OSA-Optical Spectrum Analyser中文直譯是光譜分析儀，OSA原本是一個(gè)寬泛的名稱，由于20世紀(jì)末開(kāi)始席卷全球，當(dāng)時(shí)風(fēng)頭無(wú)兩的互聯(lián)網(wǎng)與光纖通訊產(chǎn)業(yè)所帶來(lái)的光纖通訊波段光譜分析測(cè)試儀器無(wú)以比擬的龐大供求，導(dǎo)致了OSA-Optical Spectrum Analyser這個(gè)名詞專門指代了光纖通訊波段的光譜分析儀。而在這個(gè)龐大的全球市場(chǎng)中，一個(gè)西班牙的高科技公司Aragon Photonics Labs.S.L采用基于受激布里淵散射（Stimulated Brillouin Scattering, SBS）原理研發(fā)的BOSA（Brillouin-Optical Spectrum Analyser)超高解析度光譜分析儀,在光譜分辨率，波長(zhǎng)準(zhǔn)確度，動(dòng)態(tài)范圍，無(wú)偽訊等方面領(lǐng)先其他競(jìng)品技術(shù)，現(xiàn)BOSA已由ZEPREN Solutions公司全面產(chǎn)業(yè)化。

具體來(lái)說(shuō)BOSA（Brillouin-Optical Spectrum Analyser)超高解析度光譜分析儀有以下突出特點(diǎn)：

• 超高光譜解析度：光譜分辨率高達(dá)10MHz（0.16pm@1550nm）

• 內(nèi)置飽和吸收池波長(zhǎng)校準(zhǔn)，波長(zhǎng)絕對(duì)準(zhǔn)確度高達(dá)0.5pm

• 高達(dá)80dB的大動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)免偽訊

• 插損，回?fù)p，偏振等被動(dòng)器件綜合測(cè)試

鑒于受激布里淵散射（Stimulated Brillouin Scattering, SBS）原理描述相對(duì)枯燥，廠家官網(wǎng)上對(duì)BOSA的工作機(jī)理僅做了簡(jiǎn)單的描述，小編反復(fù)習(xí)受激布里淵散射相關(guān)資料，終有小悟：廠家是巧秒借鑒了受激布里淵散射超窄線寬激光器的技術(shù)基礎(chǔ)，拓展研發(fā)出了這個(gè)超高光譜解析度的光譜分析儀-BOSA。本文就是在廠家官網(wǎng)文字基礎(chǔ)上附加了受激布里淵散射的一些補(bǔ)充信息，希望能讓客戶有一個(gè)相對(duì)更直觀的理解。

接下來(lái)簡(jiǎn)單歸納幾個(gè)對(duì)讀者有用的知識(shí)點(diǎn)：

光入射到任何介質(zhì)內(nèi)都會(huì)有散射現(xiàn)象，對(duì)于光纖而言也同樣，激光入射到光纖內(nèi)，絕大部分光能會(huì)沿光纖傳輸，而在光纖內(nèi)發(fā)生的一部分傳輸損耗就有光散射。如果把這些散射再進(jìn)一步細(xì)分的話，多數(shù)是彈性散射我們稱之瑞利散射（和入射光同波長(zhǎng)，相對(duì)強(qiáng)度約-30dB),還包含了很少的非彈性散射-布里淵散射（相對(duì)入射光而言大致有10GHz的頻移，簡(jiǎn)單計(jì)算對(duì)于1550nm的入射光而言，布里淵散射大致在1550.08nm處；而相對(duì)強(qiáng)度大致在-60dB),還有極小的一部分是拉曼散射（相對(duì)入射光而言大致有10THz的頻移，簡(jiǎn)單計(jì)算對(duì)于1550nm的入射光而言，拉曼散射大致在1634.45nm，相對(duì)強(qiáng)度大致在-80dB)

圖1.瑞利散射，布里淵散射與拉曼散射

• 從上述數(shù)據(jù)分析，在光纖通訊這樣的低功率運(yùn)行系統(tǒng)，上述諸如布里淵散射和拉曼散射這樣的非彈性散射由于其強(qiáng)度很低，我們稱之為自發(fā)散射，基本不會(huì)干擾系統(tǒng)工作。但當(dāng)入射激光功率提升到一個(gè)閾值以上時(shí)，一些有趣的事情發(fā)生了：

