CN116698107A - 一种光电探测器多波长光响应度测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种光电探测器多波长光响应度测量系统，包括：由各个波长的光源组成的输出光源组以及通道与各光源一一对应的多通道光开关，通过控制所述多通道光开关内各通道的开启/关闭选择所述输出光源组输出的波长。通过在光链路中引入多通道光开关，将光路切换到各光源波长，使得多波长光响应度的多次测量合为一次测量，克服了单波长光响应度测量系统反复多次测量效率低的缺点，同时不需要采用高成本的可调谐光源方案，测量系统成本更低，测量方法更简单，测量效率更高。
Description
技术领域
本发明涉及光电芯片及器件测量技术领域，尤其涉及一种光电探测器多波长光响应度测量系统。
背景技术
光电探测器作为光纤通信中光接收机的重要组成部分，可以将传输过来的光信号转换成电信号输出，光响应度就是衡量这种光电转换效率的重要指标，其数值与照射光波长即照射光功率相关。
最初光电探测器是应用在单个波长的光纤传输系统中，光响应度只需要测量一个波长，比如1310nm或1550nm通信波长。但随着光通信技术的发展，对通信速率的要求越来越高，多通道波分复用成为主流，测量光电探测器单个波长光响应度越来越难以满足应用需求。针对上述情况，目前是在各个波长点均进行一次测量，测量效率非常低，因此本领域技术人员采取将单波长光响应度测量系统中的单波长光源替换成可调谐光源，通过控制可调谐光源的输出光波长和光功率完成测量。但这种方式所采用的可调谐光源成本较高，特别是在测量波长数是个位数如CWDM4、LAN-WDM4时，使用可调谐光源会造成设备资源的浪费。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种光电探测器多波长光响应度测量系统。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。
本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种光电探测器多波长光响应度测量系统，包括：由各个波长的光源组成的输出光源组以及通道与各光源一一对应的多通道光开关，通过控制所述多通道光开关内各通道的开启/关闭选择所述输出光源组输出的波长。
进一步的，所述多通道光开关的通道数量多于所述输出光源组的光源数量，用于测量光电探测器的暗电流。
进一步的，所述的一种光电探测器多波长光响应度测量系统，还包括：光衰减器；所述输出光源组输出的各波长的光经所述多通道光开关输入至所述光衰减器，以调整照射到光电探测器的光功率。
进一步的，所述的一种光电探测器多波长光响应度测量系统，还包括：光功率计，设置于所述光衰减器的输出侧，用于采集每一个波长点下的光功率测量值。
进一步的，所述的一种光电探测器多波长光响应度测量系统，还包括：数字源表，与光电探测器连接，用于给光电探测器施加工作电压，同时测量光电探测器在无光照射时的暗电流以及有光照射时的光电流。
进一步的，所述的一种光电探测器多波长光响应度测量系统，还包括：控制模块，与所述多通道光开关、光衰减器、光功率计以及数字源表连接，通过发布逻辑控制指令控制各台设备进行功能操作并对测量数据进行处理、绘图与存储。
进一步的，所述的一种光电探测器多波长光响应度测量系统，还包括：光纤；所述输出光源组内各个光源的输出端通过所述光纤接入所述多通道光开关的输入端，所述多通道光开关的输出端通过所述光纤接入所述光衰减器，所述光衰减器通过所述光纤与所述光功率计、光电探测器连接。
进一步的，所述的一种光电探测器多波长光响应度测量系统，还包括：控制线；所述控制模块通过所述控制线与所述多通道光开关、光衰减器、光功率计以及数字源表连接。
进一步的，所述的一种光电探测器多波长光响应度测量系统，还包括：电连接线；所述数字源表通过所述电连接线与光电探测器连接。
