專(zhuān)利名稱(chēng)：寬帶高靈敏度光接收機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光傳感技術(shù)領(lǐng)域，且特別涉及一種實(shí)用的寬帶高靈敏度光接收機(jī)。
背景技術(shù)：
光纖傳感器的概念不是新的，早在60年代中期就出現(xiàn)了第一個(gè)專(zhuān)利，它包 括采用傳光束的Fotonic機(jī)械位移傳感器和采用相位調(diào)制的超聲波傳感器。但是， 在更為廣闊的領(lǐng)域，即光纖傳感技術(shù)，取得系列研究卻是在IO年以后，從那時(shí) 起光纖技術(shù)就突破了那種徘徊不前的狀態(tài)，進(jìn)入了一日千里的時(shí)代。
光纖傳感器的基本原理是由光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)光纖進(jìn)入調(diào)制區(qū)，在被測(cè) 對(duì)象的作用下，光的強(qiáng)度、波長(zhǎng)、頻率、相位、偏振態(tài)等光學(xué)性質(zhì)發(fā)生了變化， 使它成為被調(diào)制了的信號(hào)，再經(jīng)過(guò)光纖送入光探測(cè)器和電信號(hào)處理裝置，最終 獲得待測(cè)對(duì)象的信息。
目前，分布式光纖傳感技術(shù)是光傳感技術(shù)領(lǐng)域中最有應(yīng)用前景的，分布式 光纖溫度傳感技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型傳感技術(shù)，它利用一根光導(dǎo)纖 維作為溫度信息的傳感和傳導(dǎo)介質(zhì)，可以測(cè)量整個(gè)光纖長(zhǎng)度上的溫度變化，其 中分布式光纖溫度傳感器通過(guò)一次測(cè)量，既可獲得光纖所經(jīng)區(qū)域的溫度場(chǎng)的完 整信息。分布式光纖溫度傳感器的信號(hào)處理技術(shù)，是將探測(cè)器輸出的信號(hào)盡可 能地去除干擾和噪聲，從而得到準(zhǔn)確而快速的溫度顯示和溫度數(shù)據(jù)，這在解決 大型重要結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、準(zhǔn)確測(cè)量等問(wèn)題以及在組成智能材料結(jié)構(gòu)等方面具 有重要價(jià)值和應(yīng)用潛力。
然而由于分布式光纖溫度傳感器的光接收信號(hào)很微弱， 一般為nW級(jí)，所 以目前國(guó)內(nèi)能做出性能穩(wěn)定的分布式光纖溫度傳感器的廠商很少。分布式光纖 傳感器問(wèn)世以來(lái)，至今已經(jīng)出現(xiàn)了許多商業(yè)化產(chǎn)品，然而所達(dá)到的指標(biāo)在許多 場(chǎng)合下仍不能滿足要求。尤其是中長(zhǎng)距離(10km)傳感測(cè)量系統(tǒng)的空間分辨率，目前最高的指標(biāo)水平為2m，在實(shí)用中仍有很大的限制性。究其原因，主要問(wèn)題 是制作一個(gè)寬帶、高增益、高接收靈敏度的光接收機(jī)難度大。因此，拉曼分布 式光纖溫度傳感器的精度、測(cè)量長(zhǎng)度和空間分辨率仍然有待提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種實(shí)用的寬帶高靈敏度光接收機(jī)，其為寬帶、高增益、高接
收靈li度的光沖妄收才幾。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出一種寬帶高靈敏度光接收機(jī)，包括多路光 信號(hào)處理回路，每一光信號(hào)處理回路包括依次連接的光檢測(cè)器、前置放大器 和主放大器。
進(jìn)一步的，所述光檢測(cè)器為雪崩光電二極管。
進(jìn)一步的，所述雪崩光電二;f及管的倍增因子為9.5。
進(jìn)一步的，所述前置放大器包括場(chǎng)效應(yīng)管。
進(jìn)一步的，所述主放大器包括第一級(jí)放大器、可控增益放大器和驅(qū)動(dòng)級(jí)。 進(jìn)一步的，所述第一級(jí)放大器為超低噪聲高速運(yùn)算放大器，，其電壓增益為 20dB,帶寬大于100MHz。
進(jìn)一步的，所述可控增益放大器采用AD8352,其帶寬大于100MHz，可實(shí) 現(xiàn)0 ~ 28dB之間的任意增益值。
