TWI237110B

TWI237110B - Optical power meter

Info

Publication number: TWI237110B
Application number: TW093104349A
Authority: TW
Inventors: Pi-Yao Chien; Xiao-Yong Wang
Original assignee: Asia Optical Co Inc
Priority date: 2004-02-20
Filing date: 2004-02-20
Publication date: 2005-08-01
Also published as: US20050184221A1; TW200528694A

Description

1237110 五、發明說明（1) 一、【發明所屬之技術領域】本發明係關於一種光功率計，特別是可切換檔次的光功率計。二、【先一般 (photod 此電流轉 digital 制器將數大約七個位轉換器只有一、次，以確前技術】測量光功 iode )，成電壓， conver te 位訊號換數量級，轉換效果二個數量保不同大率的方光二極再由類 r，ADC 鼻成光產生的較佳（級。因小的光法如下述。光束照射光二極體體依光束之功率產生一電流。將比數位轉換器（anal〇g-to-)將電壓轉為數位訊號。最後控功率。一般光功率的大小會橫跨電流值範圍也就很大。但類比數亦即較為線性）的電壓範圍可能此在電流轉為電壓時必須分槽功率都被準確測量。革十係利用類比開關來切換檔次。關的導通電阻較高，約兔献丄ζτ私τ 化人但類比開、、〇為數十到數百歐姆（Ω )，而_ 影響光信號轉為電古缺& # 而嚴重要一種可切換檔次，且# 勿因此需功率計。先“唬轉為電仏號之線性較佳的光【發明内容】可切換擋次本毛日f，主要目的即在提供一種光功率計且光信號轉為電信號之線性較佳。

4AOCI0301TW.ptd 第7頁 1237110 本發明提供一種光功_言十’包含一光二極體以及一放大益電路。光二極體供一光束照射並依據光束之功率產生一電流。放大器電路供轉換電流為一電壓，包含一放大器 (amplifier)、一電容、複數個電阻以及一繼電器 ° “:巧。放大器具有一反向輸入端及一輸出端。。電容向輸入端連接’以及一第二端與輸出端必要-侔 '势：主要係在穩定信號之用’並非本發明之必要疋件。複數個電阻中每一個都具有一第一端盥反向輸入端連接。繼電器具有一第一端與輸出端連接。直中器供選擇性將複數個電阻之一連接耠 ..^ ^ ^ 之電壓的值於一預定範圍内，；導；； 1 二姆；IK器導通電阻甚小，可幾乎不影響丄轉為電k 線性。因此本發明提供之光功率計可切換次，且光#號轉為電信號之線性較佳。、‘ 上，光功率計中之繼電器個數會影響量測光功率之斤^，亦即分槽次愈多，所須之繼電功率之準確度愈高。曰4夕，里測忐上述之光功率計更可包含一控制器。 “ 比數位轉換器，類比數位轉換器供=二m 圍内，以決定是否切換至下一；否位於預定範 j俠主卜棕位以夏測光功率值。在量第8頁 4AOCI0301TW.ptd 1237110 五、發明說明（3) 測光功率fe圍為+ 3 dBm〜-70 dBm時，上述之預定範圍為 1 5mv 1 · ^ V，若欲1測之光功率範圍改變則上述之預定範圍亦將Ik之改變。控制器亦可供控制繼電器選擇性將複數個電，之一與輸出端相連接。此控制器會處理數位訊號產生一里測結果。處理數位訊號時，控制器可供依光束之波長處理數位訊號，亦可供依顯示量測結果之格式處理數位訊號。前述光功率計更可包含一顯示器，供顯示前述量測結果。亦可包含一輸入裝置，供一使用者與控制器溝通。四、【實施方式】圖1為本發明一實施例i 〇〇之方塊圖。當待測之光束照射光二極體102，光二極體1〇2會依據光束之功率產生一電，140。放大器電路1〇4將電流14〇轉換為一電壓142。控制器106中的類比數位轉換器1〇8將電壓142轉換為一數位訊號。控制器1 0 6再將數位訊號換算為功率輸出在顯示器j工〇上。採用何種光二極體可視待測波長而定，本實施例丨〇〇採用可測近紅外光的砷化銦鎵正型—本質—負型光二極體 (InGaAs PIN photodiode )。類比數位轉換器丨〇 8有許多選擇，例如8位元、丨2位 το : 24位兀等等。此實施例1〇〇採用24位元的類比數位轉換裔1 0 8 °為了確保不同大小的光功率都被準確測量，將

