ऑप्टिकल बिजली मीटर

एक ऑप्टिकल पावर मीटर (ओपीएम) एक उपकरण है जिसका उपयोग ऑप्टिकल सिग्नल में शक्ति को मापने के लिए किया जाता है। शब्द आमतौर पर फाइबर ऑप्टिक सिस्टम में औसत शक्ति का परीक्षण करने के लिए एक उपकरण को संदर्भित करता है। अन्य सामान्य प्रयोजन के प्रकाश शक्ति मापने वाले उपकरणों को आमतौर पर रेडियोमीटर, फोटोमीटर, लेजर पावर मीटर (फोटोडायोड सेंसर या थर्मोपाइल लेजर सेंसर हो सकते हैं), प्रकाश मीटर या लक्स मीटर कहा जाता है।

एक विशिष्ट ऑप्टिकल पावर मीटर में एक कैलिब्रेटेड सेंसर होता है, जो एम्पलीफायर और डिस्प्ले को मापता है। सेंसर में मुख्य रूप से तरंगदैर्घ्य और शक्ति स्तरों की उपयुक्त श्रेणी के लिए चयनित एक फोटोडायोड होता है। डिस्प्ले यूनिट पर मापी गई ऑप्टिकल पावर और सेट वेवलेंथ प्रदर्शित होती है। ट्रेस करने योग्य अंशांकन मानक का उपयोग करके बिजली मीटरों को कैलिब्रेट किया जाता है।

एक पारंपरिक ऑप्टिकल बिजली मीटर प्रकाश के व्यापक स्पेक्ट्रम पर प्रतिक्रिया करता है, हालांकि, अंशांकन तरंग दैर्ध्य पर निर्भर है। यह आम तौर पर कोई समस्या नहीं है, क्योंकि परीक्षण तरंग दैर्ध्य आमतौर पर ज्ञात होता है, हालांकि, इसमें कुछ कमियां होती हैं। सबसे पहले, उपयोगकर्ता को मीटर को सही टेस्ट वेवलेंथ पर सेट करना होगा, और दूसरी बात, अगर अन्य नकली वेवलेंथ मौजूद हैं, तो गलत रीडिंग का परिणाम होगा।

ऑप्टिकल पावर मीटर स्टैंड-अलोन बेंच या हैंडहेल्ड इंस्ट्रूमेंट्स के रूप में उपलब्ध हैं या ऑप्टिकल लाइट सोर्स (OLS), विजुअल फॉल्ट लोकेटर (VFL) जैसे अन्य टेस्ट फ़ंक्शंस के साथ या बड़े या मॉड्यूलर इंस्ट्रूमेंट में सब-सिस्टम के रूप में उपलब्ध हैं। आम तौर पर, एक बिजली मीटर का उपयोग पूर्ण ऑप्टिकल शक्ति को मापने के लिए किया जाता है, या हानि को मापने के लिए एक मिलान प्रकाश स्रोत के साथ प्रयोग किया जाता है।

प्रकाश स्रोत के साथ संयुक्त होने पर, उपकरण को ऑप्टिकल लॉस टेस्ट सेट या ओएलटीएस कहा जाता है, जिसका उपयोग आमतौर पर ऑप्टिकल पावर और एंड-टू-एंड ऑप्टिकल लॉस को मापने के लिए किया जाता है। अधिक उन्नत ओएलटीएस में दो या अधिक बिजली मीटर शामिल हो सकते हैं, और इसलिए ऑप्टिकल रिटर्न लॉस को माप सकते हैं। GR-198, हाथ से पकड़ने वाले स्थिर प्रकाश स्रोतों, ऑप्टिकल पावर मीटर के लिए सामान्य आवश्यकताएं, रिफ्लेक्टेंस मीटर, और ऑप्टिकल लॉस टेस्ट सेट, ओएलटीएस उपकरण पर गहराई से चर्चा करता है।

