一种通用光功率计的实现原理_徐波
光功率计使用说明书详尽细致版
光功率计使用说明书一、概述光功率计是光纤通信系统工程建设和维护中测量光电器件、光无源器件、光纤、光缆、光纤通信设备的必备工具。
二．技术条件2．1 性能指标2．基本功能a.显示方式：线性（mw/ a w/ nw）,对数（dBm）、相对测量（dB）;b .自动功能：自动量程，自动调零，量程保持，平均处理，相对测量处理, 波长校准;三.原理光功率计由五部分组成, 即光探测器、程控放大器和程控滤波器、A/D 转换器、微处理器以及控制面板与数码显示器。
被测光由PIN 光探测器检测转换为光电流，由后续斩波稳定程控放大器将电流信号转换成电压信号，即实现I／V 转换并放大，经程控滤波器滤除斩波附加分量及干扰信号后，送至A／D 转换器，变成相应于输入光功率电平的数字信号，由微处理器（CPU）进行数据处理，再由数码显示器显示其数据。
CPU可根据注入光功率的大小自动设置量程状态和滤波器状态，同时，可由面板输入指令(通过CPU)控制各部分完成指定工作。
不注入光的情况下，可指令仪器自动调零。
四．使用4．1 面板说明1)前面板(1)P OWER 电源开关。
(2)W dBm 对数或线性测量方式转换开关按键每按一次此键，显示方式在“ W ”和“dBm”之间切换，并且数码显示窗右侧相应的指示器发光。
(3)d(REL) 相对测量按键。
按下，其数码显示窗右侧相应的指示器发光，可进行光功率的相对测量，参考光功率值即为按此键时的输入光功率值Pref，第二次测量的光功率显示值是相对于Pref 的相对值。
按“ W dBm”键便解除了此测量方式。
(4)入SEL波长选择键。
按一下此键，其上方指示器发光，指示仪器当前处于波长选择状态，并在数码显示窗显示其选择波长，并且右方nm 指示器发光，示意单位为“纳米” 。
此时，面板上其它控制键，除“ MEAS'和“ RMT”外，均不起作用。
(9)数码显示窗五位LED数码显示窗口。
显示光功率测量值或者(在波长选择期间)波长数。
光功率计测量原理
光功率计测量原理光功率计就像是光世界里的“小侦探”，专门负责搞清楚光的能量到底有多少。
想象一下，光就像一群调皮的小精灵，在光纤里欢快地奔跑。
而光功率计呢，就是那个能抓住这些小精灵，并且算出它们有多少能量的神器。
那它到底是怎么做到的呢？其实啊，光功率计的核心部件就是一个特别灵敏的探测器。
这个探测器就像是一个超级厉害的“光能量捕捉器”。
当光照射到这个探测器上的时候，探测器里面的材料会和光发生神奇的反应。
就好像探测器对光说：“你来啦，快让我感受感受你的力量！”然后，根据光的强度不同，探测器产生的电信号也不一样。
你可以把这个过程想象成，光越强，探测器就被“打得”越疼，疼得叫得就越大声，也就是产生的电信号越强。
而且哦，光功率计可不傻，它不是随便测测就算了。
它有自己的一套校准标准呢！在出厂之前，厂家会用各种精确的光源来给它做“特训”，让它知道什么样的光对应什么样的能量值。
比如说，给它照一束非常标准的强光，告诉它：“记住啦，这样的光就是 10 瓦的能量！”然后再换一束弱一点的光，又说：“这个呢，是 5 瓦的能量。
”经过这样反复的训练，光功率计就变得很聪明啦，能够准确地测量出各种光的功率。
还有哦，光功率计的测量范围也是有讲究的。
就像我们的尺子有长度限制一样，光功率计也有它能测量的光功率的大小范围。
如果光太弱了，就好像是一只小蚂蚁在轻轻地碰探测器，探测器可能都感觉不出来，也就没办法准确测量啦。
反过来，如果光太强了，那探测器可能会被“打晕”，给出错误的结果。
所以啊，在使用光功率计的时候，我们得先了解它的测量范围，就像我们知道自己的鞋子尺码一样，这样才能选到合适的工具，测出准确的结果。
另外，光功率计的精度也很重要呢！比如说，我们测一个光功率是 5 瓦的光源，如果光功率计的精度不够高，可能测出来是 4.5 瓦，或者 5.5 瓦，这误差可就大了。
所以，为了能得到更准确的测量结果，厂家在制造光功率计的时候，会想尽办法提高它的精度，用更好的材料，更先进的技术。
基于Wi-Fi通讯的大功率光功率计的研制
