Một mô-đun quang có thể qua được phép đo mắt tín hiệu và TDECQ mà vẫn gây lỗi khi cắm vào hệ thống ghép kênh. Lý do thường không nằm ở miền thời gian mà ở miền phổ: bước sóng trung tâm lệch khỏi lưới, một mode phụ chưa bị dập đủ sâu, hoặc tỉ số tín hiệu trên nhiễu quang không đạt. Đo kiểm mô-đun quang đầy đủ vì thế luôn có hai nửa, và nửa thứ hai thuộc về máy phân tích phổ quang.
Phần miền thời gian — mắt tín hiệu, TDECQ, máy hiện sóng lấy mẫu — đã được trình bày trong bài Đo eye quang DCA: máy hiện sóng lấy mẫu cho liên kết quang tốc độ cao. Bài này đi vào nửa còn lại: công suất theo bước sóng.
Vì sao sai số bước sóng tính bằng phần trăm nanomet
Mức độ khắt khe của phép đo bước sóng phụ thuộc hoàn toàn vào lưới kênh mà mô-đun phải bám. Có ba lớp yêu cầu rất khác nhau.
Với CWDM theo ITU-T G.694.2, các kênh cách nhau 20 nm trong dải 1271–1611 nm. Đây là lưới thưa, cố ý thiết kế để laser không cần ổn định nhiệt độ chặt. Mô-đun 400GBASE-FR4 dùng bốn bước sóng trên lưới CWDM là 1271, 1291, 1311 và 1331 nm, mỗi làn mang 100 Gb/s, truyền 2 km trên sợi đơn mode. Một sai số đo 0,1 nm ở đây gần như vô hại.
Với DWDM theo ITU-T G.694.1, câu chuyện đảo ngược. Lưới được neo tại 193,1 THz và cho phép các khoảng cách 12,5 GHz, 25 GHz, 50 GHz, 100 GHz và bội số của 100 GHz; lưới linh hoạt còn cho tâm kênh theo bước 6,25 GHz với độ rộng khe là bội của 12,5 GHz. Quy đổi sang bước sóng quanh 1550 nm: 100 GHz tương đương 0,8 nm, 50 GHz tương đương 0,4 nm, 25 GHz chỉ còn 0,2 nm. Ở lưới 25 GHz, sai số 0,1 nm đã ăn hết một nửa khoảng cách kênh.
Đây là lúc phải đọc kỹ tờ thông số thay vì chỉ nhìn một con số “độ chính xác bước sóng”. Với máy phân tích phổ quang Keysight 86142B, độ chính xác tuyệt đối theo hiệu chuẩn nhà máy chu kỳ 2 năm là ±0,5 nm. Nhưng sau khi hiệu chuẩn bằng nguồn nội và bật hiệu chuẩn bước sóng nâng cao, con số điển hình trong dải 1480–1570 nm rút xuống ±0,01 nm, và 1570–1620 nm là ±0,025 nm. Độ lặp lại khi dò lại cùng một đỉnh là ±0,002 nm.
Ba con số đó — 0,5 nm, 0,01 nm và 0,002 nm — cùng mô tả một cái máy, và chúng chênh nhau hơn hai bậc độ lớn. Chọn nhầm con số khi lập ngân sách sai số là lỗi phổ biến nhất trong các phòng đo quang mới thành lập.
Dải động của OSA phải đọc theo khoảng cách kênh
Đây là điểm cốt lõi và cũng là chỗ tờ thông số dễ bị đọc sai nhất. Dải động của một máy phân tích phổ quang không là một con số duy nhất — nó là một hàm của khoảng cách tính từ đỉnh kênh.
Với 86142B, đo ở băng thông giải phân 0,1 nm quanh 1550 nm, dải động công bố là −60 dB tại ±0,8 nm (tương đương ±100 GHz), −58 dB tại ±0,5 nm (±62,5 GHz), −55 dB tại ±0,4 nm (±50 GHz) và điển hình −40 dB tại ±0,2 nm (±25 GHz).
Ghép hai dãy số lại thì quy tắc chọn máy hiện ra ngay: khoảng cách kênh của hệ thống quyết định điểm nào trên đường cong dải động là điểm bạn thực sự phải dùng. Hệ DWDM 100 GHz làm việc ở vùng −60 dB, rất thoải mái. Hệ 50 GHz rơi vào vùng −55 dB. Còn hệ 25 GHz chỉ còn khoảng −40 dB — nghĩa là một mode phụ hay phần đuôi phổ của kênh bên cạnh nằm thấp hơn 45 dB so với đỉnh sẽ chìm hoàn toàn dưới đáp ứng của chính cái máy, và bạn sẽ không bao giờ nhìn thấy nó. Máy không báo lỗi; nó chỉ đơn giản không phân giải được.
Băng thông giải phân, độ nhạy và trần công suất
Ba tham số còn lại thường được đặt sai theo thói quen. Băng thông giải phân của 86142B chọn được ở các mức 0,06 / 0,1 / 0,2 / 0,5 / 1 / 2 / 5 / 10 nm. Nguyên tắc là băng thông giải phân phải nhỏ hơn khoảng cách kênh — đây cũng là điều kiện mà Keysight ghi kèm khi công bố công suất đo tối đa.
