В данной лабораторной работе используются следующие элементы (рис2.1):
-электронный блок питания БП «Источник оптического излучения»;
-электронный блок «Фотоприемник»;
-лазерный диод ЛД1;
-светоизлучающий диод СД;
-поляризаторы П.
Под ватт-амперной характеристикой понимается зависимость мощности, излучаемой оптическим источником, от тока, протекающего через его pn переход (ток накачки Iн).
1. Установить ручки потенциометров регулировки тока накачки "грубо", "точно" на лицевой панели электронного блока питания БП (рис2.1) «Источник оптического излучения» в крайнее положение против часовой стрелки.
2. Кнопочный переключатель пределов изменения тока накачки – в положение 25мА.
3.С помощью соединительного кабеля подключить ЛД1 (рис2.1) к блоку «Источник оптического излучения». Соединение осуществляется с помощью разъема РС 4 ТВ, блочная часть которого расположена на лицевой панели.
4.Установить органы управления электронного блока «Фотоприемник» в исходное положение:
-ручки потенциометров «грубо», «точно» регулировки напряжения смещения– в крайнее положение против часовой стрелки;
-кнопочный переключатель «вкл» включения напряжения смещения – нажать;
-кнопочный переключатель «вкл» включения калибровки фотоприемника – нажать;
-кнопочный переключатель «пределы» выбора пределов измерения оптической мощности в относительных единицах – в положение х100.
5.С помощью соединительного кабеля подключить ФД1 (рис2.1) к блоку. Соединение осуществляется с помощью разъема РС 4 ТВ, блочная часть которого расположена на лицевой панели.
6.Включить тумблеры «сеть» на лицевых панелях блоков «Источник оптического излучения» и «Фотоприемник». При этом загораются их подсветки.
7.С помощью потенциометров регулировки напряжения смещения на фотодиоде "грубо", "точно", расположенных на лицевой панели блока «Фотоприемник» установить его величину Uсм= 7v.
8.Установить максимальную величину тока накачки Iн лазерного диода ЛД1, обеспечивающую измерение его ватт-амперной характеристики. Это достигается поворотом поляризатора П, расположенного между ЛД1 и ФД1 (рис.2.1). В данном эксперименте поляризатор выполняет роль аттенюатора. Выполнить следующие операции.
8.1.Произвести калибровку усилителя фототока. Для этого нажать кнопочный переключатель «вкл» в окне «Оптическая мощность» на лицевой панели блока «Фотоприемник» После этого с помощью потенциометра «установка нуля» на лицевой панели установить нулевые показания стрелочного прибора, измеряющего оптическую мощность. После выполнения всех операций кнопку «вкл» отжать.
8.2.С помощью потенциометров "грубо", "точно", расположенных на лицевой панели блока «Источник оптического излучения» установить значение тока накачки Iн лазерного диода, при котором стрелка измерительного прибора в окне «Оптическая мощность, отн. ед» на лицевой панели «Фотоприемника» установится на отметку «1».
8.3.Если значение тока накачки лазерного диода Iн < 20 мА следует вращать поляризатор П вокруг своей оси по направлению, в котором происходит уменьшение показаний измерительного прибора в окне «Оптическая мощность, отн. ед» на лицевой панели «Фотоприемника». Вращением поляризатора установить стрелку измерительного прибора на отметку 0,75.
8.4.Повторять операции, описанные в пунктах 8.2 и 8.3 до тех пор, пока не будет установлено значение тока Iн > 20 мА. После этого можно приступать к измерению встт-амперной характеристики ЛД1.
9.Произвести измерение ватт-амперной характеристики оптического источника. Процесс измерения аналогичен для ЛД1 и СД. Поэтому ниже тип источника не указывается. Выполнить следующие операции.
9.1.Повернуть ручки потенциометров «грубо», «точно» регулировки тока накачки на лицевой панели блока «Источник оптического излучения» в крайнее положение против часовой стрелки. При этом устанавливается нулевое его значение. После этого переключить предел изменения тока накачки с помощью кнопочного переключателя «пределы» на лицевой панели электронного блока «Источник оптического излучения», установив его равным (0 –5)мА.
