前言
随着AI算力产业的高速发展，光传输、光计算场景对光放大器提出小型化、低功耗、宽波段等新要求，也直接推动 SOA（半导体光放大器）快速普及。
SOA按偏振特性主要分两类：
1. 偏振无关SOA（PI-SOA），其TE和TM模的增益差（又称为偏振相关增益PDG）通常小于2dB。
2. 单偏/高偏SOA（PM-SOA），其偏振相关增益PDG较大，偏振消光比PER也较大。
偏振无关 SOA 测噪声系数，方案和传统 EDFA 基本一致，多用内插法；而高偏/保偏 SOA 更适合采用偏振消除法测试。本文结合国标与我司实操，完整介绍我司高偏 SOA 噪声系测试流程。
参考标准
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IEC 61290-3-1:2003 Optical Amplifiers -- Part 3: Noise figure parameters
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GB/T 16850.3-2021 光纤放大器试验方法基本规范 第3部分：噪声参数的试验方法
核心采用标准规定的偏振消除法（PN 法）开展测试。
测试环境
1. 国标推荐的偏振消除法测试拓扑
国标标准中的偏振消除法测试拓扑如下：
图1 NF测量的偏振消除法测试拓扑(Source: IEC61290-3-1:2003 Figure 1)
2. 我司针对高偏保偏SOA简化的测试拓扑
我司高偏SOA芯片输出为单偏振TE光，TM偏振光会被波导大幅衰减抑制，蝶形器件内部在输出侧还集成有偏振相关隔离器，PER通常大于20dB，TM偏振ASE噪声不足TE偏振噪声光的1%，几乎可以忽略。
因此可以省去图1的偏振消除单元，使用图2的简化测试拓扑，因此针对我司高偏SOA，经过对比实验，简化光路（图2）与标准光路（图1）测出的噪声系数完全一致。
图2 我司高偏SOA噪声系数测试拓扑
图中：
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NLL/TLS: 可根据需要选择窄线宽激光器NLL或可调激光器TLS。光源要求光谱宽度<0.1nm，边模抑制比SMSR大于30dB，输出光功率波动小于0.05dB。
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PC：偏振控制器，可控制光的偏振状态，要求插损小于0.2dB。
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Linear Ploarizer: 线偏振器，消光比要求>30dB。
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VOA：可调光衰减器，衰减范围要求>40dB，稳定性优于0.1dB。
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OSA：光谱分析仪，要求支持RES=0.1nm或更低，稳定性优于0.1dB，波长准确度应优于0.05nm，在动态范围内的线性度优于0.2dB。
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SOA Driver: SOA驱动器，要求支持偏置电流设置、TEC温度控制，要求低噪声，尽量避免引入电噪声。
此外，还应配有OPM光功率计，用于光谱仪OSA的光功率校准，和辅助偏振调谐。
NF计算公式：
1. 噪声系数计算公式
2. 总噪声公式
3. OSA绝对功率修正因子PCF
4. 整合后的完整噪声系数公式
++补充说明：3dB 补偿的适用前提是器件 TE、TM 两路 ASE 噪声均等；高偏 SOA 只有单偏振噪声，理论上不需要加这 3dB，但对外交付报告须统一执行标准修正。++
测试步骤：
参考IEC 61290-3-1:2003标准中6.3.2节和6.3.3节操作：
1. 准备测试环境
（1） 按照图2测试拓扑，将光源模块连接好并开启光源，设置光波长到待测波长λs；
（2） 将SOA放置在SOA驱动器中，设置最高额定限制电流，设置SOA工作温度（常规测试默认为25°C）和工作电流，依次开启温控和SOA；
（3） OSA设置RES为0.1nm，切换到"光放大器噪声分析"模式。
2. 测量OSA的功率校准因子PCF及SOA输入光谱
（1） 将光源模块波长设置为待测波长λs，如下图所示，将光源模块直接连接到光功率计，调谐VOA，设置光源输出光功率为期望值，记录光功率POPM（dBm）。
（2） 断开光功率计后，将光源输出连接到OSA，测量其输出光功率POSA（dBm）。
（3） 计算PCF，PCF=POPM-POSA，进入OSA的"光放大器"测试的"设置"页面，将PCF填入输入输出光功率修正中。（这个步骤是希望OSA能自动输出NF，如手动计算可不用设置此参数）；
（4） 将该SOA输入光谱"写入"到轨迹A中，并将轨迹A设置为"固定"。
3. 调偏振，让 SOA 工作在最大增益状态
（1） 如下图所示连接，使用光功率计OPM检测SOA输出光功率，调谐偏振控制器PC，使光功率计OPM读数最大。
（2） 断开OPM,将SOA的输出连接到光谱仪，选择写入轨迹B。
4. 读取真实噪声系数并做标准修正
（1） OSA直接算出NFOSA，由于前面设置过PCF修正，此时光谱仪给出的是高偏SOA真实的NF，芯片真实性能评估可使用此值。
（2） 对外出厂、客户验收、第三方检测，为避免数据争议以及确保测试标准统一合规,须遵循 IEC 标准叠加 3dB 修正，最终测试结果应修正为NF对外=NFOSA+3dB
测试实例
下面是高功率保偏SOA（JSA-BT525G35-PM）的噪声系数测试示例。
图3 一个SOA测试噪声系数的光谱实例
图中黄色曲线和青色曲线分别为输入和输出光谱。图中得到的参数如下：
• WL=1551.2263nm
• Pin= -13.566dBm
• PASE= -38.656dBm
• Res= 0.069nm(对应噪声系数公式的光带宽B0)
• G = 15.506dB
• NF = 5.44dB
可以看到OSA给出了NF测量值为5.44dB，此为我司高偏SOA在输入-13.566dBm偏置电流为700mA时的真实噪声系数。对外输出报告时，为统一测试标准，则将NF修正为8.44dB。
下面是改款SOA在不同输入光功率，不同驱动电流下的NF测试结果（已增加了3dB修正）
图4 高偏SOA噪声系数与输入光功率的关系