国家标准 GB/T21548一2021 代替GB/T215482008 光通信用高速直接调制半导体激光器的测量方法 Methodsofmeasurementofthehighspeelsemiconductor lasersdirectlymodulatedforopticalfibereommunicationsystems 2021-04-30发布 2021-08-01实施国家市场监督管理总局发布国家标涯花管理委员会国家标准
GB/T21548一2021 次目前言范围 2 规范性引用文件 3 术语和定义缩略语 5 测量方法附录A资料性附录半导体激光器组件结构
GB/T21548一2021 前言本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草本标准代替GB/T21548一2008《光通信用高速直接调制半导体激光器的测量方法》,本标准与 GB/T21548一2008相比,主要技术变化如下 -修改了范围描述(见第1章,2008年版的第1章); 删除了GB/T17626系列标准、YD/T701一1993,YD/Tlll1.22001、YD/T767一1995和 IEC62007-2的引用,增加引用了GB/T15651一1995和GB/T313592015(见第2章,2008 年版的第2章); -删除了峰值波长和中心波长、阂值电流光功率-驱动电流线性度、分布反馈,光谱宽度、多量子阱分布反馈、边模抑制比、载噪比、组合二阶互调、组合三阶差拍的定义,修改了半导体激光器及其组件的定义(见第3章,208年版的327 删除了模拟带宽等多个缩略语,增加了PAM4的缩略语(见第4章,2008年版的3.1); 删除了激光器特性及分类(见2008年版的5.2); 增加了对波分复用半导体激光器组件测量方案的描述见5.1) 修改了环境条件要求以及测量仪器要求(见5.2和5.3,2008年版的5.3.1); 删除了测量设备和仪表要求(见2008年版的5.3.1.2、5.3.2.1、5.3.3.1、5.3.4.1、5.3.5.1、5.3.6.1、 5.3.7.1、5.3.8.1、5.3.9.1、5.3.10.l1、5.3.ll.l、5.3.12.1); 修改了闵值电流的测量方法(见5.4.2,2008年版的5.3.3); 增加了斜率效率的测量方法(见5.4.2) 增加了四电平脉冲幅度调制的眼图测量方法描述(见5.4.6) 修改了s参数的测量(见5.4.7,2008年版的5.3.8).; 修改了波长-温度漂移系数的测量(见5.4.10,2008年版的5.3.11); 修改了相对强度噪声的测量方法(见5.4.11,2008年版的5.3.12); 删除了载噪比、组合二阶互调和组合三阶差拍的测量方法,可靠性试验和分类和产品检验方法见2008年版的附录A,附录B,附录C和附录D); 增加了单通道半导体激光器组件封装结构和波分复用激光器组件封装结构示意图(见附录 A. 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这些专利的责任本标准由工业和信息化部提出本标准由全国通信标准化技术委员会(SAC/TC485)归口本标准起草单位;烽火科技集团有限公司,中兴通讯股份有限公司,信息通信研究院、深圳新飞通光电子技术有限公司本标准主要起草人;:江毅,李世瑜、马卫东,罗飚、武成宾,赵文玉、陈悦、龚雪、曹丽,何万晖本标准所代替标准的历次版本发布情况为: GB/T21548一2008
GB/T21548一2021 光通信用高速直接调制半导体激光器的测量方法范围本标准规定了光通信用高速直接调制激光器及其组件的分类和测量方法本标准适用于光传送网,光接人网及数据中心等光通信系统中所用高速直接调制激光器及其组件的光电特性测量,模拟光通信系统和其他光系统中所用激光器及其组件的光电特性测量也可参考使用规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件凡是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 GB/T15651一1995半导体器件分立器件和集成电路第5部分:光电子器件 GB/T31359一2015半导体激光器测试方法术语和定义 GB/T15651一1995界定的以及下列术语和定义适用于本文件 3.1 半导体激光器semiconductorlaser 采用-V族化合物半导体异质结构材料制作的激光器注，-V族化合物半导体异质结构材料(如GaAIAs/GaAs,InGaAsP/AnP,InAGaA/InP). 3.2 半导体激光器组件semieomductorlasersubassembly 由半导体激光器芯片,外围连接元件、背光探测器、微透镜、光隔离器、耦合光纤、管壳等组成的混合集成件 3.3 pptitel 光强度直接调制directlymodulationofd nsity oE Ip0erder 调制电信号直接控制激光器驱动电流,使激光器输出光强度随调制电信号的幅度而变化的一种调制方式 3.4 斜率效率slopeeieieney 差分效率激光器输出光功率差与其相应驱动电流差之比注1:以S表示,单位为毫瓦每毫安(mw/mA),定义见公式(1) S=AP/AI=P一Pe)/(一1e2 式中: P -线性区的输出光功率值,通常取额定光功率的90%,单位为毫瓦(mW); -线性区的输出光功率值,通常取额定光功率的10%,单位为毫瓦(mw); P
