光功率测量方法

光功率测量方法与光功率计的设计

1. 设计目的 ：

光功率的概念，光功率的测量方法 ;参考光功率计的设计原则进行简易光功率计 的设计。

2. 光纤光功率的测量方法： 光探测器能够感受入射到光敏面上的光功率， 并把

光功率转换成相应的电流。 目 前，光纤通信系统中测量光功率的探测器件主要是本征型 PN 结光电二极管、 PIN 结光电二极管或 APD 雪崩二极管等器件，其中后两种因为速度快而被广泛应用 于光通信设备的测量系统中，尽管 APD 管具有很高的内增益，且速度快，但是 由于它必须在很高偏置电压下才能发挥其优势，而 PIN 光电二极管除配置电压 低外还有对温度的影响比较小等优点， 而被广泛应用。 光电二极管受制备的材料 影响很大，不同材料制成的 PIN 光电二极管的光谱响应特性不同，硅材料制成 的光电二极管波长范围为400~1000nm,而用InGaAs 材料制成的光电二极管能 够检测 800~1700的红外辐射，因此常用此方法测量。

3, 光纤光功率计的设计：

测量光功率是光纤通信测量一个重要步骤, 测量光功率有热学法和光电法和 其他的特殊方法。 由于我们所学知识的限制, 我们通过自己所熟悉的光电法来实 现功率计的制作。

光电法就是用光电检测器检测光功率， 设计中使用PIN 光电二极管作为光电 检测器。实质上是测量PIN 在受光辐射后产生的微弱电流，根据光功率 P 与PIN 生成电流 I 的关系式 ;

I=RP

此电流与入射到光敏面上的光功率成正比， R 为光电检测器的响应度。检测到的 电流经过基本的滤噪电路的去噪后， 再经过 A/D 转换模块， 把模拟的电信号转化 成数字信号通过数码管显示出来。因此，光功率计实际上是光电检测器 大去噪电路、 A/D 转换电路、数字显示电路这四个模块的结合。

测量光功率是光纤通信测量一个重要步骤， 测量光功率有热学法和光电法和 其他的特殊方法。 由于我们所学知识的限制， 我们通过自己所熟悉的光电法来实 现功率计的制作。

光电法就是用光电检测器检测光功率， 设计中使用PIN 光电二极管作为光电 检测器。实质上是测量PIN 在受光辐射后产生的微弱电流，根据光功率 P 与PIN 生成电流 I 的关系式 ;

I=RP

此电流与入射到光敏面上的光功率成正比， R 为光电检测器的响应度。检测到的 电流经过基本的滤噪电路的去噪后， 再经过 A/D 转换模块， 把模拟的电信号转化 成数字信号通过数码管显示出来。因此，光功率计实际上是光电检测器 大去噪电路、 A/D 转换电路、数字显示电路这四个模块的结合 。

PIN 、放 PIN 、放

4. 所需器件:

此图为直流放大电路的截图，通过调节 R1的值可以使电流转化为电压并放大到 相应的倍数。

左侧为小信号电流输入端 右侧为测试电压输入端

2,交流放大电路

:

LD 激光二极管 -----

共阴极数码管 ------ 电路板 ------------ 直流稳压电源 ------- 万用表 ------------ 信号发生器 -------- 电容,,100PF,各1个 ---1 4 1 —1 1 --1

个 个 个 个

电阻 100K,47K,24K,1K ，10ohm ，240ohm, 200ohm 1k,470ohm----- 各 1 个 导线—— 钳子,镊子

若干

5. 模块设计:

(1)放大电路模块

1直流放大电路:

E- L5?

17 二C

LLV

[13

EtD 4Iut

a为小信号输入点。b为测试电压输入点。

注：此电路是在不失真的情况下，尽可能的放大信号。但由于没时间完成交直转换最终没完成交流部分，交直转换电路如下：

(2)模数转换模块，利用模数转换芯片ICL7107将电信号转换成二进制的数字信号并经过译码器译码，最后连接数码管显示，具体电路图如下：

334D

29.1

uF

31

3002 3633

J _

F胡V K

1C Ohm

.0^7

uF

100

pF

3B sg

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输入为直流信号时

37

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二

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6.实验内容:

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（1）芯片ICL7107需要自己熟悉其模数转化原理及各管脚的接入情况。

（2）在直流电源上自制负电源接入26脚。

（3）测试数码管的共极情况（我们用共阴极的）。因为仿真用的数码管是共阳极的，而提供的是共阴极的，所以最终我们接了反相器，虽然插板子很麻烦但结果显示很清晰。

（4）电路连接好之后为使36脚的基准电压为100mV，需要调试两个滑动变阻器来实现。设计用的滑动变阻器，老师提供的没有合适的，我们就自己试阻值让结果更精确。比如，35、36管脚之间的1K的可变电阻，我们最终确定用440ohm 的电阻代替，调试时先从480ohn调到510ohm,发现低于测试电压就又从480ohm 调到330ohm，发现高于测试电压，最终发现用440ohm的电阻最精确。

（5）芯片的电源地是21脚，模拟地是32脚，信号地是30脚，基准地是35 脚，四脚共地，1脚接正电源，其中正负电压值输入值在5V左右。37管脚在测试时接

+5v,在正常显示时接地。

（6）在第三个数码管上把小数点接地，但是在接地的时候发现，数码管的显示变暗，于是在小数点位接地前先过一个阻值适宜的电阻即可解决，我们自己用100欧姆的。

（7）接入信号源，调节幅值的大小，观察数码管上的显示是否与接入同步，并且均值误差在零点几个mV之间，并且四位显示除最后一位外有稍小的变动外基本稳定。

（8）当幅值超过200mv时，由于数码管只能显示，所以此时仅有最高位显示是

1,其余都暗的。

7•实验数据记录:

⑴检测时在电路部分加上光源和光检测器，通过直流放大部分，把转化后的电压加

入A/D转换器的测试电压输入点.

⑵改变放大电路的参数（阻值）,同时观察示波器对输入段的检测结果和，数码管显示结果.

⑶数据的纪录：

电检测：