光学矢量网络分析仪 vs 电子学矢量网络分析仪


随着5G的商业化推进和热火朝天研发中的6G,其核心是基于目前大量铺设的光纤网络进行传输,数据需求的增加带动OVA(光学矢量网络分析仪)的发展,OVA势必将在未来体现更大的价值,促进行业的整体发展。
 

 

提到矢量网络分析仪,如不特指的时候,一般指的是电子学领域的矢量网络分析仪(VNA)。电子学矢量网络分析仪器(电矢网)是一种电磁波能量的测试设备。它既能测量单端口网络或两端口网络的各种参数幅值,又能测相位,矢量网络分析仪能用史密斯圆图显示测试数据。矢量网络分析仪功能很多,被称为“仪器之王”,是射频微波领域的万用表,对使用者的专业技术要求较高;电矢网主要是根据频率来划分的,频率越高,价格自然就越高。目前电矢网的工作频率最高已经达到了1.5THz,其中主机频率一般低于100GHz,高于100GHz的部分,主要采用扩频的方式来实现。

 

光学矢量网络分析仪(光矢网或OVA)相比电矢网出现的时间较晚,LUNA公司在2002年推出了世界上的第一款OVA产品,经过20年的技术升级,现在世界范围内广泛应用的是OVA 5000和OVA 5100。基于OVA,一次扫描,在3秒内可以获取完整的待测器件参数,可大大减少开发时间。在单次扫描中直接测量光子器件的矩阵传递函数;具有最高的精度、分辨率和高动态范围;消除了多个测试仪器的需求和相关成本;消除了外部极化对准的繁琐和耗时的任务;集成可调谐激光源,包括独家的时域功能允许“查看”设备内部。通过以上OVA可实现的功能,其绝对可以称的是光学领域的仪器之王,是光学领域的万用表。


Luna OVA5100

OVA之所以称为OVA,也是因为实现了与电矢网相近的功能。例如VNA在测试微波射频器件时候,可以获得待测器件的S11和S21,其中S11主要是表征反射信号的参量,而S21主要是表征通过待测器件的输出信号的参量,对于无增益的无源器件来说,其一般是表征损耗,对于有源晶体管来说,S21一般是正的,表示具有增益,典型的可以有几十个dB的增益。

 

而OVA在测试光学器件的时候,针对无源器件,光学领域使用的是用回波损耗(RL)和插入损耗(IL)来表示,针对有源器件,使用的是光学增益。OVA所测参数与VNA所测参数,在很多时候的意义是一样的,就比如光学领域的RL与电子学领域的S11,都是希望回波损耗越小越好。当然如果深究其反射的机理,光学领域的回波损耗大多是因为折射率的差异,而造成的散射信号或者由于菲尼尔反射造成的,而电子学领域的回波损耗大多是由于阻抗失配等原因所造成。

 

OVA和VNA一样,都是既可以测试幅度,同时可以测量相位,这也是矢量的叫法来源。如不能测试相位,那就是标量测试仪了。但是OVA和VNA也在很多细节上是不同的,主要是因为光学领域和电子学领域的一些专业术语的习惯性称谓不一样。例如在光学领域,大家一般很少讲频率,都是用波长来表征,比如1500nm的激光器,很少有人说200THz这个频率,而在电子学领域,大家都习惯用频率来表示,比如100GHz的信号源,倍频器/混频器等。笔者简单总结了一些两个领域的不同之处,仅列出部分。

光学OVA 电子学VNA
波长(1550nm) 频率(100GHz)
折射率 介电系数
相位匹配 阻抗匹配
回损RL(dB) S11(dB)
插损或增益(dB) S21(dB)
偏振 极化
半波全宽FWHM(nm) 3dB带宽(Hz)

实际上光学领域和电子学领域,还有很多差异,主要是两个领域不一样,但即使有众多差异,两者还有相通之处,那就是无论是光学领域的激光,还是电子学领域的微波毫米波甚至是太赫兹波,他们本质上都是电磁波,因此也是同气连枝。