简易光功率源

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本文介绍一种简易光功率源,它可以代替激光器用来对光纤进行多种检测,小巧轻便、制作容易。

通常所说的接收光功率,都是指的平均光功率,因此在一些测量中,光发端只需对光源提供直流推动源,而无需加交变信号,因而可以使电路结构大为简化。

因为发光二极管比激光器价格低,而且寿命要长得多,因此这个简易光功率源的发光元件选用GaA1As双异质结发光二极管(1444所有系列产品供应),峰值波长0.85μM,发光面积φ50μM,带宽18MHz,较好的管子最大可以输出约3mW光功率。虽然与光纤耦合效率较低,但用作一般测量是足够的了。

图1
图1 🔍原图 (447×393)

图1中BG\(_{2}\)、BG3为发光二极管LED的推动源,提供给LED足够的电流而使其发光,经光纤活动连接器(LED的输出光与光纤间的耦合连接器件),作为光功率源送至光纤。电阻R\(_{5}\)为LED通路的限流电阻,电位器W1、电阻R\(_{2}\)组成BG2可调基极偏置电路,二极管D\(_{2}\)是用来防止反向冲击电压损坏LED。为了防止开启电源时产生冲击电流损坏LED,由BG1、R\(_{1}\)、R3、C\(_{1}\)、DW1、D\(_{1}\)组成BG2缓变基极偏置电路。其工作原理是:在开启电源时,由于BG\(_{1}\)的基极接有一个大电容C1,基极电位不能很快建立,BG\(_{1}\)处于截止状态,B点为零电位,由电源通过W1、R\(_{2}\)的电流经D1到地,D\(_{1}\)的正向压降只有0.3伏左右,因而A点电位很低,BG2、BG\(_{3}\)都处于截止状态,LED暂无电流通过。随后电源经R1对C\(_{1}\)逐渐充电,BG1集电极电流随之增加,B点电位开始上升,A点电位也随之上升,BG\(_{2}\)、BG3的集电极电流也逐渐增加。这种趋势一直持续到B点电位上升到DW\(_{1}\)的稳定电压使D1反向偏置后,BG\(_{2}\)、BG3的集电极电流大小就取决于W\(_{1}\)、R2所调定的A点电位,这就是缓慢加电作用。本电路还具有限流保护作用,以防止A点电位的偶然过高而使过大的电流流过LED,其限流作用是靠选定DW\(_{1}\)的稳定电压。A点的限流电位就是DW1的稳定电压与D\(_{1}\)的正向压降之和,A点电位只要超过这个数值,D1就导通,使A点电位不能再上升,从而起到了限止I\(_{C3}\)电流的作用。

图2
图2 🔍原图 (364×681)

制作时首先要选定参数合适的LED发光二极管,例如输出光功率要足够,光功率特性线性好范围宽等,并测出其电流——光功率曲线(如图2a,每只发光二极管的特性有所差异),然后确定其工作电流范围,例如本例的上限工作范围为110μW、78mA,在这一点以下范围电流——光功率呈线性关系。再测出图1中A点电压与BG\(_{3}\)集电极电流IC3的关系曲线如图2b,由于最大工作电流限定为78mA,就可以确定A点的相应限流电位,再选定合适的DW\(_{1}\)就可以了(见图2b),无需进行其它调整。

使用前,最好是用标准光功率计校准一下光纤活动连接器的输出光功率与I\(_{C3}\)电流的关系,并将其各对应光功率值直接标注在图1中毫安表头各刻度上,这样在使用时调节W1,表头指示的就是输出光功率,十分方便。

图3
图3 🔍原图 (439×437)
图4
图4 🔍原图 (336×380)

整个光功率源的结构是一只137×70×55毫米的小盒(如图3),+12伏电源外接,用半导体耳塞机插头座引入,电源开关是KB-1型拨动开关,表头为85CI型,所有元件均安装在一块77×65毫米的印制板上,元件排列见图4。

不带尾纤的发光二极管有GF211型(输出功率额定值1、2、3.4mW)和GF221型(输出功率额定值1、2mW)系列。带尾纤的发光二极管有GF211-A型系列,输出功率额定值有50、100、150、200μW等几种。(周高辉)