袖珍光功率计

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(吴振良)在光纤通信中,经常要对激光功率进行检测。例如:半导体激光器是否发光?经过光纤传播后光纤端头是否有光信号传过来?等等。这里介绍的袖珍光功率计可用于光纤通信中代替红外变象管探测光功率。经过核准,还可定量地测出光功率值。制作容易、体积小、功耗低、便于携带,特别适用于无交流电源的野外作业场地。

袖珍光功率计的电原理图见图1。它由光电探测器和电压放大器两部分组成。光电探测器是一个PIN管,其功能是把激光信号转换成电信号,它是在P层与N层之间夹有一层适当厚度的高阻层即I层组成的二极管。当激光入射时,PIN管的光敏区产生电子——空穴对,此时将PIN管与外电路相连,光电流就会在负载电阻(图1中R\(_{1}\)~R5)上产生电压。这个电压经BG\(_{1}\)、BG2组成的差分放大器放大,其输出以微安表M指示。显然,入射激光功率越强,负载电阻所获得的由光信号转换成的电压也越大,经过放大,表头指示值也就越大。改变探测器负载电阻的大小,也即改变了放大器输入电压的大小,从而达到转换量程的目的。量程设五档:×1、×10、×10\(^{2}\)、×103、×10\(^{4}\)nW。袖珍光功率计最小可探测约50nW(约为-45dBm)的光功率,最大可探测lmW(odBm)的光功率。如果要作为定量检测,最好用准确的激光信号源校正,或与准确的光功率计相对照,使表头指示值与相应的光功率值相对应。

图1
图1 🔍原图 (738×486)

D\(_{1}\)为PIN管,是袖珍光功率计的主要元件。这里选用PINO.9D,是一种固体型红外光电探测器件,灵敏度0.5μA/μW,峰值波长0.85~0.9μM。其光敏面较大(直径2mm),因此对光很容易。要求暗电流不超过10nA,否则容易引起放大器的零点漂移。

电压放大器由两个结型场效应管组成,因而输入阻抗很高,有利于与探测器相匹配。为了使电路平衡,减小漂移,两个场效应管应注意配对,即挑选V\(_{P}\)、IDSS、g\(_{m}\)等参数尽量一致的管子。

D\(_{2}\)是一只恒流二极管,它的动态电阻很大,可以有效地抑制差分放大器的零点漂移。干电池E和恒流二极管D5与稳压管D\(_{3}\)、D4组成正、负电源。这种恒流管、稳压管组成的电源电路有较高的稳定性,干电池电压即使由22.5V降至15V仍能正常工作,输出电压不变。D\(_{3}\)、D4稳压管的稳定电压可在6~9V之间选取。D\(_{6}\)是锗发光二极管(长春半导体器件厂产品),只要lmA电流即可发光,适用于功耗小的电路作电源指示灯用。W1和W\(_{3}\)都是调零电位器,用以补偿两个场效应管参数的差异所造成的电路不平衡。转换量程用KB5C型小型波段开关,用二刀六位的,一刀作量程转换,另一刀作电源开关用。表头可选用满度电流为100μA的,这里选用91C5型。

图2
图2 🔍原图 (477×297)

全部元器件可装在110×65×35mm的盒子内,将表头、波段开关、调零电位器W\(_{3}\)固定在盒体上面。盒体前壁开一小孔,使探测器(PIN管)刚伸出盒外,见图2。平时要注意保护探测器,避免灰尘和水汽污染,避免碰撞。