Un medidor de potencia óptica ( OPM ) es un dispositivo que se utiliza para medir la potencia en una señal óptica . El término suele referirse a un dispositivo para probar la potencia media en sistemas de fibra óptica . Otros dispositivos de medición de potencia lumínica de uso general suelen denominarse radiómetros , fotómetros , medidores de potencia láser (pueden ser sensores de fotodiodos o sensores láser de termopila ), fotómetros o luxómetros.
Un medidor de potencia óptica típico consta de un sensor calibrado , un amplificador de medición y una pantalla. El sensor consta principalmente de un fotodiodo seleccionado para el rango apropiado de longitudes de onda y niveles de potencia. En la unidad de visualización se muestra la potencia óptica medida y la longitud de onda establecida. Los medidores de potencia se calibran utilizando un estándar de calibración rastreable.
Un medidor de potencia óptica tradicional responde a un amplio espectro de luz; sin embargo, la calibración depende de la longitud de onda. Normalmente, esto no es un problema, ya que la longitud de onda de prueba generalmente se conoce; sin embargo, tiene un par de inconvenientes. En primer lugar, el usuario debe configurar el medidor en la longitud de onda de prueba correcta y, en segundo lugar, si hay otras longitudes de onda espurias presentes, se producirán lecturas incorrectas.
Los medidores de potencia óptica están disponibles como instrumentos de mesa o portátiles independientes o combinados con otras funciones de prueba, como una fuente de luz óptica (OLS), un localizador visual de fallas (VFL) o como un subsistema en un instrumento más grande o modular. Por lo general, se utiliza un medidor de potencia solo para medir la potencia óptica absoluta o con una fuente de luz adaptada para medir la pérdida.
Cuando se combina con una fuente de luz, el instrumento se denomina equipo de prueba de pérdida óptica (OLTS, por sus siglas en inglés) y se utiliza normalmente para medir la potencia óptica y la pérdida óptica de un extremo a otro. Los OLTS más avanzados pueden incorporar dos o más medidores de potencia y, por lo tanto, pueden medir la pérdida de retorno óptico. GR-198, Requisitos genéricos para fuentes de luz estabilizadas portátiles, medidores de potencia óptica, medidores de reflectancia y equipos de prueba de pérdida óptica , analiza en profundidad los equipos OLTS.
Alternativamente, un reflectómetro óptico en el dominio del tiempo (OTDR) puede medir la pérdida del enlace óptico si sus marcadores están configurados en los puntos terminales para los cuales se desea la pérdida de fibra. Sin embargo, esta es una medida indirecta. Una medición unidireccional puede ser bastante inexacta si hay múltiples fibras en un enlace, ya que el coeficiente de retrodispersión es variable entre fibras. La precisión se puede aumentar si se realiza un promedio bidireccional. GR-196, Requisitos genéricos para equipos tipo reflectómetro óptico en el dominio del tiempo (OTDR) , analiza en profundidad los equipos OTDR.
Los principales tipos de sensores semiconductores son el silicio (Si), el germanio (Ge) y el arseniuro de indio y galio (InGaAs). Además, se pueden usar con elementos atenuantes para pruebas de alta potencia óptica o elementos selectivos de longitud de onda para que solo respondan a longitudes de onda particulares. Todos estos operan en un tipo de circuito similar , sin embargo, además de sus características básicas de respuesta en longitud de onda, cada uno tiene algunas otras características particulares:
Una parte importante de un sensor medidor de potencia óptica es la interfaz del conector de fibra óptica. Se requiere un diseño óptico cuidadoso para evitar problemas significativos de precisión cuando se utiliza con la amplia variedad de tipos de fibras y conectores que normalmente se encuentran.
Otro componente importante es el amplificador de entrada del sensor. Esto requiere un diseño muy cuidadoso para evitar una degradación significativa del rendimiento en una amplia gama de condiciones.
Un OPM típico es lineal desde aproximadamente 0 dBm (1 milivatio) hasta aproximadamente -50 dBm (10 nanovatios), aunque el rango de visualización puede ser mayor. Por encima de 0 dBm se considera "alta potencia" y unidades especialmente adaptadas pueden medir hasta casi + 30 dBm (1 vatio). Por debajo de -50 dBm se considera "baja potencia" y las unidades especialmente adaptadas pueden medir tan solo -110 dBm. Independientemente de las especificaciones del medidor de potencia, las pruebas por debajo de aproximadamente -50 dBm tienden a ser sensibles a la luz ambiental dispersa que se filtra hacia las fibras o los conectores. Por lo tanto, cuando se realizan pruebas a "baja potencia", se recomienda algún tipo de verificación de linealidad/rango de prueba (que se puede realizar fácilmente con atenuadores). A niveles de potencia bajos, las mediciones de señales ópticas tienden a volverse ruidosas, por lo que los medidores pueden volverse muy lentos debido al uso de una cantidad significativa de promedio de señal.
