АЛМАТЫ ЭНЕРГЕТИКА ЖӘНЕ БАЙЛАНЫС ИНСТИТУТЫ
Телекоммуникациялық системалар кафедрасы
Телекоммуникацияның ОПТИКАЛЫҚ БАЙЛАНЫС ЖҮЙЕЛЕРІ
050719 – Радиотехника, электроника және телекоммуникациялар мамандығы бойынша барлық оқу түрінің студент-бакалаврлары үшін зертханалық жұмыстарды орындауға арналған әдістемелік нұсқаулар
Алматы 2009
Мазмұны
№1 зертханалық жұмыс. Лазерлік және жарық шығарғыш диодтардың поляризациялық мінездемелерін зерттеу
№4 зертханалық жұмыс. Лазерлік диодтың импульсті модуляция процестерін зерттеу
№5 зертханалық жұмыс. Лазерлік диодтың аналогтық модуляция процестерін зерттеу
№1 зертханалық жұмыс. Лазерлік
және жарық шығарғыш диодтардың
поляризациялық мінездемелерін зерттеу
Жұмыстың мақсаты:
-лазерлік диодтың поляризация коэффициентінің Iн; тарту тоғынан тәуелділігін тәжірибелік зерттеу;
-жарық шығарғыш диодтың поляризация коэффициентінің Iн. тарту тоғына тәуелділігін тәжірибелік зерттеу.
Жұмысқа дайындық
Мына бөлімдерді қайталау: жарықтың поляризациялануы, поляризацияландырғыштар, ЖШД және ЛД оптикалық сигнал көздері, оптикалық сигналдың параметрлерінің мінездемелері.
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.
1.1 Жұмысты жүргізу реті
Поляризациялық мінездеме деп оптикалық көздің сәулеленуінің поляризациялану коэффициентінің оның pn-ауысуы арқылы өтетін тоғына (тарту тоғы Iн) тәуелділігін түсінеді.
1.1.1 «Оптикалық сәулелердің көзі» электронды қорек блогының алдыңғы панеліндегі тарту тоғын жөнге салу "дөрекі", "нақты" тұтқаларын сағат тіліне қарсы шеткі жайға орнату.
1.1.2 Тарту тоғының өзгеру шектерін ауыстырып қосқыштарын – 5мА жайына.
1.1.3 ЛД1 диодын қосқыш кабелінің көмегімен «Оптикалық сәулелердің көзі» блогына қосу.
1.1.4 «Фотоқабылдағыш» электронды блогының басқару органдарын бастапқы жайға орнату:
-потенциометрлердің «дөрекі», «нақты» ығысу кернеуін жөнге келтіру тұтқаларын – сағат тіліне қарсы шеткі жағдайға;
-«қосу» ығысу кернеуін қосатын кнопкалық ауыстырып қосқышын басу;
-«қосу» фотоқабылдағыш калибровкасын қосатын кнопкалық ауыстырып қосқышын басу;
-«шектеу» оптикалық қуатты салыстырмалы бірлікте өлшеудің шектерін таңдау кнопкалық ауыстырып қосқышын - х10 жайына.
1.1.5 ФД1-ді қосу кабелінің көмегімен блокқа қосу.
1.1.6 «Оптикалық сәулелердің көзі», «Фотоқабылдағыш» блоктарының алдыңғы панельдеріндегі «желі» тумблерін қосу. Бұл кезде олардың көмекші жарықтары қосылады.
1.1.7 «Фотоқабылдағыш» блогының алдыңғы панеліндегі фотодиодтағы ығысу кернеуін жөнге салу "дөрекі", "нақты" потенциометрлерінің көмегімен оны Uсм= 1.5v деңгейіне орнату.
1.1.8 Оптикалық көздің (ЛД1, 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 құралдың мәнін нөлге орнату. Барлық операцияларды жасағаннан кейін «қосу» кнопкасын босату;
в) Iн тарту тоғын нөлден «Фотоқабылдағыш» блогының алдыңғы панеліндегі «оптикалық қуат» өлшеу құралының тілі ең төмен сезгіштігімен 1 белгісіне жеткенге дейін өзгерту керек – «шектеу» кнопкалы ауыстырып қосқышы – х100 жайында. Iн әр бекітілген мәнінде оптикалық 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 «Оптикалық қуат» әйнегіндегі «оптикалық қуат» құралының көрсетулері өзгереді. Өлшегіш құралдың ең төмен (Р min) және ең жоғары (Pmax ) көрсетулерін, оларға сәйкес тарту тоғының Iн мәндерін 1-кестеге енгізу. Өлшемдерді тарту тоғын 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. Бұл кезде оның нөлдік мәні орнатылады. Бұдан кейін токтың өзгеру шегін ауыстырып, оның керек мәнін орнату.
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 көздің (ЛД1 немесе СД) сәулелендіруінің поляризация коэффициентінің тарту тоғына тәуелділігі
|
Iн (мА) |
2 |
5 |
10 |
15 |
20 |
|
Рmin (сал..бірл. ) |
|
|
|
|
|
|
Рmax (сал..бірл. ) |
|
|
|
|
|
|
q |
|
|
|
|
|
е) тарту тоғының барлық мәндері үшін поляризация коэффициентінің модулін есептеп, оның тарту тоғына Iн тәуелділігін салу. Поляризация коэффициентін мына формуламен есептеу
q = (Рмак - Рмin) / (Рмак + Рмin);
ж) салынған q (Iн ) тәуелділігінде көз генерацияланған сәулелендірудің поляризациялық қасиеттерінің пайда болуына (поляризация коэффициентінің күрт өсуі) сәйкес келетін тоқтың Iп2 мәнін белгілеу.
1.2 Жарық шығарғыш диодтың поляризациялық мінездемелерін тәжірибелік зерттеу
1.2.1 «Оптикалық сәулелердің көзі» электронды қорек блогының алдыңғы панеліндегі «дөрекі», «нақты» тарту тоғын реттеу потенциометрлерінің тұтқаларын сағат тіліне қарсы шеткі жайға орнату. Бұдан кейін «желі» тумблерінің көмегімен оны қосу. «Фотоқабылдағыш» блогын «желі» тумблерімен өшіру.
1.2.2 Жалғау кабелінің көмегімен жарық шығарғыш СД диодын «Оптикалық сәулелердің көзі» блогына қосу.
1.2.3 Жалғау кабелінің көмегімен ФД2-ні «Фотоқабылдағыш» блогына қосу.
