光功率计课程设计
基于AT89C52单片机的光功率计的设计
基于AT89C52单片机的光功率计的设计基于AT89C52单片机的光功率计的设计一、背景概述随着技术的不断进步激光技术在各行业中得到了广泛的应用，对光功率测量技术也提出了更高的要求。
传统的光功率测量系统设计是在探测器输出信号后，经放大、A／D转换，直接数字显示，同时有调零电路、定标电路，对于光电型还有波长选择开关。
随着电子技术的发展，这种设计方法显然已经过时，当前的设计使用单片机技术，或者使测量电路和微机接口、软件和硬件相结合，实现智能测量，使采集和处理测量数据由单片机完成．而不需要人来操作，可以在特殊的环境中完成测量。
光功率定义光功率是光在单位时间内所做的功。
光功率常用单位是毫瓦(mW)和分贝(dB)，其中两者关系为lmW=0dB，而小于1mw 的分贝为负值。
例如，在光纤收发器或交换机说明书中，有其产生的发光和接收光功率，通常发光小于0dB。
接收端所能够接收的最小光功率称为灵敏度，能接收的最大光功率减去灵敏度的值称为动态范围，发光功率减去接收灵敏度是允许光纤损耗值。
光功率计的设计要点针对实际应用，要选择适合的光功率计，应该关注以下各点：(1)选择最优的探头类型和接口类型。
(2)评价校准精度和编写校准程序，与光纤和接头要求范围相匹配。
(3)确定这些型号与测量范围和显示分辨率相一致。
(4)具备直接插入损耗测量功能。
二、实验目的和意义“光电子测量设计”是电子科学与技术专业的必修实践环节，该课程是以测量为主线，应用光电子技术解决一个测量问题。
学生通过具体解决测量问题的训练过程，理解测量的基本概念，掌握应用光电子技术解决测量问题的基本方法，学会测量误差分析、数据处理等。
该课程对于培养有计量特色的光电子技术人才十分重要。
基于光电转换器件的光强度的测量，设计光接收电路，并进行光电转换，再设计放大电路、滤波电路、AD 转换电路及微处理器电路，对测量光的光强度进行标定，最终实现光强度的测量，系统要求精度为1mW。
光纤光功率课程设计
光纤光功率课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解光纤的基本概念，掌握光纤的构造、分类和特性。
2. 使学生掌握光功率的定义，学会计算光功率与光强度之间的关系。
3. 帮助学生了解光纤通信系统中光功率的重要性，理解光功率对通信质量的影响。
技能目标：1. 培养学生运用光纤进行数据传输的实验操作能力，学会使用光功率计进行测量。
2. 让学生掌握光纤连接、光功率测试等基本技能，并能独立完成光纤光功率实验。
3. 提高学生分析光纤通信系统中光功率问题的能力，培养解决实际问题的技能。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对光纤通信技术的好奇心和探索精神，激发学生学习物理知识的兴趣。
2. 增强学生的团队合作意识，培养实验过程中的分工协作能力。
3. 使学生认识到光纤通信技术在现代社会中的重要作用，提高学生对科技创新的认识和责任感。
课程性质：本课程为高二年级物理选修课程，以光纤光功率为教学主题，结合物理知识和实验操作，培养学生的理论知识和实践能力。
学生特点：高二年级学生对物理知识有一定的掌握，具备一定的实验操作能力，对光纤通信技术有一定了解，但对光功率的概念和测量方法尚不熟悉。
教学要求：教师需结合学生特点和课程性质，采用理论教学与实验操作相结合的方式，引导学生掌握光纤光功率知识，提高学生的实践能力。
在教学过程中，注重分解课程目标，确保学生能够达到预期的学习成果。
同时，关注学生的情感态度价值观培养，使学生在掌握知识技能的同时，形成正确的价值观。
二、教学内容1. 光纤基本概念：光纤的结构、分类（单模光纤、多模光纤）、传播原理。
2. 光功率基础知识：光功率的定义、单位、计算公式，光功率与光强度之间的关系。
3. 光纤通信系统中光功率的应用：光纤连接、光功率的测量方法、光功率对通信质量的影响。
4. 实验教学：光纤连接操作、光功率计的使用、光功率测量实验、分析测量数据。
教学内容安排和进度：第一课时：光纤基本概念及传播原理，介绍教材第二章第一节内容。
光功率计实验报告
一、实验目的1. 了解光功率计的工作原理及测量方法。
2. 掌握光功率计的使用方法，并能够正确测量光功率。
3. 分析光功率与光源、传输介质等因素之间的关系。
