В состав лабораторной установки входят следующие элементы (рис.2.1).
Три полупроводниковых источника света: два лазерных диода ЛД1, ЛД2 и светоизлучающий диод СД. Все источники обеспечивают излучение в диапазоне длин волн λ = 0,67 мкм.
Два фотодиода ФД1 и ФД2 для регистрации оптического излучения в диапазоне длин волн λ = 0,67 мкм.
Источники и фотодиоды размещены в специальных оправках, которые крепятся к элементам оптической схемы установки.
Излучение ЛД1 и СД фиксируются, соответственно, ФД1 и ФД2. Между оптическим источником и соответствующим ему фотодиодом располагаются поляризаторы П, которые могут вращаться вокруг своей оси. Таким образом обеспечивается возможность определения коэффициента поляризации излучения источника.
Оправка с лазерным диодом ЛД2 крепится в юстировочном устройстве ЮУ1.
Для возбуждения источников ЛД1, ЛД2, СД используется блок питания БП «Источник оптического излучения». В экспериментах, предусмотренных в описаниях к лабораторным работам, одновременно используется только один из источников. Подключение требуемого источника к БП производится с помощью электрических кабелей с разъемами РС4ТВ.
На рис. 2.2 показана лицевая панель блока питания БП «Источник оптического излучения».
Он обеспечивает выполнение следующих функций:
-переключение пределов изменения тока накачки для полупроводниковых источников излучения с помощью кнопочного трехпозиционного переключателя «пределы» на лицевой панели;
-регулировку тока накачки с помощью потенциометров «грубо», «точно», ручки которых выведены на лицевую панель;
-измерение тока накачки с помощью стрелочного прибора на лицевой панели.
Подключение кабеля от источника производится к блочной части разъема РС4ТВ на лицевой панели «Источник оптического излучения».
Блок «Источник оптического излучения» питается от сети напряжением 220v, 50Hz. Включение осуществляется тумблером «СЕТЬ» на лицевой панели.
Фотодиоды ФД1 и ФД2 подключаются к фотоприемнику ФП. В экспериментах, предусмотренных в описаниях к лабораторным работам, используется только один из фотодиодов. Подключение требуемого
фотодиода к ФП производится с помощью электрических кабелей с разъемами РС4ТВ.
На рис. 2.3 показана лицевая панель блока «Фотоприемник». На ней расположены следующие органы управления:
-тумблер «СЕТЬ» для включения питания блока;
-блочный разъем РС4ТВ «Оптический вход» для подключения одного из фотодиодов ко входу услителя фототока фотоприемника;
-кнопочный переключатель «Вкл» в окне «Напряжение смещения». С его помощью производится подключение и отключение (перевод его в гальванический режим) напряжения смещения Uсм к фотодиоду. Напряжение смещения подается на фотодиод в нажатом состоянии переключателя;
-ручки потенциометров «грубо», «точно» в окне «Напряжение смещения». С их помощью осуществляется регулировка напряжения смещения на фотодиоде;
-стрелочный прибор для измерения напряжения смещения на фотодиоде;
-кнопочный переключатель «Вкл» в окне «Оптическая мощность». С его помощью производится перевод фотоприемника в режим калибровки (нажатое состояние). При этом вход усилителя фотоприемника соединяется с землей, что соответствует нулевому току через его входную нагрузку;
-ручка потенциометра «Установка нуля» в окне «Напряжение смещения». С его помощью осуществляется калибровка фотоприемника – установка на нулевую отметку стрелки измерительного прибора расположенного в окне «Оптическая мощность»;
-стрелочный прибор, измеряющий уровень оптической мощности в относительных единицах;
-кнопочный трехпозиционный переключатель «пределы» - х1, х10, х100 служащий для изменения пределов измерения оптической мощности в относительных единицах;
-блочный разъем СР 50 «выход усилителя» для подключения выхода усилителя фотоприемника ко входу осциллографа при исследовании модулированного оптического сигнала. В данной работе этого не требуется и к разъему ничего не подключается.
В состав установки входят два отрезка волоконных световодов (ВС). Их роль выполняют соединительные волоконные шнуры – одномодовый (желтый цвет защитной оболочки) и многомодовый (оранжевый цвет защитной оболочки). Оба шнура снабжены коннекторами типа FC (многомодовый) и SРC (одномодовый).
