Исследование основных характеристик источников излучения
1. Цель работы:
1.1 Изучить конструкцию источников излучения, используемых в ВОСП.
1.2 Получить навыки практического использования измерителя оптической мощности;
1.3 Измерить ватт - амперную характеристики лазерного диода с помощью измерителя оптической мощности;
1.4 Исследовать процесс модуляции интенсивности лазерного диода и влияния на форму оптического сигнала положения рабочей точки на ватт - амперной характеристике;
1.5 Исследовать зависимость коэффициента модуляции, интенсивности лазерного диода от положения рабочей точки на ватт - амперной характеристике.
2. Литература:
2.1 Ефанов В.И. Электрические и волоконно-оптические линии связи. – Томск: Томск. гос. ун-т систем упр. и радиоэлектроники, 2012 г.
2.2 Скляров О. К. Волоконно-оптические сети и системы связи: учебное пособие [для вузов] / О. К. Скляров. - Изд. 2-е, стереотип.- СПб.: Лань, 2010 г.
2.3 Фокин, В. Г. Оптические системы передачи и транспортные сети: учеб. пособие для вузов / - М.: ЭКО-ТРЕHДЗ, 2008 г.
2.4 Татаркина О. А. Волоконно-оптические системы передачи: конспект лекций предназначен для студентов заочной формы обучения, на базе С(П)ОО специальности 210404.65 "Многоканальные телекоммуникационные системы" направления 210400.65 "Телекоммуникации". / О. А. Татаркина. - Екатеринбург: Изд-во УрТИСИ ГОУ ВПО "СибГУТИ", 2008 г.
3. Основное оборудование:
3.1 Учебная лабораторная установка «Исследование характеристик оптических источников и фотодиодов» и «Модель оптического линейного тракта».
|
|
|
3.2 Программное обеспечение лабораторной работы «Исследование характеристик источников излучения».
3.3 Персональный компьютер.
4. Подготовка к работе:
4.1. Изучить теоретический материал, относящийся к данной работе по литературе, конспекту лекций, методическим указаниям к настоящей лабораторной работе.
4.2. Для самопроверки готовности к выполнению работы сформулировать ответы на контрольные вопросы допуска к работе.
4.3. Пользуясь таблицей 2, определите полупроводниковый материал, из которого можно изготовить источник излучения с заданной длиной волны l.
Исходные данные см. в таблице 1. Вариант определяется последней цифрой порядкового номера в журнале.
Таблица 1 - Исходные данные по вариантам
| Вариант | ||||||||||
| l, мкм | 1,3 | 1,55 | 0,85 | 1,55 | 0,85 | 1,3 | 1,3 | 1,55 | 0,85 | 1,55 |
Таблица 2 - Материалы для изготовления источников излучения
| Материал | Ge | Si | AlP | AlAs | AlSb | GaP | GaAs | GaSb | InP | InAs | InSb |
| Eg, эВ | 0,66 | 1,11 | 2,45 | 2,16 | 1,58 | 2,20 | 1,42 | 0,73 | 1,35 | 0,36 | 0,17 |
4.4. По данным таблицы 3 построить зависимость выходной мощности источника оптического излучения от величины электрического тока, протекающего через него. Рекомендуется при построении графика Р (I) чертеж выполнить в масштабе 1 мм: 0,2 мА и 1мм: 1,5 мкВт.
|
|
|
Для заданных (по варианту) тока смещения и амплитуды модулирующих однополярных импульсов (таблицы 3, 4 и 5) определить графически изменение выходной модуляционной мощности Рмакс и Рмин и определить глубину модуляции по току η = (IМАКС - IМИН)/IМАКС. По построенной характеристике указать вид источника.
Вариант исходных данных в таблицах определяется последней цифрой порядкового номера в журнале.
