CN102243102A - 一种可同时测量功率和波长的光电测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可同时测量功率和波长的光电测量装置，包括适配器和信号处理电路，特点是适配器后设置有分光片、第一光电探测器和第二光电探测器，第一光电探测器和第二光电探测器与信号处理电路相连，分光片的透射率随波长单调变化，第一光电探测器和第二光电探测器具有相同的光电转换效率，分光片的法线与适配器出射的待测光的夹角为30～50°，入射到分光片上的待测光经分光片分光后的透射光进入第一光电探测器，分光后的反射光进入第二光电探测器，优点在于利用透射率随波长单调变化的分光片使透射光和反射光分别进入两个具有相同的光电转换效率的光电探测器，根据两个光电探测器的电信号的比值确定待测光的波长值并计算出功率值。

Description

一种可同时测量功率和波长的光电测量装置

技术领域

本发明涉及一种光电测量装置，尤其是涉及一种可同时测量功率和波长的光电测量装置。

背景技术

光功率计一种常用的光电测量装置，在光纤通信网、广电网施工和运维中有着广泛的应用。光功率计的测量原理为：光信号照射在光电探测器上，将光信号转换为电信号，通过电压幅度的测量反推得到光功率值。对于光纤通信网以及广电网，为充分利用光纤线路资源，在一个光纤上常有多个波长的光信号在传输。比如，波分复用WDM网络上可能有十几个波长的激光同时传输；又如，光纤到户网络中使用1310nm、1490nm和1550nm三个波长在同一条光纤上同时传输不同的信息(使用下行1490nm和上行1310nm波长传送数据和语音，使用1550nm传送视频)。而对于传送到用户的具体的光信号的功率的测量，由于光电探测器的光电转换效率与波长相关，为获得准确的光功率值，则需要预先知道入射光的波长。因此，光功率计上均有一个选择波长的按钮，通过该按钮切换测试波长(1310nm、1490nm、1550nm和1625nm)，转换为对应波长的功率值。但如果待测光信号的波长未知或者用户波长选择不当，则会造成测量偏差。传统的波长测量多采用光栅分光的方法，结构复杂、体积庞大，无法集成到小型的测试仪表中。

ILX Lightwave公司提供一种可同时实现功率和波长测量的台式仪表，其原理为入射光经半透镜后，功率一分为二，其中一路光信号直接到探测器转换为电信号，另一路光信号经颜色滤光片后到达探测器并转换为电信号，利用这两路电信号的比值实现波长测量。由于入射光信号需要先后经过半透镜和颜色滤光片，损耗大，不利于信号探测，功率和波长的测量精度较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单的可同时测量功率和波长的光电测量装置。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种可同时测量功率和波长的光电测量装置，包括适配器和信号处理电路，所述的适配器后设置有分光片、第一光电探测器和第二光电探测器，所述的第一光电探测器和所述的第二光电探测器与所述的信号处理电路相连，所述的分光片的透射率随波长单调变化，所述的第一光电探测器和所述的第二光电探测器具有相同的光电转换效率，所述的分光片的法线与所述的适配器出射的待测光的夹角为30～50°，入射到所述的分光片上的待测光经所述的分光片分光后的透射光进入所述的第一光电探测器，分光后的反射光进入所述的第二光电探测器。

所述的分光片的工作波段为800nm～1700nm，在该波段范围内，所述的分光片的透射率随波长单调变化。

所述的分光片为ZnS或者GaAs窗口片或光学滤光片。

所述的适配器为光通信上常用的FC型适配器、ST型适配器、LC型适配器和SC型适配器中的任意一种。

与现有技术相比，本发明的优点在于利用一种透射率随波长单调变化的分光片将入射光一分为二，透射光和反射光分别进入第一光电探测器和第二光电探测器，而第一光电探测器和又第二光电探测器具有相同的光电转换效率，根据第一光电探测器和第二光电探测器的电信号的比值可以方便地确定待测光的波长值，根据确定的波长值以及第一光电探测器或者第二光电探测器的电信号又可以方便地计算出待测光的功率值。分光片既起到分束的作用，又起到滤波的作用于，同时实现待测光的功率和波长测量，整个光路的功率损耗低，可以实现更高的功率和波长测量精度，并且装置结构简单、体积小、成本低，尤其适合在光纤通信网和广电网中广泛应用。

