如何通过光谱分析仪充分利用现有光纤网络的潜力

光谱分析仪 (OSA) 最初用于测量光信号的功率谱。在引入了波分复用 (WDM) 之后，光谱分析仪得到普及，因为标准功率计无法区分多个波长（通道下的光功率）。然而，尽管大多数人都熟悉 OSA 的典型应用，即对网络进行故障排除或者测量通道功率和噪声级别，但是由于种种原因，这些独特的测量设备仍未获得市场的广泛认可。其中一个原因是，OSA 的真实能力在某种程度上被低估，尤其是在尝试将光纤跨段最大化这一方面。

　　本文将介绍光信噪比 (OSNR) 的概念及其重要性，以及网络的 OSNR 不佳所造成的后果，同时还将介绍目前市场中出现的 OSA，最后将说明如何使用 OSA 来充分开发光纤链路。

光信噪比
　　OSNR 的概念在鉴定 WDM 网络方面至关重要。它能够定量检测信号沿光纤传播途中，被噪声干扰的程度。计算方法是将信号总功率除以 0.1 nm 带宽中的噪声功率。图 1 示出了 OSA 测量的典型信号，其功率约为 -22 dBm，背景噪声约为 -46 dBm；因此，该示例中 OSNR 约为 24 dB。

图 1. 光信噪比 (OSNR) 示例

　　OSNR 的重要性
　　为何测量 OSNR 很重要？OSNR 与误码率 (BER) 之间存在直接关系，其中 BER 是衡量传输质量的终极值。如图 2 中所详述，OSNR 越高则误码率越低，也即传输错误越少。相反，OSNR 较低（或较差）可能会增加维修用车、降低服务质量 (QoS)（请参阅图 3）。

图 2. OSNR、BER 和 QoS 之间的关系

图 3. OSNR 较低（或较差）的影响

光谱分析仪 (OSA) 最初用于测量光信号的功率谱。在引入了波分复用 (WDM) 之后，光谱分析仪得到普及，因为标准功率计无法区分多个波长（通道下的光功率）。然而，尽管大多数人都熟悉 OSA 的典型应用，即对网络进行故障排除或者测量通道功率和噪声级别，但是由于种种原因，这些独特的测量设备仍未获得市场的广泛认可。其中一个原因是，OSA 的真实能力在某种程度上被低估，尤其是在尝试将光纤跨段最大化这一方面。

本文将介绍光信噪比 (OSNR) 的概念及其重要性，以及网络的 OSNR 不佳所造成的后果，同时还将介绍目前市场中出现的 OSA，最后将说明如何使用 OSA 来充分开发光纤链路。

光信噪比
　　OSNR 的概念在鉴定 WDM 网络方面至关重要。它能够定量检测信号沿光纤传播途中，被噪声干扰的程度。计算方法是将信号总功率除以 0.1 nm 带宽中的噪声功率。图 1 示出了 OSA 测量的典型信号，其功率约为 -22 dBm，背景噪声约为 -46 dBm；因此，该示例中 OSNR 约为 24 dB。

图 1. 光信噪比 (OSNR) 示例

　　OSNR 的重要性
　　为何测量 OSNR 很重要？OSNR 与误码率 (BER) 之间存在直接关系，其中 BER 是衡量传输质量的终极值。如图 2 中所详述，OSNR 越高则误码率越低，也即传输错误越少。相反，OSNR 较低（或较差）可能会增加维修用车、降低服务质量 (QoS)（请参阅图 3）。

图 2. OSNR、BER 和 QoS 之间的关系

图 3. OSNR 较低（或较差）的影响

　
　　网络的 OSNR
　　探讨 OSNR 随着信号在光纤中传播所发生的变化十分有趣。图 4 显示了一种典型网络实现，由在一条光纤上复用的八个波长组成。（请注意，在传播路径中使用了四个掺铒光纤放大器 (EDFA) 来提升信号功率。）如图所示，每个 EDFA 都会放大已经存在的信号和噪声，同时自身也会产生噪声。因此，OSNR 在信号相继通过放大器后会下降。由于 OSNR 随距离变化，所以通常会在网络的不同位置监测 OSNR，而不仅仅是在发送器端和接收器端监测。

图 4. 在光纤中传播时 OSNR 的演进

网络中的噪声源
　　EDFA 是网络中的主要噪声源，来自称为“放大自发辐射”(ASE) 的过程。典型的 EDFA 包含激光器（称为“泵浦”源），如果工作在 980 nm波长，则将铒离子从基态 L1 激发至 L3（请参阅图 5）；如果工作在 1480 nm 波长，则从 L1 激发至 L2。处于 L3 的离子很快就衰变到 L2。如果光纤中有 1550 nm 的信号通过，则信号光子会激发能级 L2 的离子下降到 L1，产生一个与信号光子具有相同波长，相同传播方向的新光子。信号因而会通过受激辐射得到放大。铒离子也可以通过自发辐射从 能级 L2 衰减至 L1，这种情况会随机发生并产生光子。这些光子同样能够使铒离子产生受激辐射，并得到放大，从而导致 ASE 噪声。相应地，每个 EDFA 都会因为其 ASE 而降低已放大信号的 OSNR。如果信号相继通过多个 EDFA，则第一个 EDFA 通常会导致 OSNR 下降约 3 dB，之后的 EDFA 导致的 OSNR 下降量少于 3 dB。

图 5. EDFA 中的自发辐射和受激辐射

　　市场中当前出现的 OSA
在典型的激活和试运行过程中，现场技术人员可能会首先使用光纤探测器来确认连接器是否