1.2.4 «Оптикалық сәулелердің көзі» және «Фотоқабылдағыш» панелдеріндегі «желі» тумблерлерін қосу.
1.2.5 Осы сипаттаманың 1.4.8 пунктіне сәйкес өлшемдерді жасау мен нәтижелерді өңдеу.
1.3 Зертханалық жұмыс бойынша қорытындылар
Әртүрлі жарық көздері (лазерлік диод және жарық шығарғыш диод) үшін Iн тоғымен поляризация коэффициентінің өзгеруін салыстыру. Поляризация коэффициентінің күрт өсуінің себептерін ұсыну.
1.4 Бақылау сұрақтары
1.4.1 Жарық поляризациялануы құбылысын түсіндіру.
1.4.2 Поляризаторлар деген не және олардың жұмыс істеу принципі?
1.4.3 Лазерлік диодтың поляризациялануы мен жарық шығарғыш диодтың поляризациялануының ерекшеліктерін түсіндіру.
1.4.4 Жарық поляризациялану процесі тарту тоғына қалай тәуелді?
1.4.5 Қандай шартта шағылысқан сәуленің толық поляризациялануы болады?
№2 зертханалық жұмыс. «Лазерлік және жарық шығарғыш диодтардың ватт-амперлік мінездемелерін салыстырмалы зерттеу»
Жұмыстың мақсаты:
-лазерлік диодтың ватт-амперлік мінездемесін тәжірибелік өлшеу;
-лазерлік диодтың шектеу тоғын және оптикалық сәулелендірудің генерациясының басталуына сәйкес тарту тоғын тәжірибелік анықтау;
-жарық шығарғыш диодтың ватт-амперлік мінездемесін тәжірибелік өлшеу;
-лазерлік диод пен жарық шығарғыш диодтың ватт-амперлік мінездемесін салыстыру;
-ФД-тың сезгіштігі мен Iт қараңғылық тоғының Uфд ығысу кернеуіне тәуелділігін зерттеу (қосымша тапсырма оқытушының нұсқауымен орындалады).
Жұмысқа дайындық
Мына бөлімдерді қайталау: сәулелену көздері. Лазерлік диод пен жарық шығарғыш диодтың ватт-амперлік мінездемелері. Оптикалық сәулелену қабылдағыштары. Фотодиодтың негізгі мінездемелері.
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.
2.1 Жұмысты жүргізу реті
Ватт-амперлік мінездеме деп оптикалық көзден шыққан қуаттың оның pn-ауысуы бойымен өтетін тоққа (тарту тоғы Iн) тәуелділігін айтады.
2.1.1 Тарту тоғын реттеу потенциометрлерінің тұтқаларын сағат тіліне қарсы шеткі жайға орнату.
2.1.2 Кнопкалы тарту тоғының өзгеру шектерін ауыстырып қосқышын 25мА жайына.
2.1.3 ЛД1-ді «Оптикалық сәулелердің көзі» электронды блогына қосу.
2.1.4 «Фотоқабылдағыш»-ты бастапқы жайына орнату:
-ығысу кернеуін реттеу «дөрекі», «нақты» потенциометрлерінің тұтқаларын – сағат тіліне қарсы шеткі жайға;
-«қосу» ығысу кернеуін қосу кнопкалы ауыстырып қосқышын басу;
-фотоқабылдағышты дәлме-дәл өлшеу «қосу» ауыстырып қосқышын басу;
-салыстырмалы бірлікте оптикалық қуатты өлшеу шектерін таңдау «шектеу» кнопкалы ауыстырып қосқышын х100 жайына.
2.1.5 Жалғау кабелінің көмегімен ФД1-ді блокқа қосу.
2.1.6 «Оптикалық сәулелердің көзі» және «Фотоқабылдағыш» блоктарының алдыңғы панелдеріндегі «желі» тумблерлерін қосу.
2.1.7 Фотодиодтағы ығысу кернеуін реттеу потенциометрлерінің көмегімен «дөрекі», «нақты» оның мәнін Uсм= 7v шамасына орнату.
2.1.8 Лазерлік диодтың Iн тарту тоғын оның ватт-амперлік мінездемесін өлшеуге мүмкіндік беретін ең жоғары шамаға орнату. Мұны ЛД1 мен ФД1 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» кнопкалы ауыстырып қосқышын басу. Бұдан кейін алдыңғы панелдегі «нөлдік орнату» потенциометрінің көмегімен оптикалық қуатты өлшейтін тілді құралдың нөлдік мәнін орнату. Барлық операцияларды жасаған соң «қосу» кнопкалы ауыстырып қосқышын босату;
б) лазерлік диодтың тарту тоғының мәні Iн < 20 мА болса, П поляризаторын өз осі бойынша «Фотоқабылдағыш» блогының алдыңғы панеліндегі «Оптикалық қуат» әйнегіндегі өлшеу құралының көрсетулері азаятын жаққа қарай айналдыру. Поляризаторды айналдырып, өлшеу құралының тілін 0,75 белгісіне орнату;
в) Iн > 20 мА мәніне жеткенше (б), (в) пункттерінде келтірілген операцияларды қайталау. Бұдан кейін ЛД1 ватт-амперлік мінездемесін өлшеуге кірісуге болады.
2.1.9 Оптикалық көздің ватт-амперлік мінездемесін өлшеу. ЛД1 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 тарту тоғының өзгеру шектерін (0-5) мА орнату;
б) оптикалық қуаттың өлшеу шектерін таңдау, кнопкалық ауыстырып қосқышын х1 (ең жоғары сезгіштік) жайына орнату. (а) пунктіне сәйкес фототок күшейткішінің дәлме-дәл өлшемін жасау;
в) «Оптикалық сәулелерінің көзі» блогының алдыңғы панеліндегі Iн тоғын реттеу, потенциометрлерінің тұтқаларын сағат тіліне қарсы шеткі жайға орнату. Бұдан кейін тарту тоғының өзгеру шектерін (0-25) мА тең етіп ауыстырып қосу;
г) ватт-амперлік мінездемені өлшеуді жалғастыру. Оптикалық қуаттың өлшеу шектерін ауыстыру керек болған жағдайда («Фотоқабылдағыш» электронды блогының алдыңғы панеліндегі «шектеу» кнопкалы ауыстырып қосқышының көмегімен) 2.1.8 (а) пунктіне сәйкес фототок күшейткішінің 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.
