Измеритель оптической мощности - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника курсовая работа

Знакомство с методами и способами измерения затухания и оптической мощности волоконно-оптических линий связи. Способы проектирования и изготовления измерителя оптической мощности. Общая характеристика распространенных типов оптических интерфейсов.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Для достижения требуемых параметров передачи ВОЛС и высоких эксплуатационных качеств ВОСП метрологическое обеспечение строительства и технической эксплуатации должно создавать возможность контроля практически всех операций монтажа оптических кабелей, измерения их параметров и параметров ВОЛС. Для контроля параметров оптических кабелей разработано большое количество методов измерения. Так как большинство параметров систем передачи могут определяться числовыми значениями физических величин, роль измерительной техники в телекоммуникациях трудно переоценить.
В процессе строительства и технической эксплуатации ВОЛС проводится комплекс измерений для определения состояния кабелей, линейных сооружений, качества функционирования аппаратуры линейного тракта, предупреждения повреждений, а также накопления статистических данных с целью разработки мер повышения надежности связи.
На этапе строительства ВОЛС в целях контроля качества строительства и связи измеряют следующие параметры: затухание ОВ на строительных длинах и смонтированных участках регенерации; затухание, вносимое соединениями ОВ; уровни мощности оптического излучения на выходных передающих и входных приемных электронных модулях; коэффициент ошибок. При необходимости устанавливают места повреждений.
Измерение уровней оптической мощности в процессе строительства и эксплуатации ВОЛС производится достаточно часто. Под абсолютным уровнем мощности понимают величину
где Р мощность измеряемого оптического излучения в заданной точке, мВт; мощность нормального генератора, равная 1 мВт. Для определения уровня оптической мощности используют измерители оптической мощности.
Целью данного курсового проекта является исследование и создание устройства для измерения оптической мощности сигнала в ВОЛС.
В соответствии с целью решаются следующие задачи:
-обзор методов и способов измерения затухания и оптической мощности в ВОЛС;
-описание параметров измерителей оптической мощности;
-обзор основных фирм по производству измерителей оптической мощности;
-проектирование и изготовление измерителя оптической мощности.
Измерение волоконно-оптических линий связи
В процессе строительства и технической эксплуатации во ВОЛС проводится комплекс измерений для определения состояния кабелей, линейных сооружений, качества функционирования аппаратуры линейного тракта, предупреждения повреждений, а также накопления статистических данных с целью разработки мер повышения надежности связи. На этапе строительства ВОЛС в целях контроля качества строительства и связи измеряют следующие параметры: затухание ОВ на строительных длинах и смонтированных участках регенерации; затухание, вносимое соединениями ОВ; уровни мощности оптического излучения на выходных передающих и входных приемных электронных модулях; коэффициент ошибок. В группе продуктов, предназначенных для контроля и измерений на волоконно-оптических линиях, выделим несколько простейших подгрупп. К ним относятся измерители мощности оптического излучения, источники оптического излучения, оптические тестеры и аттенюаторы. Измерители мощности используются во время инсталляции, настройки и технического обслуживания систем передачи и с целью обнаружения неисправностей в ВОЛС.
С их помощью проводятся различные виды тестирования многомодовых локальных, одномодовых магистральных и городских сетей связи. Пары таких устройств применяются для двунаправленного измерения затухания при тестировании для аттестации кабельных систем. Источники оптического излучения находят применение в сочетании с измерителями оптической мощности для измерений затухания, идентификации волокон, тестирования сварок и разъемных соединений, сквозного тестирования оптических линий передачи. Основные направления использования оптических аттенюаторов -- измерение границ оптических потерь сигнала; моделирования системных потерь, калибровка измерителя мощности и других инструментов тестирования.
Измерение оптической мощности и затухания
Измерение оптической мощности является метрологической основой волоконной оптики, а измерительный преобразователь оптической мощности в той или иной форме используется практически в каждом средстве измерения параметров световой волны. Различают измерение абсолютной и относительной мощности: первое - используется для определения характеристик источников и приемников оптического излучения, а второе - для измерения его ослабления, усиления, возвратных и вносимых потерь. Например, измерение абсолютной мощности оптического передатчика или чувствительности оптического усилителя (ОУ), позволяет определить запас мощности, а измерение относительной мощности позволяет установить потери ОВ, коэффициента усиления ОУ и другие. Оптическая мощность обычно определяется на основе измерений электрической мощности, так как последняя может быть точно определена по току и напряжению. Большинство лабораторий национальных стандартов, таких, как NIST (США), PTB (Германия) и NPL (Великобритания), детально исследуют этот вопрос.