基于Wi-Fi通讯的大功率光功率计的研制隋成华;徐之力;徐丹阳【摘要】介绍了一种基于Wi-Fi无线通信技术的大功率光功率计的设计原理和实现方法.该光功率计以STM32为微控制器,采用热电堆探测器实现热电转换.它不但能通过ESP8266Wi-Fi模块支持与上位机实现无线通信,并且同时支持USB通信模式.该系统可以在0.19 μm～15.0 μm波长范围内实现100 mW～ 100 W激光功率的连续自动量程切换测量.该光功率计还具备了通过脉冲宽度调制(PWM)与0～5 V模拟信号电压输出方式去反馈控制激光器输出强度,以及外触发功能.测试结果表明,该光功率计不但可以很好地满足工程应用中大功率激光器输出功率的检测与控制,并且实现了基于Wi-Fi 无线通信方式的移动式测量.%The design principle and implementation method of a high-power optical power meter based on Wi-Fi wireless communication technology is presented in this paper. STM32 is taken as the micro controller and thermopile detector is used to realize thermoelectric conversion in this meter. It not only supports wireless communication with host computer through ESP8266 Wi-Fi module,but also supports USB communication mode. The system can realize continuous automatic range-switching measurement of 100 mW～100 W laser power in the wavelength range of 0.19 μm～15.0 μm. The optical power meter also has the function of pulse width modulation(PWM) and 0～5 V analog signal voltage output to feedback control laser output intensity and external trigger. The test results show that the optical power meter can not only satisfy very well the detection and control of highpower laser output power in engineering application,but also realize the mobile measurement based on Wi-Fi wireless communication mode.【期刊名称】《传感技术学报》【年(卷),期】2019(032)001【总页数】6页(P155-160)【关键词】无线通信技术;光功率计;Wi-Fi模块;热电堆探测器,量程自动切换【作者】隋成华;徐之力;徐丹阳【作者单位】浙江工业大学光学与光电子研究中心,杭州 310023;浙江工业大学生物与医学物理信息技术协同创新中心,杭州 310023;浙江工业大学理学院,杭州310023;浙江工业大学光学与光电子研究中心,杭州 310023;浙江工业大学生物与医学物理信息技术协同创新中心,杭州 310023;浙江工业大学理学院,杭州 310023;浙江工业大学光学与光电子研究中心,杭州 310023;浙江工业大学生物与医学物理信息技术协同创新中心,杭州 310023;浙江工业大学理学院,杭州 310023【正文语种】中文【中图分类】TH741光功率计是用来测量光功率大小的仪器,既可用于光功率的直接测量,也可用于光衰减量的相对测量,大功率光功率计是激光加工、激光熔覆和激光武器等领域中研究、开发、生产以及维修等部门必备的基本测试仪器[1-3]。
光功率计使用说明书
光功率计使用说明书一、概述本仪器测量精度高，稳定可靠。
是一种智能化的、高性能的通用光功率计。
采用了精确的软件校准技术，可测量不同波长的光功率，具有好的性价比。
是光电器件、光无源器件、光纤、光缆、光纤通信设备的测量，以及光纤通信系统工程建設和维护的必备测量工具。
