[科普中国]-稳定光源

所谓稳定光源，即其输出光功率、波长及光谱宽度等特性(主要是光功率)应当是稳定不变的，当然，绝对稳定不变是不可能的，只是在给定的条件下(如一定的环境、一定的时间范围内)其特性是相对不变的。若要达到一定的指标要求，稳定光源应有一定的措施以保证其特性的稳定。一般采取APC电路和ATC电路等措施。

基本信息稳定光源是指输出的光功率、波长及光谱宽度等特性都是稳定不变的光源。稳定光源是对光系统发射已知功率和波长的光，其与光功率计结合在一起，可以测量光纤系统的光损耗。对现成的光纤系统，通常也可把系统的发射端机当作稳定光源。如果端机无法工作或没有端机，则需要单独的稳定光源。稳定光源的波长应与系统端机的波长尽可能一致。在系统安装完毕后，经常需要测量端到端损耗，以便确定连接损耗是否满足设计要求。

技术指标稳定光源的主要技术指标有：波长、谱宽(指光谱的半幅值宽度)、输出光功率、稳定性等。下面以日本安立公司MG一921A型稳定光源为例，说明其技术指标：

①型号：MG一921A。

②发光元件：LD。

③波长：(1.3±0.02)μm。

④谱宽：0.005μm以下。

⑤输出光功率：连接2m多模光纤(50/125μm，NA：0.2)时为-6 dBm以上。连接2m单模光纤(10/125μm，NA：0.1)时为-6 dBm以上。

⑥输出稳定性：1 dB以下(纤维输出)。

⑦瞬时稳定性：0．05 dB以下((20±10℃)情况下恒定温度时，1分钟的功率变化)。

⑧连接器型号：FC型。

⑨调制：内调制，(270±1%)Hz、占空比50%、峰一峰幅度(6±1)Vp-p。(高阻抗监视器测量)的矩形波，输入连接器为BNC型。1

工作原理在光通信技术中光纤损耗测量、连接损耗测量及光接收机灵敏度的测鼙等都要用到光源。发光器件一般为半导体激光器或半导体发光二极管，利用一个光电极管监测激光管的背向光，测是其输出功率的大小，并以此控制激光器的偏置电流，这样构成一个负反馈环路的自动功率控制(APC)电路，达到稳定功率的H的。同时利用热敏电阻和致冷器构成自动温度控制(ATC)电路，达到稳定温度的目的。2

相关电路ATC电路一般半导体激光器(LD)和发光二极管(LED)等发光器件都有温度特性，随着温度的变化(包括环境温度的变化和光源本身因工作而发热所引起的温度变化)其输出功率亦在改变。因此，稳定光源都设有自动温度控制电路(ATC)，控制发光器件的环境温度在一定范围内。一般常见的ATC电路是利用微型(半导体)致冷器，再用温度传感器(如热敏电阻)将温度的变化信息传递给控制电路，以用来控制致冷器的电流，以改变其致冷量，从而保持发光器件周围的温度恒定。1

APC电路自动(光)功率控制电路是直接控制发光器件的输出光功率大小的一种有效措施。因为发光器件输出光功率的大小与其调制和驱动信号的强度有关(主要指的是调制信号和偏置电流)，因此如果设法对这些信号加以有目的地控制，就可以从另一方面控制发光器件输出光功率的大小。常见的方法是利用监测探测器，对发光器件的输出光功率的大小加以监测，再将监测到的信息反馈到发光器件驱动电路的输入端，去控制驱动电路信号的强弱，类似于电子电路中的负反馈原理。一般发光器件前向输出光功率的同时，背向也会有光辐射船出来，而且两者的强弱保持一定的比例，也就是说背向光也反映了发光器件输出光功率的大小。监测探测器只要将背向光接收下来再反馈至驱动电路输入端，就可以达到控制功率的目的。例如，如果输出光功率有增加的趋势，则背向光亦增强，于是监测控制器输出信号也会增强，此信号控制放大器增益下降，从而使驱动信号的幅度下降，这样，发光器件输出光功率的增加趋势立即得到抵制，反之亦然。最后使输出光功率保持稳定。1

电路调制一般稳定光源输出的光功率有两种形式，一种是连续光，也就是通常称的CW光，它是由直流信号驱动的，另一种是由调制信号驱动的。这种调制信号可以是机内振荡器产生的，称为内调制信号，也可以用外部调制信号(外调制)，内调制信号一般是270Hz左右的一定幅度的方波，而外调制信号则根据需要选择，但其幅度和频率一定要符合原机要求。 1

输出方式稳定光源一般以活动连接器的形式输出，其接口装在面板上，只要用另一支同规格的活动连接器即可将其引出使用。1

注意事项使用稳定光源时，必须弄清楚技术指标，根据自己的需要选用合适的光源：

(1)注意使用的波长，稳定光源波长应与之相符。

(2)发光元件、输出光功率和输出稳定性这三者往往要综合考虑，一般激光器光源输出光功率较大，谱线窄(这对某些对光谱宽度有严格要求的场合特别重要)，但稳定性稍差。而发光二极管光源输出光功率较小，光谱宽度要比LD光源大十倍以上乃至数十倍，但稳定性一般都比LD光源好。应根据使用的场合全面考虑。

(3)一般光源都是用光纤耦合输出的，因此要注意连接光纤的特性(是单模还是多模)，连接器的型号等问题。同时要注意连接器必须保持清洁，不用时必需盖上防尘罩，这也是所有光学仪表均应注意的问题。

(4)同时应注意稳定光源的调制方式，以便使用外调制时选择适合的调制信号。1

本词条内容贡献者为:

张磊 - 副教授 - 西南大学