干涉儀全參數(shù)測量法
    --Stefan Loeffler, 安捷倫科技

概述
    在確定光和發(fā)光元件的光損和散射特性方面，掃頻零差干涉測量法（SHI）正日益獲得用戶更廣泛的認(rèn)可。與已經(jīng)確立和業(yè)經(jīng)驗(yàn)證的調(diào)制相移法（MPS）相比，它可以提供有關(guān)設(shè)備工作情況的更多信息，如群組延遲絕對值、二階PMD、脈沖響應(yīng)和Jones Eigenvectors。但是，用戶可能會因?yàn)檫@是一種新方法而對SHI測量和測試解決方案的可靠性產(chǎn)生擔(dān)憂。本文可幫助用戶更真實(shí)地認(rèn)識基于SHI的測試解決方案，并了解該方法的功能和局限。
尋找良好的抗震性能
    傳輸系統(tǒng)之外，光纖也應(yīng)用于傳感器領(lǐng)域：光纖可以嵌入到橋梁、高層建筑、鉆孔、機(jī)翼等物體中，用以顯示周圍材料中的機(jī)械壓力、熱和裂縫。光纖還可鋪設(shè)于海底，用于對其它船只的機(jī)器和推進(jìn)系統(tǒng)所發(fā)出的噪聲進(jìn)行探測、定位和分析。
    所有這些應(yīng)用情況都利用了光纖的一項(xiàng)基本特性：光纖移動、機(jī)械壓力、聲波和溫度都可以影響光在光纖中的傳輸方式。光傳輸?shù)淖兓�－－依賴于要求的探測靈敏度－－可通過測量直接的光衰減、高分辨率光損，或者干涉圖來辨別。
    掃頻零差干涉測量法－－一種光散射分析方法－－包括光纖馬赫－澤德（Mach-Zehnder）干涉儀和波長可調(diào)諧激光器。干涉儀的一種類型包含有處于測試中的設(shè)備（圖1）。
        
    偏振分辨探測支持測量與設(shè)備特性有關(guān)的偏振性能。
    顯而易見，如果機(jī)械壓力和聲波作用施加到光路徑中的任何光纖之上，都有可能對偏振和散射測量結(jié)果產(chǎn)生影響。某些分析儀中的干涉儀完全與環(huán)境影響相隔離，并遠(yuǎn)離移動部件（如tunable external cavity激光器），而測試中設(shè)備卻處于條件較差的環(huán)境中。在很多情況下，這可能與傳輸系統(tǒng)部署時(shí)的實(shí)際狀況更接近，高出系統(tǒng)設(shè)計(jì)者和設(shè)備制造商希望的情形。
    在任何情況下，為獲得最清晰的可能測量軌跡，我們建議按照以下步驟進(jìn)行： 
·選擇完全針對解決震動問題而設(shè)計(jì)的測試解決方案。這意味著測試解決方案避免了可對干涉儀造成影響的移動部件，并減少了來自地板的震動。
·為測試架選擇適當(dāng)?shù)牡攸c(diǎn)，不得置于雙層地板和機(jī)器之上。
·固定設(shè)備的接入光纖（launch fiber）和所有跳線（patch cord）。
·避免空氣流經(jīng)測試中設(shè)備及其接入光纖上方。
·覆蓋您的測試設(shè)備，包括接入光纖和跳線，避免噪聲影響。
·如果測試要在（包括測試中設(shè)備）在幾個(gè)工作臺或機(jī)架之上進(jìn)行，請確保它們固定不動。選用固定結(jié)實(shí)的基座并避免放置在雙層地板上。
·如果您沒有對環(huán)境條件進(jìn)行控制，或者別無選擇，請采用平均條件進(jìn)行測量。噪聲影響趨向于可以統(tǒng)計(jì)，所以采用平均措施能夠顯著降低它們。
為什么干涉儀十分靈敏而堅(jiān)固耐用
    在上一節(jié)中，我們了解了干涉儀如何能夠探測到設(shè)備光傳輸特性的最細(xì)微的變化。從中可能會得出這一結(jié)論：它們一定是非常精密而容易損壞的儀器，但事實(shí)并非這樣。雖然采用了移動部件的光學(xué)儀器并非是為在艱苦的環(huán)境中使用而設(shè)計(jì)，但與20世紀(jì)80年代的研究試驗(yàn)不同，今天的可調(diào)諧激光器便于攜帶，可以裝運(yùn)，并可在烈日下的粗糙巖石平面上操作，而同時(shí)仍能保持sub-picometer的精確度。
    干涉儀也經(jīng)歷了類似的改進(jìn)變化，現(xiàn)在很多產(chǎn)品都可以經(jīng)受巨大的壓力。某些可用產(chǎn)品經(jīng)過設(shè)計(jì)可從15英尺的混凝土樓梯上落下，而某些（尤其是不帶移動部件的產(chǎn)品）則經(jīng)過全方位的環(huán)境測試，可在發(fā)運(yùn)或操作過程中經(jīng)受顛簸和震動，之后仍保持完好狀態(tài)。
為什么與長度有關(guān)
    最先考慮色散問題的群體就是光纖制造商們：每個(gè)在標(biāo)準(zhǔn)光纖中傳輸了幾千米的脈沖在行程和波長上都要發(fā)生群速度的變化，這些變化會阻止波長復(fù)用傳輸系統(tǒng)利用并行多信道傳輸機(jī)制，引起個(gè)別脈沖和碼型的展寬或消除。了解了光纖的色散（CD）就可以測定中繼器間的距離并確定色散補(bǔ)償機(jī)制。
    光纖線圈或已安裝光纖的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測試解決方案采用了極大簡化了的調(diào)制相移法，可以檢測到調(diào)制光信號的延遲時(shí)間。這一方法的顯著特點(diǎn)是它具有測量長光纖的能力。另一個(gè)特點(diǎn)則是易于實(shí)施，因?yàn)樗�充分利用了帶有光口的增�?qiáng)型射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀。
    假設(shè)一卷光纖插入了SHI型全參數(shù)測試儀：馬赫－澤德干涉儀的兩個(gè)分支的長度存在著極大差異（圖2）。

