一种脉冲光功率测量系统及方法与流程

本发明涉及光功率测量领域，具体涉及一种脉冲光功率测量系统及方法。

背景技术

光学系统中光源是必不可少的器件之一，准确测量系统中光信号的功率能够合理匹配系统中各器件的参数，优化系统性能。尤其是在光纤传感系统中，光源功率太小，会导致系统中信号太弱，降低系统的信噪比；如果光源功率太大，容易导致光学中的非线性受激散射效应，造成系统信号的畸变；因此准确测量光源功率，选择适宜的光源功率，对于光学系统来说，至关重要。

目前，测量光功率一般采用台式或手持式光功率计，这种方式简便、器件易得，对于连续光的测量准确、可靠，是连续光功率测量的首选方式。但是对于脉冲光功率的测量，尤其是对于窄脉冲光而言，由于脉冲的上升沿和下降沿持续时间都很短，而功率计的响应时间较长，这就导致功率计不能准确测量到窄脉冲光每个单脉冲的输出能量，所以往往功率计测得的脉冲光的光功率不太准确。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种脉冲光功率测量系统及方法，以解决现有技术中使用功率计无法有效测量脉冲光的上升沿和下降沿，从而导致测量不准确的问题。

本发明提出的技术方案如下：

本发明实施例提供一种脉冲光功率测量系统，该测量系统包括：光衰减器、光电转换板、示波器及处理器，其中，所述光衰减器对待测光源输出的待测光信号进行衰减，并将衰减后的待测光信号输出至所述光电转换板；所述光电转换板将所述衰减后的待测光信号的光能转化为第一电能，传输至所述示波器；所述示波器测量所述第一电能的波形得到第一幅值；所述处理器根据所述光衰减器的衰减比例、所述光电转换板的转换效率及所述第一幅值计算所述待测光源输出的光信号的平均功率。

优选的，所述示波器测量所述待测光源输出光信号的脉冲宽度、重复频率；所述处理器根据所述脉冲宽度、重复频率及平均功率计算所述待测光源输出的光信号的峰值功率。

优选的，所述脉冲光功率测量系统还包括：光功率计和光纤耦合器，所述光功率计测量标准光源的输出光功率；所述光衰减器对所述标准光源输出的光信号进行衰减，并将衰减后的光信号输出至所述光纤耦合器；所述光纤耦合器接收所述衰减后的光信号，并将所述衰减后的光信号分成两束分解光，分别输入至所述光功率计及光电转换板；所述光功率计测量输入的分解光的分解光功率；所述光电转换板将输入的分解光的光能转化为第二电能，传输至所述示波器；所述示波器测量所述第二电能波形的第二幅值；所述处理器根据所述输出光功率及分解光功率计算所述光衰减器的所述衰减比例，并根据所述第二幅值及分解光功率计算所述光电转换板的所述转换效率。

优选的，所述光纤耦合器的分光比为1:1。

为了达到上述目的，相应的，本发明实施例提出了一种脉冲光功率测量方法，该方法包括：通过光衰减器将待测光源输出的待测光信号进行衰减；通过光电转换板将经衰减后的光信号的光能转换为第一电能；通过示波器测量所述第一电能波形的第一幅值；根据所述光衰减器的衰减比例、所述光电转换板的转换效率和所述第一幅值计算待测光源输出的待测光信号的平均功率。

优选的，通过示波器测量所述待测光源输出的待测光信号的脉冲宽度、重复频率；根据所述脉冲宽度、重复频率及所述平均功率计算待测光源输出的待测光信号的峰值功率。

优选的，通过以下步骤获取所述光衰减器的衰减比例及所述光电转换板的转换效率：通过光功率计测量标准光源的输出光功率；通过所述光衰减器将所述标准光源输出的光信号进行衰减；通过光纤耦合器将经衰减后的光信号分成两束分解光；通过所述光功率计测量其中一束分解光的光功率；通过所述示波器测量另一束分解光的光能转化为的第二电能的波形的第二幅值；根据所述输出光功率和分解光的光功率计算所述光衰减器的衰减比例，并根据所述第二幅值和分解光的光功率计算所述光电转换板的转换功率。

优选的，所述两束分解光的光功率比为1:1。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的脉冲光功率测量系统及方法将脉冲光输出的光信号转化为波形显示在示波器上，从而可以根据单个脉冲的幅值和系统的其他参数计算脉冲光的功率，相对用功率计测量光功率更加准确，可靠。

2.本发明提供的脉冲光功率测量系统结构简单，搭建方便，系统构成设备和器件在光学系统中十分常见，同时系统中各组成器件还可他用，可以提高器件的使用效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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他的附图。

图1为本发明实施例1中脉冲光功率测量系统中测量待测光源光功率的结构示意图；

图2为本发明实施例1中脉冲光功率测量系统中测量光衰减器的衰减比例和光电转换板的转换效率的结构示意图。

附图标记：

1-待测光源；2-光衰减器；3-光电转换板；4-示波器；5-处理器；6-标准光源；7-光功率计；8-光纤耦合器。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供一种脉冲光功率测量系统，如图1所示，该脉冲光功率测量系统主要包括：光衰减器2、光电转换板3、示波器4及处理器5，其中，光电转换板3承受的入射光功率有限，因此需要光衰减器2对待测光源1输出的待测光信号进行衰减，并将衰减后的待测光信号输出至光电转换板3；光电转换板3将衰减后的待测光信号的光能转化为第一电能，传输至示波器4；示波器4测量第一电能的波形得到第一幅值；处理器5根据光衰减器2的衰减比例、光电转换板3的转换效率及第一幅值计算待测光源1输出的光信号的平均功率，具体地，可通过以下公式(1)计算待测光源1输出光信号的平均功率。