進(jìn)一步的，所述驅(qū)動(dòng)級(jí)采用AD8138,帶寬大于100MHz，增益為2dB。 本發(fā)明提出一種分布式光纖溫度傳感器所用的寬帶高靈敏度光接收機(jī)。通 過(guò)本發(fā)明，不僅可以解決分布式光纖溫度傳感器生產(chǎn)中的實(shí)際問(wèn)題，而且，為 以后相關(guān)傳感器的研制奠定了基礎(chǔ)。所以，寬帶高靈敏度光接收機(jī)的研制具有 重要的實(shí)際意義。本發(fā)明提出的實(shí)用的寬帶高靈敏度光接收機(jī)，其為寬帶、高 增益、高接收靈敏度的光接收機(jī)。


圖1所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例的寬帶高靈敏度光接收機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例的主放大器結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
為了更了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉具體實(shí)施例并配合所附圖式說(shuō)明如下。 本發(fā)明提出一種實(shí)用的寬帶高靈敏度光接收機(jī)，其為寬帶、高增益、高接
收靈敏度的光接收機(jī)。
請(qǐng)參考圖1,圖1所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例的寬帶高靈敏度光接收機(jī)結(jié)構(gòu)示
意圖。本發(fā)明提出的寬帶高靈敏度光接收機(jī)，包括多路光信號(hào)處理回路(圖中
所示為2路分別輸入光信號(hào)1和光信號(hào)2，得到A鴻4莫擬信號(hào)輸出和B路模擬 信號(hào)輸出)，每一光信號(hào)處理回路包括依次連接的光檢測(cè)器100、前置放大器 200和主》i:大器300。
設(shè)計(jì)光接收機(jī)，首先面臨的問(wèn)題是光檢測(cè)器100的選擇。光檢測(cè)器100大 致可分為PIN光電二極管(PIN-PD)和雪崩光電二極管(APD)。
對(duì)分布式光纖溫度傳感器而言，由于后向散射的拉曼信號(hào)非常弱，所以， 提高光檢測(cè)器100的靈敏度成為首要的考慮因素。PIN光電二極管雖然噪聲較 小，但它不能放大信號(hào)。雪崩光電二極管(APD)的噪聲較大，但它的內(nèi)部倍 增使得它的靈敏度較高。所以，雪崩光電二極管(APD)可以較好的滿足本寬 帶高靈敏度光接收機(jī)的要求。
使用雪崩光電二極管(APD)，需要注意以下兩個(gè)問(wèn)題
(1) 倍增因子的選擇
APD的電流增益，即倍增因子M可表示如下式同
Q=l0/lP
式中，10是APD倍增后的光電流，Ip是未倍增的光電流。APD的M會(huì)隨 偏壓的增大而增加，但其倍增噪聲的增加速度更快。所以，M不要選的過(guò)大， 本設(shè)計(jì)中M=9.5。
(2) 溫度對(duì)APD倍增因子的影響
溫度對(duì)APD的影響比對(duì)PIN的影響大。當(dāng)溫度升高時(shí)，APD的擊穿電壓增 大，M —下降，倍增噪聲減??；反之亦然。所以，本設(shè)計(jì)釆取了溫控或溫度補(bǔ) 償措施，使APD的工作狀態(tài)穩(wěn)定。
實(shí)驗(yàn)表明，如果光接收機(jī)第一級(jí)的功率增益很大，那么第二項(xiàng)及以后各項(xiàng) 的影響可以忽略，于是總的噪聲系數(shù)僅由第一級(jí)決定。所以，在設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量提高第一級(jí)的功率增益，降低第一級(jí)的。喿聲。前置放大器200包括場(chǎng)效應(yīng)管， 設(shè)計(jì)時(shí)接收機(jī)采用了 APD與場(chǎng)效應(yīng)管(TIA )組合成為的APD-TIA組件，因?yàn)?與分立元件相比，這種組件靈敏度更高，帶寬更寬，噪聲較小，可以4艮好的滿 足本接收機(jī)的要求。
主放大器300包括第一級(jí)放大器310、可控增益放大器320和驅(qū)動(dòng)級(jí)330, 參見(jiàn)圖2。由于對(duì)主放大器300的增益和帶寬的指標(biāo)都很高，所以，主放大器 300釆用級(jí)聯(lián)的結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)主放大器300的第一個(gè)問(wèn)題是各級(jí)的安排，主要是可 控增益放大器320位置的安排。如果可控增益放大器320位置靠前，由于此時(shí) 信號(hào)幅度較小，所以不易實(shí)現(xiàn)增益的精確控制。如杲可控增益放大器320位置 靠后，則可哮信號(hào)在前幾級(jí)己經(jīng)進(jìn)入了飽和。所以，最后確定的主放大器300 結(jié)構(gòu)如圖2。
第一級(jí)放大器310采用超低噪聲高速運(yùn)算放大器，其電壓增益Avd = 20dB, 帶寬大于lOOMHz。