本发明所带来的有益效果：通过在光链路中引入多通道光开关，将光路切换到各光源波长，使得多波长光响应度的多次测量合为一次测量，克服了单波长光响应度测量系统反复多次测量效率低的缺点，同时不需要采用高成本的可调谐光源方案，测量系统成本更低，测量方法更简单，测量效率更高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明一种光电探测器多波长光响应度测量系统中光电探测器照射光功率测量链路图；
图2是本发明一种光电探测器多波长光响应度测量系统中光电探测器光响应度测量链路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-2所示，在一些说明性的实施例中，本发明提供一种光电探测器多波长光响应度测量系统，可低成本高效率的完成光电探测器6在多波长条件下光响应度的测量，具体包括：输出光源组1、多通道光开关2、光衰减器3、光功率计4、控制模块5、数字源表7、电连接线8、光纤9、控制线10。
输出光源组1由各个波长的光源组成，即输出光源组1内各光源的波长互不相同，其中，各光源波长的具体数值与测量需求相关。输出光源组1内光源的数量由测试波长的数量决定，每个测量波长需要一个输出该测量波长光的光源，每个光源的输出光功率要需大于光响应度测量需要照射到光电探测器6上的光功率。
光源形式可采用台式光源、TOSA(光发射组件，TransmitterOpticalSubassembly)激光器、光模块等，或者是其中几种的混搭。每个波长的光源输出端通过光纤9接入多通道光开关2的输入端。
多通道光开关2中的各通道与输出光源组1内的各光源一一对应，测量时通过控制多通道光开关2内各通道的开启/关闭选择输出光源组1输出的波长，具体是利用控制模块5控制多通道光开关2在N+1个通道之间进行切换连通。其中，多通道光开关2的通道数量需多于输出光源组1的光源数量，例如，如果测量波长数为N，多通道光开关2的通道数量至少为N+1，其中N路通过光纤9与各个波长的光源连接，再选定N路之外的一路空置，用于测量光电探测器6的暗电流Id。
光衰减器3，设置于多通道光开关2的输出侧，输出光源组1输出的各波长的光经多通道光开关2输入至光衰减器3，再通过光纤9输出到光功率计4的输入端口。
光功率计4，设置于光衰减器3的输出侧，用于采集每一个波长点下的光功率测量值。其中光功率计4通道数不限，可以是单通道光功率计，也可以是多通道光功率计，且光功率计4需要预先在测量波长点计量校准通过，以确保测量的光功率结果准确。
控制模块5通过控制线10与多通道光开关2、光衰减器3、光功率计4以及数字源表7连接，具体可采用MCU、控制器、PLC等，内置计算机控制程序，通过发布逻辑控制指令控制各台设备进行功能操作并对测量数据进行处理、绘图与存储。测量时，控制模块5控制多通道光开关2在N+1个通道之间进行切换连通，同时通过控制线10设置光衰减器3在各个波长点的衰减量以调整照射到光电探测器6的光功率，光功率计4通过控制线10被控制模块5所控制，采集每一个波长点下的光功率测量值数据。
光电探测器6是待测量的器件，可以是芯片，也可以是封装好的组件。
数字源表7，通过电连接线8与光电探测器6连接，用于给光电探测器6施加工作电压，同时测量光电探测器6在无光照射时的暗电流Id以及有光照射时的光电流Ip。其中，数字源表7可以是电压源和数字万用表组合或其他具有施加电压测试电流功能的仪表。
光纤9，用于实现光链路中各个设备间的光路连接，具体的，输出光源组1内各个光源的输出端通过光纤9接入多通道光开关2的输入端，多通道光开关2的输出端通过光纤9接入光衰减器3，光衰减器3通过光纤9与光功率计4、光电探测器6连接。
控制线10，用于连接控制模块5和测量系统中的各台程控设备，传输控制信号。
