OM4000 系列产品技术资料

相干光信号分析仪
泰克对于本技术资料上的产品不再有售。

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主要特点和优点

无可比拟的灵活性
  • 相干光波信号分析仪结构兼容实时示波器和等效时间示波器*2
  • 完整的相干信号分析系统,适用于偏振复用QPSK、偏置 QPSK、QAM、差分BPSK/QPSK 及其它高级调制格式
  • 通过MATLAB界面显示星座图、相位眼图、Q因子、Q曲线、 频谱图、Poincare Sphere、信号随时间变化、激光相位特 点、BER 及其它曲线和分析结果
  • 使用大多数偏振复用信号,测量任意阶的偏振模色散(PMD)
精密光接收机
  • 精密相干接收机硬件,在温度和时间波动时变化达到最小, 实现高精度和高稳定性、偏振分集和光检测
  • 高度线性光电检测可以在高本振和信号功率电平下运行,消 除电气放大
  • 集成一对ECDL 可调谐激光器,一个作为本振,另一个用于 自检。这两个激光器都拥有业内最优秀的线宽和调谐范围, 适用于频段内任意波长
  • 相干光波信号分析仪软件容忍>5 MHz瞬时信号激光器线宽- 兼容标准网络可调谐光源,如DBR 和DFB 激光器
  • 不要求激光相位或频率锁定
  • 智能偏振隔离跟随信号偏振
用户自定义扩展能力
  • 用户可以使用直接的MATLAB*3 接口接入内部功能
  • 可以通过以太网控制OM4000,实现远程接入
  • 优异的用户界面,外加MATLAB 强大的处理能力,全面观 察信息,且使用简便
  • OM1106和OM4000系列产品标配相干光波信号分析仪软件

 

*1 OM4106D 要求泰克示波器。其它OM4000型号兼容许多示波器。详情请与销 售人员联系。

*2某些功能只在使用泰克示波器时提供。

*3 MATLAB 是MathWorks 的注册商标。

简介

OM4000 相干光信号分析仪(CLSA)是一种1550 nm (C波段和 L 波段)光纤测试系统,用来测量复杂调制信号,为测试相干检 测和直接检测传输系统提供了完整的解决方案。CLSA 由偏振 分集和相位分集接收机及分析软件组成,可以同时测量对高级 光纤通信重要的调制格式,包括偏振复用(PM-) QPSK 调制。 CLSA 软件执行所有校准和处理功能,实现实时突发模式星座 图显示、眼图显示、Poincare sphere 和误码检测功能。

OM4000 系列仪器异常灵活

OM4000在业内拥有独一无二的特点,它可以同时用于实时示 波器和等效时间示波器。由于这种前所未有的结构,用户可以 在一台CLSA 中获得这两种采集格式的优势。对分析中要求高 采样率的客户,最好使用CLSA和实时示波器(如DPO73304D)。 对分析中要求高垂直分辨率的客户(如调制器检定),最好使用 等效时间示波器。通过使用拥有充足带宽的泰克示波器解决方 案,可以分析240 Gb/s 以上的信息速率。

OM4000 系列用户界面(OUI)

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图1-OM4000用户界面(OUI)显示了颜色等级图形选项。图中 显示的数据是112 Gb/s PM-QPSK。

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图2- OM4000 用户界面(OUI),显示选定等效时间测量数据。

OUI是通过相干光信号分析仪产品处理数据操作和显示。用户 还可以单独订购这个OUI,不需要OM4000,用于另一个相干 接收机系统分析。纯数据捕获和分析版本的O U I 软件称为 OM1106。它提供了颜色等级、余辉和色键选项,帮助您观察 数据。在图1中,由于IQ数据顺序的相对定时(图1 上方中间),水平跳变要比垂直跳变发生频次少得多。另一个偏振星座用颜 色等级表示,只有符号点(下方中间)。另外还为眼图提供了颜 色等级(右下方)。