二．技术条件2．1 性能指标a．光波长范围： 850 ～ 1550 nmb．光功率测量范围：－70 ～＋10 dBmc．显示分辨率： 0.01 dBd．准确度：± 5％（－70 ～＋3 dBm ）非线性：≤ 4％（－70 ～＋3 dBm ）e．环境条件：工作温度 0 ～ 55℃工作湿度≤ 85％f．电源： AC 220伏／50Hz ±10％2．基本功能a．显示方式：线性（mw/μw/ nw），对数（dBm）、相对測量（dB）;b．自动功能：自动量程，自动调零，量程保持，平均处理，相对测量处理, 波长校准;三．原理光功率计由五部分组成, 即光探測器、程控放大器和程控滤波器、A/D转换器、微处理器以及控制面板与数码显示器。
A／D变换器P I NI／V 程控放大器和滤波器C P U控制面板和显示器被測光由PIN光探测器检测转换为光电流，由后续斩波稳定程控放大器将电流信号转换成电压信号，即实现I／V转换并放大，经程控滤波器滤除斩波附加分量及干扰信号后，送至A／D 转换器，变成相应于输入光功率电平的数字信号，由微处理器（CPU）进行数据处理，再由数码显示器显示其数据。
CPU可根据注入光功率的大小自动设置量程状态和滤波器状态，同时，可由面板输入指令（通过CPU）控制各部分完成指定工作。
不注入光的情况下，可指令仪器自动调零。
四．使用4．1 面板说明1）前面板(1)POWER 电源开关。
(2)W dBm 对数或线性测量方式转换开关按键每按一次此键，显示方式在“W”和“dBm”之间切换，并且数码显示窗右侧相应的指示器发光。
(3)dB(REL) 相对测量按键。
光功率计原理
光功率计原理
光功率计原理是测量光源的辐射功率的仪器。
其原理是利用光电效应，将光能转化为电能来进行测量。
光功率计的核心部件是光电传感器，其中最常用的是光电二极管（Photodiode）。
光电二极管是一种能够将光转换为电流的
半导体器件。
当光照射到光电二极管上时，光子的能量激发了半导体中的电子，使其从价带跃迁到导带，从而产生电流。
光电二极管的输出电流与入射光功率成正比。
在光功率计中，光电二极管通常被放置在一个光学系统中，该系统能够将待测光束聚焦或集束到光电二极管上。
为了准确测量光源的功率，通常还需要配备一个滤光片或其他类型的光学元件，以确保仅对待测光束进行测量。
光功率计的工作原理简单明了：首先将待测光束经过光学系统聚焦到光电二极管上；然后光电二极管将光能转化为电能，产生一个电流信号；最后，该电流信号经过放大、滤波等处理后，通过电子显示屏或其他形式的输出来显示光源的功率。
需要注意的是，为了确保测量的准确性和可靠性，光功率计在使用前需要进行校准。
校准通常是将光功率计与已知功率的标准光源相连，通过比较光功率计的读数与标准值来确定准确的测量参数。
光功率计具有广泛的应用领域，如光通信、光纤传感、医疗器械等。
通过测量光源的功率，光功率计不仅可以帮助我们了解
光源的特性和性能，还可以进行光学元件的性能测试和质量控制。
光功率计知识-中国电子仪器行业协会
光功率计知识一、概述（一）用途光功率计是光的最基本测量仪器之一，主要用于光功率和光损耗的测量，广泛应用于光通信设备及光电武器装备的测试，还可以应用于教学实验、科学研究等领域。
（二）分类与特点按照光功率测量方法的不同，光功率计可以分为热转换型光功率计和半导体光电检测型光功率计。
热转换型光功率计特点利用黑体吸收光功率后温度升高的特性，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、响应时间较长，因此，一般被用来作为标准光功率计。
半导体光电检测型光功率计特点利用半导体PN 结的光电效应，通过计算，得出光功率的大小。
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。
与APD 相比， PIN 光电二极管具有低噪声、高响应度、零偏置电压、高测量灵敏度和较高的温度稳定性等优点，因此通用光功率计一般采用 PIN 光电二极管作为光电探测器件。
（三）产品国内外现状国内生产光功率计的厂家主要有：中国电子科技集团 41 所、天津德力、上海嘉慧、上海光之虹等单位。
国产光功率计大多以单通道、功率范围在+3～-70dBm、波长范围在400～ 1650nm 以内的中低档产品为主，高档光功率计几乎被以美国安捷伦和加拿大EXFO等为代表的国外公司垄断，多通道、光功率计的功率范围达 +10～ -110dBm、波长范围达 380 ～ 1800nm。
其中， 41 所生产的光功率计的测量功能和性能指标与国外高档光功率计相当。
（四）技术发展趋势高精度、宽工作波长范围和大动态范围是光功率计追求的目标；多通道、模块化、集成化是未来光功率计产品主要的发展趋势；向着多控制接口、高自动化、高智能化方向不断发展。