GB/T21548一2021 -输出光功率为P时的驱动电流值,单位为毫安mA); 输出光功率为Pa时的驱动电流值,单位为毫安(m.A l02 注2:斜率效率示意图如图1所示,它反映了激光器电光功率转换效率 P" " 图1激光器斜率效率示意图 3.5 消光比extinetionratio 激光器在逻辑高电平时的输出光功率A与逻辑低电平时的输出的光功率B之比的对数注:以ER表示,单位为分贝(dB),定义见公式(2): ER=1olg(A/By 式中: -逻辑“1"(NRZ)或逻辑“11"(PAM4)高电平时的输出光功率,单位为毫瓦(mw)3 -逻辑“o”(NRZ)或逻辑“00”(PAM4)低电平时的输出光功率,单位为毫瓦mW 3.6 相对强度噪声relativeintesitynoise 光强度随机波动的均方根值与平均光强度之比注单位为分贝每赫兹(dB/Ha),常用的计算表达式见公式(3) IR门 RIN=一g[(N,一N)/RLxG×、×！式中: -被测激光器的噪声功率,单位为瓦每赫兹(w/Hz); N N -宽光谱辐射源的噪声功率,单位为瓦每赫兹(W/Hz):; -负载电阻,单位为欧姆(n) 交流放大器的放大倍数 -滤波器带宽,单位为赫兹(Ha2); AfN IR -探测器反向电流,单位为安培(A. 3.7 碉啾参数chirpparameter 激光器由于在高速调制时电流急剧变化,将导致激光器有源层中的载流子浓度急剧变化,从而引起的激光器发射波长的瞬时动态偏移注可用明啾因子a来衡量,单位为赫兹(Ha),a因子的定义见公式(4) =de/d/[1/2P)×dP/d] 式中: 光信号的相位,单位为弧度(rad); -时间,单位为秒(s); 输出光功率,单位为毫瓦(mw
GB/T21548一2021 3.8 跟踪误差trackingeror 半导体激光器在驱动电流相同、当管壳温度不同T1、T)时激光器输出功率(P、P)比的对数注:以TE表示,单位为分贝dB),定义见公式(5): TE=1olg(P/P (5 式中温度在T(通常取0C或65C)时,激光器输出光功率,单位为毫瓦(mw); -温度在T通常取25)时,激光器输出光功率,单位为毫瓦(mW) 3.9 光回波损耗optiealreturnloss 反射光功率与人射光功率之比的对数注:以RL表示,单位为分贝(dB),定义见公式(6): RL=一10lg(P/P. 式中 -后向反射光功率,单位为毫瓦(mw): P -输人光功率,单位为毫瓦(mW) 3.10 背光检测电流monitorresponseceurremt 采用PIN光探测器监测激光器背面发出的光并转换的电流注:激光器背面发出的光功率与正面发出的光功率有确定的比例关系 3.11 散射参数scatteringparameters 激光器在高(或射)频信号激励下的传输特性或反射特性注:激光器的散射参数主要是前向散射参数,如图2所示 S表示端口1的反射特性,是端口1的输人信号与反射信号的比值;Sa表示端口1至端口2的传输特性,是端口2的输出信号与端口1的输人信号的比值输入信号输出信号端口1 激光器标准高带宽探测器端口2 反射信号激光器前向散射参数测试网络图2激光器前向散射参数缩略语下列缩略语适用于本文件 NRZ;非归零(NonReturntoZero) PAM4;4电平脉冲幅度调制(4-levelPulseAmplitudeModulation) SMSR;边模抑制比(SideModeSuppressionRatio wDM:波分复用(wavelengthDivisionMultiplexing 5 测量方法 5.1总则本标准中测量方法均针对半导体激光器及单通道半导体激光器组件对于波分复用半导体激光器
GB/T21548一2021 组件,可通过光开关,光滤波器或波分解复用器等,实现对被测半导体激光器组件每个波长通道单独测量,如图3所示 A ;入入 2 波分解角器激光器图3波分复用半导体激光器组件分波测量示意图 5.2测量环境要求测量环境要求如下温度:15C35C; 相对湿度:45%一75% 大气压力:86kPa~106kPa 当不能在标准大气条件下进行测量时,应在测量报告上写明测量环境条件 5.3测量仪器要求测量所用的仪器仪表应在规定的有效校准期内,如无特殊说明.其精度应高于所测参数精度至少个数量级 5.4参数测量 5.4.1峰值波长光谱宽度、边模抑制比的测量 5.4.1.1 测量框图测量框图见图4 驱动电源被测激光器光可变衰碱器光谱分析仪图4峰值波长,光谱宽度,边模抑制比测量框图 5.4.1.2测量步骤测量步骤如下 a 按图4中测量配置连接好线路; b)开启光谱分析仪,使其处于准备状态;调节光可变衰减器处于最大衰减位置; 开启驱动电源,使其驱动电流慢慢达到适当电流值; 把被测光通人光谱分析仪,调节光可变衰减器的衰减量,使其符合光谱分析仪输人光功率要求; 观察并记录光谱分析仪上显示的峰值波长入,,光谱宽度A入(一3dB谱宽或一20dB谱宽)和边 d 摸抑制比SMSR 注激光器是正向使用的器件,使用电压很低,受到浪涌电压或过电流冲击很容易损坏加载驱动电流时需极其小心