Измерение оптической мощности и затухания - процедура, позволяющая определить качество оптических линий и их пригодность для передачи данных. Данное исследование необходимо для определения качества оптических линий и их влияние на работу сети в целом. Зачастую имеющиеся проблемы в сети не связывают с недостаточным качеством оптических трасс. Существует множество факторов, которые влияют на затухание сигнала в оптических линиях. Это могут быть: повреждения на трассе (нарушение технологии протяжки трассы, возникшие во время эксплуатации), низкое качество полировки разъемов, повреждения и трещины в разъемах, загрязнения. Все это касается не только самой оптической трассы, но и патч-кордов с разъемами.
Измерение оптической мощности и затухания, позволяет быстро дать ответ на вопрос о годности оптической линии, ее соответствия требуемому стандарту передачи данных. Проведя это исследование, можно исключить годные линии и провести другие исследования с выявленными не годными линиями, что позволит минимизировать затраты на экспертизу сетей.
Оптические линии, как никакие другие, должны отвечать стандартам качества, так как по ним проходят большие объемы данных в сконцентрированном виде. Некачественная оптическая линия может быть причиной значительного материального ущерба из-за потери данных, или невозможности запуска необходимых приложений (бухгалтерия-склад, связи между офисами, единая база данных и пр.).
Измерение затухания осуществляется на всех стадиях производства оптического кабеля, строительства и эксплуатации ВОЛС. Измеряют коэффициент затухания оптического кабеля, затухание строительных длин, затухание смонтированного участка регенерации, затухание соединений ОВ.
Оптическими вносимыми потерями называют отношение суммарной мощности оптического излучения на входных оптических полюсах компонента ВОСП к суммарной мощности оптического излучения на входных полюсах компонента ВОСП, выраженное в децибелах. Соответственно при измерении вносимого затухания определяют разность уровней мощности, воспринимаемой приемником излучения при его непосредственном подключении к источнику излучения, и мощности, поступающей на приемник при его включении на выходе измеряемого волокна, концы которого армированы оптическими соединителями.
Измерение уровней оптической мощности в процессе строительства и эксплуатации ВОЛС производится достаточно часто. Под абсолютным уровнем мощности понимают величину
где Р мощность измеряемого оптического излучения в заданной точке, мВт; Pн мощность нормального генератора, равная 1 мВт. Для определения уровня оптической мощности используют измерители оптической мощности.
Общий метод измерения вносимых потерь оптических элеме н тов
Процесс измерения вносимых потерь включает два последовательно выполняемых этапа. На первом - проводится калибровка, т. е. измеряется эталонная мощность, или мощность на входе тестируемого элемента. На втором - в разрыв соединения вводится тестируемый элемент и измеряется мощность на его выходе. Величину ослабления проходящего через элемент оптического излучения (т.е. вносимые им потери) определяют как отношение измеренных значений мощности, выраженное в дБ.
Нужно учитывать, что разные типы элементов отличаются типом оптических входов и выходов (оптическими портами), требующим в ряде случаев использовать различные методы измерений. Как правило, порты оптических элементов представляют собой два оконцованных коннектором оптоволоконных шнура. Однако существует множество других типов портов, из которых в настоящее время наиболее распространены порты со шнурами с оголенным волокном и прикрепленные к корпусу элемента фланцевые коннекторы. Помимо конструктивных особенностей, оптические элементы отличаются и размерами оптических портов, которые варьируются от относительно больших размеров, порядка нескольких мм, до портов интегральных оптических элементов, составляющих несколько мкм.
