ऑप्टिकल बिजली मीटर

ऑप्टिकल बिजली मीटर (ओपीएम) एक उपकरण है जिसका उपयोग प्रकाशीय संकेत में ऊर्जा को मापने के लिए किया जाता है। सामान्यतः फाइबर ऑप्टिक प्रणाली में औसत ऊर्जा का परीक्षण करने के लिए एक उपकरण को संदर्भित करता है। अन्य सामान्य प्रयोजन के प्रकाश ऊर्जा मापने वाले उपकरणों को सामान्यतः रेडियोमीटर, फोटोमीटर, लेजर ऊर्जा मीटर (फोटोडायोड सेंसर या थर्मोपाइल लेजर सेंसर हो सकते है), प्रकाश मीटर मीटर कहा जाता है।

एक विशिष्ट प्रकाशीय ऊर्जा मीटर में एक जाँचने वाला सेंसर होता है, जो एम्पलीफायर और डिस्प्ले को मापता है। सेंसर में मुख्य रूप से तरंगदैर्घ्य और ऊर्जा स्तरों की उपयुक्त श्रेणी के लिए चयनित एक फोटोडायोड होता है। डिस्प्ले यूनिट पर मापी गई प्रकाशीय ऊर्जा और सेट वेवलेंथ प्रदर्शित होती है। ट्रेस करने योग्य अंशांकन मानक का उपयोग करके विद्युत मीटरों को जाँचा जाता है।

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

प्रकाशीय ऊर्जा मीटर स्टैंड-अलोन बेंच या हैडहेल्ड इंस्ट्रूमेंट्स के रूप में उपलब्ध है या प्रकाशीय लाइट सोर्स (OLS), विजुअल फॉल्ट लोकेटर (VFL) जैसे अन्य टेस्ट फ़ंक्शंस के साथ या बड़े या मॉड्यूलर इंस्ट्रूमेंट में सब-प्रणाली के रूप में उपलब्ध है। सामान्यतः, एक विद्युत मीटर का उपयोग पूर्ण प्रकाशीय ऊर्जा 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 प्रकाशीय लॉस टेस्ट सेट या ओएलटीएस कहा जाता है, जिसका उपयोग सामान्यतः प्रकाशीय ऊर्जा और एंड-टू-एंड प्रकाशीय लॉस को मापने के लिए किया जाता है। अधिक उन्नत ओएलटीएस में दो या अधिक विद्युत मीटर सम्मलित हो सकते है, और इसलिए प्रकाशीय रिटर्न लॉस को माप सकते है। GR-198, हाथ से पकड़ने वाले स्थिर प्रकाश स्रोतों, प्रकाशीय ऊर्जा मीटर के लिए सामान्य आवश्यकताएं, रिफ्लेक्टेंस मीटर, और प्रकाशीय लॉस टेस्ट सेट, ओएलटीएस उपकरण पर गहराई से चर्चा करता है।

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

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

प्रकाशीय ऊर्जा मीटर सेंसर का एक महत्वपूर्ण हिस्सा फाइबर ऑप्टिक योजक अंतरफलक है। विशेष रूप से सामने आने वाले विभिन्न प्रकार के फाइबर प्रकारों और योजक्स के साथ उपयोग किए जाने पर महत्वपूर्ण त्रुटिहीनता की समस्याओं से बचने के लिए सावधानीपूर्वक प्रकाशीय 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 नमूने की आवश्यकता है।

विद्युत 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 ऊर्जा माना जाता है, और विशेष रूप से अनुकूलित इकाइयाँ लगभग + 30 dBm (1 वाट) तक माप सकती है। -50 dBm से कम ऊर्जा कम है, और विशेष रूप से अनुकूलित इकाइयाँ -110 dBm जितनी कम हो सकती है। विद्युत मीटर विनिर्देशों के बावजूद, लगभग -50 dBm से नीचे का परीक्षण फाइबर या योजक्स में लीक होने वाले परिवेशी प्रकाश के प्रति संवेदनशील होता है। इसलिए कम ऊर्जा 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 विद्युत के स्तर पर, प्रकाशीय संकेत माप शोर हो जाते है, इसलिए संकेत औसत की महत्वपूर्ण मात्रा के उपयोग के कारण मीटर बहुत धीमा हो सकता है।

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

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

IEC 61315 संस्करण में प्रकाशीय ऊर्जा मीटर के लिए अंशांकन प्रक्रियाएं दी गई है। 3.0 b:2019 - फाइबर-ऑप्टिक विद्युत मीटरों का अंशांकन।

इसके अलावा, जब तक अतिरिक्त कारकों को ध्यान में रखा जाता है, तब तक उपयोग में आने वाली त्रुटिहीनता सामान्यतः दावा की गई अंशांकन त्रुटिहीनता से अधिक कम होती है। विशिष्ट क्षेत्र अनुप्रयोगों में, कारकों में सम्मलित हो सकते है: परिवेश का तापमान, प्रकाशीय योजक प्रकार, तरंग दैर्ध्य विविधताएं, रैखिकता विविधताएं, बीम ज्यामिति विविधताएं, संसूचक संतृप्ति।