二、基本工作原理PIN 型光功率计主要由：PIN 光电二极管、放大电路、A/D 变换器、数据处理、显示等部分电路构成。
光功率计使用说明书详尽细致版模板
光功率计使用说明书一、概述光功率计是光纤通信系统工程建設和维护中测量光电器件、光无源器件、光纤、光缆、光纤通信设备的必备工具。
二．技术条件2．1 性能指标2．基本功能a．显示方式：线性（mw/μw/ nw），对数（dBm）、相对測量（dB）;b．自动功能：自动量程，自动调零，量程保持，平均处理，相对测量处理, 波长校准;三．原理光功率计由五部分组成, 即光探測器、程控放大器和程控滤波器、A/D转换器、微处理器以及控制面板与数码显示器。
被測光由PIN光探测器检测转换为光电流，由后续斩波稳定程控放大器将电流信号转换成电压信号，即实现I／V转换并放大，经程控滤波器滤除斩波附加分量及干扰信号后，送至A／D 转换器，变成相应于输入光功率电平的数字信号，由微处理器（CPU）进行数据处理，再由数码显示器显示其数据。
CPU可根据注入光功率的大小自动设置量程状态和滤波器状态，同时，可由面板输入指令（通过CPU）控制各部分完成指定工作。
不注入光的情况下，可指令仪器自动调零。
四．使用4．1 面板说明1）前面板(1)POWER 电源开关。
(2)W dBm 对数或线性测量方式转换开关按键每按一次此键，显示方式在“W”和“dBm”之间切换，并且数码显示窗右侧相应的指示器发光。
(3)d(REL) 相对测量按键。
按下，其数码显示窗右侧相应的指示器发光，可进行光功率的相对测量，参考光功率值即为按此键时的输入光功率值Pref，第二次测量的光功率显示值是相对于Pref的相对值。
按“W dBm”键便解除了此测量方式。
(4)λ SEL 波长选择键。
按一下此键，其上方指示器发光，指示仪器当前处于波长选择状态，并在数码显示窗显示其选择波长，并且右方nm指示器发光，示意单位为“纳米”。
此时，面板上其它控制键，除“MEAS”和“RMT”外，均不起作用。
(9)数码显示窗五位LED数码显示窗口。
显示光功率测量值或者（在波长选择期间）波长数。
4．2 操作电源开关置“ON”。
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光功率计使用说明书一、概述光功率计是光纤通信系统工程建設和维护中测量光电器件、光无源器件、光纤、光缆、光纤通信设备的必备工具。
二．技术条件2．1 性能指标2．基本功能a．显示方式：线性（mw/μw/ nw），对数（dBm）、相对測量（dB）;b．自动功能：自动量程，自动调零，量程保持，平均处理，相对测量处理, 波长校准;三．原理光功率计由五部分组成, 即光探測器、程控放大器和程控滤波器、A/D转换器、微处理器以及控制面板与数码显示器。
被測光由PIN光探测器检测转换为光电流，由后续斩波稳定程控放大器将电流信号转换成电压信号，即实现I／V转换并放大，经程控滤波器滤除斩波附加分量及干扰信号后，送至A／D 转换器，变成相应于输入光功率电平的数字信号，由微处理器（CPU）进行数据处理，再由数码显示器显示其数据。
CPU可根据注入光功率的大小自动设置量程状态和滤波器状态，同时，可由面板输入指令（通过CPU）控制各部分完成指定工作。
不注入光的情况下，可指令仪器自动调零。
四．使用4．1 面板说明1）前面板(1)POWER 电源开关。
(2)W dBm 对数或线性测量方式转换开关按键每按一次此键，显示方式在“W”和“dBm”之间切换，并且数码显示窗右侧相应的指示器发光。
(3)d(REL) 相对测量按键。
按下，其数码显示窗右侧相应的指示器发光，可进行光功率的相对测量，参考光功率值即为按此键时的输入光功率值Pref，第二次测量的光功率显示值是相对于Pref的相对值。
按“W dBm”键便解除了此测量方式。
(4)λ SEL 波长选择键。
按一下此键，其上方指示器发光，指示仪器当前处于波长选择状态，并在数码显示窗显示其选择波长，并且右方nm指示器发光，示意单位为“纳米”。
此时，面板上其它控制键，除“MEAS”和“RMT”外，均不起作用。
(9)数码显示窗五位LED数码显示窗口。
显示光功率测量值或者（在波长选择期间）波长数。
4．2 操作电源开关置“ON”。
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univer sal Optical Power Meter realizing pr inciple.