वैकल्पिक रूप से, एक ऑप्टिकल टाइम डोमेन रिफ्लेक्टोमीटर (ओटीडीआर) ऑप्टिकल लिंक लॉस को माप सकता है यदि इसके मार्कर टर्मिनस पॉइंट्स पर सेट किए जाते हैं जिसके लिए फाइबर लॉस वांछित है। हालाँकि, यह एक अप्रत्यक्ष माप है। एक लिंक में कई फाइबर होने पर एकल-दिशा माप काफी गलत हो सकता है, क्योंकि बैक-स्कैटर गुणांक फाइबर के बीच परिवर्तनशील होता है। यदि द्विदिश औसत बनाया जाए तो सटीकता बढ़ाई जा सकती है। GR-196, ऑप्टिकल टाइम डोमेन रिफ्लेक्टोमीटर (ओटीडीआर) प्रकार के उपकरण के लिए सामान्य आवश्यकताएं, ओटीडीआर उपकरण पर गहराई से चर्चा करती हैं।

सेंसर
प्रमुख अर्धचालक  सेंसर प्रकार सिलिकॉन (Si), जर्मेनियम (Ge) और  ईण्डीयुम  गैलियम आर्सेनाइड (InGaAs) हैं। इसके अतिरिक्त, इनका उपयोग उच्च ऑप्टिकल शक्ति परीक्षण, या तरंग दैर्ध्य चयनात्मक तत्वों के लिए क्षीणन तत्वों के साथ किया जा सकता है, ताकि वे केवल विशेष तरंग दैर्ध्य का जवाब दें। ये सभी एक समान प्रकार के  विद्युत सर्किट  में काम करते हैं, हालांकि, उनकी मूल तरंगदैर्ध्य प्रतिक्रिया विशेषताओं के अतिरिक्त, प्रत्येक में कुछ अन्य विशेष विशेषताएं होती हैं:
 * सी डिटेक्टर अपेक्षाकृत कम बिजली के स्तर पर संतृप्ति धारा की ओर जाते हैं, और वे केवल दृश्यमान और 850 एनएम बैंड में उपयोगी होते हैं, जहां वे आम तौर पर अच्छा प्रदर्शन करते हैं।
 * जीई डिटेक्टर उच्चतम शक्ति स्तरों पर संतृप्त होते हैं, लेकिन कम बिजली का प्रदर्शन होता है, संपूर्ण बिजली सीमा पर खराब सामान्य रैखिकता होती है, और आमतौर पर तापमान संवेदनशील होते हैं। वे तापमान और तरंग दैर्ध्य के संयोजन के कारण 1550 एनएम परीक्षण के लिए केवल मामूली रूप से सटीक हैं, जो प्रतिक्रियात्मकता को प्रभावित करते हैं। 1580 एनएम, हालांकि वे आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले 850 / 1300 / 1550 एनएम तरंग दैर्ध्य बैंड पर उपयोगी प्रदर्शन प्रदान करते हैं, इसलिए वे बड़े पैमाने पर तैनात किए जाते हैं जहां कम सटीकता स्वीकार्य होती है। अन्य सीमाओं में शामिल हैं: कम शक्ति स्तरों पर गैर-रैखिकता, और डिटेक्टर क्षेत्र में खराब प्रतिक्रियात्मकता एकरूपता।
 * InGaAs डिटेक्टर मध्यवर्ती स्तरों पर संतृप्त होते हैं। वे आम तौर पर अच्छा प्रदर्शन करते हैं, लेकिन अक्सर 850 एनएम के आसपास बहुत संवेदनशील होते हैं। इसलिए वे बड़े पैमाने पर 1270 - 1650 एनएम पर सिंगल-मोड फाइबर परीक्षण के लिए उपयोग किए जाते हैं।

ऑप्टिकल पावर मीटर सेंसर का एक महत्वपूर्ण हिस्सा फाइबर ऑप्टिक कनेक्टर इंटरफ़ेस है। विशेष रूप से सामने आने वाले विभिन्न प्रकार के फाइबर प्रकारों और कनेक्टर्स के साथ उपयोग किए जाने पर महत्वपूर्ण सटीकता की समस्याओं से बचने के लिए सावधानीपूर्वक ऑप्टिकल डिज़ाइन की आवश्यकता होती है।

एक अन्य महत्वपूर्ण घटक, सेंसर इनपुट एम्पलीफायर है। परिस्थितियों की एक विस्तृत श्रृंखला में महत्वपूर्ण प्रदर्शन गिरावट से बचने के लिए इसे बहुत सावधान डिजाइन की आवश्यकता है।

