Комерциялық емес акционерлік қоғамы
Алматы энергетика және байланыс университеті
Телекоммуникациялық жүйелер кафедрасы
ОПТИКАЛЫҚ ЖӘНЕ РАДИОРЕЛЕЛІК ТАРАТУ ЖҮЙЕЛЕРІ
5В071900 – Радиотехника, электроника және телекоммуникация мамандығы бойынша барлық оқу түрінің студенттеріне зертханалық жұмысты орындауға арналған әдістемелік нұсқау
Алматы 2011
ҚҰРАСТЫРУШЫЛАР: Б.Б. Ағатаева., Е.Ю. Елизарова. Оптикалық және радиорелелік тарату жүйелері. Зертханалық жұмысты орындауға арналған әдістемелік нұсқау 5В071900 – Радиотехника, электроника және телекоммуникация мамандығының барлық оқу түрінің студенттеріне арналған – Алматы: АЭжБУ, 2011. – 33 бет.
Әдістемелік нұсқаулар зертханалық жұмыстарды орындау және де оларды безендіру мен қорғау туралы мәліметтерден тұрады. Жұмыста өлшеу жабдықтарын қондыру нұсқаулары көрсетілген. Студент жұмысты істеу алдында дайындық бөлімін қарау керек. Әрбір жұмыста зартханалық қондырғылардың блок-cұлбалары, бақылау сұрақтары және әдебиеттер тізімі келтірілген.
Әдістемелік нұсқаулар 5В071900 – Радиотехника, электроника және телекоммуникация мамандығының барлық оқу түрінің студенттеріне арналған.
Без.7, табл.6, әдеб.5 атау.
Пікір беруші: техн. ғылм. канд.. проф. Г.С. Казиева
«Алматы энергетика және байланыс университетінің» коммерциялық емес акционерлік қоғамының 2011жылғы баспа жоспары бойынша басылады.
© «Алматы энергетика және байланыс университетінің» КЕАҚ, 2011 ж.
2011 ж. жинақ жоспар, реті 156
Мазмұны
№1 зертханалық жұмыс. Лазерлік және жарық шығарғыш диодтардың поляризациялық мінездемелерін зерттеу 4
№2 зертханалық жұмыс. «Лазерлік және жарық шығарғыш диодтардың ватт-амперлік мінездемелерін салыстырмалы зерттеу» 8
№3 зертханалық жұмыс. Талшықтық жарық өткізгіштердің модалық сипаттамаларын салыстырмалы зерттеу. Лазерлік диодтың когеренттілік деңгейін зерттеу 14
№4 зертханалық жұмыс. Лазерлік диодтың импульсті модуляция процестерін зерттеу 21
№5 зертханалық жұмыс. Лазерлік диодтың аналогтық модуляция процестерін зерттеу 27
Әдебиеттер тізімі 31
№1 зертханалық жұмыс. Лазерлік және жарық шығарғыш диодтардың поляризациялық сипаттамаларын зерттеу
Жұмыстың мақсаты:
- лазерлік диодтың поляризация коэффициентінің Ін тарту тогынан тәуелділігін тәжірибелік зерттеу;
- жарық шығарғыш диодтың поляризация коэффициентінің Ін тарту тоғына тәуелділігін тәжірибелік зерттеу.
1.1 Жұмыска дайындық
Мына бөлімдерді қайталау: жарықтың поляризациялануы, ЖІІІД және ЛД оптикалық сигнал көздерінің сипаттамалары.
1.2 Тәжірибе құрылғысының сипаттамасы
а) электронды қорек блогы БП «Оптикалық сәулелердің көзі»;
б) электронды « Фотоқабылдағыш »;
в) лазерлік ЛД1диоды ;
г) жарық шығарғыш диод СШД;
д) поляризацияландырғыш П.
1.3 Жұмысты орындау реті
Поляризациялық сипаттама деп оптикалық көздің сәулеленуінің поляризациялану коэффициентінің оның р-п-ауысуы арқылы өтетін тогына (тарту тоғы І) тәуелділігін деп түсінеміз.
1.3.1«Оптикалық сәулелердің көзі» электронды қорек блогының алдыңғы панеліндегі тарту тоғын "дөрекі", "нақты" потенциомертр тұтқаларын сағат тіліне қарсы шеткі жайға орнату.
1.3.2 Тарту тогының өзгеру шектерін ауыстырып қосқыштарын - 5мА етіп қою.
1.3.3 ЛД1 диодын қосқыш кәбілінің көмегімен «Оптикалық сәулелердің көзі» блогына қосу.
1.3.4 «Фотоқабылдағыш» электронды блогының басқару органдарын бастапқы жайға орнату:
- потенциометрлердің «дөрекі», «нақты» ығысу кернеуін жөнге келтіру тұтқаларын - сағат тіліне қарсы шеткі жағдайға қою;
- «қосу» ығысу кернеуін қосатын түймесін (кнопка) ауыстырып қосқышын басу;
- «қосу» фотоқабылдағыш калибровкасын қосатын түймесін ауыстырып қосқышын басу;
- «шектеу» оптикалық қуатты салыстырмалы бірлікте өлшеудің шектерін таңдау түймелік ауыстырып қоскышын – х10 жайына қою.
1.3.5 ФД1-ді косу кәбілінің көмегімен блокқа қосу.
1.3.6 «Оптикалық сәулелердің көзі», «Фотоқабылдағыш» блоктарының алдыңғы панельдеріндегі «желі» тумблерін қосу. Бұл кезде олардың көмекші жарықтары қосылады.
1.3.7
«Фотоқабылдағыш» блогының алдыңғы
панеліндегі фотодиодтағы
ығысу кернеуін жөнге салу
"дөрекі", "нақты" потенциометрлерінің
көмегімен
оны 
= 1.5v
деңгейіне орнату.
1.3.8 Оптикалық көздің (ЛД1 немесе СД) сәулеленуінің поляризация коэффициентінің тарту тоғына тәуелділігін өлшеу. Ол үшін келесі операцияларды орындау:
а) тарту тоғын жөнге салу «дөрекі», «нақты» потенциометрлерінің тұтқаларын сағат тіліне қарсы шеткі жайға бұрау. Сол кезде оның мәні нөлге сәйкес келеді;
б) фототок күшейткішіне дәлме-дәл
өлшеу жасау. Ол үшін
«Фотоқабылдағыш»
блогының алдыңғы панеліндегі «Оптикалық қуат»
әйнегіндегі «қосу» кнопкалық ауыстырып қосқышын
басу. Одан кейін алдыңғы панельдегі «нөлдік орнату»
потенциометрінің көмегімен оптикалық қуатты өлшейтін тілді кұралдың
мәнін нөлге орнату. Барлық операцияларды жасағаннан кейін
«қосу» түймесін босату;
в) Ін тарту тогын нөлден
«Фотокабьшдағыш» блогының алдыңғы
панеліндегі «оптикалық қуат» өлшеу
құралының тілі ең төмен сезгіштігімен 1 белгісіне жеткенге дейін өзгерту керек
- «шектеу» түймелі ауыстырып косқышы - х 100 жайында. Ін
әр бекітілген мәнінде оптикалык көз бен фотодиодтың арасында
орналасқан поляризаторды айналдыру керек. Поляризаторды өз осімен 180 градустан астам
бұрышқа айналдырғанда, көздің сәулелендіруі
поляризацияланған болған жағдайда
«Фотоқабылдағыш» блогының алдыңғы панеліндегі
«Оптикалык куат» әйнегіндегі «оптикалық қуат» құралының көрсетулері
өзгереді. Өлшегіш құралдың ең төмен
(Рmin) және ең жоғары (Рmах)
көрсетулерін, оларға сәйкес тарту тоғының Ін
мәндерін 1-кестеге енгізу.