二、实验原理光功率计是一种用于测量光功率的仪器，其基本原理是通过将光功率转换为电功率，然后进行测量。
实验中，我们使用光功率计对光源发出的光功率进行测量，通过对比不同光源、不同传输介质的光功率，分析光功率与光源、传输介质等因素之间的关系。
三、实验器材1. 光功率计2. 光源（如激光器、LED灯等）3. 传输介质（如光纤、光缆等）4. 光衰减器5. 光耦合器6. 电源7. 仪器支架四、实验步骤1. 连接实验电路，将光源、传输介质、光功率计等连接好。
2. 打开电源，调节光源输出功率，使光功率计能够正常工作。
3. 使用光功率计测量光源发出的光功率，记录数据。
4. 改变光源类型、传输介质、光衰减器等参数，重复步骤3，记录数据。
5. 对比不同条件下测得的光功率数据，分析光功率与光源、传输介质等因素之间的关系。
五、实验结果与分析1. 光源类型对光功率的影响实验结果表明，不同类型的光源（如激光器、LED灯）发出的光功率不同。
激光器发出的光功率较高，LED灯发出的光功率较低。
这是由于激光器具有较好的方向性和高亮度，而LED灯具有较好的稳定性和较低的成本。
2. 传输介质对光功率的影响实验结果表明，不同传输介质（如光纤、光缆）对光功率的影响较大。
光纤传输过程中，光功率会有一定程度的衰减，而光缆的衰减相对较小。
这是由于光纤具有较低的光损耗，而光缆的光损耗较高。
3. 光衰减器对光功率的影响实验结果表明，光衰减器对光功率有明显的衰减作用。
随着光衰减器衰减量的增加，光功率逐渐减小。
这是由于光衰减器能够降低光功率，以便于进行后续的光功率测量。
4. 光耦合器对光功率的影响实验结果表明，光耦合器对光功率的影响较小。
光耦合器主要用于将光信号从一种传输介质传输到另一种传输介质，对光功率的影响主要体现在光耦合效率上。
光纤光功率计的课程设计
光纤光功率计的课程设计一、教学目标本课程旨在通过光纤光功率计的学习，让学生掌握光纤光功率计的基本原理、使用方法及其在光通信技术中的应用。
具体目标如下：1.了解光纤光功率计的基本原理。
2.掌握光纤光功率计的使用方法。
3.了解光通信技术中光纤光功率计的应用。
4.能够正确操作光纤光功率计进行光功率测量。
5.能够根据测量结果进行数据分析。
6.能够运用光纤光功率计解决实际问题。
情感态度价值观目标：1.培养学生的科学探究精神，提高他们对新技术的兴趣和好奇心。
2.培养学生团队合作意识，提高他们解决实际问题的能力。
3.培养学生对我国光通信事业的自豪感，激发他们为国家发展做贡献的决心。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.光纤光功率计的基本原理。
介绍光纤光功率计的工作原理、主要组成部分及其功能。
2.光纤光功率计的使用方法。
讲解光纤光功率计的操作步骤、测量方法及其注意事项。
3.光通信技术中光纤光功率计的应用。
介绍光纤光功率计在光通信系统中的应用场景，如光纤通信、光纤传感器等。
4.光纤光功率计的实验操作。
安排实验课，让学生亲自动手操作光纤光功率计，巩固所学知识。
三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法相结合的方式进行教学。
具体包括：1.讲授法：教师讲解光纤光功率计的基本原理、使用方法及其应用。
2.讨论法：学生进行小组讨论，分享学习心得，互相解答疑惑。
3.案例分析法：分析实际案例，让学生了解光纤光功率计在光通信技术中的应用。
4.实验法：安排实验课，让学生亲自动手操作光纤光功率计，提高他们的实践能力。
四、教学资源为了支持本课程的教学，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用国内知名出版社出版的《光纤光功率计原理与实验》作为主要教材。
2.参考书：提供相关领域的参考书籍，如《光通信原理》、《光纤技术手册》等。
3.多媒体资料：制作课件、实验视频等，以便于学生更好地理解光纤光功率计的相关知识。
4.实验设备：准备光纤光功率计、光缆、光源等实验设备，为学生提供实践操作的机会。
光功率计的原理和测量实验报告
光功率计的原理和测量实验报告一、实验目的1.掌握光功率计的工作原理；2.学会使用光功率计测量光源的光功率。
二、仪器设备1.光功率计2.激光器3.光纤三、实验原理光功率计是一种用于测量光源输出光功率的仪器。