С элементами оптической схемы лабораторной установки ВС соединяются с помощью
специальных оправок, которые крепятся в узлах двух юстировочных устройств (ЮУ1, ЮУ2). Они обеспечивают:
-взаимную юстировку торца исследуемого световода и источника ЛД2 (ЮУ1). Данная регулировка позволяет изменять уровень оптической мощности, вводимой в исследуемый световод, для обеспечения удобства проведения измерений;
-взаимную юстировку торца исследуемого световода и телекамеры (ЮУ2).
Упрощенный эскиз (соответствующий виду сверху) ЮУ1 и ЮУ2 приведен на рис.2.4. Эти устройства отличаются только видом оправок, в
которых закреплены необходимые элементы. Органы их управления одинаковы.
Основой юстировочных устройств служат основания 1 (рис.2.4) На них расположены два узла. Один из них осуществляет линейное перемещение оправки с закрепленным элементом по трем взаимноперпендикулярным направлениям: линеное поперечное (ЛПП), линейное продольное (ЛПР), линейное вертикальное (ЛВ).
Второй узел осуществляет угловое перемещение (поворот) оправки с закрепленным элементом в двух взаимноперпендикулярных плоскостях: вертикальной (УВ), и гоизонтальной (УГ).
Шаг резьбы микрометрических винтов, с помощью которых осуществляется перемещение в одном из 5 указанных выше направлений, одинаков и составляет 0,5 мм.
В состав узла, осуществляющего линейное перемещение, входят три подвижных платы (2, 3, 4), которые перемещаются в трех взаимноперпендикулярных направлениях, соответственно, микрометрическими винтами ЛПР1,2 (линейное продольное направление), ЛПП1,2 (линейное поперечное направление), ЛВ1,2 (линейное вертикальное направление).
В состав узла, осуществляющего угловое перемещение, входят три вложенных друг в друга кольца 5, 6, 7. Внешнее кольцо 5 жестко связано с основанием 1. Кольца 6 и 7 закреплены так, что обеспечивается их вращение вокруг горизонтальной (6) или вертикальной (7) оси. Вращение осуществляется с помощью микрометрических винтов УГ (угловое горизонтальное перемещение) и УВ (угловое вертикальное перемещение).
Во внутреннем кольце 7 узла, осуществляющему угловое перемещение в юстировочном устройстве ЮУ1 (рис2.1, 2.3), закреплена оправка 8 с лазерным диодом. На эскизе показан соединительный кабель, с помощью которого ЛД соединяется с блока питания БП «Источник оптического излучения».
На плате 3 узла, осуществляющего линейное перемещение в юстировочном узле ЮУ1 (рис2.1, 2.3), укреплен цилиндр 9 с внутренним отверстием. К нему крепится съемная оправка 10, в которой фиксируется коннектор FC исследуемого волоконного световода. Крепление оправки осуществляется с помощью фиксирующего винта ФВ1 (рис2.3).
В платах 3, 4 и цилиндре 9 имеются отверстия, через которые проходит исследуемый световод (рис.2.3).
Юстировочное устройство ЮУ1 служит для регулировки уровня оптической мощности, вводимой из лазерного диода ЛД2 в исследуемый световод.
Во внутреннем кольце 7 узла, осуществляющему угловое перемещение в юстировочном устройстве ЮУ2 (рис2.1, 2.3), закреплен цилиндр 11 с центральным отверстием. В нем с помощью фиксирующего винта ФВ2 (рис.2.3) крепится съемная оправка 12, в которой фиксируется коннектор FC исследуемого волоконного световода.
Исследуемый световод проходит через отверстия в крышке узла, осуществляющему угловое перемещение (на эскизе не показана) и цилиндре 11.
На плате 3 узла, осуществляющего линейное перемещение в юстировочном узле ЮУ2 (рис2.1, 2.3), укреплен цилиндр 14 с внутренним отверстием. В нем крепится телекамера 13. На внешней поверхности цилиндра 14 имеется резьба (М 40 х 0,75). По ней наворачивается оправка 16 с объективом 15. Перемещение оправки 16 по резьбе вдоль цилиндра 14 позволяет производить настройку изображения, формируемого телекамерой на экране монитора М (рис.2.1).