Таблица 3 – Исходные данные
| I, мА | ||||||||||
| Р1, мкВт |
Таблица 4 – Исходные данные
| Ток смещения | Вариант | |||||||||
| I, мА |
Таблица 5 – Исходные данные
| Амплитуда тока модуляции | Вариант | |||||||||
| I, мА |
4.5. Подготовить бланк отчета.
5. Вопросы самопроверки для допуска к выполнению лабораторной работы:
5.1. Какие источники излучения применяются в ВОСП?
|
|
|
5.2. Какие требования предъявляются к источникам излучения?
5.2. Основные характеристики источников излучения.
5.3 С какой целью в состав передающего оптического модуля вводятся термодатчик и терморегулятор?
5.4 Что такое модуляция?
5.5 В чем состоит принципиальное отличие прямой и внешней модуляций оптического излучения?
5.6 В чем заключается сущность прямой модуляции в схемах с полупроводниковыми источниками оптического излучения?
6. Задание:
6.1. Изучить приложение к данной лабораторной работе.
6.2. Используя учебную лабораторную установку «Исследование характеристик оптических источников и фотодиодов» экспериментально исследовать ватт-амперную характеристику светоизлучающего диода.
При измерении используются следующие элементы (рис. 1):
-электронный блок «Блок питания излучателя БПИ»;
-электронный блок «Фотоприемник»;
-светоизлучающий диод СД;
-фотодиод ФД2;
6.2.1 Подключить светоизлучающий диод СД с помощью соединительного кабеля к БПИ. Соединение осуществляется с помощью разъема, блочная часть которого расположена на лицевой панели.
6.2.2 Установить:
-ручку потенциометра регулировки тока накачки на лицевой панели БПИ в крайнее положение против часовой стрелки;
|
|
|
-кнопочный переключатель пределов изменения тока накачки – в положение 50 мА.
6.2.3 Включить тумблер «сеть» на лицевой панели блока БПИ. При этом загорается его подсветка.
6.2.4 Подключить фотоприемник ФД2 с помощью соединительного кабеля к электронному блоку «Фотоприемник». Соединение осуществляется с помощью разъема, блочная часть которого расположена на лицевой панели. Установить кнопочный переключатель выбора пределов измерения оптической мощности в положение 1 (максимальная чувствительность).
6.2.5 Произвести измерения ватт-амперной характеристики СИД. Измерения проводить изменяя Iн с шагом, согласно таблице 6. Данные измерений занести в таблицу 6.
Таблица 6 - Результаты исследования ватт - амперной характеристики источников излучения
| Iн (мА) | 0,5 | 2,5 | 3,5 | 25,5 | 26,5 | 27,5 | |||||||
| РСИД (от.ед.) | |||||||||||||
| РЛД (от.ед.) |
6.2.6 Установить ручку потенциометра регулировки тока накачки на лицевой панели БПИ в крайнее положение против часовой стрелки.
6.3. Используя учебную лабораторную установку «Исследование характеристик оптических источников и фотодиодов» экспериментально исследовать ватт-амперную характеристику лазерного диода.
-электронный блок «Блок питания излучателя БПИ»;
-электронный блок «Фотоприемник»;
-лазерный диод ЛД2;
-фотодиод ФД1;
-поляризатор П1.
6.3.1 Подключить лазерный диод ЛД2 с помощью соединительного кабеля к БПИ. Соединение осуществляется с помощью разъема, блочная часть которого расположена на лицевой панели. Установить кнопочный переключатель пределов изменения тока накачки – в положение 50 мА.
6.3.2 Подключить фотоприемник ФД1 с помощью соединительного кабеля к электронному блоку «Фотоприемник». Соединение осуществляется с помощью разъема, блочная часть которого расположена на лицевой панели. Установить кнопочный переключатель выбора пределов измерения оптической мощности в положение 1 (максимальная чувствительность).
6.3.3 С помощью потенциометра тока накачки установить его значение, равное 25 мА.
6.3.4 Вращением поляризатора, расположенного между ЛД2 и ФД1 установить стрелку измерительного прибора «Оптическая мощность» на отметку 1.