其原理基于光电效应，即光线通过光电探测器被吸收后，会使电子从受激态跃迁到导体的自由态，从而产生电流信号。
这个电流信号与光源的光功率成正比。
具体的工作原理如下：1.光线通过光纤进入光功率计的光敏探头；2.光敏探头中的光敏电流由光源的光强决定；3.光敏电流经过放大和转换，被计算机或显示器转化为可读取的光功率值。
四、实验步骤1.将激光器的输出端连接至光纤的一端，另一端连接至光功率计的光敏探头；2.打开激光器和光功率计；3.调整激光器的功率，使其保持稳定；4.读取光功率计的光功率值。
五、实验结果通过实验测量，得到不同激光器功率下的光功率值如下表所示：激光器功率(mW)，光功率(mW)---------------，---------------10，8.520，16.230，25.1六、实验分析根据实验结果可知，激光器的功率与光功率计测得的光功率之间存在一定的误差。
这可能是由于光纤的损耗或光敏探头的非线性等因素造成的，也有可能是仪器本身的误差。
为了减小误差，我们可以校准光功率计，并使用较高质量的光纤和光敏探头。
另外，在实验过程中需要注意激光的安全性。
由于激光器输出的光线是聚焦为高强度光束，对人眼和皮肤有一定的危害。
因此，必须戴上合适的安全眼镜，并避免直接接触激光。
七、实验总结。
教案-知识点 光衰减器、光源、光功率计使用2
情境四
知识点光衰减器、光源、光功率计使用
一、教学目标：
通过实际使用相关常见光仪表，使学员掌握各种光仪表的使用方法和注意事项
二、教学重点、难点：
光功率、衰耗等概率的准确掌握
三、教学过程设计：
1.引入：
光通信设备常见的光指标包含发光功率、收光灵敏度等，光缆线路存在衰耗等。
这些指标在日常维护中如何测试？
2.测试用工具仪表：
光源、光功率计、光衰耗器、光跳线、酒精棉球等
3.仪表使用：
通过实物使用，使学员掌握常用光仪表的使用方法
光源：可发出850、1310、1550等常见光波长的恒定光信号，同时可叠加幅度调制信号
光功：可测试光设备发出的光信号的强度，并可解调光源叠加的调制信号
光衰耗：可使接收到的光信号衰减固定的倍率。
四、课后作业或思考题：
1）光源光功叠加解调调制信号的目的？
2）如何使用光源、光功测试线路衰耗？
五、本节小结：
对本节内容进行小结。
灯泡实际功率课程设计
灯泡实际功率课程设计一、教学目标本节课的学习目标为：知识目标：学生能够理解灯泡实际功率的概念，掌握计算灯泡实际功率的公式，了解影响灯泡实际功率的因素。
技能目标：学生能够运用所学的知识，通过实验或者计算的方式，测量灯泡的实际功率，并能够对实验结果进行分析和解释。
情感态度价值观目标：学生能够认识到科学知识在实际生活中的重要性，培养对科学的热爱和探索精神。
二、教学内容本节课的教学内容为：1.灯泡实际功率的概念和计算公式。
2.影响灯泡实际功率的因素。
3.实验：测量灯泡的实际功率，并对实验结果进行分析。
三、教学方法本节课的教学方法为：1.讲授法：用于讲解灯泡实际功率的概念和计算公式，以及影响灯泡实际功率的因素。
2.实验法：用于测量灯泡的实际功率，并对实验结果进行分析。
3.讨论法：用于引导学生对实验结果进行分析和讨论，培养学生的思考能力和团队合作精神。
四、教学资源本节课的教学资源为：1.教材：用于提供灯泡实际功率的概念和计算公式，以及影响灯泡实际功率的因素的相关知识。
2.实验设备：用于进行测量灯泡实际功率的实验，包括灯泡、电压表、电流表等。
3.多媒体资料：用于展示实验过程和结果，以及相关的理论知识。
五、教学评估本节课的评估方式包括：1.平时表现：通过观察学生在课堂上的参与程度、提问回答情况等，评估学生的学习态度和理解程度。
2.作业：通过学生提交的作业，评估学生对灯泡实际功率概念和计算公式的掌握情况。
3.实验报告：通过学生提交的实验报告，评估学生对实验过程和结果的理解和分析能力。
评估方式应客观、公正，能够全面反映学生的学习成果。
六、教学安排本节课的教学安排如下：1.教学进度：按照教材的章节安排，逐步讲解灯泡实际功率的概念、计算公式和影响因素。
2.教学时间：安排2课时，每课时40分钟，确保有足够的时间进行概念讲解、实验操作和结果分析。
3.教学地点：实验室，以便进行实验操作。
教学安排应合理、紧凑，确保在有限的时间内完成教学任务，并考虑学生的实际情况和需要。
光功率计课程设计