附图说明

图1为本发明测量装置的结构示意图；

图2为本发明用作分光片的一种窗口片的透射谱；

图3为本发明用作分光片的一种光学滤光片的透射谱。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

如图1所示，一种可同时测量功率和波长的光电测量装置，包括适配器1、分光片2、第一光电探测器3、第二光电探测器4和信号处理电路5，分光片2为ZnS s窗口片，尺寸为1.4mm*1.4mm*1.0mm，分光片2的工作波段从可见光一直到远红外，覆盖我们所需的工作波段800nm～1700nm，在该波段范围内，分光片2的透射率T(λ)随波长单调变化，如图2所示。从图2可知，在800nm处的透射率为11％，在1700nm处的透射率为35％，透射率随波长的变化率较低，但可识别常见的信号波长。待测光S1经适配器1入射到分光片2上，分光片2的透射光S2进入第一光电探测器3，分光片2的反射光S3进入第二光电探测器4。第一光电探测器3和第二光电探测器4具有相同的光电转换效率η(λ)，为日本滨松公司的G8370-03型的InGaAs PIN。为了有效分开分光片2的透射光S2和反射光S3以及入射光S1，分光片2的法线与适配器1出射的待测光S1的夹角为45°，适配器为FC型适配器。

第一光电探测器3和第二光电探测器4与信号处理电路5相连，信号处理电路5给第一光电探测器3和第二光电探测器4提供驱动电压和电信号放大，并用于采集第一光电探测器3和第二光电探测器4的电信号，并计算出待测光S1的功率和波长值。本实施例中，GaAs膜片在850nm和1625nm处的透射率分别为15％和31％，此时第一光电探测器3和第二光电探测器4的电信号比值分别为0.176和0.449(该比值可通过标准波长的激光校准)，因此非常容易识别这两个波长。根据InGaAs光电二极管的光谱响应特性，850nm和1625nm的响应度分别为0.15A/W和0.92A/W(该数值可通过标准波长和功率的激光校准)，根据第一光电探测器3和第二光电探测器4的电信号，可计算得到入射光功率。

具体的波长和功率的计算方法为：第一光电探测器3和第二光电探测器4分别接收分光片2的透射光S2的光功率P₁＝P₀T(λ)和反射光S3的光功率P₂＝P₀(1-T(λ))，P₀为待测光S1的光功率；信号处理电路5采集第一光电探测器3的电信号V₁＝η(λ)P₀T(λ)和第二光电探测器4的电信号V₂＝η(λ)P₀(1-T(λ))，其中η(λ)为第一光电探测器3和第二光电探测器4的光电转换效率，与待测光的波长有关。

根据第一光电探测器3和第二光电探测器4的电信号的比值

可以确定待测光的波长值λ：

$\frac{V_1}{V_2}=\frac{T\left(\mathrm{\λ}\right)}{1-T\left(\mathrm{\λ}\right)}---\left(1\right)$

由于分光片2的透射率T(λ)在整个工作波段范围内单调变化，并且为已知量，因此可以方便地计算确定待测光的波长值λ。

待测光S1的波长λ确定后，根据光电探测器的光电转换效率η(λ)，可方便地计算出待测光的功率值：

$P_0=\frac{V_1}{\mathrm{\η}\left(\mathrm{\λ}\right)T\left(\mathrm{\λ}\right)}=\frac{V_2}{\mathrm{\η}\left(\mathrm{\λ}\right)(1-T\left(\mathrm{\λ}\right))}=\frac{V_1+V_2}{\mathrm{\η}\left(\mathrm{\λ}\right)}---\left(2\right)$

实施例2

本实施例的结构与实施1相同，区别在分光片2选用光学滤光片。该分光片2采用光学镀膜的方式实现，可通过优化膜层厚度和层数实现随波长单调变化的透射谱。本实施例采用加拿大Iridian公司的线性变化滤光片LTF081，尺寸为1.5mm*1.5mm*1.0mm，工作波段从1520nm～1620nm，最大透射率为90％1520nm，最小透射率10％1620nm，波段范围内透射率随波长线性减小，透射率变化率为0.8％/nm，可分辨率出小于0.2nm的波长变化，适合密集波分复用DWDM光纤通信网络的信号波长探测(信号波长间隔约0.8nm)。

Claims (4)

1.一种可同时测量功率和波长的光电测量装置，包括适配器和信号处理电路，其特征在于所述的适配器后设置有分光片、第一光电探测器和第二光电探测器，所述的第一光电探测器和所述的第二光电探测器与所述的信号处理电路相连，所述的分光片的透射率随波长单调变化，所述的第一光电探测器和所述的第二光电探测器具有相同的光电转换效率，所述的分光片的法线与所述的适配器出射的待测光的夹角为30～50°，入射到所述的分光片上的待测光经所述的分光片分光后的透射光进入所述的第一光电探测器，分光后的反射光进入所述的第二光电探测器。

2.如权利要求1所述的一种可同时测量功率和波长的光电测量装置，其特征在于所述的分光片的工作波段为800nm～1700nm，在该波段范围内，所述的分光片的透射率随波长单调变化。

3.如权利要求1或2所述的一种可同时测量功率和波长的光电测量装置，其特征在于所述的分光片为ZnS或者GaAs窗口片或透射率随波长单调变化的光学滤光片。

4.如权利要求1所述的一种可同时测量功率和波长的光电测量装置，其特征在于所述的适配器为光通信上常用的FC型适配器、ST型适配器、LC型适配器和SC型适配器中的任意一种。

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