बिजली मापने की सीमा
एक विशिष्ट ओपीएम लगभग 0 dBm (1 मिली वाट) से लगभग -50 dBm (10 नैनो वाट) तक रैखिक होता है, हालाँकि डिस्प्ले रेंज बड़ी हो सकती है। 0 dBm से ऊपर को उच्च शक्ति माना जाता है, और विशेष रूप से अनुकूलित इकाइयाँ लगभग + 30 dBm (1 वाट) तक माप सकती हैं। -50 dBm से कम शक्ति कम है, और विशेष रूप से अनुकूलित इकाइयाँ -110 dBm जितनी कम हो सकती हैं। बिजली मीटर विनिर्देशों के बावजूद, लगभग -50 dBm से नीचे का परीक्षण फाइबर या कनेक्टर्स में लीक होने वाले परिवेशी प्रकाश के प्रति संवेदनशील होता है। इसलिए कम शक्ति पर परीक्षण करते समय, किसी प्रकार की परीक्षण सीमा/रैखिकता सत्यापन (आसानी से एटेन्यूएटर्स के साथ किया जाता है) की सलाह दी जाती है। कम बिजली के स्तर पर, ऑप्टिकल सिग्नल माप शोर हो जाते हैं, इसलिए सिग्नल औसत की महत्वपूर्ण मात्रा के उपयोग के कारण मीटर बहुत धीमा हो सकता है।

बिजली मीटर आउटपुट से dBm की गणना करने के लिए: रैखिक-से-डीबीएम गणना पद्धति है: dB = 10 लॉग (P1 / P2) जहां P1 = मापा गया पावर लेवल (जैसे mWatts में), P2 = रेफ़रेंस पावर लेवल, जो कि 1 mW है

अंशांकन और सटीकता
ऑप्टिकल पावर मीटर अंशांकन और सटीकता एक विवादास्पद मुद्दा है। अधिकांश प्राथमिक संदर्भ मानकों (जैसे वजन, समय, लंबाई, वाल्ट, आदि) की सटीकता उच्च सटीकता के लिए जानी जाती है, आमतौर पर एक बिलियन में 1 भाग के क्रम में। हालाँकि, विभिन्न राष्ट्रीय मानक प्रयोगशालाओं द्वारा बनाए गए ऑप्टिकल शक्ति मानकों को केवल एक हजार में लगभग एक भाग के रूप में परिभाषित किया गया है। जब तक लगातार लिंक के माध्यम से इस सटीकता को और कम किया जाता है, तब तक उपकरण अंशांकन सटीकता आमतौर पर केवल कुछ% होती है। सबसे सटीक क्षेत्र ऑप्टिकल बिजली मीटर 1% अंशांकन सटीकता का दावा करते हैं। यह तुलनात्मक विद्युत मीटर की तुलना में कम सटीक परिमाण का क्रम है।

IEC 61315 संस्करण में ऑप्टिकल पावर मीटर के लिए अंशांकन प्रक्रियाएं दी गई हैं। 3.0 b:2019 - फाइबर-ऑप्टिक बिजली मीटरों का अंशांकन।

इसके अलावा, जब तक अतिरिक्त कारकों को ध्यान में रखा जाता है, तब तक उपयोग में आने वाली सटीकता आमतौर पर दावा की गई अंशांकन सटीकता से काफी कम होती है। विशिष्ट क्षेत्र अनुप्रयोगों में, कारकों में शामिल हो सकते हैं: परिवेश का तापमान, ऑप्टिकल कनेक्टर प्रकार, तरंग दैर्ध्य विविधताएं, रैखिकता विविधताएं, बीम ज्यामिति विविधताएं, डिटेक्टर संतृप्ति।

इसलिए, व्यावहारिक उपकरण सटीकता और रैखिकता का एक अच्छा स्तर प्राप्त करना एक ऐसी चीज है जिसके लिए निर्माण में काफी डिजाइन कौशल और देखभाल की आवश्यकता होती है।

डेटा ट्रांसमिशन और ऑप्टिकल फाइबर की विश्वसनीयता में बढ़ते वैश्विक महत्व के साथ, और डेटा केंद्रों में इन प्रणालियों के ऑप्टिकल लॉस मार्जिन में तेजी से कमी के साथ, ऑप्टिकल पावर मीटर की सटीकता पर जोर दिया गया है, और अंतर्राष्ट्रीय प्रयोगशाला के माध्यम से उचित पता लगाने की क्षमता भी है। प्रत्यायन सहयोग (ILAC) मान्यता प्राप्त अंशांकन, जिसमें समग्र सटीकता के दावों में विश्वास बढ़ाने के लिए राष्ट्रीय मानकों और ISO/IEC 17025 के लिए बाहरी प्रयोगशाला मान्यता के लिए मेट्रोलॉजिकल ट्रैसेबिलिटी शामिल है।