9.2.Установить кнопочный переключатель выбора пределов измерения оптической мощности в положение х1 (максимальная чувствительность). Произвести калибровку усилителя фототока в соответствии с пунктом 8.1.
9.3.Изменяя ток накачки от 0 до 5мА снять зависимость оптической мощности Р в относительных единицах от Iн. Отметить значение Iн, соответствующее началу генерации. Ток накачки изменять с шагом, указанным преподавателем. Измерение указанных величин производятся с помощью стрелочных приборов, расположенных на лицевых панелях соответствующих электронных блоков. Данные измерений занести в таблицу 1.
9.4.Повернуть ручки потенциометров «грубо», «точно» регулировки Iн на лицевой панели электронного блока «Источник оптического излучения» в крайнее положение против часовой стрелки. После этого переключить предел изменения тока накачки с помощью кнопочного переключателя «пределы» на лицевой панели электронного блока «Источник оптического излучения», установив его равным (0 –25)мА.
9.5.Продолжить измерения ватт-амперной характеристики. При необходимости переключения пределов измерения оптической мощности (с помощью кнопочного пекреключателя пределы на лицевой панели электронного блока «Фотоприемник») необходимо производить калибровку усилителя фототока в соответствии с пунктом 8.1. Данные измерений занести в таблицу 1. Закончить измерения следует при достижении стрелки измерительного прибора «оптическая мощность отн.ед.» отметки 1 при минимальной чувствительности – кнопочный переключатель пределы – в положении х100.
Таблица 1.Ватт-амперная характеристика оптического источника.
| Iн (мА) | |
| Р (от.ед.) |
10.Произвести измерение ватт-амперной характеристики светоизлучающего диода. Для этого выполнить следующие операции.
10.1.Установить ручки потенциометров регулировки тока накачки "грубо", "точно" на лицевой панели электронного блока питания БП «Источник оптического излучения» в крайнее положение против часовой стрелки. После этого выключить его питание тумблером «сеть» (при этом выключается его подсветка).
10.2.Выключить питание электронного блока «Фотоприемник» тумблером «сеть» (при этом выключается его подсветка).
10.3.Отсоединить кабели ЛД1 и ФД1 от электронных блоков «Источник оптического излучения» и «Фотоприемник», соответственно.
10.4.С помощью соединительного кабеля подключить светоизлучающий диод СД (рис2.1) к блоку «Источник оптического излучения». Соединение осуществляется с помощью разъема РС 4 ТВ, блочная часть которого расположена на лицевой панели.
10.5.С помощью соединительного кабеля подключить ФД2 (рис2.1) к блоку «Фотоприемник». Соединение осуществляется с помощью разъема РС 4 ТВ, блочная часть которого расположена на лицевой панели.
10.6.Включить тумблеры «сеть» на лицевых панелях блоков «Источник оптического излучения» и «Фотоприемник». При этом загораются их подсветки.
10.7.Произвести измерения в соответствии с пунктом 9 данного описания.
11.По измеренным значениям построить зависимость оптической мощности Р от тока накачки Iн. По построенным зависимостям определить:
-значения токов накачки ЛД1 и СД, соответствующие началу генерации;
-значение порогового тока Iп1 соответствующее излому ватт-амперной характеристики лазерного диода.
-качественные отличия ватт-амперных характеристик ЛД1 и СД.
Измерение зависимости чувствительности ФД и темнового тока Iтот напряжения смешения Uфд (дополнительное задание, проводится по указанию преподавателя).
1.Значения оптической мощности, попадающей на чувствительную площадку фотодиода, и его тока прямо пропорциональны друг другу. Поскольку характеристика усилителя фототока линейна, чувствительность ФД будет пропорциональна напряжению на его выходе. Это напряжение фиксируется (в относительных единицах) стрелочным измерительным прибором в окне «Оптическая мощность, отн. ед» на лицевой панели «Фотоприемника». Изменение чувствительности при изменении напряжения смещения имеет тот же закон, что и изменение напряжения на выходе усилителя. Измерения проводятся для любого из двух источников оптического излучения –ЛД1 или СД и соответствующего ему фотодиода – ФД1 или ФД2. Для измерение зависимости чувствительности ФД от напряжения смешения Uфд выполнить следующие операции.