6.3.5 Произвести измерения ватт-амперной характеристики ЛД. Измерения проводить изменяя Iн с шагом изменения, согласно таблице 6. Данные измерений занести в таблицу 6.
6.3.6 Установить ручку потенциометра регулировки тока накачки на лицевой панели БПИ в крайнее положение против часовой стрелки, отжать кнопочный переключатель пределов изменения тока накачки, выключить тумблер «сеть» на лицевой панели блока БПИ, отключить соединительный кабель от БПИ.
6.3.7 Отжать кнопочный переключатель выбора чувствительности на электронном блоке «Фотоприемник», выключить тумблер «сеть» на лицевой панели блока, отключить соединительный кабель от блока «Фотоприемник».
6. 4.Произвести обработку результатов измерений.
6.4.1.По измеренным значениям построить зависимость оптической мощности Р в относительных единицах от тока накачки Iн для ЛД и СИД.
6.4.2.По построенным зависимостям определить:
-значения токов ЛД2 и СД, соответствующие началу генерации излучения;
-значение порогового тока Iп1 соответствующее излому ватт-амперной характеристики лазерного диода;
-качественные отличия ватт-амперных характеристик ЛД2 и СД.
6.5. Используя программное обеспечение лабораторной работы «Исследование характеристик источников излучения» получить допуск к исследованию.
6.5.1 Произвести исследование основных характеристик источников излучения:
1) ватт-амперной характеристики (ВАХ) светоизлучающего диода (СИД) и полупроводникового лазера (ППЛ) при двух температурах;
2) диаграммы направленности СИД и ППЛ;
3) спектральной характеристики СИД и многомодового и одномодового ППЛ.
6.5.2. Изучить:
1) конструкцию СИД;
2) конструкцию ППЛ.
6.6 Измерить ватт - амперную характеристику лазерного диода с помощью измерителя оптической мощности.
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. Перед каждым использованием в измерениях оптического тестера «Алмаз 33» необходимо отвернуть защитный колпачок с торца его коннектора и немедленно соединить его с коннектором волоконного шнура. После окончания измерения обязательно установить защитный колпачок на прежнее место.
6.6.1 Установите органы управления электронного блока «Источник оптического сигнала» в исходное положение:
-ручки потенциометров «I0», «I1» регулировки токов – в крайнее положение против часовой стрелки;
-кнопочные переключатели «модуляция», «дисперсия», «шум» – отжаты;
-включить тумблер «сеть». При этом загорается его подсветка;
-кнопочный переключатель «выбор источника» - в положении, соответствующем включению лазера, излучающего на выбранной длине волны 1,55 мкм. При этом над соответствующей оптической розеткой загорается контрольный световод.
При данном положении органов управления электронный блок обеспечивает непрерывное немодулированное оптическое излучение на выбранном оптическом выходе. Его мощность регулируется потенциометром «I0».
6.6.2 С помощью одномодового (желтый цвет защитной оболочки) оптического шнура с коннекторами типа FC соедините оптический выход электронного блока «Источник оптического излучения» со входом оптического тестера «Алмаз 33» (рисунок 1).
Рисунок 1 - Источник оптического излучения» со входом оптического тестера «Алмаз 33
6.6.3 Используя описание прибора «Алмаз 33», включить его в режим измерения абсолютного значения оптической мощности (в мкВт) на выбранной длине волны 1,55 мкм.
6.6.4 Изменяя величину тока I0 с помощью потенциометра на лицевой панели блока «Источник оптического излучения», произвести измерение ватт-амперной характеристики лазерного диода. Значение мощности Раб определять с помощью прибора «Алмаз 33» в абсолютных единицах. Величину тока I0 определять с помощью цифрового индикатора на лицевой панели электронного блока «Источник оптического излучения». Измерения проводить изменяя I0 в диапазоне значений 0 < I0 < 25 мА с шагом изменения, согласно таблице 4. Данные измерений занести в строки таблицы 7. После окончания измерений выключить «Алмаз 33».