這會對波長產(chǎn)生極其規(guī)則的干涉波形。由于長度差超過了幾百米，波長分辨率、波長調(diào)諧線性度以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集等方面的局限性都會表現(xiàn)出來，這實(shí)際上又限制了上述原理的應(yīng)用。盡管可以給另一個(gè)干涉儀分支增加長度補(bǔ)償，但可靠性和可用性大打折扣。需要注意的是：頻域反射計(jì)可以使用長度補(bǔ)償。
唯有干涉儀能夠做到
    在光學(xué)部件測試中采用掃頻零差干涉測量法可為用戶帶來許多前所未有的功能：
·采用復(fù)雜的瓊斯矩陣法（Jones Matrix）可以全面表現(xiàn)部件的傳輸特性。從該數(shù)據(jù)中可以概括出許多有用的設(shè)備屬性：
·脈沖響應(yīng)
·二級PMD
·偏振分辨損耗/GD（也稱TE/TM模式顯示）
·復(fù)雜的瓊斯矩陣法可以測得群時(shí)延遲絕對值，也可測量長度。
·設(shè)備反射圖可以從復(fù)雜的瓊斯矩陣中概括出來，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備反射定位。
·實(shí)現(xiàn)相對于波長軸的群時(shí)延遲跟蹤的準(zhǔn)確定位，且
·波長分辨率不再取決于調(diào)制頻率：即使在低GD噪聲下也可實(shí)現(xiàn)皮（10-12）米級分辨率。
·每個(gè)長度單位顯示出陡曲線相位變化的設(shè)備可以標(biāo)注出來。
雖然對于空間分布光學(xué)部件（具有幾百米長的光學(xué)路徑設(shè)備）SHI測量方法具有明顯的局限性，但是SHI具有諸多新功能，對于設(shè)計(jì)或制造集成式光電子設(shè)備是極有幫助的�？梢钥隙ǖ卣f，SHI和MPS方法可以共同應(yīng)用在測試測量領(lǐng)域。
    安捷倫科技的兩種產(chǎn)品各自支持一種方法：Agilent 86038A光色散分析儀支持MPS方法，Agilent 81910A全參數(shù)分析儀則支持SHI方法。