CN116907561A - 一种光电探测器的脉冲响应度测试方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光电探测器的脉冲响应度测试装置，包括脉冲光源、光衰减器、光纤光功率计、辅助光电探测器、被测光电探测器、示波器以及控制和数据处理模块，还提供一种光电探测器的脉冲响应度测试方法，利用上述装置设置脉冲光源的中心频率和脉冲宽度，将光脉冲信号经过光衰减器后分别输入光纤光功率计、辅助光电探测器和被测光电探测器，依次记录计算光脉冲激励源的峰值光功率和被测光电探测器的脉冲响应度，并可重复得到被测光电探测器在其他脉冲宽度下的脉冲响应度。通过上述方式解决了传统光电探测器脉冲响应度的测试方法都需要一个已知脉冲响应度的高速光电探测器，对系统的配置要求较高，系统也较为复杂的问题。
Description
技术领域
本发明涉及光电探测器领域，具体涉及一种光电探测器的脉冲响应度测试方法与装置。
背景技术
光电探测器是一种将光信号转换为电信号的基本器件，其关键参数是响应度，表征着光电转换的能力，可以分为光谱响应度、频率响应度和脉冲响应度。在激光通信、激光监测与制导、激光测距、激光雷达和激光告警等系统中，光电探测器用于响应微弱的光脉冲信号，相当于整个系统的眼睛，而脉冲响应度则是其至关重要的参数指标，决定了整个系统的灵敏度、动态范围和精度，也影响着光电探测器的研制与生产、系统的设计和优化。因此，光电探测器的脉冲响应度必须被精确测试。
传统的光电探测器响应度测试方法大多都是针对连续光激励源的，而针对光脉冲激励源的比较少。有学者提出了基于双光路替换法的光学系统，该系统利用标准光电探测器、辅助光电探测器和被测光电探测器分别组成的系统形成脉冲响应度测试方程组，最终经过方程组计算得到被测光电探测器与标准光电探测器的脉冲响应度关系式，从而得到被测光电探测器的脉冲响应度。该方法可以有效避免光源输出光功率的波动和光学分光器件的分光比测量误差引入的影响，但是为了得到被测光电探测器的脉冲响应度，需要一个辅助光电探测器和一个已知脉冲响应度的标准光电探测器，极大提高了对系统的配置要求，操作较为复杂。也有学者提出了一种便携式象限探测器脉冲响应率参数校准装置，该校准装置可以利用相应测量装置的同一个脉冲光源作为激励光源，解决由于激励信号脉冲宽度不一致造成的测量装置与校准装置量值的非线性差异，但是该装置为了得到光脉冲激励源的峰值功率，仍然需要一个已知脉冲响应度的高速光电探测器，同时待测光电探测器的测试结果也会受到该光电探测器响应度的影响。因此，特别需要一种系统简单、并且无需已知标准或者辅助光电探测器脉冲响应度的方法，来得到待测光电探测器的脉冲响应度。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种光电探测器的脉冲响应度测试方法与装置。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种光电探测器的脉冲响应度测试装置，包括脉冲光源、光衰减器、光纤光功率计、辅助光电探测器、被测光电探测器、示波器以及控制和数据处理模块；
所述脉冲光源与光衰减器光连接，用于产生被测光电探测器的光脉冲激励源；所述光衰减器分别与光纤光功率计、辅助光电探测器、被测光电探测器依次光连接，用于获取光脉冲激励源的参数和被测光电探测器产生的电信号；所述辅助光电探测器、被测光电探测器同时与示波器电连接，用于分析光电转换后的电信号；所述控制和数据处理模块与脉冲光源、光纤光功率计、示波器依次数据连接，用于设置脉冲光源的参数、记录和处理测量得到的数据。
进一步的，所述脉冲光源为被动锁模激光器或者超连续谱光源或者梳状谱相干光源。
进一步的，所述脉冲光源的脉冲宽度为(10～200)ns可调。
一种光电探测器的脉冲响应度测试方法，包括以下步骤：
S1：利用控制和数据处理模块设置脉冲光源的中心频率和脉冲宽度；
S2：脉冲光源发出光脉冲信号，通过光纤活动连接器输入到光衰减器中进行一定的衰减，避免光功率过大使得辅助光电探测器或者被测光电探测器饱和；
S3：衰减后的光脉冲信号首先输入到光纤光功率计中，得到光脉冲激励源的平均光功率，并用控制和数据处理模块记录为Pa；
S4：再将光脉冲激励源输入到辅助光电探测器中，光电转换后得到的电信号输入到示波器中，获取光脉冲激励源的周期和脉冲宽度，并用控制和数据处理模块分别记录为T和τ；