目录摘要 (1)第1章概述 (2)1.1 引言 (2)第2章光功率计的基本原理 (4)2.1光功率计键位及功能 (4)2.2光功率探头结构 (5)2.3 A/D转换器及89S52单片机在光功率计中应用 (6)第3章设计结果 (9)3.1分析工作过程 (9)3.2改进方法 (9)第4章心得体会 (10)参考文献 (11)光功率计测试仪改良设计摘要:光功率检测是光的最基本测量技术之一，广泛应用于光通信设备、光电武器装备的测试和光器件的生产中。
所谓光功率计（PM——optical power meter），即用于测量绝对光功率或通过一段光纤的光功率相对损耗的仪器，由光电探测器、电子设备和显示器构成。
其在光纤领域内的重要性就像数字万用表在电子工业中一样。
本次课程设计即围绕光纤通信中功率的测试工具——光功率计作一定探究。
关键词: 光功率计；功率测量；PIN光电二极管第1章概述1.1 引言目前光功率测量方法有两种，一种是热转换型方式，利用黑体吸收光功率后温度的升高来计算光功率的大小，这种光功率计的优点是光谱响应曲线平坦、准确度高，缺点是成本高，响应时间长，因此，一般被用来作为标准光功率计；另一种是半导体光电检测方式，利用半导体PN结的光电效应，目前，适合于光纤通信系统应用的光检测器有PIN光电二极管和雪崩光电二极管。
ADP具有雪崩放大作用、响应度高，但附加噪声大、偏置电压高、温度稳定性差、结构复杂且价格高，因此光功率检测的仪器一般采用PIN光电二极管作为光电转换器件，所以通用光功率计一般是采用PIN 光电二极管作为光探测器件的。
光功率计的基本工作原理是被测光投射到PIN光探测器上变为电流，再经I/V 变换电路和程控放大电路得到电压信号。
这个信号送到程控低通滤波器及响应度补偿放大电路，得到与功率值相对应的直流电压，经A/D转换得到表示功率大小的数字量，控制处理部分进行数据处理和判断后，送至显示器进行功率显示或给出超量程或欠量程指示并发出量程转换命令进行量程的自动控制。
光功率计设计
专业课程设计报告一、设计题目：光功率计的制作二、设计要求：1．利用LD激光二极管作为光源，设计电路测其光功率值大小2．用数码管显示数值3．根据数码管显示数值，通过分析，计算光功率值4．分析实验中存在误差，尽量的克服和消除。
5．记录实验数据，与LD激光二极管光功率真实值大小对照并分析误差等6．书写实习报告等三、分析设计1：光功率计设计分析过程：(a) LD激光二极管发出光信号通过光电接收器（PIN）转化为电信号（电流）。
其中光功率P与电流I存在如下关系：I=RP （R光电检测器的响应度，P为LD输出光功率值）（b）使用LD,由于光检测器（PIN）形成的是小信号电流，所以必须设计放大电路对小信号进行放大，以达到模数转换芯片所能正常工作所需电压幅值的要求.由于此实验只用到+5v直流电压，对于直流信号只需加电阻放大即可。
(c) 把此电压U的正负两端分别与数码管的31，30管脚相连，经过ICL7107A/D模数转换，用数码管将放大的电压电信号显示出来。
(d) 当光信号发生变化时，数码管所显示的数值随放大电路参数的改变而成比例变化，即设计基本正确；数码管所显示的电压值就是此时输入的光功率值的代换值。
即:P=U/（R1*R）其中R：光电检测器响应度2:光功率计的设计思想: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I/V变换，波长矫正后，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PIN 、I/V 变换、 A/D 转换电路、数字显示电路这四个模块的结合。
光功率
课程设计报告学院（系）：物理与材料工程专业：光电子技术科学课程：光功率计制作姓名：学号：指导教师：完成日期：__2014年 5 月 6 日___摘要本文以QE65000型光纤光谱仪为核心，设计了一套可以实现反射式吸收光谱测量的实验系统，该系统由表面反射式测量探头，Y型光纤，QE65000光纤光谱仪以及控制计算机组成，光源采用卤钨灯，实现400nm－1000nm光谱区域表面吸收光谱测量。
本实验利用QE65000光纤光谱仪软件，实现了光谱数据的实时获取。
对于获取的光谱数据进行背景扣除可得到表面的反射光谱。
在完成标准板光谱测量后，通过计算吸收率并使用ORIGIN 软件进行处理，从而得到表面的吸收光谱曲线。