  

圖2. 布里淵激光工作原理

前向行進(jìn)的泵浦光強(qiáng)度達(dá)到一定閾值后，在光纖中會(huì)激發(fā)電致伸縮效應(yīng)，而產(chǎn)生聲波，這個(gè)聲波的能量來(lái)源可以認(rèn)為是一部分泵浦光的光子非彈性碰撞轉(zhuǎn)化來(lái)的，此聲波會(huì)致使纖芯的折射率被周期性地調(diào)制，相當(dāng)于產(chǎn)生了一個(gè)聲波誘導(dǎo)的與泵浦光行進(jìn)方向一致的移動(dòng)布拉格光柵。我們知道光子非彈性碰撞也遵守能量守恒和動(dòng)量守恒。于是上述若干泵浦光子Kp泯滅后既產(chǎn)生了和原泵浦光同向的聲子Ko，也由于動(dòng)量守恒會(huì)同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)反向運(yùn)動(dòng)的光子Ks。由于能量守恒，Ks光子能量會(huì)小于原Kp泵浦光子能量，Ks振動(dòng)頻率就是原泵浦光子Kp激光頻率減去聲波頻率，Ks的這個(gè)向下頻移我們稱之為Stokes斯托克斯頻移。由于多普勒效應(yīng)，相對(duì)于前述正向移動(dòng)的聲波場(chǎng)，背向傳輸?shù)腒s-Stokes散射光的振動(dòng)頻率和彈性碰撞的瑞利散射頻率是一致的，兩者就會(huì)產(chǎn)生干涉效應(yīng)，干涉相漲時(shí)就會(huì)產(chǎn)生更強(qiáng)的正向聲波場(chǎng)，同時(shí)會(huì)激勵(lì)更強(qiáng)的調(diào)制效應(yīng)，產(chǎn)生更強(qiáng)的背向Ks-Stokes散射光，如此反復(fù)背向Ks-Stokes散射光強(qiáng)度會(huì)和激光諧振一樣，不斷放大成為一束頻率比泵浦光略低，傳播方向反向的Stokes激光，最終甚至可能吃掉泵浦激光大部分能量，轉(zhuǎn)化效率高到甚至有望生成輸出功率和泵浦激光功率相當(dāng)?shù)氖芗tokes激光。這個(gè)過(guò)程就是SBS- Stimulated Brillouin Scattering受激布里淵散射激光的發(fā)生原理。

• 在某些場(chǎng)合，受激布里淵散射激光增益是不被歡迎的，以我們周知的工業(yè)級(jí)光纖激光器為例，受激布里淵散射是損害大功率光纖激光器正常輸出的一大敵手（其傳播方向與泵浦方向相反，且模式競(jìng)爭(zhēng)偷走了很多的泵浦能量）。所以對(duì)于大功率光纖激光器產(chǎn)業(yè)而言，重要的研究課題是如何抑制受激布里淵散射。但是對(duì)于某些應(yīng)用而言，受激布里淵散射激光反而有被推崇的優(yōu)勢(shì)。比如對(duì)于光纖類的硅基材料，受激布里淵散射的增益帶寬非常窄，僅有50-100MHz左右，這就導(dǎo)致了受激布里淵散射激光天生超窄線寬，對(duì)于量子科學(xué)，精密量測(cè)，超高帶寬光纖通訊等行業(yè)會(huì)有誘人的前景。

• 有了以上背景資訊，現(xiàn)在步入BOSA（Brillouin-Optical Spectrum Analyser)超高解析度光譜分析儀的原理。

圖4. 可調(diào)諧泵浦激光產(chǎn)生移動(dòng)布拉格光柵

如圖四. 一束可調(diào)諧激光耦合進(jìn)布里淵增益優(yōu)化光纖，產(chǎn)生光纖內(nèi)周期化調(diào)制結(jié)構(gòu)，也就是形成一個(gè)移動(dòng)的布拉格光柵,同時(shí)右側(cè)耦合進(jìn)客戶待測(cè)信號(hào)SUT(Signal Under Test)，待測(cè)信號(hào)里面包含不同的波長(zhǎng)（頻率）成分是客戶所希望分析的。