2 К е с т е – Оптикалық көздің ватт-амперлік мінездемесі
|
Iн (мА) |
|
|
|
|
|
|
Р (сал..бірл. ) |
|
|
|
|
|
2.2 Жарық шығаратын диодтың ватт-амперлік мінездемесін өлшеу. Осы сипаттаманың 2.1.9 пунктіне сәйкес өлшемдер жасау
2.3 Өлшенген мәндер бойынша Р оптикалық қуаттың Iн. тарту тоғына тәуелділігін сал
Салынған тәуелділіктер бойынша келесіні анықта:
-генерацияның басталуына сәйкес келетін лазерлік диод пен жарық шығаратын диодтың тарту тоқтарының мәндерін;
-лазерлік диодтың ватт-амперлік мінездемесінің сынығына сәйкес келетін Iп1 шеткі тоғын;
-лазерлік диод пен жарық шығаратын диодтың ватт-амперлік сипаттамаларының ерекшеліктерін.
2.4 ФД сезгіштігі мен Iт қараңғылық тоғының Uфд ығысу кернеуіне тәуелділігін өлшеу (қосымша тапсырма оқытушының нұсқауымен орындалады)
Фотодиодтың бетіне түсетін оптикалық қуат пен оның тоғының мәндері бір-біріне тура пропорционалды. Фототоктық мінездемесі сызықты болғандықтан, ФД сезгіштігі оның шығысындағы кернеуге пропорционалды болады. Бұл кернеу «Фотоқабылдағыш» алдыңғы панеліндегі «Оптикалық қуат» әйнегіндегі тілді өлшеу құралымен көрсетіледі (салыстырмалы бірліктермен). Ығысу кернеуінің сезгіштігінің өзгеруі күшейткіштің шығысындағы кернеудің өзгеру заңымен бірдей. Өлшеу екі көздің кез келгені үшін оған сәйкес келетін фотодиодты (ФД1 немесе ФД2) қолданумен жүргізіледі. ФД сезгіштігінің Uфд ығысу кернеуіне тәуелділігін өлшеу үшін келесі операцияларды орында:
2.4.1 Тарту тоғының мәнін «Оптикалық сәулелерінің көзі» блогының алдыңғы панелінде Iн=10мА орнату. Егер тарту тоғының өзгеру шектерін ауыстыру керек болса, шек таңдау кнопкасын баспай тұрып «дөрекі», «нақты» потенциометрлерінің тұтқаларын сағат тіліне қарсы шеткі жайға орнату қажет. Тоқ алдыңғы панелдегі тілді құралдың көмегімен бақыланады. Бұдан кейін шығарылған қуаттың тұрақты деңгейіне сәйкес келетін Iн мәнін өзгертпеу керек.
2.4.2 Оқытушы көрсеткен қадаммен ФД ығысу кернеуін 1,5V-тан ең жоғары мүмкін мәніне (10V) дейін өзгерте отырып, Р оптикалық қуатының Uсм ығысу кернеуіне тәуелділігін өлше. Uсм және Р шамалары «Фотоқабылдағыш» блогының алдыңғы панеліндегі «Ығысу кернеуі» және «оптикалық қуат» әйнектеріндегі тілді құралдардың көрсетулері бойынша анықталады. Өлшемдерді 3-кестеге енгіз.
2.4.3 ығысу кернеуі Uсм=0 (фотодиодтың гальваникалық жұмыс режимі) мәніндегі Р оптикалық қуатын анықтау үшін «Фотоқабылдағыш» блогының алдыңғы панеліндегі «Ығысу кернеуі» әйнегіндегі «қосу» кнопкалы ауыстырып қосқышын босату керек. Бұл кезде фотодиодқа ығысу кернеуі берілмейді (Uсм=0). Бұл өлшемді аяқтағаннан кейін «қосу» кнопкасын басу керек. Өлшемдерді 3-кестеге енгіз.
3 К е с т е – Фотодиодтың сезгіштігінің ығысу кернеуіне тәуелділігі
|
Uсм (В ) |
|
|
|
|
|
|
Р (сал..бірл. ) |
|
|
|
|
|
|
S/Smax |
|
|
|
|
|
2.5 Сезгіштіктің фотодиодтағы ығысу кернеуіне нормаланған тәуелділігін есепте
S спектралды сезгіштік өлшенетін оптикалық қуат сияқты өзгеретіндіктен, S/Smax шамасын келесідегідей анықтауға болады
S/Smax = Р/Рmax, мұндағы Рmax – өлшемдердің нәтижесінде табылған оптикалық қуаттың максималды мәні.
2.6 S/Smax(Uсм) тәуелділігін салып, ол бойынша күшейткіштің шығысындағы кернеудің максималды шамасына сәйкес келетін ығысу кернеуінің оптималды мәнін анықта (Uсм 0)
2.7 Фотодиодтың Iт қараңғылық тоғының Uсм ығысу кернеуіне тәуелділігін өлшеу (қосымша тапсырма оқытушының нұсқауымен орындалады)
Фототок күшейткішінің мінездемесі сызықты болғандықтан, фотодиодтың Iт қараңғылық тоғы оның шығысындағы кернеуге пропорционалды болады. Бұл кернеу «Фотоқабылдағыш» алдыңғы панеліндегі «Оптикалық қуат» әйнегіндегі тілді өлшеу құралымен тіркеледі (салыстырмалы бірлікте). Қараңғылық тоқтың өзгеру заңы күшейткіштің шығысындағы кернеудің өзгеруімен бірдей. Өлшемдер екі фотодиодтың кез келгені үшін орындалады – ФД1 немесе ФД2. ФД қараңғылық тоғының Uфд ығысу кернеуіне тәуелділігін өлшеу үшін келесі операцияларды орындау керек:
2.7.1 Потенциометрлердің тұтқаларын сағат тіліне қарсы бұр. Бұдан кейін оны «желі» тумблеріне қос.
2.7.2 «Фотоқабылдағыш» блогының «Ығысу кернеуі» әйнегіндегі кнопкалы ауыстырып қосқышын босат. Бұл кезде фотодиодқа ығысу кернеуі берілмейді (Uсм=0).
2.7.3 «Фотоқабылдағыш» блогының алдыңғы панеліндегі «Оптикалық қуат» әйнегіндегі «шектеу» кнопкалы ауыстырып қосқышының көмегімен оптикалық қуаттың өлшеу шегін орнат. Бұл кезде «Оптикалық қуат» өлшеу құралының тілінің көрінетін ауытқуы бақыланады. Керек болса фототок күшейткішін дәлме-дәл өлшеу. Оптикалық қуаттың өлшенген мәндерін 3-кестеге Uсм=0 графасына енгіз. Бұл өлшеуді жасаған соң «Фотоқабылдағыш» блогының «Ығысу кернеуі» әйнегіндегі «қосу» кнопкасын басып қой.