Өлшемдерді тарту тогын оқытушы ұсынған қадаммен
өзгерте отырып,
жүргізу
қажет;
г) тарту тоғының өзгеру шектерін өзгерту керек болған жағдайда, алдын ала «Оптикалық сәулелердің көзі» электронды блогының алдыңғы панеліндегі «дөрекі», «нақты» потенциометрлерінің тұтқаларын сағат тіліне қарсы шеткі жайға бұру керек. Бүл кезде оның нөлдік мәні орнатылады. Бұдан кейін токтын өзгеру шегін ауыстырып, оның мәнін орнату керек;
д) оптикалық қуаттың өлшеу шектерін өзгерту керек болса, (б) пунктіне сәйкес фототок күшейткішіне дәлме-дәл өлшеу жасау қажет;
1 К е с т е - Оптикалық кездің (ЛДІ немесе СД) сәулелендіруінің поляризация коэффициентінің тарту тоғына тәуелділігі
|
Iн (мА) |
2 |
5 |
10 |
15 |
20 |
|
Рmin (от.ед. ) |
|
|
|
|
|
|
Рmax ( от.ед. ) |
|
|
|
|
|
|
q |
|
|
|
|
|
е) тарту тогының барлык мәндері үшін поляризация коэффициентінің модулін есептеп, оның тарту тоғына Ін тәуелділігін салу. Поляризация коэффициентін мына формуламен есептеу
q = (Рмак - Рмin) / (Рмак + Рмin);
ж) салынған q(Ін) тәуелділігінде көз генерацияланған сәулелендірудің поляризациялық касиеттерінің пайда болуына (поляризация коэффициентінің күрт өсуі) сәйкес келетін токтың Iп2 мәнін белгілеу.
1.4 Жарық шығарғыш диодтың поляризациялық сипатамаларын тәжірибелік зерттеу
1.4.1 «Оптикалық сәулелердің көзі» электронды қорек блогының алдыңғы панеліндегі «дөрекі», «нақты» тарту тогын реттеу потенциометрлерінің тұтқаларын сағат тіліне қарсы шеткі жайға орнату, бұдан кейін «желі» тумблерінің көмегімен оны қосу. «Фотоқабылдағыш» блогын «желі» тумблерімен өшіру.
1.4.2 Жалғау кәбілінің көмегімен жарық шығарғыш СД диодын «Оптикалык сэулелердің көзі» блогына косу.
1.4.3
Жалғау кабелінің көмегімен ФД2-ні
«Фотоқабылдағыш» блогына
косу.
1.4.4 «Оптикалық сәулелердің
көзі» және «Фотоқабылдағыш»
панелдеріндегі «желі» тумблерлерін
қосу.
1.4.5 Осы сипаттаманың 1.4.8 пунктіне сәйкес өлшемдерді жасау мен нәтижелерді өңдеу.
1.5 Зертханалық жұмыс бойынша қорытындылар
Әртүрлі
жарық көздері (лазерлік диод және жарық
шығарғыш диод) үшін 
тогымен
поляризация коэффициентінің өзгеруін салыстыру. Поляризация
коэффициентінің күрт өсуінің себептерін ұсыну.
1.6 Бақылау сұрақтары
1. Жарық поляризациялануы құбылысын түсіндіру.
2. Поляризаторлар деген не және олардың жұмыс істеу принципі?
3. Лазерлік диодтың поляричациялануы мен жарық шығарғыш диодтың поляризациялануының ерекшеліктсрін түсіндіру.
4. Жарық поляризациялану процссі тарту тоғына қалай тәуелді?
5 Қандай шартта шағылысқан
сәуленің толық поляризациялануы
болады?
№ 2 зертханалық жұмыс. «Лазерлік және жарық шығарғыш диодтардың ватт-амперлік сипатамаларын салыстырмалы зерттеу»
Жұмыстың мақсаты:
- лазерлік диодтың ватт-амперлік сипаттамасын тәжірибелік өлшеу;
- лазерлік диодтың шектеу тогын және оптикалық сәулелендіру-
дің генерациясының басталуына сәйкес тарту тогын тәжірибелік анықтау;
- жарық шығарғыш диодтың ватт-амперлік сипаттамасын тәжірибелік өлшеу;
- лазерлік диод пен жарық шығарғыш диодтың ватт-амперлік сипаттамасын салыстыру;
- ФД-тың сезгіштігі мен Іт қараңғылық тогының Uфд ығысу кернеуіне тәуелділігін зерттеу (косымша тапсырма оқытушының нұсқауымен орындалады);
- ФД-тың
Іт
қараңғылық
тогының ығысу кернеуіне тәуелділігін
өлшеу (косымша тапсырма оқытушының
нұсқауымен
орындалады).
2.1 Жұмысқа дайындық
Мына бөлімдерді қайталау: сәулелену көздері және олардың ватт-амперлік сипаттамалары.
2.2 Тәжірибелік құрылғының сипаттамасы
а) электронды қорек блогы БП «Оптикалық сәулелердің көзі»;
б) электронды блок «Фотоқабылдағыш»;
в) лазерлік диод ЛД1;
г) жарық шығарғыш диод СД;
д) поляризацияландырғыш П.
2.3 Жұмысты орындау реті
Ватт-амперлік сипаттама деп оптикалық көзден шыққан куаттың оның р-п-ауысуы бойымен өтетін токқа (тарту тоғы Ін) тәуелділігін айтады.
2.3.1 Тарту тоғын реттеу потенциометрлерінің тугқаларын сағат тіліне қарсы шеткі жайға орнату.
2.3.2 Түймелі тарту тогының өзгеру шектерін ауыстырып қосқышын 25мА-ге қою.
2.3.3 ЛДІ-ді «Оптикалық сәулелердің көзі» электронды блогына косу.
2.3.4 «Фотоқабылдағышты» бастапқы жайына орнату.
- ығысу кернеуін реттеу «дөрекі», «нақты» потенциометрлерінің тұтқаларын - сағат тіліне қарсы шеткі жайға орнату;
- «қосу» ығысу кернеуін косу түймелі ауыстырып қосқышын басу;
- фотоқабылдағышты дәлме-дәл өлшеу «қосу» ауыстырып қосқышын басу;
- салыстырмалы бірлікте оптикалық қуатты өлшеу шектерін таңдау «шектеу» түймелі ауыстырып қосқышын х100-ға орнату.
2.3.5 Жалғау кабелінің көмегімен ФД1-ді блокка косу.
2.3.6 Оптикалык сәулелердің көзі»
және «Фотокабылдағыш»
блоктарынын
алдыңғы панелдеріндегі «желі» тумблерлерін қосу.
2.3.7 Фотодиодтағы ығысу кернеуін реттеу потенциометрлерінің көмегімен «дөрекі», «накты» оның мәнін UСМ= 7V шамасына орнату.
2.3.8 Лазерлік диодтың Ін тарту тогын оның ватт-амперлік сипаттамасын өлшеуге мүмкіндік беретін ең жоғары шамаға орнату. Мұны ЛДІ мен ФДІ арасында орналасқан П поляризаторын айналдыру арқылы жүзеге асырады. Бұл тәжірибеде поляризатор аттенюатор қызметін атқарады. Келесі операцияларды жасау.
а) фототок күшейткішін дәлме-дәл өлшеу. Бұл үшін «Фотоқабылдағыш» блогының алдыңғы панеліндегі «қосу» түймелі ауыстырып қосқышын басу. Бұдан кейін алдыңғы панелдегі «нөлдік орнату» потенциометрінің көмегімен оптикалық қуатты өлшейтін тілді құралдың нөлдік мәнін орнату. Барлық операцияларды жасағаи соң «қосу» түймелі ауыстырып қосқышын босату;
б) «Фотоқабылдағыш» алдыңғы панеліндегі «Оптикалық қуат» әйнегінің өлшеу құралының көрсетуі «1» белгісіне орнағанда «Оптикалық сәулелену көзі» блогының алдыңғы панелінде лазерлік диодтың Iн тарату тогының мәнін орнату;
в) лазерлік диодтың тарату тогының мәні Ін<20 мА болса, П поляризаторын өз осі бойынша «Фотоқабылдағыш» блогының алдыңғы панеліндегі «Оптикалык куат» әйнегіндегі өлшеу құралының көрсетулері азаятын жаққа карай айналдыру. Поляризаторды айналдырып, өлшеу кұралының тілін 0,75 белгісіне орнату;
г) Ін>20 мА мәніне жеткенше (б), (в) пункттерінде келтірілген операцияларды қайталау. Бұдан кейін ЛДІ ватт-амперлік сипатамасын өлшеуге кірісуге болады.
