基于InGaAS-PIN光電探測器的光功率計設(shè)計.pdf

1、光功率計是一種用來測量光功率大小的智能檢測儀器，不僅可以用于光功率的直接測量，也可以用于光損耗的相對測量，是光通信領(lǐng)域必備的測試儀器。目前市場上使用的光功率計很大程度上依賴國外進口，其起步較早，技術(shù)比較成熟，購買和維護成本都比較高。國內(nèi)也有相關(guān)產(chǎn)品問世，性價比有所提高，但性能偏低，價格也不菲。由此看來，設(shè)計一款價格低廉，性能可靠，適合工廠和科研單位需求的光功率計十分必要。
　　隨著光電檢測技術(shù)不斷發(fā)展，PIN光電探測器被越來越多的

2、應(yīng)用到光功率檢測中，相比APD雪崩光電探測器，更低的暗電流和更低的噪聲使其更加適合應(yīng)用在精密檢測領(lǐng)域，比如光功率計的設(shè)計。不同材料的PIN光電探測器中，Si-PIN適合短波長(850 nm)光纖系統(tǒng)，Ge-PIN和InGaAs-PIN適合長波長(1310nm、1550 nm)的探測，性能都比較穩(wěn)定，由于后者的光譜響應(yīng)度更高，一般可達到0.85-0.9A/W，故本次設(shè)計中使用了InGaAs-PIN光電探測器。
　　針對目前市場上傳統(tǒng)

3、的光功率計存在的測量精度低、動態(tài)范圍小、測試通道單一、換擋和非線性誤差明顯等缺點，結(jié)合國外相關(guān)領(lǐng)域的先進技術(shù)，對光功率檢測技術(shù)和方法進行研究，提出了基于InGaAs-PIN光電探測器的寬量程、低噪聲、雙通道采集的光功率檢測方案。利用智能微處理器控制量程自動切換技術(shù)，結(jié)合內(nèi)部校準(zhǔn)技術(shù)，可在保證精度的情況下快速檢測出功率值大小，大大提高了設(shè)備的可靠性和準(zhǔn)確性，這也是本設(shè)計的一個重要特點。
　　本課題具體研究內(nèi)容如下:
　　首先，

4、從系統(tǒng)噪聲入手，分析系統(tǒng)的噪聲并構(gòu)建等效電路噪聲模型，結(jié)合仿真工具對系統(tǒng)噪聲進行分析和仿真，給出相應(yīng)降低噪聲的措施，為系統(tǒng)方案設(shè)計提供依據(jù)。
　　其次，闡述光電檢測技術(shù)的理論基礎(chǔ)，介紹PIN光電探測器的工作原理和性能參數(shù)，并建立光電探測器的電路噪聲模型，進行噪聲分析，給出相關(guān)降噪措施。
　　然后，通過分析傳統(tǒng)的光功率計存在的弊端給出本次光功率計的總體設(shè)計方案，對硬件模塊進行詳細的設(shè)計和分析，包括光電檢測程控放大、ADC模數(shù)轉(zhuǎn)

5、換、STM32控制、按鍵控制接口、液晶顯示接口和電源管理等模塊的設(shè)計。
　　接下來，對光功率軟件模塊進行詳細的設(shè)計和分析，包括主控制程序、按鍵控制程序、自動量程切換程序、數(shù)據(jù)處理和控制程序，并給出相關(guān)模塊設(shè)計的程序流程圖和部分程序代碼。
　　最后，對光功率計進行性能調(diào)試和功能測試，主要包括軟硬件調(diào)試、電路板調(diào)試、系統(tǒng)定標(biāo)、準(zhǔn)確度測試。測試結(jié)果表明:設(shè)計的光功率計樣機具有-70～+6 dBm的大動態(tài)范圍，0.01 dBm的顯示