產業技術
Optical Power 光功率
Optical Power 光功率介紹
品質良好的工業產品都必須要有可量化的測量指標, 光通信產業也不例外. 在諸多的測試項目內, 最基礎的就是 Optical Power 光功率的測量. 光功率可以評估雷射發光的光量強弱, 也可以作為檢光器的靈敏度指標. 這兩項也正是光纖收發模組的核心規格.
光功率 Optical Power 的單位
字面上來說, 功率是一種能量移動效率的指標, 經常性的單位為 Watt, 這也是我們常在能源產業所見到的電力單位. 光通信會遇到的量級比較小, 常用 mW (10-3W) 或 μW (10-6W) 為單位.
光纖內的光強度常落在 1 到 1000 μW 之間, 我們可以以此評估一段光纖內的光損耗大小. 譬如, 注入光纖的光強度為 1000 μW, 經過 1 km 後, 光被衰減為 1/10, 剩下 100 μW. 我們可以預期, 同樣的光纖, 再傳輸 1 km, 會剩下 10 μW. 但如果想知道傳輸 3.1415 km 後, 剩下多少光強度就不容易算了. 好在電子工程有一個由來已久的單位 dB, 可以用來簡化這件事.
不要被對數公式嚇到了, 基本上就是把倍數關係, 用另外一個數字代表. 差 10 倍, 用 10 dB 代表; 差 100 倍, 用 20 dB 代表; 差 1000 倍, 用 30 dB 代表. 而倍數的參考基準, 都是分母裡功率值.
我們以 P / Pref 的比值, 來觀察 P 漸漸衰減以後, dB 值的變化. 首先,
比值為 1 時, 光強比例為 0 dB, 無衰減.
比值為 0.5 時, 光強比例為 -3 dB, 衰減為 50%.
比值為 0.1 時, 光強比例為 -10 dB, 衰減為 10%.
比值為 0.01 時, 光強比例為 -20 dB, 衰減為 1%.
比值為 0.001 時, 光強比例為 -30 dB, 衰減為 0.1%
符合先前提到的倍數轉成差數, 負號代表 P 的光強度比 Pref 弱
有了 dB 換算後, P2 比 P1 小 100 倍, 我們也可以說是 P2 比 P1 小 20 dB.
dBm
假定我們有兩個要比較的 Power, P1 及 P2, 其中 P1 比 1mW 大 2 dB, P2 比 1mW 小 4 dB, 因此 P1 比 P2 大了 6 dB.
這句話暗示了一件事, 若以 1mW 做為式 1 的 Pref, 相當於我們用 1mW 為基準, 把 P1, P2 的量級 dB 化. 此時 P1, P2 可以直接相減, 得到他們的 6 dB 差值. 這麼一來, 我們就不用幾倍幾倍, 而可以用 dB 相減來表達大小倍率.
定義 dBm 為以 1mW 作基準的 dB 換算表達的光功率, 此時 P1 = 2 dBm, P2 = -4 dBm. 如此 P1 – P2 = 6 dB.
回到文中最初的例子, 每 1 km 的光纖會將光衰減為 1/10, 也就是 -10 dB. 經過 3.1415 km 以後, 我們會衰減 -31.415 dB. 運算簡化許多. 逆運算, 就可得到被衰減信號與原始信號的強度比例為 0.02719%.
小結
昏頭了嗎? 沒關係, 通通忘掉.
只要記得光通信領域, 光功率的大小我們用 dBm 來表示, 光功率衰減差值用 dB 為單位, 每降 3 dB, 強度剩一半; 每降 10 dB, 強度剩 10%. 這樣已夠我們對光功率的變化進行估算. 多數的光功率測試儀器, 一般也可以直接切換單位到 dBm.