Para calcular dBm a partir de la salida del medidor de potencia: El método de cálculo lineal a dBm es: dB = 10 log (P1/P2) donde P1 = nivel de potencia medido (por ejemplo, en mWatts), P2 = nivel de potencia de referencia, que es 1 mW
La calibración y precisión del medidor de potencia óptica es un tema polémico. La precisión de la mayoría de los estándares de referencia primarios (por ejemplo , peso , tiempo , longitud, voltios , etc.) se conoce con una precisión alta, típicamente del orden de 1 parte en mil millones. Sin embargo, los estándares de potencia óptica mantenidos por varios laboratorios nacionales de estándares solo están definidos en aproximadamente una parte entre mil. Cuando esta precisión se ha degradado aún más a través de enlaces sucesivos, la precisión de la calibración del instrumento suele ser sólo de un pequeño porcentaje. Los medidores de potencia óptica de campo más precisos afirman tener una precisión de calibración del 1%. Esto es órdenes de magnitud menos preciso que un medidor eléctrico comparable.
Los procesos de calibración para medidores de potencia óptica se dan en IEC 61315 Ed. 3.0 b:2019 - Calibración de medidores de potencia de fibra óptica.
Además, la precisión en uso lograda suele ser significativamente menor que la precisión de calibración declarada, cuando se tienen en cuenta factores adicionales. En aplicaciones de campo típicas, los factores pueden incluir: temperatura ambiente, tipo de conector óptico, variaciones de longitud de onda, variaciones de linealidad , variaciones de la geometría del haz y saturación del detector.
Por lo tanto, lograr un buen nivel de precisión y linealidad práctica del instrumento es algo que requiere considerable habilidad de diseño y cuidado en la fabricación.
Con la creciente importancia global de la confiabilidad de la transmisión de datos y la fibra óptica, y también la marcada reducción del margen de pérdida óptica de estos sistemas en los centros de datos, hay un mayor énfasis en la precisión de los medidores de potencia óptica y también en el cumplimiento de la trazabilidad adecuada a través del Laboratorio Internacional. Calibración acreditada por la Cooperación de Acreditación (ILAC), que incluye trazabilidad metrológica según estándares nacionales y acreditación de laboratorio externo según ISO/IEC 17025 para mejorar la confianza en las afirmaciones generales de precisión.
Una clase de medidores de potencia de laboratorio tiene una sensibilidad ampliada, del orden de -110 dBm. Esto se logra utilizando una combinación muy pequeña de detector y lente, y también un interruptor de luz mecánico a normalmente 270 Hz, por lo que el medidor en realidad mide la luz CA. Esto elimina los efectos inevitables de la deriva eléctrica de CC. Si el corte de luz se sincroniza con un amplificador síncrono (o "bloqueado") apropiado, se logran mayores ganancias de sensibilidad. En la práctica, estos instrumentos suelen lograr una precisión absoluta más baja debido al pequeño diodo detector y, por la misma razón, es posible que sólo sean precisos cuando se combinan con fibra monomodo. Ocasionalmente, un instrumento de este tipo puede tener un detector enfriado, aunque con el abandono moderno de los sensores de germanio y la introducción de sensores de InGaAs, esto es cada vez menos común.
Los medidores de potencia óptica suelen mostrar la potencia promediada en el tiempo. Entonces, para las mediciones de pulso, se debe conocer el ciclo de trabajo de la señal para calcular el valor de potencia máxima. Sin embargo, la potencia máxima instantánea debe ser menor que la lectura máxima del medidor, o el detector puede saturarse, lo que resultará en lecturas promedio incorrectas. Además, a tasas de repetición de pulso bajas, algunos medidores con detección de datos o tonos pueden producir lecturas inadecuadas o nulas. Una clase de medidores de "alta potencia" tiene algún tipo de elemento atenuador óptico delante del detector, que normalmente permite un aumento de aproximadamente 20 dB en la lectura de potencia máxima. Por encima de este nivel, se utiliza una clase completamente diferente de instrumento de "medidor de potencia láser", generalmente basado en la detección térmica.
Las características típicas de automatización de pruebas generalmente se aplican a aplicaciones de pruebas de pérdidas e incluyen:
Un OPM de propósito especial cada vez más común, comúnmente llamado "medidor de potencia PON", está diseñado para conectarse a un circuito PON (red óptica pasiva) en vivo y probar simultáneamente la potencia óptica en diferentes direcciones y longitudes de onda. Esta unidad es esencialmente un medidor de potencia triple, con una colección de filtros de longitud de onda y acopladores ópticos. La calibración adecuada se complica por el ciclo de trabajo variable de las señales ópticas medidas. Puede tener una pantalla simple de pasa/falla, para facilitar su uso por parte de operadores con poca experiencia.
La sensibilidad a la longitud de onda del medidor de potencia de fibra óptica es un problema cuando se utiliza un fotodiodo para medir la corriente de voltaje. Si la medición sensible a la temperatura reemplaza la medición de tensión-corriente mediante fotodiodo, se puede reducir la sensibilidad a la longitud de onda de un OPM. Por lo tanto, si el fotodiodo tiene polarización inversa mediante una fuente de voltaje constante y se le suministra corriente constante, cuando se activa con luz, la unión disipa energía. La temperatura de la unión aumenta y el aumento de temperatura medido por el termistor es directamente proporcional a la potencia óptica. Debido al suministro de corriente constante, la reflexión de la potencia hacia el fotodiodo es casi nula y la transición de un lado a otro de los electrones entre la banda de valencia y la banda de conducción es estable.