光功率測量方法

1、光功率測量方法與光功率計的設(shè)計1. 設(shè)計目的 ：光功率的概念，光功率的測量方法 ;參考光功率計的設(shè)計原則進行簡易光功率計 的設(shè)計。2. 光纖光功率的測量方法： 光探測器能夠感受入射到光敏面上的光功率， 并把光功率轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電流。 目 前，光纖通信系統(tǒng)中測量光功率的探測器件主要是本征型 PN 結(jié)光電二極管、 PIN 結(jié)光電二極管或 APD 雪崩二極管等器件，其中后兩種因為速度快而被廣泛應(yīng)用 于光通信設(shè)備的測量系統(tǒng)中，盡管 APD 管具有很高的內(nèi)增益，且速度快，但是 由于它必須在很高偏置電壓下才能發(fā)揮其優(yōu)勢，而 PIN 光電二極管除配置電壓 低外還有對溫度的影響比較小等優(yōu)點， 而被廣泛應(yīng)用。 光

2、電二極管受制備的材料 影響很大，不同材料制成的 PIN 光電二極管的光譜響應(yīng)特性不同，硅材料制成 的光電二極管波長范圍為4001000nm,而用InGaAs材料制成的光電二極管能 夠檢測 8001700的紅外輻射，因此常用此方法測量。3, 光纖光功率計的設(shè)計：測量光功率是光纖通信測量一個重要步驟, 測量光功率有熱學法和光電法和 其他的特殊方法。 由于我們所學知識的限制, 我們通過自己所熟悉的光電法來實 現(xiàn)功率計的制作。光電法就是用光電檢測器檢測光功率， 設(shè)計中使用PIN光電二極管作為光電 檢測器。實質(zhì)上是測量PIN在受光輻射后產(chǎn)生的微弱電流，根據(jù)光功率 P與PIN 生成電流 I 的關(guān)系式 ;I

3、=RP此電流與入射到光敏面上的光功率成正比，R為光電檢測器的響應(yīng)度。檢測到的PIN、放電流經(jīng)過基本的濾噪電路的去噪后， 再經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換模塊， 把模擬的電信號轉(zhuǎn)化 成數(shù)字信號通過數(shù)碼管顯示出來。因此，光功率計實際上是光電檢測器 大去噪電路、 A/D 轉(zhuǎn)換電路、數(shù)字顯示電路這四個模塊的結(jié)合。測量光功率是光纖通信測量一個重要步驟， 測量光功率有熱學法和光電法和 其他的特殊方法。 由于我們所學知識的限制， 我們通過自己所熟悉的光電法來實 現(xiàn)功率計的制作。光電法就是用光電檢測器檢測光功率， 設(shè)計中使用PIN光電二極管作為光電 檢測器。實質(zhì)上是測量PIN在受光輻射后產(chǎn)生的微弱電流，根據(jù)光功率 P與P

4、IN 生成電流 I 的關(guān)系式 ;I=RPPIN、放此電流與入射到光敏面上的光功率成正比， R為光電檢測器的響應(yīng)度。檢測到的 電流經(jīng)過基本的濾噪電路的去噪后， 再經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換模塊， 把模擬的電信號轉(zhuǎn)化 成數(shù)字信號通過數(shù)碼管顯示出來。因此，光功率計實際上是光電檢測器 大去噪電路、 A/D 轉(zhuǎn)換電路、數(shù)字顯示電路這四個模塊的結(jié)合 。4. 所需器件:LD激光二極管共陰極數(shù)碼管電路板直流穩(wěn)壓電源萬用表信號發(fā)生器電容,100PF,各1個-1 4111-1個 個 個 個電阻 100K,47K,24K,1K，10ohm，240ohm, 200ohm 1k,470ohm 各 1 個導線 鉗子,鑷子若干5.