2.7.4 Оқытушы ұсынған қадаммен ФД ығысу кернеуін 1,5V-тан максималды мүмкін мәнге дейін өзгерте отырып, оптикалық қуаттың (бұл жағдайда ол Iт ығысу тоғына пропорционалды болады) Uсм ығысу кернеуіне тәуелділігін өлше. Өлшемдерді 4-кестеге енгіз.
4 Ке с т е – ФД Iт қараңғылық тоғының Uсм ығысу кернеуіне тәуелділігі
|
Uсм (В) |
|
|
|
|
|
|
Р (сал..бірл. ) |
|
|
|
|
|
|
Iт/ Iт мах |
|
|
|
|
|
2.7.5 Қараңғылық токтың фотодиодтағы ығысу кернеуіне тәуелділігінің нормаланған мәнін есепте. Қараңғылық тоқ өлшенетін оптикалық қуатпен бірдей өзгеретіндіктен Iт/Iтмах шамасын келесідегідей табуға болады
Iт/ Iт мах = Р/Рmax, мұндағы Рmax – өлшемдер нәтижесінде анықталған оптикалық қуаттың максималды мәні.
2.7.6 Iт/ Iт мах (Uсм) тәуелділігін сал.
2.8 Зертханалық жұмыс бойынша қорытындылар
Оптикалық көздердің вольт-амперлік мінездемелерінің сапалық салыстыруын жаса. Генерация басталуының себептерін түсіндір.
2.9 Бақылау сұрақтары
2.9.1 Кездейсоқ сәулелену басым болатын көз қалай аталады?
2.9.2 Жарық шығаратын диод пен лазерлік диодтың мінездемесін бер.
2.9.3 Олардың артықшылықтары мен жетіспеушіліктері.
2.9.4 Жарық шығаратын диодтың спектрінің ені қандай?
2.9.5 Лазерлік диодтың спектрінің ені қандай?
2.9.6 Қараңғылық тоқтың анықтамасын бер.
2.9.7 Фотодиодта оптикалық қуат ығысу кернеуіне қалай тәуелді?
№3 зертханалық жұмыс. Талшықтық жарық өткізгіштердің модалық сипаттамаларын салыстырмалы зерттеу. 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 интенсивтіліктің таралуы бойынша зерттеу.
Жұмысқа дайындық
Мына бөлімдерді қайталау: лазерлік диодтың сәулеленуінің когеренттілігі, тарту тоғы, модалық шуылдар.
Тәжірибелік құрылғының сипаттамасы
а) электронды қорек блогы БП «Оптикалық сәулелердің көзі»;
б) лазерлік диод ЛД2;
в) юстировка жасау құрылғылары ЮУ1 және ЮУ2;
г) көп модалық талшықтық жарық өткізгіш ВС;
д) микро объективі бар телекамера;
е) ақ-қара монитор;
ж) телевизиялы осциллограф.
3.1 Жұмысты жүргізу реті
Талшықтық жарық өткізгіштердің модалық құрамын көлденең қимасында интенсивтіліктің таралуы бойынша зерттеу.
Тәжірибелік құрылғы 1-суретте көрсетілген.
1 Сурет – Тәжірибелік құрылғы
3.1.1 Орнат:
-«Оптикалық сәулелердің көзі» блогының панеліндегі «дөрекі», «нақты» тарту тоғын реттеу потенциометрлерінің тұтқаларын сағат тіліне қарсы шеткі жайға;
-кнопкалы тарту тоғының өзгеру шектерінің ауыстырып қосқышын 25мА жайына;
-жалғау кабелінің көмегімен ЛД-ты «Оптикалық сәулелердің көзі» блогына;
-«сеть» тумблерін қос.
3.1.2 Монитор М мен телекамераны (ТК) қос. Бұл кезде, яғни ол жылынғаннан кейін монитор экранының сәл жарықтануы байқалады.
3.1.3 «Оптикалық сәулелерінің көзі» блогының алдыңғы панеліндегі «дөрекі», «нақты» потенциометрлерінің көмегімен лазерлік диодтың тарту тоғының мәнін Iн= 15мА орнату. Тарту тоғын бақылау алдыңғы панелдегі тілді құралмен жүзеге асырылады.
3.1.4 Жарық өткізгіштің шығыс шеті телекамера микрообъективіне қарсы орналасқан. Екі элемент те екінші юстировка жасау құрылғысында тіркелген. Монитор экранында анық бейнеге қол жеткіз.
3.1.5 Бұл тәжірибеде зерттелетін лазерлік диод бұрыштық қозғалыс жасайтын ЮУ2 юстировка жасау құрылғысының торабында орналасқан. Жарық өткізгіштің шетінен монитор экранында байқалатын жарық дақтың пайда болуын қамтамасыз ет. Көздің орналасуы мен кіріс шетін реттеуді максималды жарықтыққа жете отырып жаса.
3.1.6 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 бақылауға қиындық тудырады. Бұл жағдайда зерттелетін жарық өткізгішке енгізілетін сәулелену көзінің оптикалық қуатының үлесін азайту керек. Бұл үшін ЛД2-нің кіріс шетін жылжыту керек. Жылжытуды УВ1, УГ1 микрометрлік винттерінің көмегімен (жарық өткізгішке сәулеленуді енгізу бұрышы бойынша) немесе ЛПП1, ЛВ1 микрометрлік винттерінің көмегімен (жарық өткізгіштің шетін көзбен салыстырғанда сызықтық жылжыту) жүзеге асыруға болады. Осы мүмкіндіктерді пайдалана отырып, монитор экранында спеклдік құрылымға жеткенде жарық өткізгішпен жарық түсірілген облыстың маңынан қараңғы облыстармен шектелген бөлек жарық дақтар байқалу керек. Олардың орналасуы тұрақты емес және кездейсоқ флуктуацияларға душар болған. Бұл ЛД сәулеленуінің когеренттілігіне байланысты.
3.1.7 Барлық юстировка жасау операцияларын жасағаннан кейін тарту тоғының шектерін ауыстырмай, оны «Оптикалық сәулелену көзі» блогының алдыңғы панеліндегі «дөрекі», «нақты» тарту тоғын реттеу потенциометрлерінің тұтқаларын сағат тіліне қарсы шеткі жайға бұрап, нөлдік мәнге орнат. Бұл кезде монитор экранындағы жарық дақ жоғалады, өйткені сәулелену генерациясы жоқ.