OM4000 系列用户界面(OUI)和MATLAB 之间的交互

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图3 - OUI 控制的数据流量示意图。

OUI 从示波器中采集的数据来获得用户提供的信号相关信息, 然后把这些信息传送到MATLAB 工作空间,如图2所示。然后 调用一系列MATLAB脚本,处理数据,生成变量。然后OUI 检 索这些变量,绘制变量图。通过连接O U I 或通过直接连接 M A T L A B 工作空间,可以实现自动测试。用户不需要精通 MATLAB,OUI可以管理所有MATLAB交互。而高级用户则可 以通过MATLAB接口访问内部功能,用来创建用户自定义解调 器和算法,或实现自定义分析可视化。

信号处理方法

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图4- 流经“核心处理”的数据。

对实时采样系统,数据采集后,第一步是恢复时钟,在符号中 心,对偏振分离和之后的算法以每个符号1个样点的速率对数 据重新定时(如图3 所示)。然后以10 倍的波特率(用户可以设 置)对数据重新采样,确定把眼图或星座图中的符号互连起来的 轨迹(如图3 所示)。时钟恢复方法取决于选择的信号类型。然 后根据符号中心样点恢复激光相位。一旦激光相位被恢复,那 么可以使用调制部分,与每个预计数据对准。通过查找实际数 据与预计数据之间的差异,可以计算误码数量,选择BER最低 的极性。一旦知道了实际数据,可以执行二次相位估算,消除 激光相位跳动可能导致的错误。一旦计算了变量,它们可以提 供给OUI进行检索和显示。在每一步上,都将为指定数据类型 选择最佳算法,不要求用户干预,除非用户希望干预。

简便易用的OUI,快速入门

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图5- OM4000 用户界面(OUI)中带标注的测量表。

相干光波信号分析仪的用户界面称为OUI。OUI 可以简便地配 置和显示测量,同时为使用WCF 或.NET 通信的第三方应用提 供一种软件控制手段。还可以从MATLAB 或LabVIEW 中控制 OUI。图4 显示了QAM测量设置。可以移动曲线、固定曲线或 重新确定曲线尺寸,可以关闭或创建曲线,只显示所需信息。

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图6- OM4000 用户界面(OUI)中带标注的测量表。

除曲线上提供的数字测量外,还可以在Measurements窗口中 汇总测量数据,其中还显示统计信息。图5 显示了部分测量。

调整速度更快

OUI 采用专门设计,以极快的速度从示波器中收集数据,把数 据传送到MATLAB工作空间中,提供最大的数据刷新速率。然 后可以在MATLAB 中处理数据,提取得到的变量,进行显示。

紧密集成MATLAB,提高掌控能力

由于100%数据处理都在MATLAB中完成,测试工程师可以简 便地探究处理过程,了解过程的每一步。研发实验室还可以利 用M A T L A B 紧密集成能力,为开发的新技术编写自己的 MATLAB 算法。

使用最优算法

不用担心使用哪种算法。在OUI 中选择一种信号类型时,如 PM-QPSK,将对数据应用该信号类型的最优算法。每种信号 类型都有一种专门设计的最适合应用的信号处理方法,立即获 得结果。

不会受碍于激光器相噪

为无线电信号设计的信号处理算法不一定适合复杂光调制信号 使用的噪声高得多的信号源。我们强健的信号处理算法可以容 忍足够的相噪,可以测试传统上使用差分或直接检测技术(如 DQPSK)测量的信号。

找到正确的BER

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Q-plot.

我们的Q曲线为了解数据信号质量提供了优秀的方式。在每次 数据采集后,其在信号上进行大量的BER 对判定门限测量。 BER对判定门限曲线可以显示信号的噪声特点。高斯噪声会在 Q曲线上产生一条直线。另外还会计算最优的判定门限和推断 的BER。这会提供两个BER 值:实际计算的误码数量除以计 算的位数,以及推断的BER(以供BER太低而不能迅速测量时 使用)。

星座图

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星座图

一旦去掉了激光器相位波动和频率波动,可以在复数平面中绘 制得到的电场。如果只绘制符号中心的值,那么其称为星座 图。如果复数平面中还显示连续曲线,那么其通常称为相位 图。由于可以打开或关闭连续曲线,我们把这两种图都叫作星 座图。符号点散射表明调制与理想值的接近程度。符号点由于 附加噪声、发射机眼图闭上或光纤损伤而散开。可以通过符号 标准偏差、误差矢量幅度或模板违规来测量散射。

