光功率计

什么是光功率计？

光功率计是一种特殊的仪器，用于测量从光纤电缆端发出的光的功率。该设备能够准确地测量特定波长和功率范围内的光。它们适用于测量多模链路的功率水平范围为-15到-35 dBm，以及单模链路的功率水平范围为0到-40 dBm。通常，它们可以适配多种连接器，包括SC、ST、FC、SMA、LC、MU等。

光功率的标准测量单位是dBm，表示以1毫瓦为参考的分贝。使用对数尺度的原因是光纤链路的动态范围非常广泛，可能超过1000 dB。尽管某些功率水平可以用微瓦表示，但许多功率计能够直接测量它们。大多数光功率计设计用于在850 nm和1300 nm下工作，因为这些波长在光纤通信中常用。

光功率计旨在测量平均光功率，而不是峰值功率，这使得它们会受到传输数据的占空比的影响。因此，在测量发射器或接收器的光功率时，必须明确测试条件与所传输的数据的关系。在大多数网络中，提供了用于此目的的诊断测试信号。

光功率计的框图

光功率计的框图由光电二极管、对数电流到电压转换器IC、微控制器和LCD显示器组成。

光电二极管是光功率计的主要光敏元件。它将入射的光能量转换为电流。产生的电流量与入射光的强度成正比。光电二极管的输出信号送入对数电流到电压转换器IC。该IC负责将光电二极管产生的对数电流转换为相应的电压。这使得光测量的动态范围非常广泛，因为光功率可以跨越多个数量级。IC的输出信号送入微控制器进行模拟到数字转换和电流积分。

微控制器在光功率计中承担多种功能。它包含一个模拟到数字转换器（ADC），将对数转换器的模拟电压转换为数字信号。微控制器还执行电流积分，即在特定时间段内测量和累积光电二极管的电流。这种积分对于获得准确的功率测量至关重要。之后，信号被发送到LCD（液晶显示器）以显示光功率。LCD用于向用户呈现测量的光功率。微控制器处理积分电流并将其转换为相应的功率值。该功率值随后在LCD屏幕上显示，方便用户读取光功率水平。

光功率计的类型

光功率计有多种类型。几乎所有光纤功率计的测量不确定性都受到光连接器传输标准的物理限制。通常，大多数功率计的不确定性约为+/-5 %，或大约0.2 dB，与显示分辨率无关。

不同类型的光功率计包括：

• 现场光功率计
• 实验室光功率计
• 专业光纤功率计

现场光功率计通常显示0.1 dB的分辨率，而实验室功率计通常具有更高的0.01 dB的分辨率。一些专业光纤功率计的分辨率高达0.001 dB。

选择适当的测量分辨率时，应根据具体的测试要求来决定。对于低损耗补丁电缆、连接器和光纤接头的实验室测量，0.01 dB的分辨率是合适的，前提是测试条件得到严格控制，以实现不确定性在0.05 dB或更低。

在进行绝对功率的现场测量时，精度受到绝对校准不确定性的限制，可能会影响测量的准确性。然而，相对功率测量可以达到0.1 dB的精度。

光功率测试的测试源

测试源是光纤通信网络中使用的源的便携式替代品。它在光纤中激励信号以使用功率计测试损耗。因此，测试源必须与系统源的波长和源类型匹配。

通常，在850 nm和1300 nm下使用LED测试多模光纤，而在1310 nm和1550 nm下使用激光测试单模光纤。多模光纤的测试源通常是LED，除了对于需要激光源的高速网络如千兆以太网。LED可以用于测试长度小于5000米的单模光纤，但对于长单模光纤，应该使用激光源。

将测试光源的波长与网络要求匹配至关重要。虽然通常提到850 nm、1300 nm或1550 nm，但实际源波长可能不同。这种差异在长光纤连接中变得显著，尤其是在广域网或长距离网络中。

光纤的衰减系数依赖于源的波长，这使得源的光谱特性非常重要。因此，在测试延长的光纤长度时，可能需要调整与标称源波长不符的损耗。

光功率计的应用

光功率计常用于电信和网络中，测试和测量通过光纤电缆传输的光信号的功率。它们有助于确保信号功率在规定范围内，避免信号过弱或过强，这可能导致信号衰减或设备损坏。

它们也用于光纤组件的制造和测试，如电缆、连接器和收发器。这些光功率计通过测量设备的输出功率并识别任何问题来验证这些组件的性能和质量。

光功率计在医疗和科学研究中用于测量激光和其他光源的输出功率。它们对于校准设备、确保输出一致性和验证设备安全操作非常有用。

它们是光纤网络维护和故障排除的重要工具。光功率计用于识别和定位诸如断裂、弯曲和连接不良等问题，以及诊断与信号质量和强度相关的问题。

光功率计还可以用于教育环境中，教学生光纤技术和测量技术。它们帮助学生理解光传输和测量的原理，并提供与行业标准设备的实践经验。