Измерители оптической мощности

Мощность оптического излучения P может измеряться в единицах мощности (Вт) или в логарифмических единицах p (дБм) по отношению к мощности 1 мВт. Для измерения мощности излучения используют специальные приборы - измерители оптической мощности или оптические ваттметры.

Измерители оптической мощности используются для определения мгновенных, средних и максимальных значений мощности на выходах излучателя P _из или ВТ (входе ФПУ) P _Ф.

Измеритель оптической мощности (рис. 4.1) состоит из:

· фотоприемника (ФП), который преобразует мощность оптического излучения в электрический сигнал (обычно фототок);

· усилителя фототока (УФТ), на выходе которого с помощью осциллографа можно наблюдать сигнал, пропорциональный мгновенному значению мощности;

· логарифматора (ЛОГ);

· аналого-цифрового преобразователя (АЦП);

· устройства отображения (УО).

Рис. 4.1. Структурная схема измерителя оптической мощности

При измерении средних значений мощности после УФТ устанавливают усредняющий фильтр нижних частот (ФНЧ), а при измерении максимальных значений - амплитудный детектор.

В качестве ФП в измерителях оптической мощности могут использоваться фотоэлементы, фотоумножители, фоторезисторы, тепловые и сегнетоэлектрические приемники, однако чаще всего применяют PIN фотодиоды. К ФП предъявляется ряд требований.

ФП должен иметь фоточувствительную площадку, достаточную для регистрации всего потока излучения, выходящего из источника излучения или ВС.

Чувствительность ФП должна быть однородна по площади, а характеристика преобразования - линейной во всем диапазоне измеряемых мощностей. Чувствительность должна мало зависеть от температуры.

ФП должен обладать малым уровнем шума, низким порогом реагирования. Для этого он должен иметь малый уровень темнового тока.

Для длины волны l = 0.85 мкм обычно используют кремниевые PIN фотодиоды, для длин волн l = 1.3 и 1.55 мкм используют либо германиевые PIN фотодиоды, либо PIN фотодиоды на основе арсенида галлия, легированного индием [4]. Наилучшими параметрами: высокой линейностью, температурной стабильностью, широким динамическим диапазоном по линейности и по шумам (малый темновой ток) - обладают кремниевые PIN фотодиоды. К сожалению, они могут использоваться для измерений только с l =0.85 мкм. На больших l используют германиевые фотодиоды или фотодиоды на основе арсенида галлия, легированного индием.

УФТ имеет автоматически или вручную переключаемый коэффициент передачи для выбора диапазона измерения. Для получения результата измерения на УО в цифровой форме используется АЦП. Для вывода результата в логарифмических единицах перед АЦП устанавливается ЛОГ.

Технические параметры современных измерителей оптической мощности отечественных и зарубежных производителей приведены в табл. П2.

Измерители оптической мощности в сочетании с другими приборами могут использоваться для определения параметров ФПУ:

· чувствительности ФПУ p _фмин,

· уровня перегрузки ФПУ p _фмакс,

· динамического диапазона ФПУ D _ф

и параметров регенерационного участка ВОСП:

· вносимого затухания a _вн,

· энергетического запаса Э_зап.

Методы измерения вносимого затухания будут изложены в п. 4.2.3.

Измерение параметров ФПУ

Для определения чувствительности ФПУ кроме измерителя оптической мощности используют оптический аттенюатор с регулируемым затуханием и измеритель коэффициента ошибок (ИКО). Схема измерения чувствительности ФПУ приведена на рис. 4.2.

Рис. 4.2. Схема измерения чувствительности ФПУ

С помощью оптического аттенюатора уменьшается уровень сигнала на входе ФПУ. При этом контролируется уровень средней мощности p _ф и коэффициент ошибок k _ош. За величину чувствительности ФПУ принимают уровень сигнала p _фмин на входе ФПУ, при котором k _ош соответствует заданному уровню, например 10^-9.

Такая же процедура может использоваться для определения уровня перегрузки ФПУ p _фмакс. Однако при этом мы ищем не минимальный, а максимальный уровень входного сигнала, при котором коэффициент ошибок соответствует заданному уровню.

Динамический диапазон ФПУ определяется разностью полученных значений

D _ф = p _фмакс - p _фмин.                                          (4.1)