星座图上进行的测量在每个图形窗口相关的“飞出”面板中提 供。下面介绍了星座图相关测量。

星座测量

测量说明
延伸率Q 调制幅度与I 调制幅度之比,用来衡量特定偏 振信号的I 分支和Q 分支的调制均衡程度
实数偏差用百分比表示,表明星座左移或右移的程度。零 以外的实数(同相)偏差通常表明发射机调制器的 同相支流在眼图中心没有以对称方式驱动
虚数偏差用百分比表示,表明星座上移或下移的程度。零 以外的虚数(正交)偏差通常表明发射机调制器的 正交支流在眼图中心没有以对称方式驱动
幅度所有符号幅度的平均值,用曲线上的单位表示。 可以使用这个指标,找到两个偏振信号的相对 大小
相位角度发射机I-Q 相位偏差,正常情况下应为90 度
StdDev by Quadrant距平均符号的符号点距离的标准偏差,用曲线上 的单位表示,BPSK 和QPSK 会显示这个指标
EVM (%)每个符号点距理想符号点的RMS 距离除以理想 符号的幅度,用百分比表示
EVM Tab用适当数字显示的单独的EVM标签,按星座群提 供EVM%。数字排列顺序与符号排列顺序对应, 其特别适合设置发射机调制器偏差。例如,如果 左侧的群的EVM高于右侧的群,那么这通常意味 着必需调制同相发射机调制器偏差,以更大的力 驱动负轨
Mask Tab用适当数字显示的单独的Mask 标签,按星座群 提供模板违规数量。数字排列顺序与符号排列顺 序对应。模板门限在Engine窗口中设置,可以用 于发射机通过/ 失败测试
颜色特性

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颜色等级星座图

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颜色等级,带有精细轨迹

颜色等级特性提供了无穷大余辉图,其中用颜色表示一个点在 曲线上发生的频率。这种模式有助于揭示用单色显示不明显的 码型。注意,下面的实例中,下方的星座群的EVM 要高于上 面的星座图。在大多数情况下,这表明正交调制器偏差朝着正 轨太远了。近似正确的交点显示得不明显。在本例中,偏差不 正确的调制器隐藏了偏差不正确的驱动器放大器。

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Color Key Constellation(颜色键星座) -如果前面的符号在第一象 限(右上),那么当前符号的颜色为黄色。如果前面的符号在第二象 限(左上),那么当前符号的颜色为品红色。如果前面的符号在第三 象限(左下),那么当前符号的颜色是浅蓝色(青色)。如果前面的符 号在第四象限(右下),那么当前符号的颜色是深蓝。

Color Key Constellation Points(颜色键星座点)是一种特殊功 能,在非Color Grade 模式下使用。在本例中,符号颜色由以 前符号的值确定。这有助于揭示码型相关性。在这里,它显示 了码型相关性要怪其它群上的EVM 不好。调制器非线性度通 常会屏蔽RF 电缆损耗导致的码型相关性,但这里的调制器偏 差不正确,使得其传送到光信号。

眼图

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眼图

可以为相应的调制格式选择眼图。支持的眼图格式包括:Field Eye,也就是复数平面中相位曲线的实数部分;Power Eye,使 用泰克示波器光输入仿真显示的眼图;Diff-Eye,使用1 位延 迟线干涉仪仿真生成的眼图。与星座图一样,可以按鼠标右键, 选择颜色选项。Field Eye 图提供了下述测量:

Field Eye 测量

测量说明
Q (dB)用眼图线性判定门限Q 因子的20xLog10 计 算得出
Eye Height1电平平均值到0电平平均值的距离(曲线单位)
Rail0 Std Dev从判定门限Q因子测量中确定的0电平的标 准偏差
Rail1 Std Dev从判定门限Q因子测量中确定的1电平的标 准偏差

在多电平信号中,上述测量按曲线中对应眼图张开的顺序列 出。最上面一行值与最上面的眼图张开对应。

上面涉及Q因子的函数采用Bergano发表的论文中介绍的判定 门限方法*4。在测量间隔中的误码数很小时(这是通常情况),从 误码率导出的Q 因子可能并不能准确地衡量信号质量。但是, 判定门限Q 因子是一个准确的指标,因为它基于所有信号值, 而不只是越过规定边界的值。

*4N.S. Bergano, F.W. Kerfoot, C.R. Davidson, “光放大器系统中的余量 测量,” IEEE Phot. Tech. Lett., 5, no. 3, pp. 304-306 (1993).

