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。

同一个探测器，对输入不同波长光的响应度是不同的，即其I-P特性曲线不同。

这就是标准光功率计中的波长矫正电路的作用，即对不同波长输入光设定不同的响应度。

然后经过矫正的模拟信号进行A/D转换，最后用数字显示电路将具体光功率值显示出来。

利用实验箱中探测器检测电路及I-V变换电路，可以测得探测器检测光功率时得到的电流，根据I-P特性曲线，可以简略得知输入光的功率，从而达到设计简易光功率计的目的。

模数转换电路以及数字显示等电路非本课程重点，本实验不予赘述。

六、注意事项
1、光学器件的使用要轻拿轻放。

七、实验步骤
1、PCM编译码模块T661与CPLD下载模块983连接，T980与1310nm光发模块输入端T101连接。

2、用FC-FC光纤跳线将1310nmT光发端与131nmR光收端连接。

拨码开关BM1、BM2、BM3分别拨为：数字、1310nm和1310nm，并且将开关K121拨上。

3、接上交流电源线，先开交流开关，再开直流开关K01，K02，五个发光二极管全亮。

4、接通PCM编译码模块(K60)、CPLD模块（K90）和光发模块(K10)的直流电源。

5、用万用表监控R110两端电压（红表笔插T103，黑表笔插T104），调节半导体激光器驱动电流，使之为30mA，用万用表测试T123与电源模块中的地之间电压V，填入下表中，将1310nm光收端机端光纤取出，测试此时光功率并填入对应表格中。

6、调节W101，减小驱动电流为下表中的数值，测试T123与地之间的电压，取出光纤测试光功率，填入对应表格中。

7、依次关闭各直流电源、交流电源，将开关K121拨下，拆除导线，将实验箱还原。

将测得的电压，代入公式I＝V/10000中，计算得到检测器输出电流I，填入对应表格中。

表24-1 实验数据
8、根据上表作出1310nm半导体检测器的I-P特性曲线。

9、根据I-P特性曲线，计算得到半导体检测器的响应度。

10、测试一未知输入光时，检测器输出电流，根据响应度计算得到输入光的光功率，并用标准光功率计测量得到标准光功率，分别填入表24-1中。

11、改变输入光功率大小，重复实验步骤3，完成表24-2。

12、根据1310nm光波长光功率计设计步骤，设计并完成1550nm光功率计设计步骤。

13、实验完毕后依次关闭各模块电源，将实验箱还原。

响应度R＝
表24-2 简易光功率设计实验数据
八、实验报告
1、字迹工整
2、原理分析透彻
3、写出光功率计校准实验步骤
4、记录自己设计的光功率计与标准光功率计测量光功率时的差别，并指出偏差原因
九、思考题
1、标准光功率除了实验箱中的这些部分外，还有哪些部分组成?
2、校准光功率计时需要注意哪些注意事项？
3、不同波长光功率的检测有何不同？。