1.1.Установить значение тока накачки Iн=10мА с помощью потенциометров «грубо», «точно» на лицевой панели электронного блока «Источник оптического излучения». Если при этом требуется переключить пределы изменения тока накачки, перед нажатием кнопки выбора предела необходимо повернуть ручки потенциометров «грубо», «точно» в крайнее положение против часовой стрелки. Контроль тока производится с помощью стрелочного прибора на лицевой панели. После этого величину Iн не изменять, что соответствует постоянному уровню излучаемой мощности.
1.2.Изменяя напряжение смещения ФД от 1,5V до максимально возможного значения (10V) с шагом, указанным преподавателем, снять зависимость оптической мощности Р от напряжения смещения Uсм. Величины Uсм и Р определяются по показаниям стрелочных приборов на лицевой панели блока «Фотоприемник» в окнах «Напряжение смещения» и «Оптическая мощность в отн. ед.». Данные измерений занести в таблицу 2.
1.3.Для определения оптической мощности Р при напряжении смещения Uсм=0 (гальванический режим работы фотодиода) следует отжать кнопочный переключатель «вкл» в окне «Напряжение смещения» блока «Фотоприемник». При этом на фотодиод не подается напряжение смещения (Uсм=0). После проведения данного измерения кнопку «вкл» нажать. Данные измерений занести в таблицу 2.
Таблица 2.Зависимость чувствительности фотодиода от напряжения смещения.
| Uсм (В) | |
| Р(от.ед.) | |
| S/Smax |
1.3.Вычислить нормированную зависимость чувствительности от напряжения смещения на фотодиоде. Поскольку спектральная чувствительность S изменяется также, как измеряемая оптическая мощность, величину S/Smax можно определить следующим образом:
S/Smax = Р/Рmax.
Здесь Рmax – максимальное значение оптической мощности, которое было получено в результате измерений.
1.4.Построить зависимость S/Smax от Uсм и по ней определить оптимальное значение напряжения смещения, соответствующее максимальной величине напряжения на выходе усилителя (Uсм 0).
Измерение зависимости темнового тока Iт ФД от напряжения смешения Uсм (дополнительное задание, проводится по указанию преподавателя).
1.Поскольку характеристика усилителя фототока линейна, темновой ток Iт фотодиода будет пропорционален напряжению на его выходе. Это напряжение фиксируется (в относительных единицах) стрелочным измерительным прибором в окне «Оптическая мощность, отн. ед» на лицевой панели «Фотоприемника». Изменение темнового тока при изменении напряжения смещения имеет тот же закон, что и изменение напряжения на выходе усилителя. Измерения проводятся для любого из двух фотодиодов – ФД1 или ФД2. Для измерение зависимости темнового тока ФД от напряжения смешения Uфд выполнить следующие операции.
10.1.Повернуть ручки потенциометров «грубо», «точно» на лицевой панели электронного блока «Источник оптического излучения» в крайнее положение против часовой стрелки. После этого выключить его питание тумблером «сеть» (при этом выключается его подсветка).
10.2.Отжать кнопочный переключатель «вкл» в окне «Напряжение смещения» блока «Фотоприемник». При этом на фотодиод не подается напряжение смещения (Uсм=0).
10.3.Установить предел измерения оптической мощности с помощью кнопочного переключателя «пределы» в окне «Оптическая мощность, отн. ед» на лицевой панели электронного блока «Фотоприемник», при котором наблюдается заметное отклонение стрелки измерительного прибора «Оптическая мощность, отн. ед». При необходимости провести калибровку усилителя фототока. Занести значение ихмереной оптической мощности в таблицу 3, в графу Uсм=0. После проведения данного измерения кнопку «вкл» в окне «Напряжение смещения» блока «Фотоприемник» нажать.
10.4.Изменяя напряжение смещения ФД от 1,5V до максимально возможного значения с шагом, указанным преподавателем, снять зависимость оптической мощности в относительных единицах (в этом случае она пропорциональна темновому току Iт) от напряжения смещения Uсм. Данные измерений занести в таблицу 3.
