信号归一化功率_选择用于 850 nm 信号功率测量的检测器

用于测试光纤元器件的光功率计使用半导体光电二极管作为检测器来产生与入射光功率成正比的电流。它们通常采用跨阻放大器和模数转换器对这个光电流进行测量，以确定其功率。这需要从 mA 电流到 mW 功率的转换系数，该系数取决于光的波长，并且结合了检测器性质以及用于收集光的光学器件的因素。因此，功率计的校准涉及有迹可循地测量并记录与波长相关的响应度，并将此数据与仪器结合。

响应度是关键

这种响应度是为特定应用选择功率计的关键考虑因素之一。首先，仪器必须以光的波长进行校准，才能准确地确定绝对功率电平。如果就像用于确定无源光学元器件的衰减一样仅测量相对功率变化，实际上并不需要这个校准因素。然而，检测器仍然需要对该波长具有足够的响应度。为了测量在一定波长范围内分布的光或波长不确定的光，响应度随波长的变化务必不要过大。

采用不同检测器材料的三个功率计的波长相关响应度

采用不同探测器材料的响应度示例

上图所示为以三种常用半导体材料为基础的功率计响应谱示例。这些是各仪器的实际校准数据，不同仪器的曲线可能有所不同，但光谱形状主要由检测器材料决定。在 y 轴上显示的值大致与 mA/mW 转换效率对应。对于标准单模光纤所支持的由大约 1250 nm 到 1650 nm 的波长，铟镓砷检测器（如 Keysight 81624B 光功率探头中所使用的）的响应度高，波长相对较小，具有卓越的性能。作为直接带隙半导体，铟镓砷（实际上是合金的化学式 InxGa1-xAs 的简写）通常也具有较低的噪声电平，可以在较宽的动态范围内进行功率测量。

做出您的选择

锗检测器（81623B）用于更宽的波长范围，并且更便宜，因此它们是很好的通用功率计。然而，超过 1545 nm 的波长依赖性使得测量对波长不确定度或不稳定性更为敏感。对于包括可见光在内的较短波长，锗检测器（81623B）具有良好的响应度。它可以用于 POF（塑料光纤）中采用的 650 nm 红光，但如下所述，对于广泛使用的 850 nm 波长范围而言，它也是替代锗检测器的首选。

从响应度斜率计算得出的波长响应灵敏度

850 nm 信号功率测量

短距离传输的光纤链路（如建筑物和数据中心内部），主要使用 850 nm 的多模光纤和信号。这种光线还使用另一种不常见的波长：1300 nm。这里的波长是标称值，实际波长可能具有很大的偏移。例如，IEEE 802.3 标准要求中心波长在 840 nm 到 860 nm 之间。其他应用则可能接受更大的波长变化。如果这些源的实际波长没有用于功率测量，那么这样的变化会带来测量不确定度。考虑到这个方面，硅检测器具有明显的优势。它的响应度比锗高大约五倍，其自身强度也比铟镓砷检测器更强。但是对于 1 mW 的中等信号电平来说，波长的依赖性更加重要，如下图中延伸的波长范围所示。

从响应度斜率计算得出的短波长区域波长响应灵敏度

这取决于应用

锗具有中等依赖性，但如果使用正确的波长设置，10 nm 的波长偏移仍将导致大约 0.2 dB 的测量误差（4.7%），这比 ±4.0% 的不确定度指标或锗检测器（81623B）都大。81620B 与硅检测器相当的误差仅为 0.05 dB。

如果在该区域使用额外的波长，例如为 SWDM 网格定义的 850 nm 和 940 nm 之间的 4 个波长通道，那么这种低波长依赖性也很方便。

另一方面，如果在 850 nm 和 1300 nm 波长下使用多模光纤测试设置，那么锗检测器是最好的选择，因为在较长波长下，光子能量小于半导体带隙，硅在其中没有用武之处。

考虑其他依赖性

最后，在考虑精度技术指标的要求时，应当考虑除波长以外的其他影响因素。为了对偏振光进行测量，就像大多数激光信号一样，偏振依赖性可能是不确定度的主要源头，因为大多数光纤输出端的偏振不稳定，会随着光纤的温度和动作发生变化。为了对相干光进行测量，同样就像激光信号一样，功率计光学元件和光纤连接器输出之间可能存在多次反射，其影响导致测量不稳定，因此这种反射应当被控制到最小。由于相干干扰将随波长呈周期性变化，因此在是德科技的技术指标中它被表征为“光谱纹波”。

附加功能编程

是德科技的光功率计确实支持一个编程命令来读出波长响应度校准数据（如本文档中的图表所用）。这可以用于进行后处理，以获得校准的绝对功率值，而无需在每次信号波长发生变化时更改功率计的波长设置。这一点可能特别适用于使用功率计的记录功能来记录一系列样本，在此期间波长设置不能更改。当与可调激光源一起使用时，它可以为被测器件提供输入功率，同时对波长进行扫描。这对于测量 O/E 转换器件非常重要。它还可以用于对在一个功率计端口上执行的参考测量进行归一化，以用作该器件所连其他功率计端口的参考。

附加功能⸺日志记录

除了简单的功率测量，是德科技光功率计还具有更多功能，特别是刚刚提到的日志记录功能，以及可与其他仪器或被测器件本身同步的灵活的内部和外部触发功能。前文提到的光功率探头型号具有高达 20k 样本的存储器，每个的平均时间可以在 100 μs 和 10 s 之间选择。其他型号支持记录多达 1M 个样本，平均时间可达 1 μs。光功率探头还提供模拟输出信号，其电压与输入光功率成正比。当与直径为 5 mm 的大探测器区域结合时，它能支持各种自动对准程序。探头可用于测量开放式光束，并能选配众多光纤连接器适配器。如果用电缆将外置探头连接到主机，它们可以方便地放置到光学操作台或工作台上。

81623B 锗光功率探头 | Keysightwww.keysight.com

8162xB 系列光功率探头通过远程探内的大面积检测器提供精确的功率测量，可用于灵活定位。其功能包括从 100 µs 到 10 s 的平均时间设置，自动功率量程，最小值和最大值监控，并记录多达 2 万个样本。光纤适配器可用于常见的连接器类型，包括 MT 带状光纤连接器和裸光纤夹具。