2.3.9 Оптикалық көздің ватт-амперлік сипаттамасын өлшеу. ЛДІ мен СД үшін өлшеу процесі бірдей, сондықтан, төменде көздің типі келтірілмейді. Келесі операцияларды жасау.
a) «Оптикалық сәулелерінің көзі» блогының потенциометрлерінің тұтқаларын сағат тіліне қарсы шеткі жайға бұрау. Бұл кезде оның нөлдік мәні орнатылады. «Оптикалық сәулелерінің көзі» блогының алдыңғы панелінде тарату тогының өзгеру шектерін (0-5) мА орнату;
b) оптикалық қуаттың өлшеу - шектерін таңдау, түймелі ауыстырып қосқышын х1 (ең жоғары сезгіштік) жайына орнату. (а) пунктіне сәйкес фототок күшейткішініц дәлме-дәл өлшемін жасау;
c) Iн тарату тогын 0 мен 5 мА аралығында өзерте отырып, Р оптикалық қуаттың қатынастық бірлікте Iн –ге тәуелділігін алу. Генерация басына сәйкес Iн –нің мәнін белгілеу. Тарату тогының мәнін оқытушының нұсқауымен кадам бойынша өзгерту. Алынған өлшемдерді 2-кестеге толтыру;
d) «Оптикалық сәулелерінің көзі» блогының алдыңғы панеліндегі І„ тоғын реттеу, потенциометрлерінің тұтқаларын сағат тіліне карсы шеткі жайға орнату. Бұдан кейін тарту тоғының өзгеру шектерін (0-25) мА тең етіп ауыстырып қосу;
e) ватт-амперлік сипаттамны өлшеуді жалғастыру. Оптикалық қуаттың өлшеу шектерін ауыстыру керек болған жағдайда («Фотоқабылдағыш» электронды блогының алдыңғы панеліндегі «шектеу» түймелі ауыстырып қосқышының көмегімен) 2.4.8 (а) пунктіне сәйкес фототок күшейткішінін дәлме-дәл өлшемін жасау қажет. Өлшемдерді 2 кестеге енгізу. Өлшемдерді «оптикалық қуат» өлшеу құралының тілі ең төмен сезгіштікте («шектеу» ауыстырып қосқышы х100 жайында) 1 белгісіне келген кезде аяқтаған жөн.
3 К е с т е - Оптикалық көздің ватт-амперлік сипаттамасы
|
Iн (мА) |
|
|
|
|
|
|
Р (от.ед.) |
|
|
|
|
|
2.4 Жарық шығаратын диодтың ватт-амперлік сипаттамасын өлшеу. Осы сипаттаманын 2.4.9 пунктіне сәйкес өлшемдер жасау
2.5 Өлшенген мәндер бойынша Р оптикалық қуаттық Ін. тарту тогына тәуелділігін салу. Салынған тәуелділіктер бойынша келесілерді анықтау:
- генерацияның басталуына сәйкес келетін ЛД1 мен СД-ның тарту токтарының мәндерін;
- лазерлік диодтың ватт-амперлік мінездемесінің сынығына сәйкес келетін Iп1 шеткі тогын алу;
- ДД1 мен СД-ның ватт-амперлік сипатаммаларының сапалық ерекшеліктеріне тоқталу.
2.6 ФД сезгіштігі мен Iт қараңғылық тогының Uфд ығысу кернеуіне тәуелділігін өлшеу (қосымша тапсырма оқытушының нусқауымен орындалады)
Фотодиодтың бетіне түсетін оптикалық қуат пен оның тогының мәндері бір-біріне тура пропорционалды. Фототоктық сипаттамасы сызықты болғандықтан, ФД сезгіштігі оның шығысындағы кернеуге пропорционалды болады. Бұл кернеу «Фотоқабылдағыш» алдыңғы панеліндегі «Оптикалық куат» әйнегіндегі тілді өлшеу құралымен көрсетіледі (салыстырмалы бірліктермен). Ығысу кернеуінің сезгіштігінің өзгеруі күшейткіштің шығысындағы кернеудің өзгеру заңымен бірдей. Өлшеу екі көздін кез келгені үшін оған сәйкес келетін фотодиодты (ФДІ немесе ФД2) қолданумен жүргізіледі. ФД сезгіштігінің Uфд ығысу кернеуіне тәуелділігін өлшеу үшін келесі операцияларды орындаңыз:
2.6.1 Тарту тогының мәнін «Оптикалық сәулелерінің көзі» блогының алдыңғы панелінде Ін=10мА орнату. Егер тарту тогының өзгеру шектерін ауыстыру керек болса, шек тандау түймесін баспай тұрып- «дөрекі», «нақты» потенциометрлерінің тұтқаларын сағат тіліне қарсы шеткі жайға орнату қажет. Ток алдыңғы панелдегі тілді құралдың көмегімен бақыланады. Бұдан кейін шығарылған қуаттың тұрақты деңгейіне сәйкес келетін Ін мәнін өзгертпеу керек.
2.6.2 Оқытушы көрсеткен қадаммен ФД ығысу кернеуін 1,5V-тан ең жоғары мүмкін мәніне (10V) дейін өзгерте отырып, Р оптикалык куатының UСМ ығысу кернеуіне тәуелділігін өлше. UСМ және Р шамалары «Фотокабылдағыш блогының алдыңғы панеліндегі «Ығысу кернеуі» және «оптикалык куат» әйнектеріндегі тілді құралдардың керсетулері бойынша анықталады. Өлшемдерді 3- кестеге еңгізіңіз.
2.6.3 Ығысу кернеуі UСМ=0 (фотодиодтың гальваникалық жұмыс режімі) мәніндегі Р оптикалық қуатын анықтау үшін «Фотоқабылдағыш» блогының алдыңғы панеліндегі «Ығысу кернеуі» әйнегіндегі «қосу» түймелі ауыстырып қоскышын босату керек. Бұл кезде фотодиодқа ығысу кернеуі берілмейді (UСМ=0). Бұл өлшемді аяқтағаннан кейін «қосу» түймесін басу керек. Өлшемдерді 3-ші кестеге еңгізіңіз.
2.7 Сезгіштіктің фотодиодтағы ығысу кернеуіне нормаланған тәуелділігін есептеңіз
S спектралды сезгіштік өлшенетін оптикалық куат сияқты өзгеретіндіктен, S/Smax шамасын келесідегідей анықтауға болады
S/Smax = Р/Рmax, мұндағы Рmах - өлшемдердің нәтижесінде табылған оптикалық куаттың максималды мәні.
2.8 S/Smax (Uсм) тәуелділігін салып, ол бойынша күшейткіштің шығысындағы кернеудің максималды шамасына сәйкес келетін ығысу кернеуінің оптималды мәнін анықтаңыз (UСМ 0)
2.9 Фотодиодтың Іт қараңғылық тогының UСМ ығысу кернеуіне тәуелділігін өлшеу (қосымша тапсырма оқытушының нұсқауымен орындалады)
Фототок күшейткішінің сипаттамасы сызықты болғандықтан, фотодиодтың Іт караңғылық тогы оның шығысындағы кернеуге пропорционалды болады. Бүл кернеу «Фотоқабылдағыш» алдыңғы панеліндегі «Оптикалық қуат» әйнегіндегі тілді өлшеу кұралымен тіркеледі (салыстырмалы бірлікте). Қараңғылык токтың өзгеру заңы күшейткіштің шығысындағы кернеудің өзгеруімен бірдей. Өлшемдер екі фотодиодтың кез келгені үшін орындалады - ФДІ немесе ФД2. ФД караңғылык тогының UфД ығысу кернеуіне тәуелділігін өлшеу үшін келесі операцияларды орындау керек:
2.9.1 Потенциометрлердің тұтқаларын сағат тіліне қарсы бұрыңыз. Бұдан кейін оны «желі» тумблеріне қосыңыз.
2.9.2 «Фотоқабылдағыш» блогының «Ығысу кернеуі» әйнегіндегі түймелі ауыстырып қосқышын босатыңыз. Бұл кезде фотодиодқа ығысу кернеуі берілмейді (UСМ=О).
2.9.3 «Фотоқабылдағыш»
блогының алдыңғы панеліндегі «Оптикалық қуат»
әйнегіндегі «шектеу»
түймелі ауыстырып
қосқышының көмегімен
оптикалық
қуаттың өлшеу шегін орнатыңыз. Бұл кезде
«Оптикалық қуат» өлшеу
құралының
тілінің көрінетін ауытқуы бақыланады. Керек жағдайда
фототок күшейткішін дәлме-дәл өлшеу керек. Оптикалық
қуаттың өлшенген мәндерін 3-ші кестеге
UСМ=О
графасына енгізіңіз. Бұл өлшеуді жасаған соң
«Фотоқабылдағыш» блогының
«Ығысу
кернеуі» әйнегіндегі «қосу» түймесін
басып қой
керек.
2.9.4 Оқытушы ұсынған қадаммен ФД ығысу кернеуін 1,5V-тан максималды мүмкін мәнге дейін өзгерте отырып, оптикалық қуаттың (бұл жағдайда ол Іт ығысу тоғына пропорционалды болады) Uсм ығысу кернеуіне тәуелділігін өлшеңіз. Өлшемдерді 4-ші кестеге енгізіңіз.