利用该系统对人的皮肤进行了测量，结果表明400nm－700nm波段可以对人的肤色进行判定，700nm－1000nm波段可以对人体的血液进行测定，正常人的谱线没有特殊波动。
关键词：皮肤光谱，反射光谱，血液光谱，QE65000光纤光谱仪目录摘要 (1)1 绪论 (3)1.1 概述 (3)1.2 光功率计定义 (3)1.3 光功率计工作原理 (3)1.4光功率计的选择31.5光功率计的方式41.6本论文的主要工作42 各部分工作原理 (4)3.1 光电转换工作原理 (4)3.2 运算放大电路工作原理 (5)3.3 A/D转换工作原理 (5)3 设计工序 (6)4 皮肤吸收特性实验 (6)结论 (10)参考文献 (11)1 绪论1.1 概述光功率计主要用于测量光信号的强弱，目前测量光功率的方法有两种，一种是热转换方式，一种是半导体光电检测方式。
前一种的光谱响应曲线平坦、准确度高，但是成本高，响应时间长，用半导体光电检测可以得到比较高的探测灵敏度和响应速度。
光功率计在光通信和光纤传感等新技术领域中测试中测试光功率光衰减量是必不可少的仪器之一。
同时国内所需的光功率计大多依靠进口，国外光功率计价格普遍偏高，所需配件品种多，使用操作也比较复杂。
多档光功率计设计
大连民族大学课程设计（论文）多档光功率计设计学院（系）：物理与材料工程学院专业：光电子技术科学学生姓名：学号：2012153211指导教师：冯志庆完成日期：2015年07月01日大连民族大学摘要本次设计以通用运算放大器中的I-V转换器和同相放大器为核心，通过多档开关实现不同反馈电阻间的切换，从而实现多档光功率计的设计。
首先，我使用Altium Designer Summer 09软件绘制电路原理图与PCB板图；其次，到实验室，在冯老师的指导与帮助下，根据所绘电路原理图，完成使用电烙铁点焊电路板的实验设计，该电路板中有六个电阻、两个OP07芯片、硅光电池和若干导线等；再其次，利用万用表调试电路板，直至调试无误；接着，打开光源钨灯，利用积分球提供稳定光，对硅光电池进行照射，通过改变积分球的出射光功率改变光照强度，在不同光功率下使用万用表分别测量电路最终的输出电压，记录数据；然后，切换I-V转换电路的反馈电阻，改变光功率计的档位，重复上一步骤，记录数据；而后，根据所得数据，绘制P-U曲线，并对其进行标定与灵敏度计算；最后，分析整体电路的输入与输出特性，得出本次课程设计圆满完成的结论。
关键词：通用运算放大器、多档开关、Altium Designer Summer 09目录一、绪论 (1)1.1设计背景 (1)1.2设计任务 (1)1.3基本理论知识 (1)1.3.1 半导体三极管 (1)1.3.2 理想运算放大器 (2)1.3.3 同相放大器 (2)1.3.4 反相放大器 (3)1.3.5 I-V转换器 (3)1.3.6 多档开关 (4)1.4其他理论知识 (4)1.4.1 焊接 (4)1.4.2 Altium Designer Summer 09 (5)二、设计方案 (5)2.1功能设计 (5)2.2原理图设计 (5)2.3PCB设计 (6)三、硬件与设备 (7)3.1PCB (7)3.2硅光电池 (7)3.2.1 结构分析 (7)3.2.2 工作原理 (8)3.3钨灯 (8)3.4积分球 (8)3.5OP07CP芯片 (9)3.6其他工具 (9)四、实验过程 (10)4.1实验步骤 (10)4.2注意事项 (10)4.3完成情况 (11)五、数据记录与分析 (11)5.1数据记录 (11)5.2数据分析 (12)5.2.1 理论放大系数 (12)5.2.2 灵敏度 (12)5.2.3 P-U曲线（标定曲线） (12)5.2.4 模拟P-U表 (13)5.3误差分析 (13)5.3.1放大系数误差分析 (13)5.3.2灵敏度误差分析 (13)六、实验总结 (14)七、参考文献 (14)一、绪论1.1 设计背景随着教学的深入开展，本专业——光电子技术科学的学生有必要了解与掌握一些基本的实验电路设计的技能，并能有相应的动手实验能力。
基于51单片机的光功率计的设计
基于51单片机的光功率计的设计
摘要：通过光电传感器将待测光信号变化转变为模拟信号，对模拟信号进行AD处理分析得到光信号的参数特性并在51单片机上通过串口通讯输出。
1 背景概述
1.1 光功率定义
光功率是光在单位时间内所做的功。
光功率常用单位是毫瓦(mW)和分贝(dB)，其中两者关系为1mW=0dB，而小于1mW的分贝为负值。