Измерение мощности на выходе оптических волокон
При измерении оптической мощности на выходе стандартного одномодового ОВ с небольшой апертурой NA=0.1 обычно не возникает проблем, однако при тех же измерениях на одномодовом ОВ с тонкой сердцевиной и большой апертурой порядка 0.4 (используемом в ОУ) может возникнуть ряд сложностей. В некоторых случаях для уменьшения оптических отражений конец волокна может быть изогнут под углом, что приводит к увеличению эффективной апертуры. Учитывая, что в современных ВОСП используются различные типы ВОК, рассмотрим особенности измерения мощности на их выходе. Измерение мощности на выходе одномодовых оптических волокон Как правило, апертура ОВ для гауссовского пучка определяется углом, при котором фотодиод теряет 5% мощности излучения. Существует понятие эффективность соединения, которую можно представить в виде одноименного коэффициента (ниже rd - радиус ФД):
Заменив в (6.1-6) rz на z (расстояние между концом ОВ и ФД), что соответствует апертуре ОВ при 5%-ных потерях мощности, можно получить эффективность соединения, выраженную через апертуру:
Так, если радиус ФД равен 2,5 мм, расстояние z = 8 мм, а NA одномодового ОВ равна 0,3, то эффективность соединения составит 96%, что определяет ограничения, накладываемые апертурой.
Измерение мощности на выходе многомодовых оптических вол о кон
Так как апертура многомодового ОВ варьируется от 0,2 до 0,5, в зависимости от диаметра сердцевины и показателя преломления, проблемы, возникающие при его использовании, те же, что и при использовании одномодового ОВ с тонкой сердцевиной. Кроме этого многомодовое ОВ, и особенно ОВ с плавно изменяющимся показателем преломления, генерирует неравномерное оптическое излучение в отдаленной зоне, так называемые спекл-структуры, которые обусловлены взаимным влиянием мод.
Эта проблема возникает только в том случае, если источником излучения является лазерный диод, так как ширина спектра LED слишком велика для наблюдения данного эффекта. Спекл-структуры создают дополнительные погрешности, связанные с неоднородностью поверхности ФД, при которой положение и диаметр светового луча не могут точно контролироваться.
Измерение абсолютной мощности, с точки зрения техники измерений, представляет собой простейшую процедуру, при которой источник излучения подключается непосредственно к измерителю оптической мощности, а показания снимаются в соответствии с рекомендациями руководства пользователя. Нередко для получения достоверных результатов данной процедуре предшествует этап автоматической или ручной самокалибровки. В качестве примера рассмотрим измерение мощности излучения LED, имеющих широкий спектр излучения, что приводит к дополнительной погрешности, учитывая зависимость чувствительности ФД от длины волны измеряемой мощности. В то же время, когда спектральное распределение мощности излучения LED и указанная зависимость спектральной чувствительности ФД известны, данную погрешность можно значительно снизить введением соответствующей коррекции.
Способы измерения затухания . Принцип определения затухания с п о мощью измерителя
Фактическая величина затухания на длине волны л в различных разновидностях волоконно-оптических трактов и линий передачи сигналов, а также в их отдельных компонентах в соответствии с классическим подходом вычисляется следующим образом:
где Po(л) -- мощность оптического сигнала на входе тестируемого объекта, а PL(л) -- его мощность на выходе.
Таким образом, применительно к СКС мощность (уровень) оптического сигнала должна определяться на входе и выходе одного или нескольких последовательно соединенных волокон линейных и шнуровых кабелей.
Измерение мощности PL(л) оптического сигнала на выходе не вызывает технических сложностей при характерных для современных волокон величинах числовой апертуры, поскольку размеры светочувствительной площадки ФД фотоприемника намного превышают диаметр сердцевины как многомодового, так и, тем более, одномодового световода. Определение же мощности Po(л) -- не столь простая процедура. Причина заключается в достаточно сильной зависимости данного параметра от условий ввода излучения в волокно (качество обработки торцевой поверхности, точность юстировки излучателя и его апертурные характеристики). Неопределенность увеличивается вследствие изменения модового состава оптического сигнала в сердцевине многомодового волокна, затухания мод оболочки одномодовых световодов и некоторых других эффектов. В этих условиях задача подавления нежелательных эффектов до безопасного уровня и последующей фиксации опорного или реперного (англ. reference) значения Po(л) решается различными способами, каждому из которых соответствует свой метод измерения.