На эскизе (рис2.4) показан кабель, соединяющий телекамеру с монитором.
Юстировочное устройство ЮУ2 служит для коррекции положения торца исследуемого световода относительно микрообъектива телекамеры.
Анализ излучения из торца исследуемого световода производится с помощью телекамеры с микрообъективом (ТК). В поле зрения телекамеры находится один из торцов исследуемого световода. Видеосигнал, формируемый телекамерой, служит для получения на экране черно-белего монитора (М) увеличенного изображения светящегося торца световода. Телекамера имеет следующие характеристики:
-максимальное разрешение – 700 лин/мм;
-фокусное расстояние объектива F=4,2 мм.
Видеосигнал с выхода монитора поступает на вход блока выделения строки телевизионного изображения (БВС). С помощью этого устройства из полного телевизионного сигнала выделяется часть, соответствующая только одной из его строк.Поскольку в поле зрения телекамеры находится торец исследуемого световода, форма сигнала, формируемого БВС, представляет собой распределение интенсивности в его поперечном сечении.
С выхода БВС сигнал, соответствующий распределению интенсивности в поперечном сечении исследуемого световода, поступает на осциллограф (ОСЦ). По осциллограмме на его экране проводится исследование изображения светящегося торца световода. 
На рис. 2.5. показана лицевая панель блока выделения строки. На ней имеются три кнопки, обозначенные символами «↑», «↓», «+». С помощью кнопок «↑», «↓» осуществляется передвижение выделяемой строки вверх или вниз по изображению на экране монитора. Кнопка «+» устанавливает выделяемую строку в середину изображения. Положение выделяемой строки контролируется по экрану монитора – на изображении она отмечена светлой линией.
На лицевой панели расположены два светодиода, контролирующих включение питания блока и наличие на его входе видеосигнала. Включение питания осуществляется тумблером «Вкл » на лицевой панели.
С видеовыходом монитора и входом осциллографа БВС соединяется с помощью кабелей с соответствующими разъемами. Блочные части разъемов расположены на задней панели блока.
Между двумя юстировочными устройствами, в которых крепятся входные и выходные торцы световодов, размещается скремблер. Это устройство, обеспечивающее деформацию световодов за счет их изгиба. При этом нарушаются условия распространения вытекающих и излучательных мод световода и они испытывают на участке деформации значительное затухание.
Если разность путей становится соизмеримой с длиной когерентности, то контраст интерференционной картины начинает уменьшаться и полностью исчезает при D l > l k (рис 7.б).
В первом случае на экран приходят по двум разным путям части одного и того же волнового отрезка. Поэтому все фазовые соотношения между волнами сохраняются и явление интерференции наблюдается. Эти волны складываются с учетом фазовых соотношений между их частями.
Во втором случае на экран попадают части, принадлежащие различным волновым отрезкам. В этом случае фазовые соотношения между ними не могут быть установлены и интерференции нет. Происходит сложение интенсивности пришедших на экран волновых отрезков без учета их частоты и фазы.
У СИД преобладает спонтанное излучение, поскольку длина когерентности такого источника составляет всего единицы микрон. Увеличить ее можно создав высокий уровень концентрации носителей в обедненном слое, что требует повышения тока накачки. При этом, как показывают более строгий анализ, индуцированные переходы будут преобладать над спонтанными. Достигаются эти условия в лазерном диоде (ЛД).
Простое повышение тока накачки еще не обеспечит генерацию оптической волны. В этом случае для появления индуцированного излучения в область обедненного слоя необходимо ввести внешний сигнал - поток фотонов с заданной энергией, который инициирует начало процесса формирования отрезка монохроматической волны. Такое устройство будет выполнять функции оптического усилителя.
Для создания оптического генератора необходимо, как и для обычного генератора радиодиапазона, ввести положительную обратную связь и выполнить условия баланса амплитуд и фаз. Упрощенная физическая модель такого устройства приведена на рис.8 Она включает в себя активную область АО, в которой за счет энергии внешнего источника создаются условия для появления индуцированного излучения. В рассматриваемом случае роль активной области выполняет обедненный слой, в котором за счет энергии источника тока накачки обеспечивается необходимое число электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне.