Таблица 3. Зависимость темнового тока Iт ФД от напряжения смешения Uсм.
| Uсм (В) | |
| Р(от.ед.) | |
| Iт/ Iт мах |
10.5.Вычислить зависимость нормированного значения темнового тока от напряжения смещения на фотодиоде. Поскольку темновой ток изменяется также, как измеряемая оптическая мощность, величину Iт/Iтмах можно определить следующим образом:
Iт/ Iт мах = Р/Рmax.
Здесь Рmax – максимальное значение оптической мощности, которое было получено в результате измерений.
10.6.Построить зависимость Iт/ Iт мах от Uсм.
Лабораторная работа №2.
«Исследование Поляризационных характеристик лазерного и светоизлучающего диодов ».
Цель работы:
-экспериментальное измерение зависимости коэффициента поляризации лазерного диода от тока накачки Iн;
-экспериментальное измерение зависимости коэффициента поляризации светоизлучающего диода от тока накачки Iн.
Порядок выполнения работы.
В данной лабораторной работе используются следующие элементы (рис2.1):
-электронный блок питания БП «Источник оптического излучения»;
-электронный блок «Фотоприемник»;
-лазерный диод ЛД1;
-светоизлучающий диод СД;
-поляризаторы П.
Под поляризационной характеристикой понимается зависимость коэффициента поляризации излучения оптического источника от тока, протекающего через его pn переход (ток накачки Iн).
1. Установить ручки потенциометров регулировки тока накачки "грубо", "точно" на лицевой панели электронного блока питания БП (рис2.1) «Источник оптического излучения» в крайнее положение против часовой стрелки.
2. Кнопочный переключатель пределов изменения тока накачки – в положение 5мА.
3. С помощью соединительного кабеля подключить ЛД1 (рис2.1) к блоку «Источник оптического излучения». Соединение осуществляется с помощью разъема РС 4 ТВ, блочная часть которого расположена на лицевой панели.
4. Установить органы управления электронного блока «Фотоприемник» в исходное положение:
-ручки потенциометров «грубо», «точно» регулировки напряжения смещения– в крайнее положение против часовой стрелки;
-кнопочный переключатель «вкл» включения напряжения смещения – нажать;
-кнопочный переключатель «вкл» включения калибровки фотоприемника – нажать;
-кнопочный переключатель «пределы» выбора пределов измерения оптической мощности в относительных единицах – в положение х10.
5. С помощью соединительного кабеля подключить ФД1 (рис2.1) к блоку. Соединение осуществляется с помощью разъема РС 4 ТВ, блочная часть которого расположена на лицевой панели.
6. Включить тумблеры «сеть» на лицевых панелях блоков «Источник оптического излучения» и «Фотоприемник». При этом загораются их подсветки.
7. С помощью потенциометров регулировки напряжения смещения на фотодиоде "грубо", "точно", расположенных на лицевой панели блока «Фотоприемник» установить его величину Uсм= 1.5v.
8. Измерить зависимость коэффициента поляризации излучения оптического источника (ЛД1 или СД) от тока накачки. Для этого выполнить следующие операции.
8.1. Повернуть ручки потенциометров «грубо», «точно» регулировки тока накачки в крайнее положение против часовой стрелки. При этом устанавливается нулевое его значение.
8.2. Произвести калибровку усилителя фототока. Для этого нажать кнопочный переключатель «вкл» в окне «Оптическая мощность» на лицевой панели блока «Фотоприемник» После этого с помощью потенциометра «установка нуля» на лицевой панели установить нулевые показания стрелочного прибора, измеряющего оптическую мощность. После выполнения всех операций кнопку «вкл» отжать.
8.3. Изменять ток накачки Iн (ручки потенциометров "грубо", "точно" на лицевой панели электронного блока «Источник оптического излучения») от 0 до значения, при котором стрелка измерительного прибора «оптическая мощность отн.ед.» на лицевой панели блока «Фотоприемник» достигнет отметки 1 при минимальной чувствительности – кнопочный переключатель пределы – в положении х100. При каждом фиксированном значении Iн вращать поляризатор, расположенный между оптическим источником и фотодиодом вокруг своей оси. При вращении поляризатора вокруг своей оси на угол, превышающий 180 градусов, в случае, если излучение источника поляризовано, показания прибора «оптическая мощность в отн. ед.» в окне «Оптическая мощность» на лицевой панели блока «Фотоприемник», будут изменяться. Отметить минимальные (Р min) и максимальные (Pmax) показания измерительного прибора, соответствующее им значение тока накачки Iн и занести их значения в таблицу 1. Измерения поводить, меняя ток накачки с шагом, указанным преподавателем.