Классическая форма реализации любого метода с использованием измерителя оптических потерь представляет собой трехшаговую схему. На первых двух шагах инструментальными средствами определяется одна из характеристик Po(л) и PL(л). Затем по основному расчетному соотношению вручную или автоматически при помощи встроенного контроллера тестирующего оборудования вычисляется фактическая величина затухания.
Метод вносимых потерь (замещения) применяется для определения потерь на разъемном соединении (рис. 4) и в оптическом кабеле.
В первом случае источник соединяется с измерителем калибровочным шнуром и измеряется уровень мощности P1. Затем последовательно с калибровочным шнуром включается тестируемый объект и измеряется значение P2. Потери ( (дБ), внесенные разъемным соединением К1, определяются по формуле
где и измеряются в Вт, или по формуле
где и измеряются в дБм. После этого измерения повторяются для второго коннектора К2 тестируемого шнура. Современные модели тестеров позволяют занести значение реперного сигнала P1 в память прибора, и в дальнейшем оно будет автоматически вычитаться из результатов измерений P2.
Во втором случае реперный уровень Р1 измеряется на двух соединенных между собой калибровочных шнурах. Затем вместо второго шнура, подключенного к приемнику, включается тестируемый кабель и фиксируется значение Р2. Величина потерь P12 определяется так же, как в первом случае. Затем выходы кабеля меняются местами и измерения повторяются, фиксируется значение P21. Потери в кабеле определяются как среднее между P12 и P21.
Тестирование соединительных шнуров и входной контроль кабеля проводятся по данному методу с помощью одного тестера или мультиметра, в то время как для измерений потерь в линии необходимо два тестера или мультиметра, по одному с каждой стороны. В последнем случае необходимо сличить показания приборов: реперный уровень P1 на измерителе первого тестера определяется по сигналу источника второго комплекта и наоборот. После этого бригады специалистов, работающие на двух противоположных концах линии, подключают последовательно ко всем волокнам кабеля сначала первый источник и второй измеритель и фиксируют значение P12. Затем подключают второй источник и первый измеритель и проводят измерения P21 во встречном направлении. Поскольку потери во встречных направлениях могут отличаться друг от друга, то результаты измерений P12 и P21 усредняются.
Измерение потерь проводится в соответствии с ГОСТ 26599-85 ("Метод измерения вносимого затухания"), ГОСТ 26814-86 ("Кабели оптические. Методы измерения параметров") и ГОСТ 28871-90 ("Аппаратура линейных трактов цифровых волоконно-оптических систем передачи. Методы измерения основных параметров"). Зарубежные аналоги данных методов измерения потерь - это EIA FOTP (Fiber Optic Test Procedure) - 171; EAI/TIA FO 2.1 OFSTP-7 (для одномодовых световодов) и OFSTP-14 (для многомодовых световодов), а также TR NWT - 000326 (рекомендации Bellcore).
Метод сопряжения волокон представляет собой одну из разновидностей метода вносимых потерь и используется для измерения затухания многоволоконных кабелей, а также построенных на их основе стационарных линий, простых и составных трактов. Определение параметра Po(л) и мощности испытательного сигнала на выходе световода не имеет каких-либо особенностей. Характерной отличительной чертой метода является то, что благодаря специальной организации процедуры измерений источник излучения и фотоприемник измерителя не требуется размещать по разным сторонам тестируемой линии.
Суть используемого технического приема заключается в передаче по дополнительному световоду сигнала PL(л) с дальнего конца измеряемого волокна обратно на тот конец кабеля или линии, где расположен источник излучения. Таким образом, в соответствии с идеологией метода тестирование осуществляется «по шлейфу», и на втором шаге измеритель фиксирует не PL(л), а некоторую величину P' (л) = PL(л) + A' , где A' -- затухание в обратном волокне шлейфа. Результат, отображаемый на индикаторе прибора, представляет собой смещенную оценку фактической величины затухания. Для устранения неопределенности, возникающей вследствие отсутствия информации о численном значении параметра A', привлекаются еще два дополнительных волокна, а полный цикл тестирования всегда состоит из трех измерений соединенных по шлейфу световодов (тестируемое измерение с каждым реверсивным и реверсивные друг с другом).