S5：利用控制和数据处理模块计算得到光脉冲激励源的峰值光功率；
S6：最后将光脉冲激励源输入到被测光电探测器中，光电转换后得到的电信号被示波器采集，获取被测电信号的峰值电压，并用控制和数据处理模块记录为Vm；
S7：利用控制和数据处理模块计算得到被测光电探测器的脉冲响应度；
S8：利用控制和数据处理模块改变脉冲光源的脉冲宽度，重复步骤S2～S7，即可得到被测光电探测器在其他脉冲宽度下的脉冲响应度。
进一步的，所述S5中光脉冲激励源的峰值光功率的计算方式为：
其中，Pp为光脉冲激励源的峰值光功率，Pa为光脉冲激励源的平均光功率，T为光脉冲激励源的周期，τ为脉冲宽度。
进一步的，所述S7中脉冲响应度的具体计算方式为：
其中，Pp为光脉冲激励源的峰值光功率，Pa为光脉冲激励源的平均光功率，T为光脉冲激励源的周期，τ为脉冲宽度，Vm为被测电信号的峰值电压。
本发明具有以下有益效果：
本方法结构比较简单，只需要一个辅助光电探测器用于测量光脉冲激励源的脉冲宽度和周期。相对于第一种基于双光路替换法，节约了一个光电探测器，而相对于第二种便携式象限探测器脉冲响应率参数校准装置，无需已知辅助光电探测器的脉冲响应度即可实现测试，降低了对系统的配置要求，也消除了辅助光电探测器的脉冲响应度对待测结果的影响。
附图说明
图1为本发明的一种光电探测器的脉冲响应度测试装置图。
图2为本发明的一种光电探测器的脉冲响应度测试方法流程图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
一种光电探测器的脉冲响应度测试装置，如图1所示，包括脉冲光源1、光衰减器2、光纤光功率计3、辅助光电探测器4、被测光电探测器5、示波器6以及控制和数据处理模块7；
所述脉冲光源1与光衰减器2光连接，用于产生被测光电探测器5的光脉冲激励源；所述光衰减器2分别与光纤光功率计3、辅助光电探测器4、被测光电探测器5依次光连接，用于获取光脉冲激励源的参数和被测光电探测器产生的电信号；所述辅助光电探测器4、被测光电探测器5同时与示波器6电连接，用于分析光电转换后的电信号；所述控制和数据处理模块7与脉冲光源1、光纤光功率计3、示波器6依次数据连接，用于设置脉冲光源1的参数、记录和处理测量得到的数据。
在本实施例里，脉冲光源1可为被动锁模激光器或者超连续谱光源或者梳状谱相干光源，脉冲光源1的脉冲宽度为(10～200)ns可调。
一种光电探测器的脉冲响应度测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：利用控制和数据处理模块7设置脉冲光源1的中心频率和脉冲宽度；
S2：脉冲光源1发出光脉冲信号，通过光纤活动连接器输入到光衰减器2中进行一定的衰减，避免光功率过大使得辅助光电探测器4或者被测光电探测器5饱和；
S3：衰减后的光脉冲信号首先输入到光纤光功率计3中，得到光脉冲激励源的平均光功率，并用控制和数据处理模块7记录为Pa；
S4：再将光脉冲激励源输入到辅助光电探测器4中，光电转换后得到的电信号输入到示波器6中，获取光脉冲激励源的周期和脉冲宽度，并用控制和数据处理模块7分别记录为T和τ；
S5：利用控制和数据处理模块7计算得到光脉冲激励源的峰值光功率Pp为
S6：最后将光脉冲激励源输入到被测光电探测器5中，光电转换后得到的电信号被示波器6采集，获取被测电信号的峰值电压，并用控制和数据处理模块7记录为Vm；
S7：利用控制和数据处理模块7计算得到被测光电探测器5的脉冲响应度R为
其中，脉冲响应度R的单位是V/W；
S8：利用控制和数据处理模块7改变脉冲光源1的脉冲宽度，重复步骤S2～S7，即可得到被测光电探测器5在其他脉冲宽度下的脉冲响应度。
实施例一
本实施例中利用控制和数据处理模块设置脉冲光源的中心频率为1kHz、脉冲宽度为10ns，其中心波长为1064nm。然后将脉冲光源发出的光脉冲信号通过光纤活动连接器输入到光衰减器中进行衰减，得到的光脉冲激励源首先输入到光纤光功率计中，用控制和数据处理模块记录得到的平均光功率为39.85nW(Pa)。接着，将光脉冲激励源输入到辅助光电探测器中进行光电转换，利用示波器得到光脉冲激励源的周期和脉冲宽度，用控制和数据处理模块分别记录为1.002ms(T)和10.31ns(τ)。那么，就可以利用控制和数据处理模块计算得到光脉冲激励源的峰值光功率为3.87mW(Pp)。然后，将光脉冲激励源输入到被测光电探测器中，光电转换后，利用示波器得到被测电信号的峰值电压，用控制和数据处理模块记录为46.16mV(Vm)。最终，利用控制和数据处理模块计算得到被测光电探测器的脉冲响应度为11.93V/W(R)。