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電流140轉換成電壓142時需分檔。分成幾個檔次可視量測所需精度、所使用類比數位轉換器性質等等來決定。本實施例1 0 0中分為四個檔次。 Λ 請同時參考圖1和圖2，圖2為圖1中放大器電路1〇4之電路圖。為因應本實施例1 〇〇分成四個槽次的要求，放大器電路104具有阻值由低到高的四個電阻126〜丨32供不同檔 *使用。四個電阻1 2 6〜1 3 2之阻值視欲測量光功率之範圍等因素而定。例如當欲測最大功率為3dBm，則電阻丨2 6可為400 Ω，電阻128〜132之阻值可分別為2〇kQ、1ΜΩ及 50Μ Ω。則此時電阻126〜132對應測量電流丨4〇的範圍可分別為3 7· 5 /ζΑ〜2· 75mA、75 0ηΑ〜55 //A、15ηΑ〜1· 1 # Α 及0· 3ηΑ〜 22ηΑ，如圖3所示。上述電阻126之阻值設定40 0 Ω係為一較佳之貫驗值’亦可為一大於1 〇〇 Ω之阻值。而各槽次電流範圍之設定係依據量測光功率範圍為+ 3dBm〜—70(1^時，其電壓範圍15mV〜1· lv與各檔次電阻之阻值關係而定。以此實施例而言，當測量之最大光功率為3dbm時，若分為四檔次，各檔次之阻值差距倍數為5 0倍，此為較佳之實驗值，故其第一檔次與第四檔次相距5(Γ 3 = 1 2 5000倍；若分為三檔次時，假設各檔次相距倍數為X，則Χλ2 = 1250 0 0故χ = 3 53· 6。依此類推可得出一求各檔次電阻倍數之公式為當里測最大光功率為3 d b m ’且最小標位電阻值為4 〇〇 Q時，假設分檔次數目為N，各檔次電阻相距倍數為X，則χ=125〇〇〇 a [ 1 /(N -1 )]。上述之值1 2 5 0 0 0係依據最小檔位電阻值為

4AOCI0301TW.ptd 第10頁 1237110 五、發明說明（5) 400Ω時之較佳备 4Q〇 Ω，之取大倍數值，若最小電阻值非選擇使至少有為奋值^亦需隨之改變。此最大倍數值之設定係為了内。^ —植次輸出之電壓範圍能符合於預定電壓範圍逡、s t ^明係利用繼電器來選擇不同的電阻，因繼電器之雪哭从〃 j成乎不影響光信號轉為電信號之線性。繼 Μ 夕T數視槽次數目而定。使用何種繼電器可視對信號可I性的要求多高、要求繼電器體積大小等等決定， ” ^ 機械式繼電器、固態繼電器、電磁繼電器等各種繼電器本實施例100之放大器電路104使用導通電阻不大於 1〇^姆的二個機械式繼電器134〜138。放大器電路1〇4中的放大器118具有一反向輸入端120 及一輸出端122。如圖2所示，電容124具有一第一端144與反向輸入端120連接，以及一第二端146與輸出端122連接。電阻126〜132中每一個都具有一第一端148〜154與反向輸入端120連接。繼電器134具有一第一端156與輸出端122 連接。繼電器134供選擇繼電器136與繼電器138之一。繼電器136供選擇電阻126與電阻128之一。繼電器138供選擇電阻130與電阻132之一。本實施例1 0 0中，可由控制器1 〇 6利用控制信號11 6控制繼電器1 3 4〜1 3 8，以選擇性將電阻1 2 6〜1 3 2中之一電阻連