例如，在光纤收发器或交换机说明书中，有其产品的发光和接收光功率，通常发光小于0dB。
接收端所能够接收的最小光功率称为灵敏度，能接收的最大光功率减去灵敏度的值称为动态范围，发光功率减去接收灵敏度是允许光纤损耗值。
。
实验二十四-简易光功率计设计实验
光纤通信中的综合设计实验实验二十四简易光功率计设计实验一、实验目的1、学习检测器光电转换原理2、了解测试仪器校准方法3、掌握光功率计设计基本思路二、实验要求1、根据I-P特性曲线设计简易光功率计2、对自己所设计的光功率计进行校准三、预备知识1、了解光功率计的用途，用法四、实验仪器1、ZY12OFCom13BG3型光纤通信原理实验箱 1台2、光功率计 1台3、FC/PC-FC/PC单模光跳线 1根4、万用表 1台5、连接导线 20根五、实验原理光通信离不开光功率这个重要参数，而光功率计就是测量光功率的仪表。
测量光功率有热学法和光电法。
热学法在波长特性，测量精度等方面较好，但响应速度慢，灵敏度低，设备体积大。
光电法有较快的响应速度、良好的线性特性而且灵敏度高，测量范围大，但其波长特性和测量精度方面不如热学法。
光电法就是用光电检测器检测光功率，实质上是测量光电检测器在受光辐射后产生的微弱电流，该电流与入射到光敏面上的光功率成正比，因此，此类光功率计实际上是半导体光电传感器（即检测器，亦称探测器）与电子电路组成的放大、数据处理单元的组合。
电子电路部分一般称为主机，半导体光电传感器称为探头。
基本原理方框图如图24-1所示。
图24-1 光电型光功率计原理方框图要设计一台完整的光功率计，其设计电路必须包括光电变换器（光电探测器），I-V变换电路，低通滤波器，波长矫正电路，A-D变换，数字显示等部分。
而其最基本的检测原理就是光电探测器I-P的线性关系。
即探测器的输出电流大小与输入光功率成线性关系。
利用实验五中所测得的探测器的I-P特性曲线，若测得探测器的输出电流大小，即可得出输入光功率的大小。
在实验箱实现简易光功率计设计电流模块中，光电变换器输出电流的测定主要通过I-V 变换后测得的电压计算得到。
其关系为I＝V/10000；根据I-P特性关系即可获得光功率大小的值。
用标准光功率计对自己设计的简易光功率计进行校准。
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目录摘要 (1)第1章概述 (2)1.1 引言 (2)第2章光功率计的基本原理 (4)2.1光功率计键位及功能 (4)2.2光功率探头结构 (5)2.3 A/D转换器及89S52单片机在光功率计中应用 (6)第3章设计结果 (9)3.1分析工作过程 (9)3.2改进方法 (9)第4章心得体会 (10)参考文献 (11)光功率计测试仪改良设计摘要:光功率检测是光的最基本测量技术之一，广泛应用于光通信设备、光电武器装备的测试和光器件的生产中。
所谓光功率计（PM——optical power meter），即用于测量绝对光功率或通过一段光纤的光功率相对损耗的仪器，由光电探测器、电子设备和显示器构成。
其在光纤领域内的重要性就像数字万用表在电子工业中一样。
本次课程设计即围绕光纤通信中功率的测试工具——光功率计作一定探究。
关键词: 光功率计；功率测量；PIN光电二极管第1章概述1.1 引言目前光功率测量方法有两种，一种是热转换型方式，利用黑体吸收光功率后温度的升高来计算光功率的大小，这种光功率计的优点是光谱响应曲线平坦、准确度高，缺点是成本高，响应时间长，因此，一般被用来作为标准光功率计；另一种是半导体光电检测方式，利用半导体PN结的光电效应，目前，适合于光纤通信系统应用的光检测器有PIN光电二极管和雪崩光电二极管。
ADP具有雪崩放大作用、响应度高，但附加噪声大、偏置电压高、温度稳定性差、结构复杂且价格高，因此光功率检测的仪器一般采用PIN光电二极管作为光电转换器件，所以通用光功率计一般是采用PIN 光电二极管作为光探测器件的。
光功率计的基本工作原理是被测光投射到PIN光探测器上变为电流，再经I/V 变换电路和程控放大电路得到电压信号。
这个信号送到程控低通滤波器及响应度补偿放大电路，得到与功率值相对应的直流电压，经A/D转换得到表示功率大小的数字量，控制处理部分进行数据处理和判断后，送至显示器进行功率显示或给出超量程或欠量程指示并发出量程转换命令进行量程的自动控制。
在实验中，光功率计以测量不同情况下的光功率来确定相关值。