圖5.受激布里淵效應(yīng)對(duì)響應(yīng)頻點(diǎn)的增益

如圖五，當(dāng)SUT待測(cè)信號(hào)頻譜內(nèi)有一個(gè)頻率點(diǎn)正好符合前述泵浦激光激發(fā)下的移動(dòng)布拉格光柵對(duì)應(yīng)受激布里淵激光諧振頻點(diǎn)，則會(huì)發(fā)生受激布里淵增益效應(yīng)，把SUT待測(cè)信號(hào)內(nèi)此頻點(diǎn)的強(qiáng)度放大，并沿灰色箭頭方向傳輸（見(jiàn)圖5.紅色圈內(nèi)部分）。我們知道，泵浦激光是可調(diào)諧的，在泵浦激光波長(zhǎng)掃描過(guò)程中，其誘導(dǎo)的受激布里淵激光諧振頻點(diǎn)也會(huì)同時(shí)掃描，這樣就能逐次實(shí)現(xiàn)SUT待測(cè)信號(hào)內(nèi)所有頻率成分的布里淵諧振增益，我們將此放大后的光信號(hào)耦合輸出即可采集分析SUT待測(cè)信號(hào)的高靈敏度，高光譜解析度頻譜。

BOSA（Brillouin-Optical Spectrum Analyser)超高解析度光譜分析儀的優(yōu)勢(shì)分析。

1. 超高分辨率的同時(shí)保持高靈敏度與高動(dòng)態(tài)范圍：傳統(tǒng)OSA光譜分辨率與靈敏度，動(dòng)態(tài)范圍有一個(gè)不可能三角，提高光譜分辨率會(huì)被迫犧牲靈敏度與動(dòng)態(tài)范圍。而B(niǎo)OSA（Brillouin-Optical Spectrum Analyser)從原理上就有巨大優(yōu)勢(shì)，由于BOSA的布里淵增益帶寬僅為10MHz寬度，相當(dāng)于時(shí)刻有一個(gè)10MHz帶寬的濾波器（比傳統(tǒng)OSA更窄），奇妙的是同時(shí)還具備放大器的作用（因此完全不犧牲靈敏度與動(dòng)態(tài)范圍），這樣可以同時(shí)保證10MHz(0.16pm)的光譜分辨率同時(shí)-70dBm的靈敏度與80dB的動(dòng)態(tài)范圍

2. 由于BOSA的布里淵增益帶寬僅為10MHz寬度，良好阻隔了所有旁帶噪聲干擾，所以在其80dB的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)都是免偽訊的。

3. BOSA內(nèi)部還內(nèi)置了飽和吸收池波長(zhǎng)校準(zhǔn)，波長(zhǎng)絕對(duì)準(zhǔn)確度高達(dá)0.5pm

4. BOSA內(nèi)部?jī)?nèi)置了可調(diào)諧激光器，將此激光分出一部分輸出可用于被動(dòng)器件的激勵(lì)，所以BOSA還擁有器件插損，回?fù)p測(cè)試功能；受激布里淵增益有高度偏振保持度，因此BOSA還可集成器件偏振敏感分析功能。

BOSA（Brillouin-Optical Spectrum Analyser)超高解析度光譜分析儀應(yīng)用舉例：

1. 激光器頻譜與線寬分析：

對(duì)DFB激光高分辨率、高動(dòng)態(tài)范圍的光譜分析. 線寬增強(qiáng)因子可以直接測(cè)量

2. 測(cè)試光頻梳數(shù)尺，表征激光器所有縱模：

測(cè)試界面為Tracing模式，記錄了皮秒激光器的所有縱模，以及各縱模隨時(shí)間的強(qiáng)度變化。此模式也可用于光頻梳各梳齒的及其強(qiáng)度變化的表征。

3. 超高密度DWDM檢測(cè)

不同信道的 10Gb/s RZ, NRZ以及一路 100GB/s Pol- MuxQPSK 同時(shí)表征.

4. 正交頻分復(fù)用OFDM檢測(cè)

分辨距離很近的8通道正交頻分復(fù)用OFDM

5. 啁啾檢測(cè)：

高分辨、極佳近進(jìn)動(dòng)態(tài)范圍，確保測(cè)量非常低頻分量信息