光功率测量方法.doc

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4001000nm，而用InGaAs材料制成的光电二极管能够检测8001700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PIN、放大去噪电路、 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PIN、放大去噪电路、 A/D转换电路、数字显示电路这四个模块的结合。I-V变换放大电路A-D变换数字显示被测光PIN4所需器件:LD激光二极管-1个共阴极数码管-4个电路板-1个直流稳压电源-1个万用表-1个信号发生器-1个电容0.22UF,0.47UF,100PF,0.1UF-各1个电阻100K,47K,24K,1K，10ohm ，240ohm,200ohm，1k,470ohm-各1个导线-若干钳子,镊子-1把5模块设计: （1）放大电路模块1直流放大电路：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：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：输入为直流信号时6.实验内容:（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199.9mV，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：(1)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.(2)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.(3)数据的纪录：电检测：函数信号发生器示值示波器显示值数码显示值光检测：放大电阻示波器显示值数码显示值8.实验分析：(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，为LD输出光功率值）（b）刚开始以为用LED,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.但最后由于使用LD的功率较大，所以最终没用到放大电路，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ICL