3.1.8 «дөрекі», «нақты» потенциометрлерінің көмегімен тарту тоғының шамасын жатық үлкейте отырып, монитор экранында пайда болатын жарық дақты бақыла. Iн тарту тоғының мәні өткен зертханалық жұмыстарда табылған шекті мәннен төмен болғанында монитор экранынан біркелкі жарықша бақылану керек. Бейне тұрақты. Бұл жарық өткізгіштің әр түрлі модаларының арасында интерференция жоқ екенін білдіреді.
3.1.9 Тарту тоғын одан әрі үлкейту монитор экранында спеклдік құрылымның пайда болуына әкеледі – жарық өткізгішпен жарық түсірілген облыстың маңынан қараңғы облыстармен шектелген бөлек жарық дақтар байқалу керек. Оларадың орналасуы тұрақты емес және кездейсоқ флуктуацияларға душар болған. Бұл ЛД сәулеленуінің когеренттілігіне байланысты.
3.1.10 Жарық өткізгіштің шетіндегі сәулеленудің спеклдік құрылымының пайда болуына сәйкес Iп3 тарту тоғының мәнін тірке. Өлшенген мәнді Iп1 шекті тоқ мәнімен және лазерлік сәулеленудің поляризациялық қасиетінің пайда болуына сәйкес Iп2 шамасымен салыстыр. Бұл шамалар бұрын 1 және 2 лабораториялық жұмыстарда табылған. Тоқтың барлық үш мәндері тәжірибенің дәлдік шектерінде бір-біріне сәйкес болу керек.
3.1.11 «Оптикалық сәулелерінің көзі» электронды блогының алдыңғы панеліндегі «дөрекі», «нақты» тарту тоғын реттеу потенциометрлерінің тұтқаларын сағат тіліне қарсы шеткі жайға орнатып, Iн тарту тоғының мәнін нөлге жеткіз. Бұл кезде монитор экранындағы жарық дақ жоғалады, өйткені сәулелену генерациясы жоқ.
3.1.12 Монитор экранында бақыланатын бейне бойынша көп модалы жарық өткізгіштің көлденең қимасындағы интенсивтіліктің таралуын талда. ЮУ1 юстировка жасау құрылғысының УВ1 және УГ1 микрометрлік винттерінің көмегімен оптикалық көздің кіріс жарық өткізгішімен салыстырмалы бұрыштық орналасуын өзгерте отырып, монитор экранында байқалатын көлденең қимадағы интенсивтіліктің таралуының өзгеруін бақыла. Кіріс шетінің сәулелену көзімен салыстырмалы орналасуын өзгерткенде алынатын таралым бейнелерін сапалы салып ал.
3.2 Лазерлік диодтың сәулеленуінің когеренттілігінің тарту тоғына тәуелділігін талшықтық жарық өткізгіштің көлденең қимасындағы интенсивтіліктің таралуын талдаумен зерттеу
Оптикалық көздің когеренттілік дәрежесін бағалау зерттелетін көз қоздырған жарық өткізгіштің шетінде байқалатын спеклдік құрылымның контрасты бойынша жасалады. Бағалау көп модалы жарық өткізгіштің сәулелену бейнесін талдау арқылы жасай алады. Сәулелену бейнесін талдау үшін жол бөлісі блогы бар осциллограф 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 «↓,↑» кнопкаларының көмегімен бөлінетін жолдардың орындарын өзгерте отырып, монитор экранында бақыланатын бейнені тігінен толықтай сканерлеуге болады (2-сурет). ЛД2 лазерлік диодының когеренттілік дәрежесін сапалы бағалау көп модалы жарық өткізгіштің көмегімен жүргізіле алады.
2 Сурет – Монитордағы бейне
3.2.1 Осциллографты, жол бөлу блогын және мониторды қос.
3.2.2 Бөлінетін жолды монитор экранындағы бейненің ортасына орнат. Бұл үшін БВС алдыңғы панеліндегі «+» кнопкасын бас. Бөлінген жолдың орны монитор экранында жарық сызықпен белгіленеді. Керек болса, өлшемдерді жүргізудің ыңғайлылығы үшін бөлінген жолдың орналасуын БВС алдыңғы панеліндегі «↓,↑» кнопкаларының көмегімен өзгертуге болады.
3.2.3 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 болсын 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 әсер етпеу қажет. Келесі операцияларды орында.
«Оптикалық сәулелердің көзі» электронды блогының алдыңғы панеліндегі «дөрекі», «нақты» тарту тоғын реттеу потенциометрлерінің көмегімен оның мәнін 20мА тең етіп орнат. Тарту тоғын қадағалау алдыңғы панелдегі тілді құралдың көмегімен жүргізіледі. Бұл кезде оның сәулеленуі біле тұра когерентті болады да, монитор экранында спеклдік бейнесі байқалу керек.
3.2.4 Осциллограф экранында бұл кезде 3 а суретте үлгісі көрсетілген осцилограмма көріну керек. Егер бейне тым контрастты болса, 3 б суреттегі бейне байқалады. Бұл жағдайда зерттелетін жарық өткізгішке енгізілетін оптикалық қуаттың үлесін төмендету керек. Бұл үшін жарық өткізгіштің кірісін ЛД2-ге қатынасты қозғау керек. Мұны УВ1, УГ1 (жарық өткізгішке енгізу бұрышына байланысты), ЛПП1, ЛВ1 (жарық көзіне қатынасты жарық өткізгіш шетін сызықтық қозғау) микрометрлік винттердің көмегімен жасауға болады. Осы мүмкіндіктерді пайдалана отырып, 3 а суретіне сәйкес осцилограммаға жету.
3 Сурет – Осцилограмма
3.2.5 Осциллографтың алдыңғы панеліндегі «В/дел» тұтқасының көмегімен бейненің өлшемге қолайлы тік масштабын орнат. Келесі өлшемдерде тұтқаның жайын өзгертпе.
3.2.6 Осциллографтың алдыңғы панеліндегі «сек/дел» тұтқасының көмегімен бейненің өлшемге қолайлы тік масштабын орнат.
3.2.7 Осцилограммада «қараның» деңгейін белгілеп, одан жарық өткізгіш шетіндегі жарық дақтың шектеріндегі бейненің минималды рmin және максималды рmax жарықтығына сәйкес келетін деңгейді есепте. Өлшемдерді осциллограф экранында белгіленген бөлімдермен жаса. Өлшемдерді 5-кестеге енгіз.