为非偏置格式提供的其它测量

测量说明
过冲信号的部分过冲。其为支流测量一个值,对 多电平(QAM)信号,这是所有过冲的平均值
下冲信号的部分下冲(负向跳变的过冲)
上升时间信号从10% 上升到90% 所用的时间。其为 支流测量一个值,对多电平(QAM)信号,这 是所有上升时间的平均值
下降时间信号从90% 下降到10% 所用的时间
偏移相对于特定支路交点之间的中点的功率眼图 中心的时间
交点上升沿和下降沿相交部分的垂直位置
测量数据随时间变化

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误码测量随时间变化

除眼图外,观察信号随时间变化通常也非常重要。例如,最好 能够观察字段值在误码附近的情况。通过把该点涂色红色(假设 该数据被同步到指明的码型),显示符号中心值的所有示图都将 表明该符号是否错误。测量数据随时间变化曲线特别实用,因 为它有助于区分误码是由噪声、码型相关性还是由码型错误引 起的。

3D 可视化工具

复杂调制信号本身是3D 的,因为同相成分和正交成分会随时 间变化。3D 眼图把星座图和眼图有效组合成一个3D 图,帮助 可视化复合量在位周期中怎样变化。而且这个图可以旋钮和成 比例缩放。

另外,3D 图中提供了Poincare Sphere。3D 视图适合观察每 个符号的偏振状态。符号一般会在Poincare Sphere上构成簇, 为专家用户提供实用信息。另外,还在这个视图中可以绘制非 归一化Stokes Vectors。

分析控制

Analysis Controls(分析控制)窗口可以设置与系统及其测量有关 的参数。

分析参数

参数说明
频率时钟恢复在软件中执行,因此只要求预计时 钟频率的频率范围。
信号类型信号类型(如PM-QPSK)确定使用哪些算法处 理数据。
数据码型按物理支流指定已知PRBS 或用户码型,可以 计算误码数量,确定星座方位,实现两阶段相 位估算。

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MATLAB 窗口

可以在这里显示的MATLAB窗口中分配用户码型。数据码型可 以输入MATLAB,或通过高SNR信号测量直接找到数据码型。

信号频谱

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信号频谱窗口

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激光相位频谱窗口

校正的电场随时间变化的FFT,可以揭示与数据信号有关的大 量信息。频谱不对称或位移可能表示激光频率误差过高。频谱 周期性显示了数据支流之间的关联。可以使用激光器相位随时 间变化数据的FFT,测量激光器相噪。

Poincaré Sphere

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Poincare Sphere 窗口

偏振数据信号在开始时一般会与PM 光纤轴对齐。但在标准单 模光纤中,偏振状态开始位移。然而,测量偏振状态、确定偏 振消光比仍是可能的。软件锁定到每个偏振信号。两个信号的 偏振状态在一个圆形上显示,代表Poincare Sphere 球体的一 面。把标记变成蓝色,表示背面的状态。颠倒背面,使正交信 号一直以不同颜色出现在同一位置,可以可视化正交度。因此, 蓝色表示背面(用负值表示Stokes 矢量的这个成分),X 表示X 支流,O 表示Y 支流,绘制Stokes 矢量,使球体的左面、下 面、蓝色都为负。

InvertedRearFace -勾选这个框,颠倒Poincare Sphere 画 面的后面,从而两个正交偏振一直位于彼此的顶部。

损伤测量和补偿

在研究传输实现技术时,非常重要的一点是能够补偿长光纤或 光元器件产生的损伤。色散( C D ) 和偏振模色散( P M D ) 是 OM4000软件可以测量或校正的两种重要的线性损伤。PMD测 量的基础是把收到的信号与背对背发射机信号或理想信号进行 对比,这会得到一个直接的PMD 指标,而不是基于自适应滤 波器特点估算PMD。用户可以指定要计算的PMD 阶数。一阶 PMD 的精度在10 Gbaud 时为~1 ps。CD 补偿算法本身没有 限制,业内一直成功地采用这种算法,补偿几千ps/nm。