实施例二
本实施例中利用控制和数据处理模块设置脉冲光源的中心频率为1kHz、脉冲宽度为150ns，其中心波长为1064nm。然后将脉冲光源发出的光脉冲信号通过光纤活动连接器输入到光衰减器中进行衰减，得到的光脉冲激励源首先输入到光纤光功率计中，用控制和数据处理模块记录得到的平均光功率为634.97nW(Pa)。接着，将光脉冲激励源输入到辅助光电探测器中进行光电转换，利用示波器得到光脉冲激励源的周期和脉冲宽度，用控制和数据处理模块分别记录为1.002ms(T)和150.60ns(τ)。那么，就可以利用控制和数据处理模块计算得到光脉冲激励源的峰值光功率为4.22mW(Pp)。然后，将光脉冲激励源输入到被测光电探测器中，光电转换后，利用示波器得到被测电信号的峰值电压，用控制和数据处理模块记录为51.26mV(Vm)。最终，利用控制和数据处理模块计算得到被测光电探测器的脉冲响应度为12.15V/W(R)。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种光电探测器的脉冲响应度测试装置，包括脉冲光源(1)、光衰减器(2)、光纤光功率计(3)、辅助光电探测器(4)、被测光电探测器(5)、示波器(6)以及控制和数据处理模块(7)；
所述脉冲光源(1)与光衰减器(2)光连接，用于产生被测光电探测器(5)的光脉冲激励源；所述光衰减器(2)分别与光纤光功率计(3)、辅助光电探测器(4)、被测光电探测器(5)依次光连接，用于获取光脉冲激励源的参数和被测光电探测器产生的电信号；所述辅助光电探测器(4)、被测光电探测器(5)同时与示波器(6)电连接，用于分析光电转换后的电信号；所述控制和数据处理模块(7)与脉冲光源(1)、光纤光功率计(3)、示波器(6)依次数据连接，用于设置脉冲光源(1)的参数、记录和处理测量得到的数据。
2.根据权利要求1所述的光电探测器的脉冲响应度测试装置，其特征在于，所述脉冲光源(1)为被动锁模激光器或者超连续谱光源或者梳状谱相干光源。
3.根据权利要求1所述的光电探测器的脉冲响应度测试装置，其特征在于，所述脉冲光源(1)的脉冲宽度为10～200ns可调。
4.一种光电探测器的脉冲响应度测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：利用控制和数据处理模块(7)设置脉冲光源(1)的中心频率和脉冲宽度；
S2：脉冲光源(1)发出光脉冲信号，通过光纤活动连接器输入到光衰减器(2)中进行一定的衰减，避免光功率过大使得辅助光电探测器(4)或者被测光电探测器(5)饱和；
S3：衰减后的光脉冲信号首先输入到光纤光功率计(3)中，得到光脉冲激励源的平均光功率，并用控制和数据处理模块(7)记录为Pa；
S4：将光脉冲激励源输入到辅助光电探测器(4)中，光电转换后得到的电信号输入到示波器(6)中，获取光脉冲激励源的周期和脉冲宽度，并用控制和数据处理模块(7)分别记录为T和τ；
S5：利用控制和数据处理模块(7)计算得到光脉冲激励源的峰值光功率；
S6：将光脉冲激励源输入到被测光电探测器(5)中，光电转换后得到的电信号被示波器(6)采集，获取被测电信号的峰值电压，并用控制和数据处理模块(7)记录为Vm；
S7：利用控制和数据处理模块(7)计算得到被测光电探测器(5)的脉冲响应度；
S8：利用控制和数据处理模块(7)改变脉冲光源(1)的脉冲宽度，重复步骤S2～S7，即可得到被测光电探测器(5)在其他脉冲宽度下的脉冲响应度。
5.根据权利要求4所述的一种光电探测器的脉冲响应度测试方法，其特征在于，所述S5中光脉冲激励源的峰值光功率的计算方式为：
其中，Pp为光脉冲激励源的峰值光功率，Pa为光脉冲激励源的平均光功率，T为光脉冲激励源的周期，v为脉冲宽度。
6.根据权利要求4所述的一种光电探测器的脉冲响应度测试方法，其特征在于，所述S7中脉冲响应度的具体计算方式为：
其中，Pp为光脉冲激励源的峰值光功率，Pa为光脉冲激励源的平均光功率，T为光脉冲激励源的周期，τ为脉冲宽度，Vm为被测电信号的峰值电压。
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