5、 模塊設(shè)計:(1)放大電路模塊1直流放大電路:E-L5?此圖為直流放大電路的截圖，通過調(diào)節(jié) R1的值可以使電流轉(zhuǎn)化為電壓并放大到 相應(yīng)的倍數(shù)。左側(cè)為小信號電流輸入端右側(cè)為測試電壓輸入端2,交流放大電路:17 二 CLLV13EtD 4Iuta為小信號輸入點。 b為測試電壓輸入點。注：此電路是在不失真的情況下，盡可能的放大信號。但由于沒時間完成交直轉(zhuǎn) 換最終沒完成交流部分，交直轉(zhuǎn)換電路如下：(2) 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，利用模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ICL7107將電信號轉(zhuǎn)換成二進制的數(shù)字 信號并經(jīng)過譯碼器譯碼，最后連接數(shù)碼管顯示，具體電路圖如下：334D29.1 uF3130023633JF胡VK1C Ohm.07

6、 uF100 pF3B sglOOK1直rvtHlIf輸入為直流信號時37_二L?Ihg卜6.實驗內(nèi)容:g1011壬位ya N 57 in十上71也iflfl11iTid15Jid?if3ifIJ22ITia152JIBaf®13M|10112JBB537 IDT30AJI如 Ifl外 rm, mcriE272仙JD4? KYuI e J廻圧恒bILno；b51*4（1）芯片ICL7107需要自己熟悉其模數(shù)轉(zhuǎn)化原理及各管腳的接入情況。（2）在直流電源上自制負電源接入 26腳。（3）測試數(shù)碼管的共極情況（我們用共陰極的）。因為仿真用的數(shù)碼管是共陽極 的，而提供的是共陰極的，所以最終我們

7、接了反相器，雖然插板子很麻煩但結(jié)果 顯示很清晰。（4）電路連接好之后為使 36腳的基準電壓為100mV，需要調(diào)試兩個滑動變阻 器來實現(xiàn)。設(shè)計用的滑動變阻器，老師提供的沒有合適的，我們就自己試阻值讓 結(jié)果更精確。比如，35、36管腳之間的1K的可變電阻，我們最終確定用440ohm 的電阻代替，調(diào)試時先從480ohn調(diào)到510ohm,發(fā)現(xiàn)低于測試電壓就又從 480ohm 調(diào)到330ohm，發(fā)現(xiàn)高于測試電壓，最終發(fā)現(xiàn)用 440ohm的電阻最精確。（5）芯片的電源地是21腳，模擬地是32腳，信號地是30腳，基準地是35 腳，四腳共地，1腳接正電源，其中正負電壓值輸入值在 5V左右。37管腳在測 試時接

8、+5v,在正常顯示時接地。（6）在第三個數(shù)碼管上把小數(shù)點接地，但是在接地的時候發(fā)現(xiàn)，數(shù)碼管的顯示 變暗，于是在小數(shù)點位接地前先過一個阻值適宜的電阻即可解決，我們自己用 100歐姆的。（7）接入信號源，調(diào)節(jié)幅值的大小，觀察數(shù)碼管上的顯示是否與接入同步，并 且均值誤差在零點幾個mV之間，并且四位顯示除最后一位外有稍小的變動外基 本穩(wěn)定。（8）當幅值超過200mv時，由于數(shù)碼管只能顯示，所以此時僅有最高位顯示是1,其余都暗的。7實驗數(shù)據(jù)記錄:檢測時在電路部分加上光源和光檢測器，通過直流放大部分，把轉(zhuǎn)化后的電壓加 入A/D轉(zhuǎn)換器的測試電壓輸入點.改變放大電路的參數(shù)（阻值）,同時觀察示波器對輸入段的檢測

9、結(jié)果和，數(shù)碼管顯 示結(jié)果.數(shù)據(jù)的紀錄：電檢測：函數(shù)信號發(fā)生器示值示波器顯示值數(shù)碼顯示值光檢測:放大電阻示波器顯示值數(shù)碼顯示值8實驗分析：（a） LD激光二極管發(fā)出光信號通過光電接收器（PIN）轉(zhuǎn)化為電信號（電流）。 其中光功率P與電流I存在如下關(guān)系：I=R P（R光電檢測器的響應(yīng)度，為LD輸出光功率值）（b）剛開始以為用LED,由于光檢測器（PIN）形成的是小信號電流，所以必須 設(shè)計放大電路對小信號進行放大，以達到模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片所能正常工作所需電壓幅 值的要求.但最后由于使用LD的功率較大，所以最終沒用到放大電路，對于直流 信號只需加電阻放大即可。（C）把此電壓U的正負兩端分別與數(shù)碼管的31, 3