Расчетная часть процедуры тестирования выглядит следующим образом. Обозначим через AXY величину затухания шлейфа, образованного волокнами с номерами X и Y. Чтобы ошибка получаемого результата не превосходила уровень погрешности, вносимой собственно источником и приемником измерителя оптических потерь, должны выполняться следующие условия:
приемный блок измерителя обладает достаточно высоким уровнем линейности амплитудной характеристики;
потери в элементе, с помощью которого формируется шлейф из двух волокон, пренебрежимо малы по сравнению с потерями в отдельно взятых волокнах X и Y.
Математически последнее утверждение эквивалентно тому, что для указанного случая справедливо соотношение AXY = AX + AY.
Для шлейфов, образованных волокнами с номерами X, Y и Z, в результате проведения измерений находятся три значения величин потерь AXY, AYZ и AXZ. По ним удвоенная величина фактических потерь в волокне с номером X вычисляется в результате несложных математических выкладок следующим образом:
AXY - AYZ + AXZ = (AX + AY) - (AY + AZ) + (AX + AZ) = 2AX.
Аналогично по результатам уже выполненных измерений второго этапа рассчитывают значения потерь в волокнах Y и Z.
Метод обеспечивает наибольшую эффективность при работе с линиями большой протяженности, когда из-за значительного пространственного разнесения точек подключения приборов возникают проблемы с определением опорного значения на приемном блоке измерителя оптических потерь. Основной областью его применения в СКС может считаться определение затухания линий подсистемы внешних магистралей при помощи оптического тестера или иного аналогичного одноканального прибора.
Используется для определения потерь в кабеле. Сигнал от источника при помощи равноплечного ответвителя делится на два канала, один из которых подается непосредственно на измеритель и служит реперным уровнем, а второй вводится в оптический кабель и затем на вход того же измерителя. Разница значений мощности между первым и вторым каналами дает величину потерь в кабеле. Достоинство метода - высокая точность, так как исключается влияние флуктуаций выходной мощности источника с течением времени. Используется этот метод преимущественно на заводах при выходном контроле параметров кабеля, его испытаниях и т. д.
Этот метод применяется для измерения потерь в оптических кабелях до их прокладки и оконцевания коннекторами. Он основан на сравнении уровня мощности на выходе длинного тестируемого отрезка кабеля с уровнем, измеренным на его коротком участке, который получается путем обрыва кабеля в начале измеряемого образца. Другими словами, сначала измеряется уровень P2 на выходе строительной длины кабеля.
Затем волокно обрывают вблизи источника и измеряют P1 на этом коротком участке. Потери определяются аналогично предыдущему случаю. Этот метод считается более точным, чем метод вносимых потерь, но он требует качественной подготовки торцов волокна и строгого соблюдения правил измерения.
Устройства для измерения оптической мощности . Основные сведения об измерителях оптической мощн о сти
Оптические измерители мощности (Optical Power Meter - ОРМ) используются для измерения оптической мощности сигнала, а также для измерения затухания в кабеле. Эти измерители являются столь же распространенным прибором для инженеров, связанных с оптоволоконными системами, как мультиметр для инженеров-электронщиков.
Рисунок 2.1 -Оптический измеритель мощности "GN 6000"
Оптические измерители мощности обеспечивают как измерение кабельных линий, так и анализ работы терминального оборудования, передающего сигнал в оптическую линию. В паре со стабилизированным источником сигнала OPM обеспечивает измерение затухания - основного параметра качества оптической линии. Особенно важным классом измерений для OPM является измерение параметров узлов оптической линии (участков кабеля, интерфейсов, сварочных узлов, аттенюаторов и т.д.).