4 Кесте ФД-тың Iт қараңғылық тогының Uсм ығысу кернеуіне тәуелділігі.
|
Uсм (В ) |
|
|
|
|
|
|
Р( қат.бір. ) |
|
|
|
|
|
|
Iт/ Iт мах |
|
|
|
|
|
2.9.5 Қараңғылық токтың фотодиодтағы' ығысу кернеуіне тәуелділігінің нормаланған мәнін есептеңіз. Қараңғылық ток өлшенетін оптикалық қуатпен
бірдей өзгеретіндіктен Іт /Ітmax шамасын келесідегідей табуға болады
Іт /Ітmax=Р/Рmax ,
мұндағы Рmах - өлшемдер нәтижесінде анықталған оптикалық қуаттың максималды мәні.
2.9.6 Іт/ Ітмах (Uсм) тәуелділігін салыңыз.
2.10 Зертханалық жұмыс бойынша қорытындылар
Оптикалық көздердің вольт-амперлік мінездемелерінің сапалық салыстыруын жаса. Генерация басталуының себептерін түсіндір.
2.11Бақылау сұрактары
1 Кездейсоқ сәулелену басым болатын көз қалай аталады?
2 Жарық шығаратын диод пен лазерлік диодтың мінездемесін бер.
3 Олардың артыкшылықтары мен жетіспеушіліктері.
4 Жарық шығаратын диодтың спектрінің ені қандай?
5 Лазерлік диодтын спектрінін ені қандай?
6 Қараңғылық токтың анықтамасын бер.
7 Фотодиодта оптикалық куат ығысу кернеуіне қалай тәуелді?
№3 зертханалык жұмыс. Лазерлік диодтың когеренттілік деңгейін зерттеу
Жұмыстың мақсаты:
- талшықтық жарық өткізгіштердің көлденең қимасында интенсивтілігінің таралуын талдау бойынша лазерлік диод қоздыратын сәулеленудің когеренттілік деңгейін зерттеу;
- талшықтық оптикалық байланыс жетегі модалық шуылдардың пайда болу себебін анықтау;
- талшықтық жарық өткізгіштердің модалық құрамын олардың көлденең қимасындағы иитенсивтіліктің таралуы бойынша зерттеу.
3.1 Жұмысқа дайындық
Мына бөлімдерді қайталау: лазерлік диодтың сәулеленуінің когеренттілігі, тарту тогы, модалық шуылдар.
3.2 Тәжірибелік құрылғының сипаттамасы
а) электронды қорек блогы БП «Оптикалық сәулелердің көзі»;
б) лазерлік диод ЛД2;
в) юстировка жасау кұрылғылары ЮУІ және ЮУ2;
г) көп модалық талшықтық жарық өткізгіш ВС;
д) микро объективі бар телекамера;
е) ақ-кара монитор;
ж) телевизиялы осциллограф.
3.3 Жұмысты жүргізу реті
Талшықтық жарық өткізгіштердің модалық құрамын колденең қимасында инсенсивтіліктің таралуы бойынша зерттеу.
Тәжірибелік құрылғы 1 суретте көрсетілген.
3.3.1 Орнату керек:
- «Оптикалық сәулелердің көзі» блогының панеліндегі «дөрекі», «нақты» тарту тогын реттеу потенциометрлерінің тұтқаларын сағат тіліне қарсы шеткі жағына келтіру керек;
- түймелі тарту тогының езгеру шектерінің ауыстырып, қосқышын 25мА-ге қою;
- жалғау кәбілінің көмегімен ЛД-ты «Оптикалық сәулелердің көзі» блогына қосу;
3.3.2 «Сеть» тумблерін қосыңыз.
3.3.3 Монитор М мен телекамераны (ТК) қосыңыз. Бүл кезде, яғни ол жылынғаннан кейін монитор экранының сәл жарықтануы байқалады.
3.3.4 «Оптикалық сәулелерінің көзі» блогының алдыңғы панеліндегі «дөрекі», «нақты» потенциометрлерінің көмегімен лазерлік диодтың тарту тоғының мәнін Ін= 15мА орнату. Тарту тоғын бақылау алдыңғы панелдегі тілді құралмен жүзеге асырылады.
3.3.5 Жарық өткізгіштің шығыс шеті телекамера микрообъективіне қарсы орналасқан. Екі элемент те екінші юстировка жасау құрылғысында тіркелген. Монитор экранында анық бейне алуыңыз керек.
3.3.6 Бұл тәжірибеде зерттелетін лазерлік диод бұрыштық қозғалыс жасайтын ЮУ2 юстировка жасау құрылғысының торабында орналасқан. Жарық өткізгіштің шетінен монитор экранында байқалатын жарык дақтың пайда болуын қамтамасыз еру керек. Көздің орналасуы мен кіріс шетін реттеуді максималды жарықтыққа жете отырып жасаңыз.
1 сурет
3.3.7
Барлық
юстировка жасау операцияларын дұрыс орындаған жағдайда монитор
экранында зерттеліп жатқан жарық өткізгіштің
көлденең қимасындағы интенсивтіліктің таралуы
байқалады. Мүмкін, бейненің жарықтығы тым
жоғары
болып, бейненің бөлшектерін бақылау
қиындык тудырған жағдайда,
зерттелетін жарық
өткізгішке енгізілетін сәулелену көзінің оптикалык
қуатының
үлесін
азайту керек.
Бұл үшін ЛД2-нің кіріс шетін жылжыту керек. Жылжытуды
У13 1, УП
микрометрлік винттерінің көмегімен (жарық өткізгішке
сәулеленуді
енгізу
бұрышы бойынша) немесе ЛППІ, ЛВІ микрометрлік
винттерінің көмегімен
(жарық өткізгіштің шетін көзбен салыстырғанда
сызықтық жылжыту)
жүзеге асыруға
болады. Осы мүмкіндіктерді пайдалана отырып, монитор экранында спекальдік құрылымға
жеткенде жарық өткізгішпен жарық түсірілген облыстың маңынан
қараңғы облыстармен шектелген бөлек
жарық дақтар байқалуы
керек. Олардың орналасуы тұрақты емес
және кездейсоқ флуктуацияларға
душар болған жағдайда, ЛД сәулеленуінің
когеренттілігіне байланысты болады.
3.3.8 Барлық юстировка жасау операцияларын жасағаннан кейін тарту тоғының шектерін ауыстырмай, оны «Оптикалық сәулелену көзі» блогының алдыңғы панеліндегі «дөрекі», «нақты» тарту тоғын реттеу потенциометрлерін сағат тіліне қарсы шеткі жайға бұрап, нөлдік мәнге орнатыңыз. Бұл кезде монитор экранындағы жарық дақ жоғалады, өйткені сәулелену генерациясы жоқ.
3.3.9 «дөрекі», «нақты» потенциометрлерінің көмегімен тарту тогының шамасын жатық үлкейте отырып монитор экранында пайда болатын жарық дақты бақыла. Ін тарту тогының мәні өткен зертханалық жұмыстарда табылған шекті мәннен төмен болғанында монитор экранынан біркелкі жарықша бақылану керек. Бейне тұрақты. Бүл жарық өткізгіштің
әртүрлі модаларының арасында интерференция жоқ екенін білдіреді.
3.3.10 Тарту тоғын одан әрі үлкейту монитор экранында спекалдік кұрылымның пайда болуына әкеледі - жарық; өткізгішпен жарық түсірілген облыстын маңынан қараңғы облыстармен шектелген бөлек жарық дақтар байқалу керек. Оларадың орналасуы тұрақты емес және кездейсоқ флуктуацияларға душар болған. Бұл ЛД сәулеленуінің когеренттілігіне байланысты.
3.3.11
Жарық өткізгіштің
шетіндегі сәулеленудің спеклдік құрылымының пайда болуына сәйкес Іпз тарту
тоғының мәнін тірке. Өлшенген мәнді Іп1
шекті тоқ мәнімен
және лазерлік сәулеленудің поляризациялық
касиетінің пайда болуына
сәйкес ІП2 шамасымен салыстыр. Бүл шамалар
бұрын 1 және 2 лабораториялық
жұмыстарда табылған. Тоқтың барлық үш
мәндері тәжірибенің
дәлдік шектерінде бір-біріне
сәйкес болу керек.
3.3.12 «Оптикалық сәулелерінің көзі» электронды блогының алдыңғы панеліндегі «дөрекі», «нақты» тарту тоғын реттеу потенциометрлерінің тұткаларын сағат тіліне қарсы шеткі жайға орнатып, Ін тарту тоғының мәнін нөлге жеткізіңіз. Бұл кезде монитор экранындағы жарық дақ жоғалады, өйткені сәулелену генерациясы жоқ.