4AOCI0301TW.ptd 第11頁 1237110 五、發明說明（6) 2輪出端122。首先選擇電阻126〜132任一與輸出端122連假叹其預设值係為切換至第一槽次，亦即將電阻丨2 6 ”輸出端122連接。此時，若輸出端122輸出之電壓142的值不在一預定範圍内，控制器丨〇 6將控制繼電器丨34〜丨3 8再切ί ^另一檔次，如此依次切換，直到電壓1 42的值位於預定範圍内為止。此預定範圍即類比數位轉換器1〇8轉換效果較佳（亦即較為線性）的電壓範圍，本發明選定之較 2壓範圍位於l5mv〜hlv之間，此實施例中預定範圍可 ^ i^V〜1· IV。電壓142之值是否於預定範圍内可由控制器 ’用類比數位轉換器1 〇 8輸出之數位訊號判斷。電壓142的值已於預定範圍内，控制器1〇6即可將數位訊號換算成光功率輸出在顯示器丨丨〇上，亦可傳輸至記憶體114儲存。本實施例1〇〇還包含一輸入裝置ιΐ2，供使用^與控制II1G6溝通。控制器1()6還可供依^束之波長處理f位訊號，例如使用者利用輸入裝置112告訴控制器1〇6 波長，控制器106即依照光二極體1〇2於此波長的特性^理數位訊號。控制器1〇6亦可供依顯示量測結果之二秸式來處理數位訊號，例如使用者要求改變顯示功率的皁位，控制器1 〇 6即可將功率再做換算。上述說明並非對本發明範疇的限制，且上述說明以及 :=二〒與均等性的安排皆於本發明申請意欲保護的範疇内。

1237110 圖式簡單說明五、【圖式簡單說明】圖1為本發明一實施例之方塊圖；圖2為圖1中放大器電路之電路圖；以及圖3為圖2中各電阻對應檔次之測量電流範圍示意圖。圖式元件符號說明 1 0 0光功率計 102光 1 0 6控制器 108類 112輸入裝置 114記 118放大器 120反 124電容 126電二極體 104放大器電路比數位轉換器11 0顯示器憶體 11 6控制信號向輸入端 122輸出端阻 1 2 8電阻 1 3 0電阻 1 3 6繼電器 142電壓 148電阻之第一端 154電阻之第一端 1 3 2電阻 1 3 8繼電器 144電容之第一端 150電阻之第一端 156繼電器之第一 134繼電器 140電流 146電容之第二端 152電阻之第一端

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Claims

1237110 六、申請專利範圍申請專利範圍 1. 一種光功率計，包含：一光二極體（photodiode )，供一光束照射並依據該光束之功率產生一電流；以及一放大器電路，供轉換該電流為一電壓，該放大器電路包含：一放大器（amplifier)，具有一反向輸入端及一輸出端；一電容，具有一第一端與該反向輸入端連接，以及一第二端與該輸出端連接；複數個電阻，每一該複數個電阻具有一第一端與該反向輸入端連接；以及一繼電器（relay )，具有一第一端與該輸出端連接，其中該繼電器供選擇性將該複數個電阻之一連接該輸出端’使該輸出端輸出之該電壓的值於一預定範圍内，且 ^亥Μ電器之導通電阻（〇ri resistance)不大於10歐姆 (Ω )。 2 ·如申請專利範圍第1項所述之光功率計，其中該預定範圍係1 5 m V〜1. 1 V。 3 ·如申請專利範圍第1項所述之光功率計，更包含：一控制器’包含一類比數位轉換器（analog-to-

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digital converter ， ADC ) 電壓為一數位訊號，該控制壓之值是否於該預定範圍内 ’該類比數位轉換器供轉換該器供利用該數位訊號判斷該電其中該控制器阻之一與該輸出 4.如申請專利範圍第3項所述之光功率計更供控制制f器選擇性連接該複端。 5牌，申1專利範圍第4項所述之光功率計，其中該光二極體係一砷化銦鎵正型—本質-負型光二極體（InGaAs PIN photodiode) 〇 6 ·如申請專利範圍第4項所述之光功率計，其中該類比數位轉換器係一 2 4位元類比數位轉換器。 7 ·如申請專利範圍第1項所述之光功率計，其中該複數個電阻之最小值不得低於1 00歐姆。 8 ·如申請專利範圍第4項所述之光功率計，其中該繼電器係一機械式繼電器（mechanical relay)。 9 ·如申清專利範圍第4項戶斤述之光功率计’其中該控制器更供依該光束之波長處理該數位訊號。