本发明采用多通道光开关2切换不同波长光路测量光电探测器的光响应度，先连接光电探测器照射光功率测量链路，如图1所示，多通道光开关2依次连接不同波长的光源到光链路中，在每个波长调节光衰减器3的衰减量，使输出光源组1输出指定的光功率值。再连接光电探测器光响应度测量链路，如图2所示，测量光电探测器6的暗电流Id和在各个波长条件下的光电流Ip，进而计算出光电探测器6在各个波长点下的光响应度。
下面具体说明本发明的光电探测器多波长光响应度测量系统的测量过程：
首先，搭建光电探测器照射光功率测量链路，如图1所示，控制模块5控制多通道光开关2依次将每一个测量波长的光源链接到光路中。
然后，在每一个测量波长的光路中，光功率计4测量光路终端该波长的光功率Pi(i＝1、2……N，设共N个波长)，与测量光电探测器光响应度要求的照射光功率P0在dBm单位下做差得到Pi-P0＝Δi，控制模块5控制光衰减器3在初始衰减量Att上与Δi做和，即衰减量调节到Att+Δi，此时该波长光路终端光功率计测量值即为测量光响应度要求的入射光功率P0。
然后，搭建光电探测器光响应度测量链路，如图2所示，控制模块5控制多通道光开关2将光路切换到连接N路光源之外的空置一路，将光路终端的光纤接入光电探测器6，数字源表7给光电探测器6施加工作电压，测量光电探测器6的暗电流Id。
然后，控制模块5控制多通道光开关2依次将每一个测量波长的光源连接到光路中，在每个测量波长下，控制模块5控制光衰减器3设置衰减值为Att+Δi，数字源表7测量每个波长点下光电探测器6的光电流Ip。
最后，利用光响应度公式R＝(Ip-Id)/P，计算出光电探测器6在不同波长条件下的光响应度。
下面举例说明采用本发明测量CWDM4光电探测器波长光响应度的过程，假设要求是测量APD在20V工作电压，四波长1270/1290/1310/1330nm条件下，入射光功率为-20dBm条件下的光响应度。测量步骤如下：
首先，按照图1连接APD照射光功率测量系统链路，光源采用四个低成本的SFP+封装光模块，每个光模块输出光功率在0dBm附近，光衰减器3初始衰减值Att设为18dB，多通道光开关2选用五通道光开关，前四个通道与光模块输出光纤连接，第五个通道空置。控制模块5控制多通道光开关2先连通第一通道，这时光路接入1270nm光源，读取光功率计4示数为-19.5dBm，与测量光响应度需要的-20dBm做差：Δ1＝-19.5dBm-(-20dBm)＝0.5dB。然后控制模块5再控制多通道光开关2连通第二通道，这时光路连接入1290nm光源，光路终端读取光功率计示数为-19.38dBm，于是Δ2＝-19.38dBm-(-20dBm)＝0.62dB。控制模块5再控制多通道光开关2连通第三通道，这时光路连接入1310nm光源，光路终端读取光功率计示数维-19.63dBm，Δ3＝-19.63dBm-(-20dBm)＝0.37dB。控制模块5再控制多通道光开关2连通第四通道，这时光路连接入1330nm光源，光路终端读取光功率计示数为-19.55dBm，Δ4＝-19.55dBm-(-20dBm)＝0.45dB。至此得到了在四个波长点光路终端输出-20dBm光时光衰减器分别对应的衰减量。
然后，如图2所示，将原来接入光功率计4的光路终端接入到待测的光电探测器6，控制模块5控制多通道光开关2连通第五通道，这时没有光输入光电探测器6，数字源表7给光电探测器6施加工作电压20V，测量光电探测器6的暗电流Id＝1.2uA。