Таблица 7- Результаты исследования ватт - амперной характеристики лазерного диода
| I0 (мА) | |||||||||
| Раб (мкВт) |
6.6.5 По экспериментальным данным построить ватт-амперную характеристику лазерного диода – зависимость Раб (мкВт) от I0 (мА). На характеристике отметить величину порогового тока Iп (мА), значение которого необходимо для выполнения последующих исследований.
6.7 Исследовать процесс модуляции интенсивности лазерного диода.
6.7.1 Установите в исходное положение органы управления электронного блока «Источник оптического сигнала»:
-ручки потенциометров «I0», «I1» регулировки токов– в крайнее положение против часовой стрелки;
-кнопочные переключатели «Дисперсия», «Шум» – отжаты;
-кнопочный переключатель включения импульсной модуляции «Модуляция» - нажат;
-кнопочный переключатель включения аналоговой модуляции «Модуляция» - отжат;
-ручки потенциометров «Модуляция», «Дисперсия», «Шум» - в крайнее положение против часовой стрелки.
6.7.2 Установите органы управления электронного блока «Фотоприемник» в исходное положение:
-ручку потенциометра «Регулировка смещения» регулировки напряжения смещения– в крайнее положение против часовой стрелки;
-кнопочный переключатель «Уст. нуля» - отжать;
-кнопочный переключатель «Чувствительность» – в положение 0,1;
-включить тумблер «сеть». При этом загорается его подсветка.
-ручкой потенциометра «Регулировка смещения» установить его значение равное 4 В по прибору на лицевой панели.
6.7.3 Отсоедините коннектор оптического шнура от входа прибора «Алмаз 33» (рисунок 2) и соедините его с оптическим входом электронного блока «Фотоприемник» с помощью одномодового волоконного шнура (желтый цвет защитной оболочки) (рисунок 2).
6.7.4 Проверьте наличие следующих соединений, выполненных с помощью коаксиальных кабелей:
-гнездо «синхронизация осциллографа» на лицевой панели электронного блока «Источник оптического сигнала» соедините со входом канала синхронизации осциллографа;
-гнездо «кт 3» на лицевой панели электронного блока «Источник оптического сигнала» соедините со входом первого канала осциллографа;
-гнездо «вых» на лицевой панели электронного блока «Фотоприемник» соедините со входом второго канала осциллографа.
Рисунок 2 – Схема соединения источника излучения
С фотоприемником
6.7.5 Включите питание осциллографа. После прогрева на экране осциллографа появляются две горизонтальных линии развертки, соответствующие двум его каналам. При необходимости откорректируйте изображение линий с помощью изменения яркости, фокусировки и центровки изображения по вертикали и горизонтали.
6.7.6 Используя результаты исследования ватт - амперной характеристики, полученные в предыдущем задании, установить с помощью потенциометра «I0» на лицевой панели блока «Источник оптического сигнала» значение тока I0, равное пороговому значению (I0 = Iп).
6.7.7 Установите верхнюю ручку потенциометра «Модуляция» (с индексом импульсная модуляция) в среднее положение. Плавно увеличивайте значение I1 с помощью вращения по часовой стрелке ручки потенциометра «I1» на лицевой панели электронного блока «Источник оптического сигнала». При этом ток накачки лазерного диода и излучаемая им оптическая мощность модулированы импульсным сигналом. Величина I1 определяет амплитуду этого сигнала. Используя органы управления разверткой осциллографа (период развертки, усиление, центровка изображения по горизонтали и вертикали), получить устойчивое изображение сигнала модуляции на первом канале осциллографа.
