光功率计(Optical power meter)

1. 基本概念

• 光功率计（OPM）：是用于测量光信号中的功率的装置，它通常指用于测试光的平均功率(Average Power)
• dB：表示相对功率
  P(dB) = 10 log(P/Pref)
• dBm：表示绝对功率
  P(dBm) = 10 log (P/1mW)
  0dBm：表示1mW
  40dBm：表示10000mW（10W）
• 光电二极管
  
  • 当光照PN结，并在半导体加有反向电压时，产生的反向电流将随光照强度和光波长的改变而变化，这种半导体器件叫做光电二极管
  • 这一转变过程是光信号变成电信号，也是一个吸收过程。
• 雪崩光电二极管(APD)
  
  • 在硅（或锗）光电二级管PN结上加反向偏压后，射入光被PN结吸收形成光电流，当加大反向偏压时会产生“雪崩”（即光电流成倍地激增）的现象，称为“雪崩光电二极管”
  • 具有三高（响应度、信噪比、响应速度）等特点，广泛应用于微光信号检测、长距离光纤通信、激光测距、激光制导等光电信息传输和光电对抗系统

2. 脉冲功率测量(Pulse power measurement)

• 光功率计通常显示平均功率。 因此，对于脉冲测量，必须知道信号占空比(signal duty cycle)以计算峰值功率值。 但是，瞬时峰值功率( instantaneous peak power)必须小于最大仪表读数，否则检测器可能会饱和，导致平均读数错误。

3. 平均和峰值功率（Average and Peak Power）

• 假设每个周期的能量$E$是一个常量
• 重复率(repetition rate)：
  $$f=1/T$$
• 峰值功率（Peak Power）
  $$P_{peak} = \frac {E}{\Delta t}$$
• 平均功率（Average Power）
  $$P_{avg} = \frac {E}{T} =Ef$$
• 方程
  $$P_{peak} \cdot \Delta t = P_{avg} \cdot T$$
• 占空比（Duty Cycle）
  $$Duty Cycle ≡ \frac {\Delta t}{T} = \frac {P_{avg}}{P_{peak}}$$
  $$P_{peak} = \frac {P_{avg}}{Duty Cycle}$$

参考：
- http://hank.uoregon.edu/experiments/modelocked-fiberlaser/20063.pdf