Key words: Photoelectricity transition;I/V tr ansition;A /D tr ansition;A utomatic transition of the Range
Hale Waihona Puke １～２ －５～－１５ELECTRON IC S QUA LITY
·２ ０ ０ ６ 第 ０ ５ 期·
测试技术卷 Test Technology
理论与研究
Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ
效应管（Ｆ Ｅ Ｔ ）的前置放大器集成 流，经过程控 Ｉ／Ｖ 变换成电压信号。 功率的情况下 Ｉ／Ｖ 变换通道是如何
电转换的关键器件，其性能特别是
电信号。目前常用的光检测器有
ＰＩＮ 管接收光输入后，由于价 响应度和噪声直接影响接收机的灵
ＰＩＮ 光电二极管和雪崩光电二极管 带中电子吸收了光子而跃迁到导 敏度。对光检测器的要求如下：
（Ａ Ｐ Ｄ ）。下面介绍一下光电二极管 带，产生一个电子 － 空穴对，若在
（１） 波长响应要和光纤低损耗
应。当连接的电路闭合时，Ｎ 区过 长波长限制由式λ ｃ＝ｈｃ／Ｅｇ 确定， 图 ３－１ ＰＩＮ 光电二极管响应度ρ 剩的电子通过外部电路流向 Ｐ 区。 如图示出量子效率η和响应度ρ的 与波长 ｌ 的关系
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，在闭合电路中形成光生电流的
中图分类号： Ｔ Ｈ ７ ４ 文献标识码：Ａ
文章编号： １ ０ ０ ３ － ０ １ ０ ７ （ ２ ０ ０ ６ ） ０ ５ － ０ ０ ０ ３ － ０ ４
A bstract: According to the principle of wor k about Optical P ower Meter ,the paper mainly analyse
由图可见，村料的 ＰＩＮ 光电二 极管适用于 １．３～１．６ μ ｍ 波段，响
３．１光电转换（ＰＩＮ）
是低噪声、高响应度的 ＩｎＧａＡｓ 材 应度在 ０．８～０．９（Ａ／Ｗ）。
光检测器是光接收机的关键 料的出现，使得测量的灵敏度得到
光检测器是光功率计实现光 ／
器件，它的功能是把光信号转换为 了迅速提高。
的工作原理和主要特性。
耗尽区产生，那么在自建电场（ＰＩＮ 窗口（０．８５ μ ｍ、１．３１ μ ｍ 和 １．５５
光电二极管（ＰＤ）把光信号转 管一般采用零偏压） 的作用下，电 μ ｍ） 兼容；
4
换为电信号的功能，是由半导体 ＰＮ 子向 ｎ 区漂移，空穴向 ｐ 区漂移，产
（２） 响应度要高，在一定的接
表 ３ － １ Ｐ Ｉ Ｎ 光电二极管一般性能
Ｓｉ －ＰＩＮ
ＩｎＧａＡｓ－ＰＩＮ
波长响应λ／μｍ
０．４～１．０
１．０～１．６
响应度ρ ／Ａ×Ｗ－１
０．４（０．８５ μ ｍ）
０．６（１．３ μ ｍ）
暗电流Ｉｄ／ｎＡ
０．１～１
２～５
响应时间τ／ｎｓ
２～１０
０．２～１
结电容Ｃ ／ｐＦ ｊ
工作电压／Ｖ
０．５～１ －５～－１５
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。
测试技术卷 Test Technology
理论与研究
Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ
一种通用光功率计的实现原理
Ｒｅａｌｉｚｉｎｇ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ Ｗｏｒｋ ａｂｏｕｔ Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｏｗｅｒ Ｍｅｔｅｒ
徐 波 （ 中国电子科技集团公司第
４１ 研究所， 蚌埠 ２ ３ ３ ０ ０ ６ ）
图 ２－１ 基本原理框图 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 ＞ ｍ ｉ ｎ，并以 ｄＢｍ 为单位，由定义得
到 Ｐｒ＝１０ｌｇ（＜Ｐ＞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。
Xu bo (The 41st Electronics
Institute of the M.I.I., B engbu 233006,China)