记录和播放

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工作空间记录和播放

可以使用Offline 带上的Record 按钮,作为.MAT 文件顺序记 录工作空间。这些文件顺序将记录在默认的目录下,如果之前 没有改动,通常是MATLAB 工作目录。

通过使用Home带上Offline Commands段中的Load按钮,可 以从.MAT 文件顺序中播放工作空间。使用Ctrl 键标记要加载 的文件,使用鼠标标记文件名,加载一个顺序。还可以使用Shift 键,使用鼠标标记顺序中的第一个文件名和最后一个文件名, 加载连续的顺序。使用Home 带上Offline Commands 段中的 Run 按钮,顺序通过记录的.MAT 文件。在重播时,记录的文 件上会执行实施的所有过滤和处理操作。

特点

除另行说明外,下表所示值均为典型值(部分值受到示波器限 制)。

相干光信号分析仪

特性说明
最大可检测波特率
(Q = 9.5 dB)

60 Gbaud 泰克*1 DPO73304D (2-Ch)

46 Gbaud 泰克DPO73304D (4-Ch)

40 Gbaud 泰克*1 DPO72004

PM-QPSK 最大 可检测速率(Q = 9.5 dB)

240 Gb/s 泰克*1 DPO73304D (× 2)

180 Gb/s 泰克DPO73304D (× 1)

160 Gb/s 泰克*1 DPO72004

采样率

100 Gb/s 泰克*1 DPO73304D

50 Gb/s 泰克*1 DPO72004

光不确定度(RMS)2%
I 和Q 之间的光电 转换增益失衡0.1 dB
提供的调制格式

OOK, 3-state OOK, (PM) BPSK, (PM) QPSK, (PM) 8, 16, 32, 64-QAM, (PM) Offset QPSK, (PM) 8-PSK

任意PRBS 或用户提供的码型

新调制格式请联系工厂

控制功能内置以太网接口

OM4000 系列相干接收机

特性说明
光输入

C波段: 1530 to 1570 nm

L波段: 1570 to 1610 nm (选件)

C- and L波段: 1530 to 1610 nm (选件)

最大输入功率+15 dBm
最大输入功率 损坏电平+20 dBm
偏振消光比>35 dB
光本振输出
光CW 输出功率

+14.5 dBm

C波段: 1527.6 to 1565.5 nm

L波段: 1570.01 to 1608.76 nm (选件)

外部本振输入
光输入波长范围

C波段: 1530 to 1570 nm

L波段: 1570 to 1610 nm (选件)

建议的外部本振 输入功率范围+7 to +15 dBm
最大输入峰值 功率(损坏电平)+20 dBm
瞬时线宽
其它项目
电接口带宽

OM4106D: 33 GHz

OM4106B: 32 GHz

OM4006D: 23 GHz

校正后IQ 混频器 的光相位角度90° ±1°
校正后的偏移±1 ps

本振

特性说明
波长范围

C波段: 1527.6 to 1565.5 nm

L波段: 1570.01 to 1608.76 nm

最小波长步进10 GHz
最小频率步进100 MHz
绝对波长精度10 pm
线宽(短期)100 kHz
边带模式抑制比55 dB

高分辨率分光计

特性说明
最大频率跨度本振频率 ± 示波器带宽
本振波长范围

C波段: 1527.6 to 1565.5 nm

L波段: 1570.01 to 1608.76 nm

FFT 点数500k
最小RBW1 / 最大示波器时间窗口
频率精度10 pm

OM1106 相干光波信号分析仪软件

独立式纯软件工具,使用客户偏振分集相干接收机,对 OM4000 系统执行所有数据采集、分析、过滤和显示。

OM2210 相干接收机校准源

详情请参阅泰克OM2210产品技术资料。OM2210可以用来保 持OM4000 系列硬件校准,或检定第三方接收机。

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图7 -用星座点的RMS 误差除以每个偏振信号的幅度,可以得到 星座图精度(包括intradyne 和解调误差)。下面的数据是在2.5 Gbaud NRZ 单极QPSK 发射机上使用泰克*1 MSO72004 数字化 器测得的。

