一种通用光功率计的实现原理

　　1.概述

　　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。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(APD)。APD 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。因此作为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。

　　2.工作原理

　　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。基本原理框图如图2-1所示.

　　灵敏度是衡量光功率计性能的综合指标。灵敏度Pr的定义是在保证通信质量的条件下，光功率计所需的最小平均接收光功率< P >min，并以dBm 为单位，由定义得到Pr=10lg(minW/10-3)(dBm)，灵敏度表示光功率计调整到最佳状态时，能够接收微弱光信号的能力。

　　动态范围(DR)的定义是:在限定的误码率条件下，光功率计所能承受的最大平均接收光功率max 和所需最小平均接收光功率的min 的比值，用dB 表示。根据定义DR=10lg(max/

min()dB)

         动态范围是光功率计性能的另一个重要指标，它表示光功率计接收强光的能力，数字功率计的动态范围一般应大于 15dB。

　　为了提高光功率计的灵敏度和动态范围，就要设法抑制光探测器及接收电路的噪声，提高信噪比。噪声包括PIN管的散弹噪声和热噪声，热噪声是由偏置电阻引起的，而散弹噪声又分为量子噪声和暗电流噪声，目前使用的 PIN 管材料主要有Si、Ge、InGaAs 等，覆盖了从750nm 到1800nm 的波长范围，特别是低噪声、高响应度的InGaAs 材料的出现使得 31μm、1.55μm的长波长测量灵敏度得到迅速提高。

3.原理分析

　　3.1光电转换(PIN)