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六、申請專利範圍 1 0 ·如申請專利範圍第4項所述之光功率計，其中該控制器處理該數位訊號得一量測結果，該控制器更供依顯示該量測結果之一格式處理該數位訊號。 11 ·如申請專利範圍第4項所述之光功率計，更包含：一顯示器，供顯示該量測結果。 1 2 ·如申請專利範圍第11項所述之光功率計，更包含：一輸入裝置，供一使用者與該控制器溝通。 13· —種光功率計，包含：一光二極體，供一光束照射並依據該光束之功率產生一電流；一放大器電路，供轉換該電流為一電壓，該放大器電路包含：一放大器，具有一反向輸入端及一輸出端；一電容，具有一第一端與該反向輸入端連接’以及一第二端與該輸出端連接；複數個電阻，每一該複數個電阻具有一第一端與該反向輸入端連接；以及一繼電器，具有一第一端與該輸出端連接；其中該繼電器供選擇性連接該複數個電阻之一與該輸出端，使該輸出端輸出之該電壓的值於一預定範圍内，且泫繼電窃之導通電阻不大於10歐姆；以及 11 I 1 I i 1 4AOCI0301TW.ptd 第16頁 1237110 六、申請專利範圍〜— -- 一控制為，包含一類比數位轉換器，該類比數位韓拖為供轉換該電壓為一數位訊號，該控制器供利用兮 >、號判斷該電壓之值是.否在該預定範圍内，而控制^ = 選擇性將該複數個電阻之一連接該輸出端。 Λ σ 1 4·如申請專利範圍第丨3項所述之光功率計，其中該範圍係15mV〜1. 1 V。〜、疋 1 5 ·如申請專利範圍第丨3項所述之光功率計，其中該光二極體係一砷化銦鎵正型-本質-負型光二極體。 1 6 ·如申請專利範圍第丨3項所述之光功率計，其中該類比數位轉換器係一24位元類比數位轉換器。 1 7 ·如申請專利範圍第丨3項所述之光功率計，其中該複數個電阻值之最小值不得低於1 〇〇歐姆。 1 8·如申請專利範圍第丨3項所述之光功率計，其中該繼電器係一機械式繼電器。 1 9 ·如申請專利範圍第丨3項所述之光功率計，其中該控制器更供依該光束之波長處理該數位訊號。 2 〇 ·如申請專利範圍第1 3項所述之光功率計，其中該控制

4AOCI0301TW.ptd 第17頁 1237110 六、申請專利範圍器處理該數位訊號得一量測結果，該控制器更供依顯示該量測結果之一格式處理該數位訊號。 2 1.如申請專利範圍第1 3項所述之光功率計，更包含：一顯示器，供顯示該量測結果；以及一輸入裝置，供一使用者與該控制器溝通。 22. —種光功率計，包含：一光二極體，供一光束照射並依據該光束之功率產生一電流；以及一放大器電路，供轉換該電流為一電壓，該放大器電路包含：一放大器，具有一反向輸入端及一輸出端；複數個電阻，每一該複數個電阻具有一第一端與該反向輸入端連接；以及一繼電器，具有一第一端與該輸出端連接；其中該繼電器供選擇性將該複數個電阻之一連接該輸出端，使該輸出端輸出之該電壓的值於一預定範圍内，且該繼電器之導通電阻不大於10歐姆（Ω)。 2 3.如申請專利範圍第22項所述之光功率計，其中該預定範圍係15mV〜：L IV。 24.如申請專利範圍第22項所述之光功率計，更包含：

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^ 一控制器，包含一類比數位轉換器，該類比數位轉換器供轉換該電壓為一數位訊號，該控制器供利用該數^訊號判斷該電壓之值是否於該預定範圍内。 2 5·如申請專利範圍第24項所述之光功率計，其中該控制器更供控制該繼電器選擇性連接該複數個電阻之一與該輸出端。 2 6 ·如申請專利範圍第2 5項所述之光功率計，其中該光二極體係一坤化銦鎵正型-本質-負型光二極體。 2 7 ·如申請專利範圍第2 5項所述之光功率計，其中該類比數位轉換器係一24位元類比數位轉換器。 2 8 ·如申請專利範圍第2 2項所述之光功率計，其中該複數個電阻之最小值不得低於1 〇〇歐姆。 2 9 ·如申請專利範圍第2 5項所述之光功率計，其中該繼電器係一機械式繼電器。 3 〇 ·如申請專利範圍第2 5項所述之光功率計，其中該控制器更供依該光束之波長處理該數位訊號。 31 ·如申請專利範圍第2 5項所述之光功率計，其中該控制

4AOCI0301TW.ptd 第19頁 1237110 六、申請專利範圍器處理該數位訊號得一量測結果，該控制器更供依顯示該量測結果之一格式處理該數位訊號。 3 2.如申請專利範圍第2 5項所述之光功率計，更包含：一顯示器，供顯示該量測結果。 3 3.如申請專利範圍第3 2項所述之光功率計，更包含：一輸入裝置，供一使用者與該控制器溝通。

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