5 К е с т е – Лазерлік диодтың когеренттілік дәрежесін өлшеу
|
Iн (мА) |
15 мА |
|
|
|
|
рmin (бөлім) |
|
|
|
|
|
рmах (бөлім) |
|
|
|
|
|
γ |
|
|
|
|
3.2.8 Тарту тоғын оқытушы ұсынған қадаммен азайт. Әр бекітілген Iн мәнінде рmin және рmax мәндерін тап. Өлшемдерді осциллограф экранында белгіленген бөлімдермен жаса. Өлшемдерді 4-кестеге енгіз. Тарту тоғы төмендегенде бейне жарықтығы да төмендейді. Керек болған жағдайда жарық өткізгішке енгізілетін қуатты көтеріп, бейнені жарықтандыруға болады.
3.2.9 Өлшемдер бойынша когеренттілік дәрежесін мына формуламен есепте
γ = (рmax - рmin )/ (рmax + рmin )
және γ(Iн) тәуелділігін бейнеле.
3.3 Зертханалық жұмыс бойынша қорытындылар
Талшықтық оптикалық байланыс желілерінде модалық шуылдардың пайда болуының себептеріне студенттердің назарын аудару, ЮУ1, ЮУ2 юстировка жасау құралдарымен жұмыс істеу дағдыларын алу. Талшықтық жарық өткізгіштердің көлденең қимасында интенсивтіліктің таралуын талдау бойынша қорытындылар жасау.
3.4 Бақылау сұрақтары
3.4.1 «Инжекция нәтижелілігі» деп қандай параметрді мінездейді?
3.4.2 «Ішкі кванттық нәтижелілік» ұғымын түсіндір.
3.4.3 Тарту тоғының ұлғаюымен hэф инжекция нәтижелілігі қалай өзгереді?
3..4 Монохроматикалық емес сәулелену жарық шығаратын диод пен лазерлік диодқа тән. Түсіндір.
3.4.5 Модалық шуылдардың пайда болуының себептері.
№4 зертханалық жұмыс. Лазерлік диодтың импульсті модуляция процестерін зерттеу
Жұмыстың мақсаты:
- лазерлік диодтың интенсивтілікті модуляциялау процесін және ватт-амперлік мінездемедегі жұмыс нүктесінің орналасуынан оптикалық сигналдың кескініне әсер етуін зерттеу;
- лазерлік диодтың интенсивтілікті модуляциялау коэффициентінің ватт-амперлік мінездемедегі жұмыс нүктесінің орналасуына тәуелділігін зерттеу;
- лазерлік диодтың интенсивтілігінің модуляция коэффициентінің фотодиодтың ығысу тоғына тәуелділігін зерттеу.
Жұмысқа дайындық
Мына бөлімдерді қайталау: лазерлік диодтың импульсті модуляциясы.
Тәжірибелік құрылғының сипаттамасы
а) «Оптикалық сәулелердің көзі» электронды блогы;
б) «Фотоқабылдағыш»;
в) ВС көп модалы талшықтық жарық өткізгіші;
г) телевизиялы осциллограф.
4.1 Жұмысты жүргізу реті
4.1.1 «Оптикалық сәулелердің көзі» электронды блогының реттеу органдарын негізгі жайға орнат:
-I0, I1 тоқтарын реттейтін «дөрекі», «нақты» потенциометрлерінің тұтқаларын сағат тіліне қарсы шеткі жайға;
-I0 тоқ кілтін қосатын «вкл» кнопкалы ауыстырып қосқышын бас;
-«ручная установка» I0 кнопкалы ауыстырып қосқышын босат;
-I1 тоқ кілтін қосатын «қосу» кнопкалы ауыстырып қосқышын бас;
-сыртқы аналогты модуляциялаушы сигнал көзін қосатын «қосу» кнопкалы ауыстырып қосқышын босат;
-«Дисперсиялық бұрмалану» потенциометрінің тұтқасын сағат тіліне қарсы шеткі жайға;
-шуыл генераторын қосатын «вкл» кнопкасын босат;
-«Шу деңгейі» потенциометрінің тұтқасын сағат тіліне қарсы шеткі жайға;
-аналогты модуляциялаушы сигнал көзін қосатын «қосу» кнопкалы ауыстырып қосқышын босат;
«Амплитуда» потенциометрінің тұтқасын сағат тіліне қарсы шеткі жайға «желі» тумблерін қос.
4.1.2 «Фотоқабылдағыш» электронды блогының реттеу органдарын негізгі жайға орнат:
-ығысу кернеуін реттеу «дөрекі», «нақты» потенциометрлерінің тұтқаларын сағат тіліне қарсы шеткі жайға;
-«қосу» ығысу кернеуінің ауыстырып қосқышын бас;
-«қосу» фотоқабылдағышты дәлме-дәл өлшеп қосатын ауыстырып қосқышын бас;
-оптикалық қуатты өлшеу шектерін таңдайтын кнопкалы ауыстырып қосқышын х100 жайына, «желі» тумблерін қос;
-ығысу тоғын реттеу «дөрекі», «нақты» потенциометрлерінің көмегімен оның мәнін алдыңғы панелдегі тілді құралдың көмегімен Uсм = 3 V орнат;
4.1.3 Керек болса «Оптикалық сәулелердің көзі» электронды блогының оптикалық шығысын «Фотоқабылдағыш» электронды блогының оптикалық кірісімен бір модалы талшықтық баудың көмегімен қос (қорғаныстық қабығының түсі сары).
4.1.4 Зертханалық макеттің құрамына кіретін коаксиалды кабельдің көмегімен келесі жалғауларды жаса:
-«Оптикалық сәулелердің көзі» электронды блогының алдыңғы панеліндегі «кт 3» ұясын осциллографтың бірінші каналының кірісімен;
-«Оптикалық сәулелердің көзі» электронды блогының алдыңғы панеліндегі «осциллографты синхронизациялау» ұясын осциллографтың синхронизациялау каналының кірісімен;
-«Фотоқабылдағыш» электронды блогының алдыңғы панеліндегі «шығу» ұясын осциллографтың екінші каналының кірісімен.
4.1.5 Өткен зертханалық жұмыста табылған ватт-амперлік мінездемені зерттеу нәтижелерін қолдана отырып, «Оптикалық сәулелердің көзі» электронды блогының алдыңғы панеліндегі «дөрекі», «нақты» потенциометрлерінің көмегімен I0 тоғының мәнін шеткі жайға тең етіп орнат (I0 = Iп).