GB/T21548一2021 5.4.2阔值电流、斜率效率的测量按照GB/T31359一2015中5.9和5.10的规定进行测量 5.4.3带宽的测量 5.4.3.1测量框图测量框图见图5 网络分析仪网络匹配单元被测激光器光接收机电压源驱动电源图5带宽测量框图 5.4.3.2测量步骤测量步骤如下: 按图5中测量配置连接好线路; a 先设置网络分析仪的起始频率和终止频率,其终止频率应设置比被测激光器带宽高 b 开启驱动电源,调节驱动电流到适当数值,同时,将网络分析仪输出的信号接人被测激光器输人端,调制激光器,使激光器输出扫频光信号; 将被测激光器输出端接人光接收机,其中光接收机的带宽应大于被测激光器带宽 d 将光接收机的输出端接人网络分析仪,观察网络分析仪扫描出的频响曲线,取增益下降3dB 处,即可读出被测激光器的带宽 5.4.4动态光谱的测量 5.4.4.1 测量框图测量框图见图6 码型发生器驱动电源被测激光器光可变衰减器光谱分析仪光功来计图6高速激光器动态光谱测量框图 5.4.4.2测量步骤测量步骤如下:
GB/T21548一2021 按图6配置连接好线路; a b 开启光谱分析仪,使其处于准备状态 c 开启驱动电源,调节驱动电流到适当数值; d)把被测光通人光谱分析仪,并加人码型发生器,记录光谱信息 5.4.5碉啾的测量 5.4.5.1 测量框图测量框图见图7 光接收机时钟恢复倍频器被测激光器驱动电源分路器干涉仪光接收机示波器码型发生器时钟发生器图7高速激光器惆啾测量框图 5.4.5.2测量步骤测量步骤如下按图7配置连接好线路; a b)开启驱动电源,调节驱动电流到适当数值 c 调节干涉仪,记录示波器采集的数据; d)根据采集的数据,按照公式(4)计算a参数 5.4.6眼图消光比、光调制幅度的测量 5.4.6.1 测量框图高速激光器NRZ系统的测量框图见图8 码型发生器被测激光器光可变衰孩器示被器驱动电源图8高速激光器NRz系统眼图、消光比、光调制幅度测量框图高速激光器PAM4系统的测量框图见图9 PAM4信号发射器被测激光器光可变衰减器示波器驱动电x 图9高速激光器PAM4系统眼图、消光比光调制幅度测量框图
GB/T21548一2021 5.4.6.2测量步骤测量步骤如下: 测量NRZ系统时,按图8配置连接好线路;测量PAM4系统时,按图9配置连接好线路; a b 开启驱动电源,调节驱动电流到适当数值; 码型发生器或PAM4信号发射器输出信号,激光器输出端通过可变衰减器连接到带光探测接 c 口的示波器上; d)根据示波器的显示适当调整器件工作状态,使测试眼图在显示屏上处于合适的位置与大小 e 从示波器上观察眼图,当采样值大于1000时,读取光调制幅度值,并按照公式(2)计算NRZ 的消光比注PAM4信号有多种产生方式,图11中均统一以PAM4信号发射器来示意 5.4.7散射参数s的测量按照GB/T15651一1995中1.13的规定进行测量 5.4.8光回波损耗的测量 5.4.8.1测量框图测量框图见图10. 被测激光器光回波损耗测试仪图10光回波损耗测量框图 5.4.8.2测量步骤测量步骤如下: a 校准光回波损耗测量仪; b 按图10配置连接好线路; 记录光回波损耗测量仪上的数值 5.4.9背光监测和跟踪误差测量 5.4.9.1 测量框图测量框图见图11 背光取样电路电压表驱动电源被测激光器光功率计温度循环箱图11高速半导体激光器组件背光监测和跟踪误差测量框图
GB/T21548一2021 5.4.9.2测量步骤测量步骤如下按图11配置连接好线路; a 5 开启驱动电源,根据光功率计读数调节驱动电流到适当数值; c 记录光功率计读数并记录此时电压表的读数，经换算电压表读数即为半导体激光器组件的背光检测电流值 d 将被测器件放人温度循环箱中并设置相应温度值; e 当设定温度稳定后,调节驱动电流使此时电压表读数与先前记录的读数一致,并记录调整后的光功率计读数; f 比较两次光功率计读数,按照公式(5)计算跟踪误差 5.4.10波长-温度漂移系数的测量 5.4.10.1 测量框图测量框图见图12 码型发生器驱动电源被测激光器光可变衰减器光谱分析仪温度循环箱光功率计图12高速激光器波长-温度漂移系数测量框图 5.4.10.2测量步骤测量步骤如下按图12配置连接好线路; a b) 开启驱动电源,调节驱动电流到适当数值,加人码形发生器调节光可变衰减器使被测激光器的输出光功率为一合适值,将光通人光谱分析仪,记录光谱的 c 峰值波长入1,以及此时对应的温度值T,单位为摄氏度(C); 将被测器件放人温度循环箱中并设置相应温度值T,单位为摄氏度(C); d 当设定温度T稳定后,再次记录光谱的峰值波长入2; e 比较两次测量数据,按照公式(7)计算波长温度漂移系数友,单位为纳米每摄氏度(mn/C) f (7 -T -入2/Tn 式中温度在T时,激光器的峰值波长,单位为纳米(nm):; 温度在T 时,激光器的峰值波长,单位为纳米(nm). 5.4.11相对强度噪声的测量按照GB/T15651一1995第章中1.8的规定进行测量
GB/T21548一2021 附录 A 资料性附录半导体激光器组件结构单通道半导体激光器组件封装结构示意图 A.1 单通道半导体激光器组件封装结构示意图如图A.1所示说明光纤; 背光探测器， -后透镜; -热敏元件; -隔离器制冷器; 8 -前透镜; -管壳激光器管芯图A.1单通道半导体激光器组件封装结构示意图 A.2波分复用半导体激光器组件封装结构示意图波分复用半导体激光器组件封装结构示意图如图A.2所示
GB/T21548一2021 说明: 光纤; 背光探测器阵列 -后透镜; 热敏元件; 制冷器; 隔离器; -波分复用器; 0 管壳; 1 -前透镜阵列柔性电路板激光器管芯图A.2波分复用半导体激光器组件封装结构示意图 0