3.3.13
Монитор экранында
бақыланатын бейне бойынша көп модалы
жарық
өткізгіштің көлденең қимасындағы
интенсивтіліктің таралуын талдаңыз.
ЮУІ юстировка жасау
құрылғысының УВІ және УГІ микрометрлік винттерінің
көмегімен оптикалық
көздің кіріс жарық өткізгішімен салыстырмалы бұрыштық
орналасуын өзгерте отырып,
монитор экранында байқалатын көлденең қимадағы интенсивтіліктің
таралуының өзгеруін бақылаңыз. Кіріс шетінің
сәулелену көзімен салыстырмалы
орналасуын өзгерткенде алынатын таралым бейнелерін сапалы салып алыңыз.
3.4 Лазерлік диодтың сәулеленуінін когеренттілігінің тарту тоғына тәуелділігін талшықтық жарық өткізгіштің көлденең кимасындағы интенсивтіліктің таралуын талдаумен зерттеу
Оптикалық көздің когеренттілік дәрежесін бағалау зерттелетін кез қоздырған жарық өткізгіштің шетінде байқалатын спеклдік құрылымның контрастылығы бойынша жасалады. Бағалау көп модалы жарық өткізгіштің сәулелену бейнесін талдау арқылы жасай алады. Сәулелену бейнесін талдау үшін жол бөлісі блогы бар осцлллограф қолданылады (осц и БВС - блок выделения строки). Бұл жағдайда осциллограф экранында бақыланатын осциллограмма көлденең қимадағы интенсивтіліктің таралу заңын қайталайды. 2 суретте монитор экранында бақыланатын жарық өткізгіштің жарқыраған шеті көрсетілген және бейненің бөлінген жолдары белгіленген. Осында бөлінген жолдарға сәйкес осциллограф экранында бақыланатын осциллограммалар берілген. БВС алдыңғы панеліндегі «1,1» кнопкаларының
Көмегімен бөлінетін жолдардың орындарын өзгерте отырып, монитор экранында бақыланатын бейнені тігінен толықтай сканерлеуге болады (2 суретті қараңыз). ЛД2 лазерлік диодының когеренттілік дәрежесін сапалы бағалау көп модалы жарық өткізгіштің көмегімен жүргізіле алады.
3.4.1 Осциллографты, жол беру блогын және мониторды қосыңыз.
3.4.2 Бөлінетін жолды монитор
экранындағы бейненің ортасына орнату
үшін
БВС алдыңғы панеліндегі «+»түймесін
басыңыз.
Бөлінген жолдың орны
монитор экранында жарық сызықпен
белгіленеді. Керек болса, өлшемдерді жүргізудің
ыңғайлылығы үшін бөлінген жолдың орналасуын
БВС алдыңғы
панеліндегі «↑,↓»түймелердің
көмегімен
өзгертуге болады.
3.4.2
Когеренттілік дәрежесін монитор экранында
бақыланатын
интерференциялық
бейненің контрасты бойынша өлшеген жөн. Ол жарық
өткізгіштің
шетіне түсетін, бірақ басқалардан өзге
жолмен өткен жарық
өткізгіштің бөлек модаларының
интерференциясының нәтижесі болып табылады. Жарық өткізгіштің кез келген шағын
болса да зақымдалуы осы жолдың интерференция
нәтижесін өзгертетін өзгеруіне әкеліп
соғатынын естен шығармау
керек. Мұның нәтижесінде интерференция бейнесі
тұрақты емес
болып
қалады. Сондықтан өлшемдерді жүргізгенде зерттелетін
жарық өткізгішке ешқандай әсер етпеу қажет.
Келесі операцияларды орындаңыз:
 |
2 Сурет - Монитордағы бейне
3.4.3 «Оптикалық сәулелердің көзі» электронды блогының алдыңғы панеліндегі «дөрекі», «нақты» тарту тогын реттеу потенциометрлерінің көмегімен оның мәнін 20мА тең етіп орнатыңыз. Тарту тогын қадағалау алдыңғы панелдегі тілді құралдың көмегімен жүргізіледі. Бұл кезде оның сәулеленуі біле тұра когерентті болады да, монитор экранында спекалдық бейнесі байқалуы керек.
3.4.4 Осциллограф экранында бұл кезде 3 а суретте үлгісі көрсетілген осцилограмма көрінуі керек. Егер бейне тым контрастты болса, 3 б суреттегі бейне байқалады. Бұл жағдайда зерттелетін жарық өткізгішке еңгізілетін оптикалык қуаттың үлесін төмендету керек. Бұл үшін жарық өткізгіштің кірісін ЛД2-ге қатынасты қозғау керек. Мұны УВ1, УГ1 (жарық өткізгішке еңгізу бұрышына байланысты), ЛПП1, ЛВІ (жарық көзіне қатынасты жарық өткізгіш шетін сызықтық қозғау) микрометрлік винттердің көмегімен жасауға болады. Осы мүмкіндіктерді пайдалана отырып, 3 а суретіне сәйкес осцилограммага жету.
Қараның деңгейі
3 Сурет – Осцилограмма
3.4.5 Осциллографтың
алдыңғы панеліндегі «В/дел» тұтқасының
көмегімен бейненің өлшемге қолайлы тік масштабын орнатыңыз.
Келесі өлшемдерде
тұтқаның жайын өзгертпеу
керек.
3.4.6 Осциллографтың алдыңғы панеліндегі «сек/дел» тұтқасының көмегімен бейненің өлшемге қолайлы тік масштабын орнатыңыз.
3.4.7 Осцилограммада «қараның» денгейін белгілеп, одан жарық өткізгіш шетіндегі жарық дақтың шектеріндегі бейненін минималды рmin және максималды рmах жарықтығына сәйкес келетін деңгейді есептеңіз. Өлшемдерді осциллограф экранында белгіленген бөлімдермен жасау керек. Өлшемдерді 5 кестеге толтырыңыз.
5 Кесте – Лазерлік диодтың когеренттілік деңгейін зерттеу
|
Iн (мА) |
15 мА |
|
|
|
|
рmin (бөл) |
|
|
|
|
|
рmах (бөл) |
|
|
|
|
|
Γ |
|
|
|
|
3.4.8 Тарту тогын оқытушы ұсынған қадаммен азайтыңыз. Әр бекітілген Iн мәнінде рmin және рmax мәндерін тап. Өлшемдерді осциллограф экранында белгіленген бөлімдермен жасаңыз. Өлшемдерді 4-кестеге толтырыңыз. Тарту тогы төмендегенде бейне жарықтығы да төмендейді. Керек болған жағдайда жарык өткізгішке еңгізілетін қуатты көтеріп, бейнені жарықтандыруға болады.
3.4.9 Өлшемдер бойынша когеренттілік дәрежесін мына формуламен есептеңіз
Ү=(Рmах - Рmin)/ (Рmах + Рmіn) және ү(Ін) тәуелділігін тұрғызыңыз.
3.5 Зертханалық жұмыс бойынша қорытындылар
Талшықтық оптикалық байланыс желілерінде модалық шуылдардың пайда болуының себептеріне студенттердің назарын аудару, ЮУІ, ЮУ2 юстировка жасау құралдарымен жұмыс істеу дағдыларын алу. Талшықтық жарық өткізгіштердің көлденең қимасында интенсивтіліктің таралуын талдау бойынша қорытындылар жасау.
3.6 Бакылау сұрақтары
1 «Инжекция нәтижелілігі» деп қандай параметрді айтамыз?
2 «Ішкі кванттық нәтижелілік» ұғымын түсіндіріңіз.
3 Тарту тогының үлғаюымен ήэф инжекция нәтижелілігі қалай өзгереді?
4 Монохроматикалық емес сәулелену жарық шығаратын диод пен лазерлік диодқа не тән. Түсіндіріңіз.
5Модалық шуылдардың пайда болуының себептері.
№4 зертханалык жұмыс. Лазерлік диодтың импульсті модуляция процестерін зерттеу
Жұмыстың мақсаты:
- лазерлік диодтың интенсивтілікті модуляциялау процесін және ватт-амперлік сипаттамасында жұмыс нүктесінің орналасуынан оптикалық сигналдың кескініне әсер етуін зерттеу;
- лазерлік диодтың интенсивтілікті модуляциялау коэффициентінің ватт-амперлік сипаттамасында жұмыс нүктесінің орналасуына тәуелділігін зерттеу;
- лазерлік диодтын интенсивтілігінің модуляция коэффициентінің фотодиодтың ығысу тогына тәуелділігін зерттеу.