Виды измерителей оптической мощности
Можно выделить две основные группы измерителей оптической мощности:
· измерители мощности с термофотодиодами (ТФД), основанные на измерении повышения температуры, вызванного оптическим излучением
· измерители мощности с фотодиодами (ФД), основанные на использовании фотонов оптического излучения, генерирующих связанные пары: электрон-дырка
Хотя измерители мощности на ФД имеют небольшой диапазон рабочих длин волн, а также нуждаются в абсолютной калибровке, они используются чаще вследствие своей высокой чувствительности. Измерители мощности на ТФД предпочтительнее использовать в метрологических лабораториях ввиду их высокой стабильности и независимости показаний от длины волны оптического излучения в широком динамическом диапазоне. Кроме этого, сами ТФД могут быть непосредственно проверены при помощи измерений электрической мощности. Характеристики этих типов измерителей мощности приведены в табл. 2.1
Таблица. 2.1 Характеристики измерителей оптической мощности
Измерители мощности с термофотодиодами
Известны различные принципы измерения оптической мощности с помощью ТФД, наиболее распространенный из них основан на радиометрическом методе замещения, являющемся в общем случае методом автокалибровки. Согласно этому методу измеритель мощности сначала подвергается воздействию оптического излучения, а затем излучение отсекается (при помощи шторки или прерывателя) и заменяется электрическим источником, мощность которого контролируется так, чтобы поддерживать постоянную температуру. Так как электрическая мощность может быть измерена с высокой точностью, то обеспечивается высокая точность данного метода измерения оптической мощности.
В этом методе поглощающий слой, например, поверхность, покрытую черной краской, сначала облучают падающим светом, а затем нагревают его резистором, имеющим контакт с поглощающим слоем. Одна сторона резистора имеет изолированный слой серебра, покрытого черной краской для уравнивания колебаний температуры. Температура измеряется при помощи термобатареи (последовательно соединенных термоэлементов, расположенных в непосредственной близости от серебряной пластины), вырабатывающей напряжение, пропорциональное разности температур между поглощающим слоем и поверхностью с достаточно большой тепловой массой. Нелинейность метода не рассматривается, так как основой является достижение равенства температур для двух типов возбуждения. Необходимо, однако, обеспечить следующее:
· Необходимую площадь поверхности с большой тепловой массой для поддержания постоянной температуры во время измерения;
· Блокирование фонового и рассеянного светового излучения;
· Оптимизацию теплового потока между поглощающим слоем и нагревателем;
· Высокую поглощающую способность поверхности;
· Точное измерение электрической мощности
Другая реализация данного метода основана на том, что вместо последовательного оптического и электрического воздействия, ТФД непрерывно электрически нагревается, потребляя мощность несколько большую оптической мощности, которую предстоит измерить, при этом фиксируется напряжение на ТФД. Затем он подвергается оптическому воздействию, а электрическая мощность уменьшается посредством обратной связи до тех пор, пока напряжение на ТФД не станет таким же, как и прежде. Результат измерения оптической мощности представляет собой разницу значений электрической мощности в этих двух процедурах (в измерении напряжения на ТФД нет необходимости). Наибольшая трудность при использовании ТФД заключается в их низкой чувствительности и большой продолжительности измерения (постоянная времени от нескольких секунд до нескольких минут в зависимости от размера ТФД). Лучшие результаты возможны при использовании термочувствительных элементов, выполненных на полупроводниковых материалах. Такие характеристики позволяют использовать тепловые измерители мощности для проведения калибровки, для других измерений в волоконно-оптической технике они используются довольно редко.
Особым типом теплового измерителя мощности является криогенный радиометр, представляющий собой ТФД, помещенный в вакуум и охлажденный жидким гелием до 6° К. Криогенные радиометры являются наиболее точными измерителями мощности благодаря тому, что:
· при 6° К энергия, необходимая для увеличения температуры на 1° К, значительно снижается, что уменьшает постоянную времени и, следовательно, время измерения;
· тепловое излучение соединительных проводов резистора, может устранить, сделав их сверхпроводящими;
· потери от тепловой конвекции устраняются путем эксплуатации ТФД в вакууме
На практике криогенные радиометры при измерении мощности позволяют достичь погрешности, равной ±0,01%, однако вследствие высокой стоимости оборудования и сложности его эксплуатации они обычно используются только в национальных калибровочных лабораториях.
Измерители мощности с фотодиодами
Большим преимуществом ФД является то, что они способны измерять модулируемую высокочастотную мощность уровня менее 1 пВт (-90 дБм), однако из-за значительной зависимости от длины волны их полоса пропускания обычно не превышает одной октавы. Тем не менее, на сегодняшний день вследствие высокой чувствительности, малой инерционности и простоты использования ФД является наиболее распространенным фоточувствительным элементом. Эти элементы широко используются в большинстве измерительных средств, применяемых в телекоммуникациях.
