) je dušenje signala prek poti, prek katerih potuje koristni del signala, to je tisti, ki dejansko prenese informacijo. To dušenje se običajno giblje v razponu med 0 do 15dB. Praviloma imajo komponente z večjim številom priključkov večje dušenje.

Dušenje parazitih signalov (adj. ch. attenuation, crosstalk, Isolation) kot so npr. dušenje signala do drugega kanala (sosednjega), dušenje med priključki na isti strani delilnika ipd. Ta dušenja se običajno gibljejo v obsegu med 15dB do 40dB. Ti signali so večinoma moteči - prispevajo k povečanju šuma na sprejemni strani in tako znižujejo zanesljivost sprejema.

Dušenje odbitih signalov (Reflection, Optical Return Loss) To so signali, ki se odbijejo nazaj proti izvoru svetlobe in se običajno gibljejo v razponu med 40 in 80dB. Ti parametri so posebej pomembni pri komponentah, prek katerih se prenaša velike moči, npr. multipleksorji. Visok nivo odbitih signalov, prispeva k izgubi signala v prepustni smeri, predvsem pa lahko vpliva na stabilnost oddajnih laserjev.

Meritve – DušenjePrednosti:•Meritev v celem spektru•Hkrati izmerjeni :

•Dušenje v prepustni smeri•Dušenje do sosednjih kanalov•Pasovna širina kanalov

•Možnost avtomatizacije merjenja

Slabosti:•Majhna dinamika merjenja•Potrebnih osem meritev

Prednosti:•Večja Dinamika merjenja•Možnost avtomatizacije merjenja•Meritev v celem spektru (dušenje med kanali)

Slabosti:•Potrebnih osem meritev•Spodnje meritve izvedljive hkrati le s sinhroniziranim izvorom v OSA:

•Hkrati izmerjeni:Dušenje v prepustni smeri,Dušenje do sosednjih kanalov, Pasovna širina kanalov

Meritve – DušenjePrednosti:• Meritev v celem spektru• Velika dinamika (>100dB)• Možnost avtomatizacije merjenja• Hkrati izmerjeni :

•Dušenje v prepustni smeri•Dušenje do sosednjih kanalov•Pasovna širina kanalov

Možnost kombinacije z meritvijo PDL z dodatkom polarizacijskega kontrolerja

Slabosti:• Počasna meritev• Potrebnih osem meritev (če ni stikala)•Hkratna meritev praktično izvedljiva le v primeru avtomatskega merjenja

Prednosti:•Zelo hitra meritev•Enostavna avtomatizacija merjenja•Možnost merjenja pri polni moči signalov

Slabosti:•Ce so vsi laserji stalno vklopljeni je Iz te meritve dejanske parametre (razen dušenja v prepustni smeri) težko (ali celo nemogoče) izračunati. Zato je ta način uporaben predvsem za primerjavo komponente z referenčno komponento

Meritve – Refleksija

Prednosti z uporabo širokopasovnega izvora:•Hitra meritev v celem spektru•Enostavna avtomatizacija merjenja

Slabosti:•Manjša dinamika merjenja

Prednosti z uporabo n. laserja:• Večja Dinamika merjenja, največja z uporabo merilnika moči

• Meritev v celem spektru

Slabosti:• Počasna meritev• Težka uporaba brez avtomatizacije razen za meritev pri fiksnih valovnih dolžinah

• Bolj komplicirana avtomatizacija

Ostale meritve

Kromatska disperzija – se najbolj pogosto meri ali z meritvijo zakasnitve signala na različnih valovnih dolžinah (time of flight), kar je običajni dodatek nekaterih OTDR instrumentov (npr. NetTest CMA5000) ali kot meritev fazne razlike moduliranega signala na različnih valovnih dolžinah, kar se lahko meri z standardnim (time domain) osciloskopom.

Polarizacijsko odvisno dušenje (PDL) se najbolj pogosto meri z merjenjem dušenja signala s štirimi ali več diskretnimi polarizacijami in izračunom prek Mullerjeve matrike. Ta metoda je najhitrejša in primerna za avtomatsko merjenje. Alternativno lahko (še posebno če ni potrebno izmeriti tega parametra v celotnem spektru) uporabimo enostavno sekvenčno merjenje dušenja ob spreminjanju polarizacije.

Polarizacijsko odvisna disperzija (PMD) se običajno meri z merjenjem premika vrhov v spektru signala pri spremembi polarizacije. Taka funkcija je že vgrajena v nekatere OSA npr. MS9720A.

Vpliv okolja na teste Meritve v komori za hitro hlajenje/gretje:

Meritve pri temperaturnih ekstremih – merimo karakteristične parametre, kot je dušenje v prepustni smeri. Velika večina standardnih WDM komponent ima relativno nizko odvisnost teh parametrov od temperature. (Giblje se med 0.001 in 0.01dB/st)

Prisilno staranje s temperaturnim cikliranjem – tipično gre za cikliranje temperatur v maksimalnih dovoljenih mejah za skladiščenje. Izvedemo od 50 do 500 temperaturnih ciklov, glede na predviden tip okolja uporabe naprave, ki jo testiramo. Po prisilnem staranju se ponovno izmeri vse parametre naprave.

Meritve - Zaključek

Opisani ukrepi so korak proti implementaciji Telekordia priporočil: GR-1209 Splošne zahteve za pasivne optične komponente

GR-1221 Splošna zagotovila zanesljivosti za pasivne optične komponente

Zagotavljajo konsistentno visok nivo kvalitete proizvodov

Omogočajo spremljanje in izboljševanje kvalitete