4.1 Жұмыска дайындық
Мына бөлімдерді қайталау: лазерлік диодтың импульсті модуляциясы.
4.2 Тәжірибелік кұрылғының сипаттамасы
а) «Оптикалық сәулелердің көзі» электронды блогы;
б) «Фотоқабылдағыш»;
в) ВС көп модалы талшықтық жарық өткізгіші;
г) телевизиялы осциллограф.
4.3 Жұмысты орындау реті
4.3.1 «Оптикалық сәулелердің көзі» электронды блогының реттеу құрамдарын өз орнына лайық орналастыру
- І0, І1 тоқтарын реттейтін «дөрекі», «нақты» потенциометрлерінің тұтқаларын сағат тіліне қарсы шеткі жайға қою;
- І0 тоқ кілтін қосатын «вкл» кнопкалы ауыстырып қоскышын басу;
- «ручная установка» Іо кнопкалы ауыстырып қосқышын босату;
- І1 ток кілтін қосатын «қосу» кнопкалы ауыстырып қоскышын басу;
- сыртқы аналогты модуляциялаушы сигнал көзін косатын «қосу» түймелі ауыстырып қосқышын босату;
- «Дисперсиялық бұрмалану» потенциометрінің тұтқасын сағат тіліне қарсы шеткі жайға орнату;
- шуыл генераторын қосатын «вкл» түймесін босату;
- «Шу деңгейі» потенциометрінің тұтқасын сағат тіліне қарсы шеткі жайға орнату;
- аналогты модуляциялаушы сигнал көзін қосатын «қосу» түймелі ауыстырып қосқышын босату;
- «Амплитуда» потенциометрінің тұтқасын сағат тіліне қарсы шеткі жайға «желі» тумблерін косу.
4.3.2 «Фотоқабылдағыш» электронды блогының реттеу құрылғыларын негізгі орынға орнату:
- ығысу кернеуін реттеу «дөрекі», «нақты» пстенциометрлерінің тұтқаларын сағат тіліне қарсы шеткі орынға орнату;
- «қосу» ығысу кернеуінің ауыстырып қосқышын басу;
- «қосу» фотоқабылдағышты дәлме-дәл өлшеп
қосатын ауыстырып
қосқышын
басу;
- оптикалық куатты өлшеу шектерін таңдайтын кнопкалы ауыстырып косқышын х100 жайына, «желі» тумблерін қосу;
- ығысу тогын реттеу «дөрекі», «накты» потенциометрлерінің кемегімен оның мәнін алдыңғы панелдегі тілді құралдың көмегімен UСМ = 3V орнату;
4.3.3 Керек болса «Оптикалық сәулелердің көзі» электронды блогының оптикалық шығысын «Фотоқабылдағыш» электронды блогының оптикалық кірісімен бір модалы талшықтык баудың көмегімен қосыңыз (қорғаныстық қабығының түсі сары).
4.3.4 Зертханалық макеттің кұрамына кіретін коаксиалды кабельдің көмегімен келесі жалғауларды жасаңыз:
- «Оптикалық сәулелердін көзі» электронды блогының алдыңғы панеліндегі «кт 3» ұясын осциллографтың бірінші арнасы кірісімен жалғау;
- «Оптикалық сәулелердің көзі» электронды блогының алдыңғы панеліндегі «осциллографты синхронизациялау» ұясын осциллографтың синхронизациялау арнасының кірісімен қосу;
- «Фотоқабылдағыш» электронды блогының алдыңғы панеліндегі «шығу» ұясын осциллографтың екіншіарнасының кірісімен қосыңыз.
4.3.5 Өткен зертханалық жұмыста табылған ватт-амперлік сипаттаманы зерттеу нәтижелерін қолдана отырып, «Оптикалық сәулелердің көзі» электронды блогының алдыңғы панеліндегі «дөрекі», «нақты» потенциометрлерінің көмегімен Іо тоғының мәнін шеткі жайға тең етіп орнату (Іо = Іп).
4.3.6 «Оптикалық сэулелердің көзі» электронды блогының алдыңғы панеліндегі «дөрекі», «нақты» потенциометрлерін сағат тілімен бұрап отырып, І1 мәнін жатық ұлғайтыңыз. Бұл кезде лазерлік диодтың ығысу тоғы мен оның сәулелендірген оптикалық қуаты импульстік сигналмен модуляцияландырылған. I1 шамасы осы сигналдың амплитудасын анықтайды. Осциллограф разверткасын реттеу құрылғыларын қолданып (развертка периоды, күшейту, бейнені горизонталды жэне тігінен центрлеу), осциллограф экранында тұрақты бейнеге жету.
4.3.7 Екінші арнаның «В/бөл» ауыстырып қосқышын 0,5 жайына орнатыңыз. I1 тоғының шамасын реттейтін «дөрекі», «нақты» потенциометрлерінің көмегімен (сағат тілімен бұрап, сонымен оның мәнін үлғайтып) оның фотоқабылдағыш шығысында сигнал пайда болуын қамтамасыз ететін мәнін орнатыңыз. I1 тогын үлкейте отырып, қабылданатын оптикалық сигналды ең үлкен мәніне жеткізіңіз. Керек болған жағдайда екінші арнаның «В/бөл» ауыстырып косқышының жайын өзгертіңіз. Осциллограмманың үлгісі 5 суретте көрсетілген.
4.3.8 Келесі өлшеулердің ыңғайлылығы үшін бірінші арнаның
тігінен
реттеуінің көмегімен оны
экранның сыртына жіберіңіз. Экраннан
«Фотоқабылдағыш»
блогының шығысынан келетін екінші арна сигналы
бақыланады.
4.3.9 Осциллограф экранында фотодиодтың нөлдік тогына сәйкес келетін нөлдік өлшем сызығын орнатыңыз. Ол үшін келесі операцияларды орындаңыз:
- «Оптикалық сәулелердің көзі» электронды блогының алдыңғы панеліндегі «дөрекі», «нақты» I1 тогын реттеу потенциометрлерінің тұтқаларын сағат тіліне карсы шеткі жайға орнатыңыз. Бұл кезде модуляциялаушы сигналдың амплитудасы нөлге тең, яғни модуляция жоқ;
- «Фотоқабылдағыш» электронды блогының алдыңғы панеліндегі «қосу» фотоқабылдағышты калибровкалау ауыстырып косқышын басыңыз. Бұл кезде фототок күшейткішінің кірісі жермен қосылады, бұл фотодиод тогының нөлдік мәніне сәйкес. Экрандағы өлшем сызығының орналасуын есте сақтау керек;
- осциллограф экранында түзу сызық байқалады. Екінші арнаның тігінен реттеуінің көмегімен оны осциллограф экранында бейнеленген градуировкалық шкаланың астыңғы сызығына сәйкес жайға апарыңыз (5 суреттегі түзу сызық);
- «косу» фотокабылдағышты калибровкалау түймелі ауыстырып қосқышын басыңыз, бұл кезде осциллографтың екінші арнасындағы сигналға сәйкес сызық жоғары көтеріледі. Бұл жағдайда өлшемдік сызықты орналасуы фотодиодтың Іт қаранғылык тогымен анықталады (модуляция сигналы жоқ және Іо тогының мәні шеткі мәніне тең етіп алынған).
4.3.10 «Оптикалық сәулелердің көзі» электронды блогының алдыңғы панеліндегі «дөрекі», «нақты» потенциометрлерін сағат тілімен бұрап, I1 мәнін максималды сигнал амплитудасына жеткенше ептеп үлкейту керек. Бақылау осциллограф экраны бойынша жүргізіледі.
4.3.11 Лазерлік сәулеленудің импульсті
сигналмен модуляциялануын Іо
тоғының шамасына тәуелділігін зерттеңіз.
Бұл үшін келесі операцияларды орындаңыз:
- «Оптикалық сәулелердің көзі» электронды блогының алдыңғы панеліндегі «дөрекі», «нақты» І1 модуляциялаушы тоғын реттеу потенциометрлерінің көмегімен оның мәнін І1= 20 мА орнату;
- «Оптикалық сәулелердің көзі» электронды блогының алдыңғы панеліндегі «дөрекі», «нақты» Іо тогын реттеу потенциометрлерінің көмегімен оның ағымды мәнін орнату;
- жұмыс нүктесінің жайын реттеу сұлбасының арқасында өзгере алатын І1 шамасын реттеңіз;
- экранда бақыланатын осциллограмманың көмегімен фотодиод тіркей алатын минималды және максималды сигналдарға сәйкес келетін Рmіn және Рмах шамаларын (6 Суретті қараңыз) есептеңіз;
- өлшемдерді 5-кестеге енгізіңіз;
- өлшемдерді окытушы ұсынған Іо мәндерінің әрқайсысы үшін қайталаңыз.