विस्तारित संवेदनशीलता मीटर
प्रयोगशाला बिजली मीटरों की एक श्रेणी में -110 dBm के क्रम की एक विस्तारित संवेदनशीलता है। यह एक बहुत छोटे डिटेक्टर और लेंस संयोजन का उपयोग करके और आमतौर पर 270 हर्ट्ज पर एक यांत्रिक प्रकाश हेलिकॉप्टर का उपयोग करके प्राप्त किया जाता है, इसलिए मीटर वास्तव में एसी प्रकाश को मापता है। यह अपरिहार्य डीसी विद्युत बहाव प्रभाव को समाप्त करता है। यदि लाइट चॉपिंग को एक उपयुक्त सिंक्रोनस (या लॉक-इन) एम्पलीफायर के साथ सिंक्रोनाइज़ किया जाता है, तो और अधिक संवेदनशीलता लाभ प्राप्त होते हैं। व्यवहार में, ऐसे उपकरण आमतौर पर छोटे डिटेक्टर डायोड के कारण कम पूर्ण सटीकता प्राप्त करते हैं, और इसी कारण से, एकल-मोड फाइबर के साथ युग्मित होने पर ही सटीक हो सकते हैं। कभी-कभी इस तरह के एक उपकरण में एक ठंडा डिटेक्टर हो सकता है, हालांकि जर्मेनियम सेंसर के आधुनिक परित्याग और InGaAs सेंसर की शुरूआत के साथ, यह अब तेजी से असामान्य है।

पल्स पावर माप
ऑप्टिकल पावर मीटर आमतौर पर समय-औसत शक्ति प्रदर्शित करते हैं। तो पल्स माप के लिए, पीक पावर वैल्यू की गणना करने के लिए सिग्नल ड्यूटी चक्र को जाना जाना चाहिए। हालाँकि, तात्कालिक शिखर शक्ति अधिकतम मीटर रीडिंग से कम होनी चाहिए, या डिटेक्टर संतृप्त हो सकता है, जिसके परिणामस्वरूप गलत औसत रीडिंग हो सकती है। इसके अलावा, कम पल्स पुनरावृत्ति दर पर, डेटा या टोन डिटेक्शन वाले कुछ मीटर अनुचित या कोई रीडिंग नहीं दे सकते हैं। उच्च शक्ति मीटर के एक वर्ग में डिटेक्टर के सामने कुछ प्रकार के ऑप्टिकल क्षीणन तत्व होते हैं, जो आमतौर पर अधिकतम पावर रीडिंग में लगभग 20 dB की वृद्धि की अनुमति देते हैं। इस स्तर से ऊपर, लेजर पावर मीटर उपकरण का एक पूरी तरह से अलग वर्ग उपयोग किया जाता है, आमतौर पर थर्मल पहचान पर आधारित होता है।

सामान्य फाइबर ऑप्टिक परीक्षण अनुप्रयोग

 * फाइबर ऑप्टिक सिग्नल में पूर्ण शक्ति को मापना। इस एप्लिकेशन के लिए, परीक्षण किए जा रहे तरंग दैर्ध्य पर बिजली मीटर को ठीक से कैलिब्रेट करने और इस तरंग दैर्ध्य पर सेट करने की आवश्यकता होती है।
 * एक उपयुक्त स्थिर प्रकाश स्रोत के संयोजन में, फाइबर में ऑप्टिकल हानि को मापना। चूंकि यह एक सापेक्ष परीक्षण है, सटीक अंशांकन एक विशेष आवश्यकता नहीं है, जब तक कि दूरी के मुद्दों के कारण दो या दो से अधिक मीटर का उपयोग नहीं किया जा रहा हो। यदि अधिक जटिल दो-तरफ़ा हानि परीक्षण किया जाता है, तो दो मीटर का उपयोग करने पर भी बिजली मीटर अंशांकन को अनदेखा किया जा सकता है।
 * कुछ उपकरण ऑप्टिकल टेस्ट टोन डिटेक्शन के लिए सुसज्जित हैं, जो त्वरित केबल निरंतरता परीक्षण में सहायता करते हैं। मानक परीक्षण टोन आमतौर पर 270 Hz, 1 kHz, 2 kHz होते हैं। कुछ इकाइयां 12 टन में से एक का निर्धारण भी कर सकती हैं, रिबन फाइबर निरंतरता परीक्षण के लिए।