可控增益放大器320釆用AD8352,帶寬大于lOOMHz,可實(shí)現(xiàn)0 28dB之 間的任意增益值。在寬帶高靈敏度光接收機(jī)中，通過(guò)對(duì)本級(jí)的控制，可使經(jīng)過(guò) 光接收機(jī)放大的信號(hào)幅度在一個(gè)合理的范圍內(nèi)。
最后的驅(qū)動(dòng)級(jí)330采用AD8138，帶寬大于lOOMHz，增益為2犯。
最終寬帶高靈敏度光接收機(jī)的設(shè)計(jì)功能與主要技術(shù)指標(biāo)如下
光接收靈敏度Pr:《-65dBm;
光輸入通道兩個(gè)獨(dú)立通道；
APD恒增益工作溫度范圍-0°C ~十5(TC;
帶寬幾Hz 100MHz;
增益范圍0-28dB可調(diào)；
模擬信號(hào)輸出范圍± 500Mv，噪聲VPP<50mV;
這里本發(fā)明的描述和應(yīng)用是說(shuō)明性的，并非想將本發(fā)明的范圍限制在上述 實(shí)施例中。這里所披露的實(shí)施例的變形和改變是可能的，對(duì)于那些本領(lǐng)域的普 通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)實(shí)施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng) 該清楚的是，在不脫離本發(fā)明的精神或本質(zhì)特征的情況下，本發(fā)明可以以其他 形式、結(jié)構(gòu)/布置、比例，以及用其他元件、材料和部件來(lái)實(shí)現(xiàn)。在不脫離本 發(fā)明范圍和精神的情況下，可以對(duì)這里所披露的實(shí)施例進(jìn)行其他變形和改變。
權(quán)利要求
1.一種寬帶高靈敏度光接收機(jī)，包括多路光信號(hào)處理回路，其特征在于，每一光信號(hào)處理回路包括依次連接的光檢測(cè)器、前置放大器和主放大器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶高靈敏度光接收機(jī)，其特征在于，所述光檢 測(cè)器為雪崩光電二極管。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的寬帶高靈敏度光接收機(jī)，其特征在于，所述雪崩 光電二極管的倍增因子為9.5。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶高靈敏度光接收機(jī)，其特征在于，所述前置 放大器包括場(chǎng)效應(yīng)管。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶高靈敏度光接收機(jī)，其特征在于，所述主放 大器包括第一級(jí)放大器、可控增益放大器和驅(qū)動(dòng)級(jí)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的寬帶高靈敏度光接收機(jī)，其特征在于，所述第一 級(jí)放大器為超低噪聲高速運(yùn)算放大器，，其電壓增益為20dB,帶寬大于100MHz。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的寬帶高靈敏度光接收機(jī)，其特征在于，所述可控 增益放大器巻用AD8352，其帶寬大于100MHz,可實(shí)現(xiàn)0 ~ 28dB之間的任意增 益值。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的寬帶高靈敏度光接收機(jī)，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng) 級(jí)采用AD8138,帶寬大于100MHz,增益為2dB。
全文摘要
本發(fā)明提出一種寬帶高靈敏度光接收機(jī)，包括多路光信號(hào)處理回路，每一光信號(hào)處理回路包括依次連接的光檢測(cè)器、前置放大器和主放大器，所述主放大器包括第一級(jí)放大器、可控增益放大器和驅(qū)動(dòng)級(jí)。本發(fā)明提出的實(shí)用的寬帶高靈敏度光接收機(jī)，其為寬帶、高增益、高接收靈敏度的光接收機(jī)。
文檔編號(hào)H04B10/152GK101588204SQ200910053658
公開(kāi)日2009年11月25日 申請(qǐng)日期2009年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月23日
發(fā)明者仝芳軒, 周正仙, 剛 席, 斌 楊, 魏 皋 申請(qǐng)人:上海華魏光纖傳感技術(shù)有限公司