例如在半导体激光器P-I特性测量中，利用光功率计和可变电流的激光器，从而进行多次测量，画出相关P-I曲线，从而可找出半导体激光器的电流阈值。
在测半导体激光器发散角和偏振特性时，可利用光功率计记录旋转台处于不同角度时的功率输出值取曲线的半高宽为激光器的发散角。
也可利用激光器与可旋转的偏振片测量计算出其偏振度。
图1.1.1 半导体激光器的光谱图1.1.2 半导体激光器P-I曲线光功率计在光通信和光纤传感等新技术领域中是必不可少的仪器。
国内所需的光功率计大多依靠进口，国外光功率计价格普遍偏高，所需配件品种多，使用操作也比较复杂。
本次讨论的是我系使用的北京杏林睿光科技有限公司生的RL-PM02型三波长光功率计。
图1.1.3 光功率计原理框图第2章光功率计的基本原理2.1光功率计键位及功能图2.1.1 PL-PM02型光功率计实物图各键的功能说明如下：（1）LED显示屏LED显示屏示所测得的光功率值，以dB、dBm、mW、uW、nW的形式显示。
在设定波长时会显示设定值，即532nm、633nm、650nm。
（2）λ键λ波长选择键，按此键可以选择不同的波长。
可供选择的波长有三种：532nm、633nm、650nm每选择一种波长，LED显示屏会有相应的显示。
（3）HOLD键按HOLD键一次，即可将当前测量的光功率值存储，作为当前参考功率REF值。
（4）ON/OFF键按ON/OFF键，就可以启动功率计，当启动超过10分钟后，而没有任何键盘被操作，即会关机；在开机状态下，按下该键，即可关机。
（5）mW键进行量程选择（6）ZERO键对功率计进行置零。
（7）背光开关打开、关闭LED显示器背光。
（光纤接口在光功率计上方，通过光纤与要测端连接，图中未标出。
2.2光功率探头结构图2.2.1 光功率计探头实物图光探头就是光敏感面面积较大（直径为1.10mm）的半导体PIN光电二极管。
光电二极管（PD）把光信号转换为电信号的功能，是由半导体PN结的光电效应实现的。
在PN结的界面上，由于电子和空穴的扩散运动，形成内部电场。
内部电场使电子和空穴与扩散运动方向相反的漂移运动，最终使能带发生倾斜，在PN结界面附近形成耗尽层。
当入射光作用在PN结时，如果光子的能量大于或等于带隙（hf≥Eg），便发生受激吸收，即价带的电子吸收光子的能量跃迁到导带形成光生电子－空穴对。
在耗尽层，由于内部电场的作用，电子向N区运动，空穴向P区运动，形成漂移电流。
在耗尽层两侧是没有电场的中性区，由于热运动，部分光生电子和空穴通过扩散运动可能进入耗尽层，然后在电场作用下，形成和漂移电流相同方向的扩散电流。
漂移电流分量和扩散电流分量的总和即为光生电流。
当与P层和N层连接的电路开路时，便在两端产生电动势，这种效应称为光电效应。
当连接的电路闭合时，N区过剩的电子通过外部电路流向P区。
同样，P区的空穴流向N区，便形成了光生电流。
当入射光变化时，光生电流随之作线性变化，从而把光信号转换成电信号。
这种由PN结构成，在入射光作用下，由于受激吸收过程产生的电子—空穴对的运动，在闭合电路中形成了光生电流。
图2.2.2 PIN结示意图PN管接收光输入后，由于价带中电子吸收了光子而跃迁到导带，产生一个电子－空穴对，若在耗尽区产生，那么在自建电场（PIN管一般采用零偏压）的作用下，电子向N区漂移，空穴向P区漂移，产生了与输入光功率成正比的电流信号。
由于PN结耗尽层只有几微米，大部分入射光被中性区吸收，因而光电转换效率低，响应速度慢。
为改善器件的特性，在PN结中间设置一层掺杂浓度很低的本征半导体，这种结构便是常用的PIN光电二极管。
加上I层的PN结二极管可以提高探测灵敏度和响应速度，明显增大了p+区的耗尽层的厚度，这有利于缩短载流子的扩散过程。
耗尽层的加宽，也可以明显减少结电容,从而使电路常数减小，同时耗尽加宽还有利于对长波区的吸收。
被测光通过光纤接口投射到光探头的光敏面上时，半导体中的价带电子激发到导带，偏置电路中便会出现光电流，通过负载电阻实现I/V变换，此电压信号再经滤波放大后，最后由数字式显示器显示。
2.3 A/D转换器及89S52单片机在光功率计中应用将一定功率的光信号经过光电二极管转化为电流信号，再经过滤波通过一个变阻器转化为电压信号，再经过运放变为符合数模转化的电压信号。
其电路图如下：图2.3.1 数字光功率计的光电转换电路图其中ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。