4.1.6 «Оптикалық сәулелердің көзі» электронды блогының алдыңғы панеліндегі «дөрекі», «нақты» потенциометрлерін сағат тілімен бұрап отырып, I1 мәнін жатық ұлғайт. Бұл кезде лазерлік диодтың ығысу тоғы мен оның сәулелендірген оптикалық қуаты импульстік сигналмен модуляцияландырылған. I1 шамасы осы сигналдың амплитудасын анықтайды. Осциллограф разверткасын реттеу органдарын қолданып (развертка периоды, күшейту, бейнені горизонталды және тігінен центрлеу), осциллограф экранында тұрақты бейнеге жету.
4.1.7 Екінші каналдың «В/дел» ауыстырып қосқышын 0,5 жайына орнат. I1 тоғының шамасын реттейтін «дөрекі», «нақты» потенциометрлерінің көмегімен (сағат тілімен бұрап, сонымен оның мәнін ұлғайтып) оның фотоқабылдағыш шығысында сигнал пайда болуын қамтамасыз ететін мәнін орнат. Кейін, I1 тоғын үлкейте отырып, қабылданатын оптикалық сигналды ең үлкен мәніне жеткіз. Керек болған жағдайда екінші каналдың «В/дел» ауыстырып қосқышының жайын өзгерт. Осциллограмманың үлгісі 4-суретте көрсетілген.
4 Сурет – Фотоқабылдағыштағы осциллограмма үлгісі
4.1.8 Келесі өлшеулердің ыңғайлылығы үшін бірінші каналдың тігінен реттеуінің көмегімен (↨) оны экранның сыртына жібер. Экраннан «Фотоқабылдағыш» блогының шығысынан келетін екінші канал сигналы бақыланады.
4.1.9 Осциллограф экранында фотодиодтың нөлдік тоғына сәйкес келетін нөлдік өлшем сызығын орнат. Ол үшін келесі операцияларды жаса:
-«Оптикалық сәулелердің көзі» электронды блогының алдыңғы панеліндегі «дөрекі», «нақты» I1 тоғын реттеу потенциометрлерінің тұтқаларын сағат тіліне қарсы шеткі жайға орнат. Бұл кезде модуляциялаушы сигналдың амплитудасы нөлге тең – модуляция жоқ;
-«Фотоқабылдағыш» электронды блогының алдыңғы панеліндегі «қосу» фотоқабылдағышты калибровкалау ауыстырып қосқышын бас. Бұл кезде фототок күшейткішінің кірісі жермен қосылады, бұл фотодиод тоғының нөлдік мәніне сәйкес. Экрандағы өлшем сызығының орналасуын есте сақтау керек;
-осциллограф экранында түзу сызық байқалады. Екінші каналдың тігінен реттеуінің көмегімен (↨) оны осциллограф экранында бейнеленген градуировкалық шкаланың астыңғы сызығына сәйкес жайға апар (5-суреттегі түзу сызық);
-«қосу» фотоқабылдағышты калибровкалау кнопкалы ауыстырып қосқышын бас, бұл кезде осциллографтың екінші каналындағы сигналға сәйкес сызық жоғары көтеріледі. Бұл жағдайда өлшемдік сызықтың орналасуы фотодиодтың Iт қараңғылық тоғымен анықталады (модуляция сигналы жоқ және I0 тоғының мәні шеткі мәніне тең етіп алынған).
5 Сурет – Нөлдік өлшем деңгейін орнату
4.1.10 «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.
4.1.11 Лазерлік сәулеленудің импульсті сигналмен модуляциялануын I0 тоғының шамасына тәуелділігін зертте. Бұл үшін келесі операцияларды орында:
-«Оптикалық сәулелердің көзі» электронды блогының алдыңғы панеліндегі «дөрекі», «нақты» I1 модуляциялаушы тоғын реттеу потенциометрлерінің көмегімен оның мәнін I1 = 20 мА орнату;
-«Оптикалық сәулелердің көзі» электронды блогының алдыңғы панеліндегі «дөрекі», «нақты» I0 тоғын реттеу потенциометрлерінің көмегімен оның ағымды мәнін орнат;
-жұмыс нүктесінің жайын реттеу сұлбасының арқасында өзгере алатын I1 шамасын ретте;
-экранда бақыланатын осциллограмманың көмегімен фотодиод тіркей алатын минималды және максималды сигналдарға сәйкес келетін Рmin және Рмах шамаларын (6-сурет) есепте;
-өлшемдерді 6-кестеге енгіз;
-өлшемдерді оқытушы ұсынған I0 мәндерінің әрқайсысы үшін қайтала.
6 Сурет – Осциллограмма бойынша модуляция коэффициентін өлшеу
6 К е с т е – Модуляция коэффицентінің I0 тоғына тәуелділігі
|
I0 (мА) |
|
|
|
|
|
Рmin (мм) |
|
|
|
|
|
Рmах (мм) |
|
|
|
|
|
M |
|
|
|
|
4.1.12 Тәжірибелік мәндер бойынша модуляция коэффициентін мына формуламен есепте
m = ( Рmах - Рmin ) / ( Рmах + Рmin ).
4.1.13 m модуляция коэфффициентінің I0 тоғына тәуелділігін бейнеле.
4.1.14 Лазерлік сәулеленудің импулсьтік сигналмен модуляциялануының тереңдігінің Ucм фотодиодтағы ығысу кернеуіне тәуелділігін зертте. Бұл үшін келесі операцияларды орында:
-«Оптикалық сәулелерің көзі» электронды блогының алдыңғы панеліндегі «дөрекі», «нақты» I0 тоғын реттеу потенциометрлерінің көмегімен оның шеткі мәнін орнат;
-«Оптикалық сәулелердің көзі» электронды блогының алдыңғы панеліндегі «дөрекі», «нақты» I1 модуляциялаушы тоғын реттеу потенциометрлерінің көмегімен оның мәнін I1 = 20 мА орнату;
-«Фотоқабылдағыш» электронды блогының алдыңғы панеліндегі фотодиодтың ығысу кернеуін реттейтін «дөрекі», «нақты» потенциометрлерін сағат тіліне қарсы шеткі жайға орнат;
-«Фотоқабылдағыш» электронды блогының алдыңғы панеліндегі «қосу» ығысу кернеуін қосатын ауыстырып қосқышын босат. Бұл кезде фотодиодқа ығысу кернеуі берілмейді де, ол гальваникалық режимде жұмыс істейді;
-экранда байқалатын осцилограмма бойынша фотодиод тіркей алатын минималды және максималды сигналдарға сәйкес келетін Рmin және Рмах шамаларын есепте (7-сурет);
-өлшемдерді 7-кестеге Uсм =0 үшін енгіз;
-«Фотоқабылдағыш» электронды блогының алдыңғы панеліндегі «қосу» ығысу кернеуін қосатын ауыстырып қосқышын бас. Бұл кезде фотодиодқа ығысу кернеуі беріледі;
-Uсм кернеуін минималды мүмкін («дөрекі», «нақты» потенциометрлерінің сағат тіліне қарсы шеткі жайы) мәнінен 5 V мәніне дейін оқытушы ұсынған қадаммен өзгерте отырып, Uсм барлық мәндері үшін Рmin және Рмах шамаларын өлше. Өлшемдерді 7-кестеге енгіз.