6.7.8 Установить переключатель «В / дел» второго канала в положение 0,5. С помощью потенциометров «I1», регулирующих величину тока (вращая их по часовой стрелке и увеличивая тем самым его величину) установить значение тока I1, обеспечивающее появление сигнала на выходе фотоприемника. Затем, увеличивая значение тока I1 и амплитуды модулирующего сигнала (для этого вращайте потенциометр модуляция по часовой стрелке), доведите значение амплитуды принимаемого оптического сигнала до максимально возможного значения. При необходимости менять положение переключателя «В / дел» второго канала. Примерный вид осциллограммы показан на рисунке 3.
6.7.9 Для удобства дальнейших измерений с помощью регулировки вертикального положения сигнала 1 канала (↨)переместить его за пределы экрана. На экране наблюдается сигнал 2 канала, поступающий с выхода электронного блока «Фотоприемник».
6.7.10 Исследовать зависимость глубины модуляции лазерного излучения импульсным сигналом от величины тока I0. Для этого выполнить следующие операции:
- с помощью потенциометров «I0» регулировки тока на лицевой панели электронного блока «Источник оптического сигнала» установить текущее его значение, согласно таблице 8
-по наблюдаемой на экране осциллограмме произвести отсчет величин Рmin и Рмах (рисунок 4), которые соответствуют минимальному и максимальному уровням фиксируемого фотодиодом сигнала;
-данные измерений занести в таблицу 8;
-повторить измерения для всех значений I0, указанных в таблице 8.
Рисунок 3 - Примерный вид осциллограмм на экране
Рисунок 4 - Измерение коэффициента модуляции
по осциллограмме
Таблица 8- Зависимость коэффициента модуляции от тока I0
| I0 (мА) | |||||
| Рmin (мм) | |||||
| Рmах (мм) | |||||
| m |
6.7.11 По экспериментальным данным таблицы 5 вычислить значение коэффициента модуляции по формуле: m = (Рmах - Рmin) / Рmах.
6.7.12 По данным таблицы 5 сделать вывод о зависимости коэффициента модуляции m от тока I0.
6.8 Оформить отчет.
7. Содержание отчета:
7.1. Цель работы.
7.2. Ответы на вопросы допуска к работе.
7.3. Результаты выполнения задания по пункту 4.3.
7.4. Таблица результатов измерения ВАХ источников излучения. Графики ВАХ.
7.5 Результаты выполнения задания по пункту 6.4.2.
7.6 График ВАХ СИД для двух температур.
7.7 График ВАХ ППЛ для двух температур.
7.8. Диаграмма направленности СИД.
7.9. Диаграмма направленности ППЛ.
7.10. Схема измерительной установки для снятия спектральной характеристики источников.
7.11. Спектральная характеристика СИД.
7.12 Спектральная характеристика многомодового лазера. Результаты расчета параметров.
7.13 Спектральная характеристика одномодового лазера. Результаты расчета ширины спектра.
7.14. Схема измерительной установки для снятия ВАХ лазерного диода.
7.15. Таблица результатов измерения ВАХ лазерного диода. График ВАХ.
7.16. Осциллограммы модулирующего сигнала и сигнала с выхода фотоприемника.
7.17 Таблица и график зависимости коэффициента модуляции от тока I0.
7.18. Ответы на контрольные вопросы.
7.19 Вывод по работе.
8 Контрольные вопросы:
8.1 Чем отличается когерентный источник излучения от некогерентного?
8.2 Чем отличаются конструкции и характеристики торцевого и поверхностного СИД?
8.3 Чем отличается лазер от СИД?
8.4 Какие типы лазеров используются в ВОСП?
8.5 Что показывает диаграмма направленности излучения СИД и лазера?
8.6 Укажите достоинства и недостатки СИД и лазера.
8.7 Почему полоса частот при прямой модуляции ограничена?
8.8 Почему происходит искажение сигналов при прямой модуляции? Как уменьшить нелинейные искажения при модуляции?
8.9 Какие шумы возникают при прямой модуляции?
8.10 Какие виды внешней модуляции оптического излучения применяются в системах передачи?
Дата добавления: 2015-12-17; просмотров: 44; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!