其中，b为光电转换板3的转换效率，a为光衰减器2的衰减比例，v1为第一幅值。

在本发明实施例中，对于光电转换板3的转换效率b及光衰减器2的衰减比例a可通过标准光源进行测量。具体的测量过程如下：

在一较佳实施例中，为了实现光电转换板3的转换效率b及光衰减器2的衰减比例a的测量，本发明实施例的脉冲光功率测量系统还设置有：光功率计7和光纤耦合器8，如图2所示，光功率计7测量标准光源6的输出光功率；光衰减器2对标准光源6输出的光信号进行衰减，并将衰减后的光信号输出至光纤耦合器8；光纤耦合器8接收衰减后的光信号，并将衰减后的光信号分成两束分解光，分别输入至光功率计7及光电转换板3；光功率计7测量输入的分解光的分解光功率；光电转换板3将输入的分解光的光能转化为第二电能，传输至示波器4；示波器4测量第二电能波形的第二幅值；处理器5根据输出光功率及分解光功率计算光衰减器2的衰减比例，并根据第二幅值及分解光功率计光电转换板3的转换效率，其中，可以通过公式(2)计算光衰减器2的衰减比例，可以通过公式(3)计算光电转换板3的转换效率。

其中，p出为标准光源6的输出光功率，p测为光衰减器输入至光功率计的其中一束分解光的光功率，为光纤耦合器8分别输入至光功率计7和光电转换板3的两束分解光的比值。

其中，p测为光衰减器输入至光功率计的其中一束分解光的光功率，v2为第二幅值。

在一较佳实施例中，本发明提供的脉冲光功率测量系统还可以进一步测量脉冲光的峰值功率，其中，示波器4测量待测光源1输出的光信号的脉冲宽度、重复频率；处理器5根据脉冲宽度、重复频率及平均功率计算待测光源1输出的待测光信号的峰值功率，具体地，可通过公式(4)可以计算待测光源1输出的待测光信号的峰值功率。

其中，t为脉冲宽度，f为重复频率。

在一较佳实施例中，光纤耦合器8的分光比为1:1，即的值为1。

在本发明实施例中，标准光源6可为宽光谱连续光源，光功率计7可为手持或台式光功率计，光电转换板3可为瞬态光电转换板。但上述仅为举例说明，并非用以限制本发明。

本发明实施例提供的脉冲光功率测量系统将脉冲光输出的光信号转化为波形显示在示波器上，从而可以根据单个脉冲的幅值和系统的其他参数计算脉冲光的功率，相对用功率计测量光功率更加准确，可靠。并且该脉冲光功率测量系统结构简单，搭建方便，系统构成设备和器件在光学系统中十分常见，同时系统中各组成器件还可他用，可以提高器件的使用效率。

实施例2

本施例提供一种脉冲光功率测量方法，具体可通过本发明上述实施例的脉冲光测量系统实现，该脉冲光功率测量方法主要包括如下步骤：通过光衰减器将待测光源输出的待测光信号进行衰减；通过光电转换板将经衰减后的光信号的光能转换为第一电能；通过示波器测量第一电能波形的第一幅值；根据光衰减器的衰减比例、光电转换板的转换效率和第一幅值计算待测光源输出的待测光信号的平均功率，可以通过公式(1)计算待测光源输出光信号的平均功率。

其中，b为光电转换板的转换效率，a为光衰减器的衰减比例，v1为第一幅值。

在一较佳实施例中，可以通过以下步骤获取光衰减器的衰减比例及光电转换板的转换效率：通过光功率计测量标准光源的输出光功率；通过光衰减器将标准光源输出的光信号进行衰减；通过光纤耦合器将经衰减后的光信号分成两束分解光；通过光功率计测量其中一束分解光的光功率；通过示波器测量另一束分解光的光能转化为的第二电能的波形的第二幅值；根据输出光功率和分解光的光功率计算衰减比例，并根据第二幅值和分解光的光功率计算转换功率，其中，可以通过公式(2)计算光衰减器的衰减比例，可以通过公式(3)计算光电转换板的转换效率。

其中，p出为标准光源的输出光功率，p测为光衰减器输入至光功率计的其中一束分解光的光功率，为光纤耦合器分别输入至光功率计和光电转换板的两束分解光的比值。

其中，p测为光衰减器输入至光功率计的其中一束分解光的光功率，v2为第二幅值。

在一较佳实施例中，本发明提供的测量方法还可以测量脉冲光的峰值功率，包括如下步骤，通过示波器测量待测光源输出的待测光信号的脉冲宽度、重复频率；根据脉冲宽度、重复频率及平均功率计算待测光源输出的光信号的峰值功率，可以通过公式(4)计算待测光源输出的待测光信号的峰值功率。

其中，t为脉冲宽度，f为重复频率。

在一较佳实施例中，两束分解光的光功率比为1:1，即的值为1。

在本发明实施例中，标准光源可为宽光谱连续光源，光功率计可为手持或台式光功率计，光电转换板可为瞬态光电转换板。但上述仅为举例说明，并非用以限制本发明。

本发明实施例提供的脉冲光功率测量方法，利用光源输出的光信号的光能转化为的电能的波形计算脉冲光的光功率，该方法相对用功率计测量光功率更加准确，可靠。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。