Исходя из функционального назначения ФД, при их рассмотрении пользуются понятием чувствительности, так как в результате воздействия оптического излучения на ФД он создает фототок, интенсивность (оптическая мощность) которого пропорционально числу фотонов. Согласно, чувствительность ФД определяется отношением фототока к оптической мощности:
а при наличии усиления M выражением:
Используя выражение для оптической мощности фотона за время Dt при частоте световой волны v, вместо (6.1-1) получим:
где h - постоянная Планка, c - скорость света, e - заряд электрона; h- квантовая эффективность, равная 1 для PIN-диода, l - длина волны
Мгновенное значение тока фотодиода определяется выражением:
где E(t)-напряженность поля излучения.
На практике ФД отклоняются от этой зависимости, так как:
· существует верхняя критическая длина волны, за пределами которой энергия фотона становится ниже энергии запрещенной зоны п/п материала, что приводит к резкому снижению чувствительности
· при короткой длине волны некоторые фотоны поглощаются за пределами i-области фотодиода
· происходит снижение чувствительности вследствие промежуточной рекомбинации
· любые отражения от поверхности или внутри фотодиода уменьшают чувствительность
Последний фактор очень важен, так как отражения могут создавать значительные погрешности при измерении оптической мощности и вносимых потерь. Так, чистый InGaAs имеет показатель преломления, равный 3,5, что приводит к 31% отражений, для уменьшения которых обычно используются антиотражательные, например, четвертьволновые однослойные покрытия. Они уменьшают уровень отражений до 1% в пределах ограниченного диапазона длин волн. Если такой уровень отражений необходим в более широком диапазоне длин волн, используют многослойные покрытия. Следует отметить, что в некоторых случаях наблюдается периодическая структура отражений, что приводит к возникновению трудно устранимых оптических помех.
Параметры измерителей оптической мощности
Основными параметрами OPM являются:
· точность и график необходимой калибровки
· возможность поддержки различных оптических интерфейсов
Наиболее важным элементом оптического измерителя мощности является оптический детектор, который определяет характеристики самого прибора.
Рисунок 2.2 - Схема устройства оптического измерителя мощности
Оптический детектор представляет собой твердотельный фотодиод, который принимает входной оптический сигнал и преобразует его в электрический сигнал заданной интенсивности. Полученный электрический сигнал идет через АЦП на сигнальный процессор, где производится пересчет полученного электрического сигнала в соответствии с характеристикой твердотельного фотодиода в единицы измерений (дБм или Вт), представляемые затем на экране прибора (рисунок 2.2). Для обеспечения стабильной работы твердотельного фотодиода используется т
Измеритель оптической мощности курсовая работа. Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника.
Курсовая работа по теме Модель автоматизации предприятия по производству вешенки
Контрольная работа по теме Вовлечение несовершеннолетнего в совершение преступления. Заражение ВИЧ-инфекцией
Реферат: Подробный финансовый анализ
Реферат по теме Кремнийорганические полимеры
Контрольная работа: Статус судей, присяжных и арбитражных заседателей. Органы судейского сообщества
Реферат по теме Влияние упражнений на организм женщины, а также методика занятия с ними
Дипломная работа: Управління персоналом в соціальній сфері
Дипломная работа по теме Збагачення словникового запасу першокласників на уроках розвитку мовлення
Курсовая Работа На Тему Система Законодательства
Реферат: Советский народ в борьбе за успешное осуществление восьмой пятилетки
Курсовая работа: Международные фондовые индексы
Реферат: Институт равноправия
Объекты И Субъекты Земельных Правоотношений Реферат
Пробное Сочинение 10 11 2022
Курсовая работа: Организационные структуры управления предприятием рыночной экономики
Реферат: Статистическая термодинамика. Скачать бесплатно и без регистрации
Отчет по практике по теме Управление Федеральной службы государственной регистрации, кадастра и картографии по Республике Карелия
Пути формирования газетного заголовка
Эссе По Технологии Для Олимпиады Пример
Классификация Чс Техногенного Характера Реферат
Пульс-электрофорез и методы работы с большими молекулами ДНК - Биология и естествознание контрольная работа
Развитие образования России в конце XIX - начале XX вв. - История и исторические личности курсовая работа
Конституционное право Германии - Государство и право реферат