测量显示和分析工具(OM1106 和OM4000 系列)

特性说明实时示波器支持的特点等效时间示波器支持的特点
星座图可以用星座点的RMS X X 误差除以每个偏振信号 的电场幅度,测量出星座 图精度,包括intradyne 误 差和解调误差;参见图7XX
星座延伸星座图高宽比XX
星座相位角衡量发射机IQ 相位角的指标XX
星座I和Q偏差衡量相对于原点的平均符号位置的指标XX
星座模板用户可以设置允许的EVM 电平。计算违反模板 的符号数量XX
眼图判定门限Q因子实现的实际Q取决于数据信号质量、信号幅度及数字化使用的示波器。在使用泰克*2 DPO73304D示波器(4-Ch)、在32 Gbaud时可以实现20 dB的Q因子XX
判定门限Q曲线显示每个眼图张开的BER对判定门限。最优判定门限上的Q值为Q因子XX
相位图信号频谱和激光频谱在电源信号或激光器相噪的复平面FFT中显示信号电场随时间变化XX
MATLAB窗口可以输入每次采集和处理信号时要执行的命令XX
测量数据对时间OUI中显示光学场、符号中心值、误差及平均波形随时间变化;可以使用相应的MATLAB表达式绘制任意参数随时间变化情况XX
3D测量3D眼图(复合场值随时间变化)及3D Poincaré Sphere,用于符号和支路偏振显示XX
差分眼图显示在差分眼图中仿真和显示均衡检测或单端均衡检测X 
频率偏置在测量面板中显示信号和参考激光器之间的频率偏置XX
Poincarè Sphere在Poincarè Sphere上追踪和显示偏振复用支路的偏振。测量PERX 
信号质量EVM, Q因子和模板违规XX
支路偏移在测量面板中报告每个支路的时间偏置XX
CD补偿离线处理本身没有限制 – 基于FFT的滤波器,根据给定色散值在频域中去除CDX 
PMD测量PMD值在测量面板中显示,支持偏振复用格式及用户指定PMD阶数X 
示波器和/或电缆延迟补偿通过OUI中的插补功能校正电缆、示波器和接收机偏移。使用示波器用户界面提供进一步电缆调节功能。±0.5 ns 
示波器偏移调节使用支持的采样探头插件中的"Delay"功能,调节等效时间示波器偏移 ±100%
校准程序接收机偏移, DC偏置和路径增益不匹配
在出厂时校准混合偏振角和偏振状态
XX
数据导出格式MATLAB (其它格式通过MATLAB或ATE界面提供); PNGXX
使用不同参数设置重放原始数据电影模式和再处理XX
误码率测量计算的位数/符号数XX
检测到的误码数量XX
误码率XX
差分检测误差X 
在检测到错误时保存结果XX
离线处理在单独的电脑或在示波器上运行软件XX

物理特性

外观尺寸毫米英寸
高度893.5
宽度43217.0
深度298.511.75
重量kglb.
净重11.826
毛重15.935

环境特点 – 不包括示波器 (OM4106B)

特性说明
温度
   工作温度+10 +35 °C
   贮存温度–20 to +70 °C, 无冷凝湿度
湿度15% - 80%相对湿度,无冷凝
电源要求100/115/230 V AC, ~50 - 60 Hz, 1条电源电缆, 最大100 VA

校准和保修

特性说明
校准周期1年

注意

本设备为1M级激光器产品,仅用于推荐的工作条件及产品技术资料指定的等级下。使用产品技术资料中指明的控制功能或调节功能之外的功能,或执行产品技术资料中指明的程序之外的程序,可能会导致辐射暴露危险。

 

看不到的激光辐射 – 不要用眼睛直视光学仪器。

 

本设备满足21CFR1040.10标准,根据2007年6月24日50号激光器通告。

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