Активная область заключена между двумя полупрозрачными зеркалами З (рис8), которые отражают часть потока фотонов и возвращают ее в активную область. Этим обеспечивается положительная обратная связь по оптической мощности. Зеркала З представляют собой оптический открытый резонатор Фабри - Перо.
Источник тока накачки создает необходимую концентрацию носителей в обедненном слое - все нижние уровни зоны проводимости заселены электронами, а все верхние уровни валентной зоны свободны. Вероятность излучательной рекомбинации велика, что обеспечивает выполнение баланса амплитуд.
Из всего потока рождающихся фотонов с разными энергиями (с разными длинами волн) резонатор Фабри - Перо выбирает только те, которые удовлетворяют условию резонанса - вдоль длины резонатора должно укладываться целое количество резонансных полуволн:
L = p (lр / 2); p = 1, 2, 3,...
Здесь L -длина пути, по которому распространяется излучение в резонаторе; p - целое число. Такие фотоны эффективно отражаются зеркалами резонатора и обеспечивают положительную обратную связь. Этим обеспечивается выполнение баланса фаз в анализируемом оптическом генераторе. Поэтому излучение возникает на длинах волн, для которых выполнено условие резонанса. В данном случае оно представляет собой несколько "почти" монохроматических волн, каждой из которых сопоставляется продольная мода резонатора с соответствующим индексом p.
Реально полоса пропускания резонатора конечна и спектр излучения ЛД составлен из относительно узких линий. На рис.9 показана зависимость спектральной мощности S(l) от длины волны для ЛД. Ширина каждой отдельной линии Dl = (0.1 - 0.3) мкм, что существенно меньше чем у СИД. Расстояние между ними составляет (2 -5) мкм.
С физической точки зрения можно сказать, что резонатор проводит селекцию спонтанно излученных фотонов по длине волны и обеспечивает условия появления индуцированного излучения только в случае, если они попадают в полосу пропускания резонатора. Иными словами, он обеспечивает более высокую скорость рекомбинации носителей, находящихся только на таких энергетических уровнях, которые обеспечивают рождение фотона с требуемой энергией. Поэтому после установления режима работы ЛД именно они заселяются носителями, инжектирующимися в обедненный слой источником тока накачки.
Таким образом, ЛД обеспечивает генерацию нескольких отдельных "почти" монохроматических волн, которые можно считать:
-когерентными в течение временного интервала tк или при геометрической разности хода отдельных волн не превышающей lк;
-частично поляризованным - ориентация векторов электромагнитного поля определена топологической схемой ЛД, в отличие от СИД, где излучение не обладает поляризацией то есть вектора электромагнитного поля ориентированы случайным образом.
В первых образцах ЛД для создания условий генерации требовалось обеспечивать величину плотности тока накачки порядка 20 А / мм 2. При этом ПП кристаллы быстро разрушались и срок службы таких источников не превышал нескольких часов.
В настоящее время разработаны технологические приемы, позволяющие снизить величину плотности тока накачки на несколько порядков, что обеспечивает высокую надежность ПП источников. Срок службы современных ЛД составляет (10 5 -10 6 ) часов. Для этих целей используются гетеропереходы. Они образуются в результате контакта двух ПП материалов с различными параметрами. Прежде всего они отличаются друг от друга шириной запрещенной зоны Е g (рис.1). Принято обозначать тип проводимости и концентрацию основных носителей заглавными буквами (N, P) у ПП материалов с большей шириной запрещенной зоны и прописными буквами (n, p) - у ПП с меньшей величиной Е g.
Наиболее распространены на сегодняшний день ЛД с двойной гетероструктурой (ДГС), которая образована переходами типа N-p-P, P-p-N. При их изготовлении требуется тщательная отработка технологического цикла, поскольку в области переходов происходит контакт двух различных материалов, отличающихся строением кристаллической решетки. От качества выращивания такой структуры в целом зависят все эксплуатационные характеристики излучателя.
За счет применения ДГС появляется возможность:
-увеличения эффективности инжекции;
-увеличение внутренней квантовой эффективности;
-уменьшение потерь излучения на поглощение в материале ЛД.