然后，控制模块5控制多通道光开关2先连通第一通道，这时光路连接入1270nm的光源，且控制模块5控制光衰减器3，设置光衰减器3的衰减值为18dB+Δ1＝18dB+0.5dB＝18.5dB，读取数字源表7测量的1270nm波长点下光电探测器6的光电流Ip1＝66.6uA。然后控制模块5控制多通道光开关2连通第二通道，这时光路连接入1290nm光源，控制模块5控制光衰减器3设置衰减值为18dB+Δ2＝18dB+0.62dB＝18.62dB，读取数字源表7测量的1290nm波长点下光电探测器6的光电流Ip2＝67.5uA。控制模块5控制多通道光开关2连通第三通道，这时光路连接入1310nm光源，控制模块5控制光衰减器3设置衰减值为18dB+Δ3＝18dB+0.37dB＝18.37dB，读取数字源表7测量的1310nm波长点下光电探测器6的光电流Ip3＝66.8uA。最后控制模块5控制多通道光开关2连通第四通道，这时光路连接入1330nm光源，控制模块5控制光衰减器3设置衰减值为18dB+Δ4＝18dB+0.45dB＝18.45dB，读取数字源表7测量的1330nm波长点下光电探测器6的光电流Ip4＝66uA。
最后，利用光响应度公式R＝(Ip-Id)/P，计算出光电探测器6在四个波长点1270nm、1290nm、1310nm、1330nm处-20dBm照射光功率条件下的光响应度R分别为6.54A/W，6.63A/W，6.56A/W，6.48A/W。
本发明在单波长光响应度测量系统的光链路中引入多通道光开关，组成功能类似可调谐光源的多波长光源系统。先通过多通道光开关2将光路切换到每一个波长，调节光衰减器3使输出光源组1输出指定的光功率值。测量时控制模块5控制多通道光开关2依次连通每一个波长的光路，数字源表7采集每一个光路测量得到的光电流，即可迅速完成光电探测器多波长光响应度测量。成本比可调谐光源低，测量效率比单波长光响应度测量系统高，成本低，测量方法简单。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种光电探测器多波长光响应度测量系统，其特征在于，包括：由各个波长的光源组成的输出光源组以及通道与各光源一一对应的多通道光开关，通过控制所述多通道光开关内各通道的开启/关闭选择所述输出光源组输出的波长。
2.根据权利要求1所述的一种光电探测器多波长光响应度测量系统，其特征在于，所述多通道光开关的通道数量多于所述输出光源组的光源数量，用于测量光电探测器的暗电流。
3.根据权利要求2所述的一种光电探测器多波长光响应度测量系统，其特征在于，还包括：光衰减器；所述输出光源组输出的各波长的光经所述多通道光开关输入至所述光衰减器，以调整照射到光电探测器的光功率。
4.根据权利要求3所述的一种光电探测器多波长光响应度测量系统，其特征在于，还包括：光功率计，设置于所述光衰减器的输出侧，用于采集每一个波长点下的光功率测量值。
5.根据权利要求4所述的一种光电探测器多波长光响应度测量系统，其特征在于，还包括：数字源表，与光电探测器连接，用于给光电探测器施加工作电压，同时测量光电探测器在无光照射时的暗电流以及有光照射时的光电流。
6.根据权利要求5所述的一种光电探测器多波长光响应度测量系统，其特征在于，还包括：控制模块，与所述多通道光开关、光衰减器、光功率计以及数字源表连接，通过发布逻辑控制指令控制各台设备进行功能操作并对测量数据进行处理、绘图与存储。
7.根据权利要求6所述的一种光电探测器多波长光响应度测量系统，其特征在于，还包括：光纤；所述输出光源组内各个光源的输出端通过所述光纤接入所述多通道光开关的输入端，所述多通道光开关的输出端通过所述光纤接入所述光衰减器，所述光衰减器通过所述光纤与所述光功率计、光电探测器连接。
8.根据权利要求7所述的一种光电探测器多波长光响应度测量系统，其特征在于，还包括：控制线；所述控制模块通过所述控制线与所述多通道光开关、光衰减器、光功率计以及数字源表连接。
9.根据权利要求8所述的一种光电探测器多波长光响应度测量系统，其特征在于，还包括：电连接线；所述数字源表通过所述电连接线与光电探测器连接。
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