光通信用高速直接调制半导体激光器的测量方法GB/T21548-2021详解

光通信技术作为一种高速、高带宽、低时延的信息传输方式，越来越被广泛地应用于数据中心、云计算等领域。在光通信系统中，高速直接调制半导体激光器是实现高速调制和发送信息的重要组成部分。此次发布的GB/T21548-2021标准，旨在规范光通信用高速直接调制半导体激光器的测量方法，提高测量精度，促进光通信技术的发展。

标准简介

GB/T21548-2021标准主要包括以下几个方面：

术语和定义：明确了光通信用高速直接调制半导体激光器相关的术语和定义，为后续的规范制定提供了基础。
测量方法：详细介绍了高速直接调制半导体激光器的各种测量方法，包括光电流、输出功率、光谱等指标的测量方法。
测试装置：对于进行测量所需的测试装置进行了详细的描述，包括光谱仪、功率计、示波器等设备。
测量误差控制：介绍了如何控制测量误差，以及在实际操作中应该注意的问题。

技术亮点

相较于之前的版本，GB/T21548-2021标准在以下几个方面进行了重点更新：

新增了对于多种光通信系统中常见的激光器类型的测量方法。比如DFB激光器、VCSEL激光器、EML激光器等。
优化了部分测量方法，增加了一些新型的测量手段，如功率谱密度分析等。
严格控制了测量误差，使得测量结果更加准确可靠。

应用前景

GB/T21548-2021标准的发布，对于光通信技术的发展具有重要的意义。该标准的逐步推广应用，将为光通信系统的工程设计、生产制造和维护提供重要的参考依据，促进我国光通信技术的快速发展。