Về độ nhạy, máy đạt −90 dBm trong dải 1250–1610 nm, −75 dBm ở 900–1250 nm và −80 dBm ở 1610–1700 nm; độ nhạy được định nghĩa là mức tín hiệu lớn hơn 6 lần giá trị nhiễu hiệu dụng. Ở đầu kia của thang đo, công suất đo tối đa điển hình là +15 dBm mỗi kênh và +30 dBm tổng trong dải 1525–1700 nm, còn công suất an toàn tối đa là +30 dBm tổng và +23 dBm trong bất kỳ đoạn phổ 10 nm nào. Ranh giới thứ hai này hay bị bỏ qua khi đo đầu ra của một bộ khuếch đại quang: tổng công suất có thể vẫn dưới ngưỡng trong khi một cụm kênh sát nhau đã vượt giới hạn cục bộ.
Độ chính xác biên độ tuyệt đối là ±0,5 dB tại −20 dBm ở 1310 nm và 1550 nm, với băng thông giải phân từ 0,1 nm trở lên. Về tốc độ, chu kỳ quét điển hình dưới 180 ms cho dải quét 50 nm, dưới 400 ms cho 100 nm và dưới 650 ms cho 500 nm — đủ nhanh để đặt trong dây chuyền kiểm tra cuối.
SMSR, OSNR và những phép đo phổ thường gặp
Trên nền ba tham số trên, các phép đo thực tế trong nhà máy mô-đun quang gồm bốn nhóm.
- Bước sóng trung tâm và độ lệch khỏi lưới: xác định đỉnh phổ của từng làn và so với giá trị danh định của lưới CWDM hoặc DWDM.
- Tỉ số dập mode phụ (SMSR): chênh lệch giữa đỉnh mode chính và mode phụ cao nhất. Phép đo này bị chặn trực tiếp bởi dải động của máy tại khoảng cách tương ứng — một SMSR 45 dB không thể xác nhận được bằng một cấu hình chỉ có −40 dB dải động ở khoảng cách đó.
- Tỉ số tín hiệu trên nhiễu quang (OSNR): đo mức nhiễu nền hai bên kênh rồi nội suy về tâm kênh. Vì phép đo này sống hoàn toàn nhờ khả năng nhìn xuống thấp giữa hai kênh, nó cũng chính là phép đo nhạy cảm nhất với dải động và với việc chọn băng thông giải phân.
- Công suất kênh và độ phẳng giữa các kênh: dựa vào độ chính xác biên độ tuyệt đối và tính đồng đều của máy trên toàn dải quét.
Với các phép đo cần nguồn quang có phổ sạch và bước sóng đặt được chính xác — đo suy hao theo bước sóng, đặc tính hoá linh kiện thụ động, kiểm tra dải thông bộ lọc — cần ghép thêm nguồn laser điều chỉnh như Keysight N7714A với bốn nguồn laser độc lập, hoặc một khung đo quang mô-đun như Keysight 8163B để lắp cảm biến công suất và mô-đun suy hao.
Ghép hai miền đo kiểm mô-đun quang vào một quy trình
Một dây chuyền kiểm tra mô-đun quang hoàn chỉnh cần cả hai miền, và chúng bắt lỗi khác nhau. Máy phân tích phổ quang bắt các lỗi thuộc về nguồn phát: laser trôi bước sóng, mode phụ nổi lên khi nhiệt độ thay đổi, OSNR tụt vì một tầng khuếch đại. Máy hiện sóng lấy mẫu như Keysight N1092D với bốn kênh quang bắt các lỗi thuộc về dạng sóng: mắt đóng, jitter, TDECQ vượt ngưỡng.
Cần lưu ý về vòng đời sản phẩm: dòng 86142B đã được Keysight xếp vào nhóm ngừng sản xuất, dù còn rất nhiều máy đang vận hành tốt trong các phòng đo và vẫn được hỗ trợ hiệu chuẩn. Khi lập kế hoạch đầu tư dài hạn, nên đưa yếu tố này vào cùng với yêu cầu kỹ thuật thay vì chỉ so tờ thông số.
Kết luận
Quy tắc rút gọn cho đo kiểm mô-đun quang ở miền phổ chỉ gồm ba bước: xác định lưới kênh mà mô-đun phải bám, quy đổi khoảng cách kênh sang nanomet tại bước sóng làm việc, rồi đọc dải động của máy đúng tại khoảng cách đó thay vì đọc con số lớn nhất trên tờ thông số. Ba bước này quyết định máy có nhìn thấy được lỗi hay không — trước cả khi bàn tới độ chính xác bước sóng.
Techmaster Electronics là đại lý uỷ quyền của Keysight tại Việt Nam, cung cấp thiết bị đo quang kèm dịch vụ hiệu chuẩn theo ISO/IEC 17025. Cần tư vấn cấu hình cho dây chuyền đo mô-đun quang, liên hệ hotline 0908 173 345.