5 К е с т е - Модуляция коэффицентінің Іо тоғына тәуелділігі
|
I0 (мА) |
|
|
|
|
|
Рmin (мм) |
|
|
|
|
|
Рmах (мм) |
|
|
|
|
|
M |
|
|
|
|
4.3.12 Тәжірибелік мәндер бойынша модуляция коэффициентін мына формуламен есептеңіз
m = ( Рmах - Рmin ) / ( Рmах + Рmin ).
4.3.13 m модуляция коэфффициентінің Іо тогына тәуелділігін тұрғызыңыз;
4.3.14 Лазерлік сәулеленудің импулсьтік сигналмен модуляциялануының тереңдігінің UСМ фотодиодтағы ығысу кернеуіне тәуелділігін зерттеңіз. Бұл үшін келесі операцияларды орындау керек:
- «Оптикалық сәулелерің көзі» электронды блогының алдыңғы панеліндегі «дөрекі», «нақты» Іо тоғын реттеу потенциометрлерінің көмегімен оның шеткі мәнін орнату;
- «Оптикалық сәулелердің көзі» электронды блогының алдыңғы панеліндегі «дөрекі», «нақты» І1 модуляциялаушы тоғын реттеу потенциометрлерінің көмегімен оның мәнін І1 = 20 мА орнату;
- «Фотоқабылдағыш» электронды блогының алдыңғы панеліндегі фотодиодтың ығысу кернеуін реттейтін «дөрекі», «нақты» потенциометрлерін сағат тіліне қарсы шеткі жайға орнату;
- «Фотоқабылдағыш» электронды блогының алдыңғы панеліндегі «қосу» ығысу кернеуін қосатын ауыстырып қосқышын босату. Бұл кезде фотодиодқа ығысу кернеуі берілмейді де, ол гальваникалық режімде жұмыс істейді;
- экранда байқалатын осцилограмма бойынша фотодиод тіркей алатын
минималды және
максималды сигналдарға сәйкес келетін Рmin және Рmаx:
шамаларын есептеу (6 суретті
қараңыз);
- өлшемдерді 6-кестеге Uсм =0 үшін енгізу;
- «Фотоқабылдағыш» электронды блогының алдыңғы панеліндегі «қосу» ығысу кернеуін қосатын ауыстырып қосқышын басу. Бұл кезде фотодиодқа ығысу кернеуі беріледі;
- Uсм кернеуін минималды мүмкін («дөрекі», «нақты» потенциометрлерінің сағат тіліне карсы шеткі жайы) мәнінен 5V мәніне дейін оқытушы ұсынған қадаммен өзгерте отырып, Uсм барлық мәндері үшін Рmin және Рмах шамаларын өлшеу. Өлшемдерді 6-кестеге енгізіңіз.
6 К е с т е - Модуляция коэффицентінің ығысу кернеуіне тәуелділігі Uсм
|
Uсм (V) |
|
|
|
|
|
Рmin (мм) |
|
|
|
|
|
Рmах (мм) |
|
|
|
|
|
M |
|
|
|
|
4.3.15 6-кестенің тәжірибелік мәндері бойынша модуляция коэффициентін 4.3.12 пунктінде берілген формула бойынша есептеңіз.
4.3.16 m модуляция коэффициентінің фотодиодтағы UСМ ығысу кернеуіне тәуелділігін бейнелеңіз.
4.3.17 Оқытушы ұсынған Іо
және I1 шамаларын орнатып, 1-арнаның тігінен
орналасуын
реттеу көмегімен модуляция сигналын экранға шығарыңыз.
Бұл кезде
екінші арнадағы сигналды реттейтін құрылғылар
нөлдік өлшем деңгейі өзгермеу
үшін бастапқы жайында
қалуы керек. Бірінші арна бойынша бақыланатын модуляциялаушы сигналдың осциллограммасын
және екінші арнада бақыланатын
фотоқабылдағыш қабылдайтын сигналды бейнелеңіз.
Осциллограммада нөлдік деңгейді белгілеңіз.
4.3.18 Өлшемдерді жүргізіп болғаннан кейін қолданылған құралдарды сөндіріңіз.
4.4 Зертханалық жұмыс бойынша қорытындылар
Лазерлік диодтың әртүрлі интенсивтіліктеріндегі фотоқабылдағыштың шығысынан алынған иіндердің түрлеріне студенттердің назарын аудару.
4.6 Бақылау сұрақтары
1.ЛД импульстік модуляциясына анықтама беріңіз.
2.«Жұмыс нүктесі» анықтамасына түсінік беріңіз.
3.Лазерлік диодтың интенсивтілігінің модуляциясы оптикалық сигналдың түріне және ватт-амперлік сипаттама жұмыс нүктесінің жайына қалай әсер етеді.
4Лазерлік диодтың интенсивтілігінің модуляция коэффициенті жұмыс нүктесінің ватт-амперлік сипаттамада орналасуына қалай тәуелді болады?
№5 зертханалық жұмыс. Лазерлік диодтың аналогтық модуляция процестерін зерттеу
Жұмыстың мақсаты
- лазерлік диодтың модуляция процесі мен ватт-амперлік сипаттамадағы жұмыс нүктесінің орналасуының оптикалык сигнал пішініне әсер етуін зерттеу;
-лазерлік диодтың интенсивтілігінің модуляция коэффицентінің жұмыс нүктесінің ватт-амперлік сипаттамада орналасуына тәуелділігін зерттеу.
5.1 Жұмысқа дайындық
Мына бөлімдерді қайталау: лазерлік диодтың аналогты модуляциясы.
5.2 Тәжірибелік кұрылғының сипаттамасы
а) «Оптикалық сәулелердің көзі» электронды блогы;
б) «Фотоқабылдағыш»;
в) ВС көп модалы талшықтық
жарық өткізгіш;
д) телевизиялы
осциллограф.
5.3 Жұмысты орындау реті
5.3.1 «Оптикалық сәулелердің көзі» электронды блогының оптикалық шығысын «Фотоқабылдағыш» электронды блогының оптикалық кірісімен бір модалы талшықтык баудың көмегімен жалғаңыз (қорғаныс қабығы сары).
5.3.2 «Оптикалык сәулелердің көзі» электронды блогының реттеу органдарын бастапқы жайға орнатыңыз:
- «дөрекі», «нақты» І0, І1 токтарын реттеу потенциометрлерін сағат тіліне қарсы шеткі жайға қойыңыз;
- І0 ток кілтін қосатын «қосу» кнопкалы ауыстырып қосқышын басыңыз;
- І0 тогының «қолмен орнату» кнопкалы ауыстырып қосқышын босатыңыз;
- І1 ток кілтін қосатын «қосу» түймелі ауыстырып қосқышын босатыңыз;
- сыртқы аналогты модуляциялауышты сигналының көзін
қосатын «қосу»
ктүймелі
ауыстырып қосқышын босатыңыз;
- «Дисперсиялық бұрмалану» потенциометрін сағат тіліне қарсы шетке орналастырңыз;
- шуыл генераторын қосатын «қосу» ктүймесін босатыңыз;
- «Шу деңгейі» потенциометрінің тұтқасын сағат тіліне қарсы шетке жайға орналастырыңыз;
- аналогты модуляциялаушы сигналының көзін қосатын «қосу» түймелі ауыстырып қосқышын басыңыз;
- «Амплитуда» потенциометрінің тұтқасын сағат тіліне қарсы шетке жайғастырыңыз;
- «желі» тумблерін қосыңыз. Бұл кезде оның жарығы қосылады.
5.3.3 «Фотоқабылдағыш» злектронды блогының реттеу органдарын бастапқы жайға орнатыңыз:
- ығысу кернеуін реттейтін «дөрекі», «нақты» потенциометрлерінің тұтқаларын сағат тіліне қарсы шетке жайғастырыңыз;
- ығысу кернеуін қосатын «қосу» түймелі ауыстырып қосқышын басыңыз;
- фотоқабылдағышты калибровкалауды қосатын «вкл» түймелі ауыстырып косқышын басыңыз;
- оптикалық қуатты салыстырмалы бірлікте өлшеудің шектерін таңдайтын түймелі ауыстырып қосқышты – х100 жайына қойыңыз;
- «желі» тумблерін қос бұл кезде оның жарығы қосылады;
- «дөрекі», «нақты» ығысу кернеуін реттейтін потенциометрлерінің көмегімен, алдыңғы панелдегі тілді кұралдың көмегімен оның мәнін Uсм = 3V
орнатыңыз.