На рис. 10 приведена упрощенная топологическая схема ЛД на основе ДГС типа N-p-P. Она представляет собой поперечный разрез анализируемого элемента. Как правило, в современных ЛД используется осевое излучение, когда формируемый поток фотонов распространяется вдоль обедненного слоя. В этом случае торцы кристалла обычно выполняют роль зеркал образующих резонатор Фабри - Перо. Активная область (ПП p-типа на рис.10) окружена со всех сторон ПП материалами с большей шириной запрещенной зоны. Поэтому фотоны, рожденные в ней, не могут поглощаться за ее пределами - их энергия недостаточна для того, чтобы перевести электроны из валентной зоны в зону проводимости.
С волновой точки зрения это означает, что активная область представляет собой материал с более высоким значением диэлектрической проницаемости. На ее границах формируемая волна может испытывать полное внутреннее отражение. Тогда активная область может быть представлена в виде отрезка диэлектрического волновода. Торцы области, выполняющие роль полупрозрачных зеркал, "превращают" активную область с волновой точки зрения в диэлектрический резонатор, показанный на рис. 11.
В нем может существовать бесконечное число типов колебаний, которые отличаются друг от друга структурой поля в поперечном сечении и резонансными длинами волн lр. Различие в структурах полей проявляется в различных картинах распределения интенсивности излучения по поперечному сечении резонатора.
Оптическая волна, которую формирует поток излученных фотонов, может распространяться в резонаторе не только вдоль его оси z (рис. 11), но и под некоторым углом к ней. При этом она проходит между двумя последовательными переотражениями от полупрозрачных зеркал путь Lq ³ L, больший длины резонатора. Детальный анализ процессов, происходящих в резонаторе, показывают, что допустимыми являются только значения Lq, длина которых удовлетворяет условию резонанса. Они могут быть занумерованы целочисленным индексом q. Само условие резонанса, рассмотренное ранее, следует переписать в виде:
Lq = p (lр,q / 2); p = 1, 2, 3,...; q = 1, 2, 3,...
Каждому пути соответствует своя резонансная длина волны lр,q , которая в этом случае имеют двойную индексацию (p,q). Первый, как и ранее, определяет продольную моду резонатора, а второй - поперечную.
На рис. 12.а показано поперечное сечение активной области ЛД в декартовой системе координат x,y. Приведены его размеры Wx и Wy ипоказаны два варианта распределения интенсивности излучения, соответствующие поперечным модам с q = 0 (основная поперечная мода, соответствующая осевому распространению излучения в активной области) и q = 1. Приведенное распределение соответствует зависимости интенсивности от одной поперечной координаты x. Другая координата фиксирована.
На рис. 13 приведен спектральный состав излучения ЛД с учетом наличия нескольких поперечных мод. Их резонансные длины волн при одинаковом значении индекса продольной моды различаются незначительно.
В ЛД, предназначенных для использования в ВОЛС, обычно стремятся обеспечить условия, при которых возбуждается только одна поперечная мода. Этого можно достичь, если уменьшать поперечные размеры активной области.
Кроме того, условия возбуждения продольных мод связаны с величиной тока накачки. На рис. 14 приведена типичная ватт-амперная характеристика ЛД. На ней можно выделить два участка, разделенных пороговым значением тока Iп. Первый соответствует условию Iн < Iп. При этом излучение ЛД некогерентно и неполяризовано. Практически ЛД работает в этом режиме также как и СИД. При превышении порогового значения тока возрастает крутизна ватт-амперной характеристики и излучение становится когерентным и поляризованным. Сначала обеспечивается условия возбуждения только одной основной поперечной моды, которая соответствует осевому распространению вдоль активной области. Дальнейшее возрастание тока накачки приводит к возможному возбуждению высших поперечных мод.
К основным характеристикам излучателя относится величина, определяющая угловую расходимость сформированного излучения. Поскольку поперечные размеры активной области ограничены размерами, соизмеримыми с длиной волны сформированного излучения, в окружающем пространстве формируется не плоский пучек лучей, а расходящейся. Расходимость его различна в двух взаимноперпендикулярных плоскостях (рис. 15). Она увеличивается при уменьшении соответствующего поперечного размера.