परीक्षण स्वचालन
विशिष्ट परीक्षण स्वचालन सुविधाएँ आमतौर पर हानि परीक्षण अनुप्रयोगों पर लागू होती हैं, और इसमें शामिल हैं:
 * एक संदर्भ शक्ति स्तर, आमतौर पर परीक्षण स्रोत पर 0 dB पढ़ने के लिए इकाई को सेट करने की क्षमता।
 * रीडिंग को आंतरिक मेमोरी में स्टोर करने की क्षमता, बाद में रिकॉल करने और कंप्यूटर पर डाउनलोड करने के लिए।
 * परीक्षण स्रोत के साथ तरंग दैर्ध्य को सिंक्रनाइज़ करने की क्षमता, ताकि मीटर स्रोत तरंग दैर्ध्य पर सेट हो जाए। इसके लिए विशेष रूप से मेल खाने वाले स्रोत की आवश्यकता होती है। इसे हासिल करने का सबसे सरल तरीका टेस्ट टोन को पहचानना है, लेकिन सबसे अच्छा तरीका डेटा ट्रांसफर करना है। डेटा पद्धति के लाभ हैं कि स्रोत अतिरिक्त उपयोगी डेटा जैसे नाममात्र स्रोत शक्ति स्तर, सीरियल नंबर आदि भेज सकता है।

तरंग दैर्ध्य-चयनात्मक मीटर
एक तेजी से आम विशेष-उद्देश्य ओपीएम, जिसे आमतौर पर पीओएन पावर मीटर कहा जाता है, को लाइव पीओएन (निष्क्रिय ऑप्टिकल नेटवर्क) सर्किट में हुक करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, और साथ ही साथ विभिन्न दिशाओं और तरंग दैर्ध्य में ऑप्टिकल पावर का परीक्षण किया जाता है। यह इकाई अनिवार्य रूप से एक ट्रिपल पावर मीटर है, जिसमें वेवलेंथ फिल्टर और ऑप्टिकल कप्लर्स का संग्रह है। मापे गए ऑप्टिकल संकेतों के अलग-अलग कर्तव्य चक्र से उचित अंशांकन जटिल है। कम विशेषज्ञता वाले ऑपरेटरों द्वारा आसान उपयोग की सुविधा के लिए इसमें एक साधारण पास/फेल डिस्प्ले हो सकता है।

वोल्टेज वर्तमान माप के लिए फोटोडायोड का उपयोग करते समय फाइबर ऑप्टिक पावर मीटर की तरंग दैर्ध्य संवेदनशीलता एक समस्या है। यदि तापमान-संवेदनशील माप वोल्टेज-वर्तमान माप को फोटोडायोड द्वारा प्रतिस्थापित करता है, तो ओपीएम की तरंग दैर्ध्य संवेदनशीलता को कम किया जा सकता है। इस प्रकार यदि फोटोडायोड एक स्थिर वोल्टेज स्रोत द्वारा रिवर्स बायस्ड है और निरंतर करंट के साथ आपूर्ति की जाती है, जब प्रकाश द्वारा ट्रिगर किया जाता है तो जंक्शन शक्ति को नष्ट कर देता है। जंक्शन का तापमान बढ़ जाता है और थर्मिस्टर द्वारा मापी गई तापमान वृद्धि सीधे ऑप्टिकल शक्ति के समानुपाती होती है। निरंतर चालू आपूर्ति के कारण, फोटोडायोड की शक्ति का प्रतिबिंब लगभग शून्य होता है और वैलेंस बैंड और कंडक्शन बैंड के बीच इलेक्ट्रॉनों का संक्रमण स्थिर होता है।

यह भी देखें

 * ऑप्टिकल एटेन्यूएटर

बाहरी संबंध

 * OPM Application Notes
 * greenTEG Application Note Laser Power Measurement
 * Guidelines for specifying OPMs