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

डेटा ट्रांसमिशन और प्रकाशीय फाइबर की विश्वसनीयता में बढ़ते वैश्विक महत्व के साथ, और डेटा केंद्रों में इन प्रणालियों के प्रकाशीय लॉस मार्जिन में तेजी से कमी के साथ, प्रकाशीय ऊर्जा मीटर की त्रुटिहीनता 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 त्रुटिहीनता के दावों में विश्वास बढ़ाने के लिए राष्ट्रीय मानकों और ISO/IEC 17025 के लिए बाहरी प्रयोगशाला मान्यता के लिए मेट्रोलॉजिकल ट्रैसेबिलिटी सम्मलित है।

विस्तारित संवेदनशीलता मीटर
प्रयोगशाला विद्युत मीटरों की एक श्रेणी में -110 dBm के क्रम की एक विस्तारित संवेदनशीलता है। यह एक बहुत छोटे संसूचक और लेंस संयोजन का उपयोग करके और सामान्यतः 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 है। व्यवहार में, ऐसे उपकरण सामान्यतः छोटे संसूचक डायोड के कारण कम पूर्ण त्रुटिहीनता प्राप्त करते है, और इसी कारण से, एकल-मोड फाइबर के साथ युग्मित होने पर ही सटीक हो सकते है। कभी-कभी इस तरह के एक उपकरण में एक ठंडा संसूचक हो सकता है, चूंकि जर्मेनियम सेंसर के आधुनिक परित्याग और InGaAs सेंसर की शुरूआत के साथ, यह अब तेजी से असामान्य है।

पल्स ऊर्जा माप
प्रकाशीय ऊर्जा मीटर सामान्यतः समय-औसत ऊर्जा प्रदर्शित करते है। तो पल्स माप के लिए, पीक ऊर्जा वैल्यू की गणना करने के लिए संकेत ड्यूटी चक्र को जाना जाना चाहिए। हालाँकि, तात्कालिक शिखर ऊर्जा अधिकतम मीटर रीडिंग से कम होनी चाहिए, या संसूचक 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 है। उच्च ऊर्जा मीटर के एक वर्ग में संसूचक के सामने कुछ प्रकार के प्रकाशीय क्षीणन तत्व होते है, जो सामान्यतः अधिकतम ऊर्जा रीडिंग में लगभग 20 dB की वृद्धि की अनुमति देते है। इस स्तर से ऊपर, लेजर ऊर्जा मीटर उपकरण का एक पूरी तरह से अलग वर्ग उपयोग किया जाता है, सामान्यतः थर्मल पहचान पर आधारित होता है।

सामान्य फाइबर ऑप्टिक परीक्षण अनुप्रयोग

 * फाइबर ऑप्टिक संकेत में पूर्ण ऊर्जा को मापना। इस एप्लिकेशन के लिए, परीक्षण किए जा रहे तरंग दैर्ध्य पर विद्युत मीटर को ठीक से जाँच करने और इस तरंग दैर्ध्य पर सेट करने की आवश्यकता होती है।
 * एक उपयुक्त स्थिर प्रकाश स्रोत के संयोजन में, फाइबर में प्रकाशीय 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 विद्युत मीटर अंशांकन को अनदेखा किया जा सकता है।
 * कुछ उपकरण प्रकाशीय टेस्ट टोन डिटेक्शन के लिए सुसज्जित है, जो त्वरित केबल निरंतरता परीक्षण में सहायता करते है। मानक परीक्षण टोन सामान्यतः 270 Hz, 1 kHz, 2 kHz होते है। कुछ इकाइयां 12 टन में से एक का निर्धारण भी कर सकती है, रिबन फाइबर निरंतरता परीक्षण के लिए।

परीक्षण स्वचालन
विशिष्ट परीक्षण स्वचालन सुविधाएँ सामान्यतः हानि परीक्षण अनुप्रयोगों पर लागू होती है, और इसमें सम्मलित है:
 * एक संदर्भ ऊर्जा स्तर, सामान्यतः 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, जिससे की 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 है कि स्रोत अतिरिक्त उपयोगी डेटा जैसे नाममात्र स्रोत ऊर्जा स्तर, सीरियल नंबर आदि भेज सकता है।

तरंग दैर्ध्य-चयनात्मक मीटर
एक तेजी से आम विशेष-उद्देश्य ओपीएम, जिसे सामान्यतः पीओएन ऊर्जा मीटर कहा जाता है, को लाइव पीओएन (निष्क्रिय प्रकाशीय नेटवर्क) सर्किट में हुक करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, और साथ ही साथ विभिन्न दिशाओं और तरंग दैर्ध्य में प्रकाशीय ऊर्जा का परीक्षण किया जाता है। यह इकाई अनिवार्य रूप से एक ट्रिपल ऊर्जा मीटर है, जिसमें वेवलेंथ फिल्टर और प्रकाशीय कप्लर्स का संग्रह है। मापे गए प्रकाशीय 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 ऊर्जा 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 ऊर्जा को नष्ट कर देता है। जंक्शन का तापमान बढ़ जाता है और थर्मिस्टर द्वारा मापी गई तापमान वृद्धि सीधे प्रकाशीय ऊर्जा के समानुपाती होती है। निरंतर चालू आपूर्ति के कारण, फोटोडायोड की ऊर्जा का प्रतिबिंब लगभग शून्य होता है और वैलेंस बैंड और कंडक्शन बैंड के बीच इलेक्ट्रॉनों का संक्रमण स्थिर होता है।

यह भी देखें

 * प्रकाशीय एटेन्यूएटर

बाहरी संबंध

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