5.3.4 Зертханалық макеттің құрамына кіретін коаксиалды кәбілдердің көмегімен келесі жалғауларды жасаңыз:
- «Оптикалық сәулелердің көзі» электронды блогының алдыңғы панеліндегі «кт 3» үлсын осцилллографтың бірінші арнасының кірісімен жалғаңыз;
- «Оптикалык сәулелердің көзі» электронды блогыньщ алдыңғы панеліндегі «осциллографты синхронизациялау» ұясын осциллографтың синхронизациялау арнасының кірісімен жалғаңыз;
- «Фотокабылдағыш» электронды блогының алдыңғы панеліндегі «шығу» ұясын осциллографтың екінші арнасының кірісімен жалғаңыз.
5.3.5 «Оптикалык сәулелердің көзі» электронды блогының алдыңғы панеліндегі Іо тоғын реттейтін «дөрекі», «нақты» потенциометрлерінің көмегімен оның Іо=10мА ағымды мәнін орнатыңыз.
5.3.6 Осциллографтың екінші арнасындағы сигнал үшін экранда нөлдік өлшем сызығын орнатыңыз. Ол фотодиодтың нөлдік тогына сәйкес келеді. Ол үшін келесі операцияларды жасаңыз:
- «Оптикалык сәулелердің көзі» злектронды блогының алдыңғы панеліндегі «Амплитуда» потенциометрінің тұтқасының сағат тіліне қарсы шеткі жағдайда орналасуын тексеріңіз. Бүл кезде модуляциялаушы сигнал амплитудасы нөлге тең - модуляция жоқ болу керек;
- «Фотоқабылдағыш» электронды блогының алдыңғы панеліндегі «қосу» фотоқабылдағышты дәлме-дәл өлшеуін қосатын түймелі ауыстырып қосқышын басыңыз. Бұл кезде фототок күшейткішінің кірісі жермен қосылады. Бұл фотодиод тогының нөлдік мәніне сәйкес келеді;
- осциллограф экранында түзу сызық бақыланады. 2-арнаның сигналының орналасуын тігінен реттеудің көмегімен оны градуировкалық тордың астыңғы сызығымен сәйкес жайға апарыңыз. Экрандағы өлшем сызығының орналасуын есте сактаған жөн;
- «қосу» фотоқабылдағышты дәлме-дэл өлшеуін қосатын түймелі ауыстырып қосқышын басыңыз. Бұл кезде осциллографтың екінші арнасындағы сигналға сәйкес келетін сызық жоғары көтеріледі. Бұл жағдайдағы өлшем сызығының орналасуы Іт фотодиодтың қараңғылық тоғымен және Іо=10мА тоғымен анықталатын лазерлік диодтың сәулелену деңгейімен анықталады.
5.3.7 «Оптикалык сәулелердің көзі» электронды блогының алдыңғы панеліндегі «Амплитуда» потенциометрінің тұтқасын сағат тілімен бұрап отырып, осциллографтың бірінші және екінші арнасындағы синусоидалық сигналдардың пайда болуына жету керек. Тұтқаны шегіне дейін бұрап, аналогты сигналдың максималды амплитудасын орнатыңыз. Бірінші арнадан модуляциялаушы сигнал, ал екінші арнадан фотоқабылдағыштың шығысындағы сигнал бакыланады. Фотоқабылдағыштың шығысындағы сигнал үшін (екінші канал) міндетті түрде нөлдік деңгейді белгіле.
5.3.8 «Оптикалык сәулелердің көзі» электронды блогының алдыңғы панеліндегі Іо тоғын реттейтін «дөрекі», «нақты» потенциометрлерінің көмегімен оның мәнін азайта отырып, фотоқабылдағыштың шығысындағы сигналдың бұзылуына жетуге болады. Фотоқабылдағыштың шығысындағы сигнал үшін сигналдар осциллограммаларын нөлдік деңгейдің белгісімен бейнелеңіз.
5.3.9 Алдағы өлшемдердің ыңғайлылығы үшін 1-арналық тігінен реттеуінің кемегімен оны экранның шектерінен шығарыңыз. Экранда «Фотоқабылдағыш» блогының шығысынан келетін 2-арна сигналы бақыланады.
5.3.10 Лазерлік диодтың сәулеленуінің аналогты синусоидалык сигналмен модуляциялануының тереңдігінің Іо тогының шамасына тәуелділігін зерттеңіз. Ол үшін келесі операцияларды орындаңыз:
- «Оптикалық сәулелердің көзі» электронды блогының алдыңғы панеліндегі Іо тогын реттейтін «дөрекі», «нақты» потенциометрлерінің көмегімен оның ағымды мәнін орнатыңыз;
- «Оптикалық сәулелердің көзі» электронды блогының алдыңғы панеліндегі «Амплитуда» потенциометрінің тұтқасын бұрап отырып, модуляциялаушы сигналды фотоқабылдағыш шығысындағы сигналдың бұзылуы пайда болмайтындай етіп реттеңіз;
- экранда бақыланатын осцилограмма бойынша фотодиод тіркейтін минималды және максималды сигнал деңгейлеріне сәйкес келетін Рmin жэне Рмах шамаларын өлшеңіз;
- өлшемдерді 7-ші кестеге енгізіңіз;
- өлшемдерді оқытушы ұсынған Іо тогының барлық мәндері үшін қайталаңыз.
7 Кесте - Модуляция коэффициентінің I0 тогына тәуелділігі
|
I0 (мА) |
|
|
|
|
|
Рmin (мм) |
|
|
|
|
|
Рmах (мм) |
|
|
|
|
|
M |
|
|
|
|
5.3.11 Тәжірибелік мәндер бойынша модуляция коэффициентінің мәнін келесі формула бойынша есептеңіз
m = ( Рmах - Рmin ) / ( Рmах + Рmin ),
m модуляция коэффициентінің Іо тогына тәуелділігін бейнелеңіз.
5.4 Зертханалық жүмыс бойынша қорытындылар
Зертханалык жүмыс бойынша қорытындылар жасау, Iо тогының әртүрлі мәндеріндегі m модуляция коэффициентін алуға студенттердің назарын аудару, фотоқабылдағыштың шығысындағы сигнал пішінінің бұзылуына әкелетін жағдайларды белгілеу.
5.5 Бақылау сұрақтары
1 Аналогты модуляцияға анықтама беріңіз.
2 Лазерлік диодтың интенсивтілігінің модуляция процесі оптикалық сигналдың пішіні мен жұмыс нүктесінің ватт-амперлік сипаттамадағы орналасуына қалай әсер етеді?
Әдебиеттер тізімі
1. Бутусов М.Ф, Верник С.М, Галкин С.Л. Волоконно-оптические системы передачи: Учебник для вузов. – М.: Радио и Связь, 1992.
2. Иванов А.Б. Волоконная оптика: компоненты системы передачи, измерения; - М.: Компания Сайрус Системс, 1999.
3. Убайдуллаев Р.Р. Волоконно-оптические сети – М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 1998.
4. Гроднев И.И. Волоконно-оптические линии связи. Учебное пособие для вузов ; - М.: Радио и Связь, 1990.
5. Справочник. Волоконно-оптические системы передачи и кабели./Под редакцией И.И. Гроднева – М.: Радио и Связь, 1993.
6. Волоконно-оптические системы передачи и кабели. Справочник Под ред. И.И. Гроднева. –М.: Радио и связь, 1993. - 265 с.
7. Оптические системы связи. Учебное пособие/ С.В.Коньшин, Б.Б.Агатаева. - Алматы: АИЭС, 2008- 80 с.
8. Агатаева Б. Б. Оптические системы связи. Методические указания
к выполнению расчетно-графической работы. - Алматы: АИЭС – 2006.
9. Ағатаева Б.Б., Елизарова Е.Ю., Шахматова Г.А Телекоммуникациядағы оптикалық байланыс жүйелері. Дәрістер жинағы. - Алматы: АЭжБИ, 2009.- 55б.
10. Агатаева Б.Б., Елизарова Е.Ю., Шахматова Г.А Оптические системы связм в телекоммуникациях. Конспект лнкции. - Алматы: АИЭС, 2009.- 60с.