На практике Wx = (1 - 5) мкм, а Wy = (0.1 - 1) мкм, что обеспечивает угловую расходимость в соответствующих плоскостях Yx = (20 - 30) град., Yy = (30 - 60) град. При использовании такого источника в составе ВОЛС необходимо стремиться, чтобы угловая расходимость его соответствовала бы числовой апертуре волокна. Ясно, что без дополнительных мер этого не обеспечить. Поэтому для согласования источника с волоконным световодом используют фокусирующую линзу, располагаемую между выходным торцом активной области и волокном (рис. 16).
Волоконный световод является главным элементом любой оптической системы связи. Вдоль него распространяются оптические волны и благодаря малому затуханию обеспечивается передача информации на расстояния до 100км без ретрансляции.
Основные характеристики волоконных световодов рассматриваются в приложении к описанию лабораторной установки «Модель оптического линейного тракта».
С электродинамической точки зрения волоконный световод представляет собой разновидность диэлектрического волновода круглого сечения. Его эскиз приведен на рис.17, где указаны основные его параметры:
- диаметр сердцевины W;
- диаметр оболочки D;
- коэффициент преломления сердцевины n1;
- коэффициент преломления оболочки n2.
Распространение волн в таком световоде возможно за счет явления полного внутреннего отражения, возникающего на границе раздела сердцевина - оболочка. Для этого необходимо обеспечить условие n1 > n2. На практике величина скачка коэффициента преломления 
n= n1 - n2 » 10-2¸103.
Качественный анализ процесса распространения волн по световоду можно проводить, используя законы геометрической оптики. Плоская волна падает на границу раздела сердцевина- оболочка под углом q. Если он превышает критическое значение qК (угол полного внутреннего отражения), то волна распространяется вдоль световода без потерь по сложному зигзагообразному пути (рис.17).
Для того, чтобы волны испытывали полное внутреннее отражение необходимо, чтобы на торец световода (рис.18) они падали под углами не превышающими некоторое значение j. Последнее определяется параметрами световода n2 и n1. Величина NA=sinj носит название числовой апертуры и является одним из основных параметров волокна.
Волны, падающие на границу раздела сердцевина - оболочка под углом q >qК называются направляемыми. Более строгий анализ показывает, что процесс их распространения возможен при выполнении дополнительного условия фазового самосогласования. Оно "выбирает" из всех возможных зигзагообразных путей только некоторые. В результате направляемые волны образуют дискретный спектр, каждой составляющей которого соответствует своя, свойственная только ей, структура поля (закон изменения составляющих электромагнитного поля в поперечном сечении световода). В литературе такая составляющая спектра носит название "собственных волн световода", "типов волн" или "мод".
Особенностью процесса распространения волн по световоду является то, что зигзагообразный путь, проходимый волнами, различен. Более того, форма пути зависит от длины волны источника, возбуждающего световод. Следовательно, отрезок световода конечной длины каждая мода будет проходить за различное время. С точки зрения передачи информации по волоконной линии, этот процесс порождает ее искажения за счет волноводной дисперсии - каждая составляющая этого спектра проходит отрезок волновода за различное время и на его выходе между ними возникают неустранимые фазовые сдвиги.
Количество мод, распространяющихся по световоду, связано, прежде всего, с размерами его поперечного сечения. Условно световоды можно разделить на:
- многомодовые (W » 50мкм);
- одномодовые (W » 10мкм).
Наличие большого числа мод в световоде без принятия специальных мер приводит к появлению специального источника шумов в волоконной линии (модовый шум).
На практике используются два типа источников для возбуждения световодов:
- когерентный (лазер, лазерный диод);
- некогерентный (светоизлучающий диод).
При работе волокна совместно с лазером на выходном торце волокна все моды имеют за счет когерентности источника стабильное значение фазового набега. В результате они интерференционно складываются, образуя известную "спекл- картину". Если световод многомодовый, то она достаточно сложна и представляет собой практически случайное чередование темных и светлых областей. Качественно она показана на рис. 19.