8.4. При необходимости переключения пределов изменения тока накачки, необходимо предварительно повернуть ручки потенциометров «грубо», «точно» регулировки Iн на лицевой панели электронного блока «Источник оптического излучения»в крайнее положение против часовой стрелки. При этом устанавливается нулевое его значение. После этого переключить предел изменения тока и установить необходимое его значение.
8.5. При необходимости переключения пределов измерения оптической мощности необходимо производить калибровку усилителя фототока в соответствии с пунктом 8.2.
Таблица 2. Зависимость коэффициента поляризации излучения оптического источника (ЛД1 или СД) от тока накачки.
| Iн (мА) | |
| Рmin (от.ед.) | |
| Рmax (от.ед.) | |
| q |
8.6. По полученным экспериментальным значениям вычислить величину модуля коэффициента поляризации для всех значений тока накачки и построить зависимость его от Iн. Вычисления коэффициента поляризации производить по формуле:
к = (Рмак - Рмin) / (Рмак + Рмin).
8.7. На построенном графике зависимости q (Iн) отметить значение тока Iп2 соответствующее появлению поляризационных свойств у генерируемого источником излучения (резкое увеличение коэффициента поляризации).
9.Произвести экспериментальное исследование поляризационных характеристик светоизлучающего диода (СД на рис 2.1). Для этого выполнить следующие операции.
9.1. Установить ручки потенциометров регулировки тока накачки "грубо", "точно" на лицевой панели электронного блока питания БП «Источник оптического излучения» в крайнее положение против часовой стрелки. После этого выключить его питание тумблером «сеть» (при этом выключается его подсветка).
9.2. Выключить питание электронного блока «Фотоприемник» тумблером «сеть» (при этом выключается его подсветка).
9.3. Отсоединить кабели ЛД1 и ФД1 от электронных блоков «Источник оптического излучения» и «Фотоприемник», соответственно.
9.4. С помощью соединительного кабеля подключить светоизлучающий диод СД (рис2.1) к блоку «Источник оптического излучения». Соединение осуществляется с помощью разъема РС 4 ТВ, блочная часть которого расположена на лицевой панели.
9.5. С помощью соединительного кабеля подключить ФД2 (рис2.1) к блоку «Фотоприемник». Соединение осуществляется с помощью разъема РС 4 ТВ, блочная часть которого расположена на лицевой панели.
9.6. Включить тумблеры «сеть» на лицевых панелях блоков «Источник оптического излучения» и «Фотоприемник». При этом загораются их подсветки.
9.7. Произвести измерения и обработку результатов в соответствии с пунктом 8 данного описания.
Лабораторная работа №3.
«Качественный анализ модовой структуры волоконных световодов. Исследование степени когерентности лазерного диода ».
Цель работы:
-изучить зависимость степени когерентности излучения ЛД от тока накачки по анализу распределения интенсивности в поперечном сечении волоконных световодов, возбуждаемых ЛД;
-определить причину появления модовых шумов в волоконно-оптической линии связи;
-исследовать модовый состав волоконных световодов по распределению интенсивности в их поперечном сечении.
Порядок выполнения работы.
Внимание! Перед каждым использованием в измерениях волоконных шнуров необходимо снять защитные колпачки с их торцов. После окончания работы с волоконным шнуром обязательно установить на его торцы снятые защитные колпачки.
В данной лабораторной работе используются следующие элементы (рис2.1):
-электронный блок питания БП «Источник оптического излучения»;
-лазерный диод ЛД2;
-юстировочные устройства ЮУ1 и ЮУ2;
-многомодовый и одномодовый волоконный световод ВС;
-телекамера с микрообъективом;
-черно-белый монитор;
-телевизионный осциллограф.