它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。
本功率计是基于AT89S52单片机的光功率计设计，AT89S52 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash存储器。
使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。
图2.3.1 89S52单片机连接图片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。
在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案。
AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，2个数据指针，3个16位定时器/计数器一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。
另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。
空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止，其具有低功耗，速度快，程序擦写方便等优点，完全满足本系统设计需要。
单片机P0口作为ADC0804转换数据的输入端，P3.0接ADC0809的EOC端检测数据转换是否结束。
P0.0～P0.3则作为4个数码管的位选信号控制。
P3口有特殊的功能，P3.1用于控制ADC0804的启动，P2用于控制读取ADC0804的转换结果。
本次设计中使用八通道的IN0，将A,B,C（25 24 23）管脚直接接地固定选择IN0， ALE与ST管脚连通，接单片机P3.4（14）脚，EOC接P3.3(13)脚，OE接P3.5，CLK时钟为1MHZ，由单片机ALE二分频得到，二分频电路详见后文讲解。
VREF+接VCC，VREF-接GND，引出八根数据脚接P1口，由此完成硬件连接。
第3章设计结果3.1分析工作过程LED激光发光管发射稳定激光->光电接收管->到电阻网络进行电流电压转换，并且进行电压放大->模数转换->CPU进行数据处理->显示出数数据。
利用光电转换器件能够将光能量转换成电流或电压等电参量，通过后续电路对电参量的大小进行测量，采用标准光功率计对系统的测量进行标定，使得系统能够完成对光功率的测量。
图3.1.1 光功率计原理框图由于PIN光电二极管产生的光电流很小，不能直接用于测量，需要通过适当的低噪声放大后，再进行数据处理。
光电探测器件一般都要紧密连接一个低噪声的前置放大器，用于对微弱信号的放大。
这里先采用PNP三极管对光电二极管的输出电流进行电流放大和电压电流转换。
再利用A/D转换电路将一定功率的光信号经过光电二极管转化为电流信号，再经过滤波通过一个变阻器转化为电压信号，再经过运放变为符合数模转化的电压信号。
单片机部分上节已经介绍，这里不再赘述。
3.2改进方法根据实验对光功率计的要求，可以采用以下几种改进方法：（1）更换具有更灵敏的PIN结构的光探头。
（2）采用滤波放大电路抑制接收电路的噪声，提高信噪比。
（3）在具体实验中,由于激光器供电电源不稳定也会影响光功率计的探测，也可以从激光器的电源着手，更换稳定的激光供电电源。
（4）本次设计可以实现直流光功率的测试，在数码管可以显示0~5V的电压值，可以精确到0.01，如果在设计一个交流光功率计，可以在I/V变换电路前加一个交直流转换电路，从而实现交流光功率计的制作。
第4章心得体会整个课程设计的过程原则上是设计，其实就是一次大的作业，是让我对课本知识的巩固和对基本公式的熟悉和应用，使我做事的耐心和仔细程度得以提高，整个过程中既有对已有知识和技能的巩固，又有对新知识的理解和掌握，同时也提高了我的动脑和动手能力，使我了解了课程设计的步骤，明白了如何收集相关资料。
以下为我自己的几点总结：（1）课程设计是一个重要的教学环节，通过课程设计使我了解到一些实际与理论之间的差异。
（2）通过课程设计不仅可以巩固专业知识，还可以培养和熟练使用资料，运用工具书，查找相关资料的能力，为明年的论文的制作打下了基础。