За счет любого, сколь угодно малого, изменения характеристик распространения волн по волокну (колебания температуры, механическая деформация и др.) "спекл-картина"на торце световода меняется. Поскольку именно она наблюдается на чувствительной площадке фотоприемника, регистрирующего оптический сигнал, этот процесс и вносит дополнительный источник шума.
Подобный процесс не будет наблюдаться, если используется некогерентный источник возбуждения. При этом моды на выходном торце волокна уже не когерентны и не могут интерферировать. Они складываются по мощности, образуя равномерную засветку чувствительной площадки фотоприемника. Распределение интенсивности этой засветки не подвержено никаким случайным изменениям.
Второй вариант, устраняющий "модовый шум" в волоконной линии - использование одномодового световода. При этом картинка засветки также стабильна, поскольку она образуется только одной модой, распространяющейся по световоду. Интерференции и в этом случае нет.
Узел измерения потерь на изгибе световода (УИП). Эскиз узла приевден на рис. 6. Световод 1, в качестве которого используется либо одномодовый световод без защитной оболочки (желтый цвет буферного покрытия) с коннекторами типа FC –UPS, либо многомодовый световод без защитной оболочки с коннекторми типа FC-РС, закрепляется в двух фиксаторах 2 с помощью винтов 3. Отрезок световода между фиксаторами пропускается между подвижными 4 и неподвижными 5 стойками скремблера.
Фиксаторы 2 перемещаются вдоль направляющих 6 при изменении положения подвижных стоек 5. Возвратное движение фиксаторов осуществляется за счет пружин. Фиксаторы, направляющие и пружины закреплены на подвижных основаниях 7.
Шесть неподвижных стоек 4 закреплены на неподвижном основании 8. В нем выполнены продольные пазы, в которых перемещаются пять подвижных стоек 5. Перемещение подвижных стоек осуществляется с помощью микрометрического винта 9.
В исходном состоянии подвижные стойки должны быть перемещены в такое положение, при котором участок световода не деформируется. При этом должно быть обеспечено незначительное натяжение световода за счет пружин, связанных с фиксаторами 3.
Перемещение подвижных стоек вверх приводит к изгибу световода. Радиус изгиба совпадает с радиусом стойки, а длина изогнутого участка изменяется при движении стоек. Перемещение подвижной стойки L отмечается по шкале микрометрического винта 9. Для известного диаметра стойки D и расстояния между стойками d=20 мм длина изогнутого участка определяется выражением:
l = D*(arcsin((D/(L2 +d2)1/2) + arctg(L/d)).
При возвратном движении подвижных стоек световод за счет натяжения пружин, связанных с фиксаторами, также возвращается в исходное положение.
В комплект УИП входит набор сменных стоек с различными диаметрами - 5, 7, 9, 11, 13, 15 мм-, что позволяет проводить измерение потерь на этих диаметрах.
При изменении диаметра стойки изменяется положение световода относительно крайних неподвижных стоек. Правильным является положение световода, при котором он расположен параллельно направляющим 6. Для обеспечения этого основания 7 вместе со световодом и элементами его крепления перемещаются в поперечном направлении. Перемещение осуществляется с помощью винтов 10.
Вся конструкция крепится к плате 11. На ней также располагается оправка 12 с фотодиодом. Ее внутренний диаметр выбран таким образом, чтобы оправка коннектора исследуемого световода 1 стыковалась с ней. При этом световой поток из выходного торца исследуемого световода полностью попадает на чувствительную площадку фотодиода. Оправка для коннектора – съемная. Она используется для стыковки выходного торца световода как с фотодиодом, так и с телекамерой. В последнем случае она вставляется в юстировочное устройство ЮУ2;
Содержание
Общая характеристика установки………………………………………………………………………….2
Лабораторная работа № 1. «Сравнительное исследование ватт-амперных характеристик лазерного и светоизлучающего диодов»…………………………………………………………………………………7
Лабораторная работа №2. «Исследование Поляризационных характеристик лазерного исветоизлучающего диодов»……………………………………………………………………………...…11
Лабораторная работа №3. «Качественный анализ модовой структуры волоконных световодов. Исследование степени когерентности лазерного диода»…………………………………………….….13
Приложение.
1.Описание функциональной схемы лабораторной установки…………………………….……………18