摘 要： 本文以光功率计的工作原理为基础，简要的分析了一种通用光功率计的实现原理。
关键词： 光电转换； 程控 Ｉ ／ Ｖ 转换； Ａ ／ Ｄ 转换； Ｃ Ｐ Ｕ 控制量程自动转换
·２ ０ ０ ６ 第 ０ ５ 期·
Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ，１９９９，ｐｐ．４０７－４１２． ［ １ ０ ］ 胡晨， 许舸夫，张哲，杨军． 一种
基于受控 Ｌ Ｆ Ｓ Ｒ 的内建自测试结构及其测 试矢量生成［Ｎ］． 电路与系统学报， ２ ０ ０ ２ ， ７ （３）：１３－１６．
［１１］ Ｚｈａｎｇ Ｚｈｅ，Ｈｕ Ｃｈｅｎ，Ｘｉａｎｇ Ｗａｎｇ－ｘｕｅ，Ｓｈｉ Ｌｏｎｇ－ｘｉｎｇ．Ａ Ｌｏｗ Ｐｏｗｅｒ ＢＩＳＴ Ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｔｗｏ－ｍｏｄｅ ＬＦＳＲ［Ｎ］．Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ，２００４，２７（４）：７０５－７０９．
结的光电效应实现的。
生了与输入光功率成正比的电流信 收光功率下，能产生最大的光电
在 ＰＮ 结的界面上，由于电子和 号。
流；
空穴的扩散运动，形成内部电场。
由于 ＰＮ 结耗尽层只有几微米，
（３） 噪声要尽可能低，能接收
内部电场使电子和空穴与扩散运动 大部分入射光被中性区吸收，因而 极微弱的光信号；
方向相反的漂移运动，最终使能带 光电转换效率低，响应速度慢。为
be controlled by computer
3
CLC number:TH74
Document code:A
Arti cl e ID :1003-0107( 2006) 05-0003- 04
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 Ｐ Ｎ 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。
在同一基片上，构成 ＰＩＮ－ＦＥＴ 接收 通过对电压的处理来实现功率的测 选择的。由于信号的变化范围较
组件，以进一步提高灵敏度，改善 量。如图 ３－２ 所示电流经过运放以 大，当放大器增益固定时，也会出
器件的性能。这种组件已经得到广 后转变成电压信号：Ｖ 。＝Ｒ × Ｉ
现小信号得不到有效放大而降低
泛应用。新近研究的 ＩｎＧａＡｓ－ＰＩＮ 的
（４） 性能稳定，可靠性高，寿
发生倾斜，在 ＰＮ 结界面附近形成耗 改善器件的特性，在 ＰＮ 结中间设置 命长，功耗和体积小。
尽层。当入射光作用在 ＰＮ 结时，如 一层掺杂浓度很低的本征半导体
表 ３－１ 列出了半导体光电二极
果光子的能量大于或等于带隙（ｈｆ （称为 Ｉ），这种结构便是常用的 ＰＩＮ 管 ＰＩＮ 一般性能。选择 ＰＩＮ 半导体
Ａ／Ｄ 转换的精度。解决方法就是对
特点是响应速度快，传输速率可达
小信号输入采用高放大倍数，对大
到十几 Ｇｂ／ｓ，适用于高速光纤通信
信号输入采用小放大倍数，即根据
系统。
未知参数量值的范围，自动地选择
合适的增益或衰减，以切换到合适
３．２程控Ｉ／Ｖ变换
的量程。这里使用了多路模拟开关
前置放大器应是低噪声放大
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
ＩＥＥＥ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ ａｎｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｍａｇａｚｉｎｅ， １９８９（５）：１９－２６
［９］ Ｐ．Ｇｉｒａｒｄ，Ｌ．Ｇｕｉｌｌｅｒ，Ｃ． Ｌａｎｄｒａｕｌｔ， ｅｔ ａｌ．Ａ ｔｅｓｔ ｖｅｃｔｏｒ ｉｎｈｉｂｉｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ ｌｏｗ ｐｏｗｅｒ ＢＩＳＴ ｄｅｓｉｇｎ［Ｍ］．ＩＥＥＥ ＶＬＳＩ Ｔｅｓｔ
Ｎ 区运动，空穴向 Ｐ 区运动，形成 电转化效率用量子效率η或响应度 性能非常稳定，通常把它和使用场
漂移电流。在耗尽层两侧是没有电 ρ表示，下面介绍 ＰＩＮ 光电二极管
场的中性区，由于热运动，部分光 的主要特性——光谱特性，光电转
生电子和空穴通过扩散运动可能进 换效率用响应度ρ表示。响应度的