浅议微弱激光功率计的检测方法和技术.pdf

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1、浅议微弱激光功率计的检测方法和技术向莉Discussion0ntheDetectingMethodandTechnologyofWeakLaserPowerMeter向莉(北京自动化院技术研究院，北京100009)【摘要】微弱激光功率检测系统最大的特点在于快速精确地检测微弱激光功率，在检测过程中运用一定的技术和方法高速测量激光信号传榆衰减与损耗。概述了微弱激光功率的检测原理与理论，进而立足原理，从技术角度分析微弱光信号检测技术、通信光功率计技术和微弱激光功率能量校准技术三大微弱激光功率检测的延伸技术，最后

2、回归光功率计的功能和不足．对其检测方法和技术提出了一定的展望。【关键词】微弱激光；功率计；功率检测；方法与技术[中图分类号】TN24[文献标识码1A1微弱光功率计的检测理论1．1光功率测量系统原理光功率测量系统运用了系统的概念．由具有光功率测量功能的光学系统、光电探测器和电子系统等部分组成。系统原理图如图1所示。图1光功率测量系统原理图光功率的测量首先要通过光电二极管将输入的强光信号转换为电信号，不同的光电二极管由于其材质和性能的差异可探测不同波长范围的光信号(如InGaAs材料可探测波长为1000nm～

3、1700nm的光信号；硅材料对应的波长测量范围是400nm～1000nm)，在实际的应用中具有十分严格的波长范围选择标准。在满足精度要求的前提下，光电探测器和硬件电路的整体噪声水平也是影响测量系统精度的重要因素。对于实现输入信号的大范围波长(Pw—r0W)的测量技术，需要更加严格和高水平的技术支撑。1．2光探头检测原理光探头检测是微弱激光功率测量系统的核心部分，而光探头作为其测量过程中的核心部件，其构造和检测原理也逐步形成原理和规律。光探头是在PN结的基础上发展出来的光电转换器件，其原理基于PN结光伏效应

4、(图2为PN结光伏效应原理图的简单示意图)。简单来说，激光射在一11—《仪器仪表与分析监测》2017年第3期PN结的光敏区P型半导体表面时，分不同情况产生不同方向的生载流子和自由电子：只有当入射光的能量大于PN结禁带宽度时．P型光敏区则产生大量向PN结扩散的生载流子，并在内建电场的作用下，可能会空穴停留于PN结P型光敏区半导体的一侧，而自由电子却被拉到PN结N型半导体的一侧．这样一来原有的PN结动态平衡的状态被打破，耗尽层宽度缩短，导致内建电场电势差减小并形成光生电势差。此时，当外接负载时就会产生有N型半

5、导体区域向P型半导体区域流动的光电流。光照o·eoO·oe●o兰：。ee●oo·oe●o正向电流——————————————————◆光电流，．．—●I---—————————————-一图2PN结光伏效应原理图1．3微弱激光功率计原理微弱激光功率计是根据光功率检测原理和相关技术形成的具有微弱激光功率检测功能的实用工具。分为手持式(又称便携式)和台式两种，外形如图3所示。其中手持式光功率计机构小巧便捷，采用电池供电，可移动，为达到防潮功效其光探头置于机身内部。手持式微弱激光功率计目前已可以实现对近红外波长

6、的光进行直接测量。它主要应用于光缆施工维护、综合布线系统及光纤CATV工程等领域的光耗损测量、嘲≥艇。一12一a)台式光功率计(b)手式光功率计图3微弱光功率计的两种形式2微弱激光功率检测相关技术2．1微弱光信号检测技术微弱激光信号检测需要通过专用信号传感器作为接收和转换设备，将光信号转变成电信号，再用运算器放大信号并检测显示出结果。其中由于微弱激光的微弱性．常常在检测过程中受到外界噪声干扰，如何避免干扰实现微弱信号的高精度检测是微弱激光检测技术的关键。提高精度的首要任务是保证微弱激光信号的接收和提取。提

7、取领域的技术研究主要包括取样积分与数字式平均、时域的相关检测和平均、时频域的小波分析和短时傅里叶变换：时域的频谱分析方法及非线性理论的神经网络、高阶谱分析、随机共振方法等。这些技术的研究随着时代的发展日趋成熟。早在1953年，Bennett就设计实现了第一个实用的微弱激光信号相关检测系统。1961年Weinreb运用自相关法将随机噪声中的周期信号提取了出来。随后，1962年I<1ein运用电子技术发明BOXCAR数字式平均取样积分的功能研究。同年．美国EG&GPARC公司发明第一台锁相放大器LIA。198

8、9年PaulK．Dixon等人通过将一些包括KEITHLEYl94数字采集、HP3561A数字分析仪、KEITHLEY705扫描器、HP318计算机等专用设备搭建的方式，将其通过IEEE．488总线集成，搭建了性能超越普通模拟LIA的数字LIAB51。此后，电子技术飞速发展使越来越多的基于单片机、DSP和ARM的微弱信号检测设备逐渐涌现。2．2通信光功率计技术光功率测量需要相关仪表作为测量工具，对该工具的研究和应用成为趋势。另