7 К е с т е – Модуляция коэффицентінің Uсм ығысу кернеуіне тәуелділігі
|
Uсм (V) |
|
|
|
|
|
Рmin (мм) |
|
|
|
|
|
Рmах (мм) |
|
|
|
|
|
M |
|
|
|
|
4.1.15 7-кестенің тәжірибелік мәндері бойынша модуляция коэффициентін 4.1.12 пунктінде берілген формула бойынша есепте.
4.1.16 m модуляция коэффициентінің фотодиодтағы Ucм ығысу кернеуіне тәуелділігін бейнеле.
4.1.17 Оқытушы ұсынған I0 және I1 шамаларын орнат. 1-каналдың тігінен орналасуын реттеу көмегімен (↨) модуляция сигналын экранға шығар. Бұл кезде екінші каналдағы сигналды реттейтін органдар нөлдік өлшем деңгейі өзгермеу үшін бастапқы жайында қалу керек. Бірінші канал бойынша бақыланатын модуляциялаушы сигналдың осциллограммасын және екінші каналда бақыланатын фотоқабылдағыш қабылдайтын сигналды бейнеле. Осциллограммада нөлдік деңгейді белгіле.
4.1.18 Өлшемдерді жүргізіп болғаннан кейін қолданылған құралдарды сөндір.
4.2 Зертханалық жұмыс бойынша қорытындылар
Лазерлік диодтың әртүрлі интенсивтіліктеріндегі фотоқабылдағыштың шығысынан алынған иіндердің түрлеріне студенттердің назарын аудару.
4.3 Бақылау сұрақтары
4.3.1 ЛД импульстік модуляциясына анықтама бер.
4.3.2 «Жұмыс нүктесі» анықтамасына айқындама бер.
4.3.3 Лазерлік диодтың интенсивтілігінің модуляциясы оптикалық сигналдың түріне және ватт-амперлік мінездемедегі жұмыс нүктесінің жайына қалай әсер етеді.
4.3.4 Лазерлік диодтың интенсивтілігінің модуляция коэффициенті жұмыс нүктесінің ватт-амперлік мінездемеде орналасуына қалай тәуелді?
№5 зертханалық жұмыс. Лазерлік диодтың аналогтық модуляция процестерін зерттеу
Жұмыстың мақсаты:
-лазерлік диодтың модуляция процесі мен ватт-амперлік мінездемедегі жұмыс нүктесінің орналасуының оптикалық сигнал пішініне әсер етуін зерттеу;
-лазерлік диодтың интенсивтілігінің модуляция коэффицентінің жұмыс нүктесінің ватт-амперлік мінездемеде орналасуына тәуелділігін зерттеу.
Жұмысқа дайындық
Мына бөлімдерді қайталау: лазерлік диодтың аналогты модуляциясы.
Тәжірибелік құрылғының сипаттамасы:
а) «Оптикалық сәулелердің көзі» электронды блогы;
б) «Фотоқабылдағыш»;
в) ВС көп модалы талшықтық жарық өткізгіш;
д) телевизиялы осциллограф.
5.1 Жұмысты жүргізу реті
5.1.1 «Оптикалық сәулелердің көзі» электронды блогының оптикалық шығысын «Фотоқабылдағыш» электронды блогының оптикалық кірісімен бір модалы талшықтық баудың көмегімен жалға (қорғаныс қабығы сары).
5.1.2 «Оптикалық сәулелердің көзі» электронды блогының реттеу органдарын бастапқы жайға орнат:
-«дөрекі», «нақты» I0, I1 тоқтарын реттеу потенциометрлерін сағат тіліне қарсы шеткі жайға;
-I0 тоқ кілтін қосатын «қосу» кнопкалы ауыстырып қосқышын бас;
-I0 тоғының «қолмен орнату» кнопкалы ауыстырып қосқышын босат;
-I1 тоқ кілтін қосатын «қосу» кнопкалы ауыстырып қосқышын босат;
-сыртқы аналогты модуляциялаушы сигналының көзін қосатын «қосу» кнопкалы ауыстырып қосқышын босат;
-«Дисперсиялық бұрмалану» потенциометрін сағат тіліне қарсы шетке жайға;
-шуыл генераторын қосатын «қосу» кнопкасын босат;
-«Шу деңгейі» потенциометрінің тұтқасын сағат тіліне қарсы шетке жайға;
-аналогты модуляциялаушы сигналының көзін қосатын «қосу» кнопкалы ауыстырып қосқышын бас;
-«Амплитуда» потенциометрінің тұтқасын сағат тіліне қарсы шетке жайға;
-«желі» тумблерін қос. Бұл кезде оның жарығы қосылады.
5.1.3 «Фотоқабылдағыш» электронды блогының реттеу органдарын бастапқы жайға орнат:
-ығысу кернеуін реттейтін «дөрекі», «нақты» потенциометрлерінің тұтқаларын сағат тіліне қарсы шетке жайға;
-ығысу кернеуін қосатын «қосу» кнопкалы ауыстырып қосқышын бас;
-фотоқабылдағышты калибровкалауды қосатын «вкл» кнопкалы ауыстырып қосқышын бас;
-оптикалық қуатты салыстырмалы бірлікте өлшеудің шектерін таңдайтын кнопкалы ауыстырып қсоқышты – х100 жайына;
-«желі» тумблерін қос. Бұл кезде оның жарығы қосылады;
-«дөрекі», «нақты» ығысу кернеуін реттейтін потенциометрлерінің көмегімен, алдыңғы панелдегі тілді құралдың көмегімен оның мәнін Uсм = 3 V орнату.
5.1.4 Зертханалық макеттің құрамына кіретін коаксиалды кабельдердің көмегімен келесі жалғауларды жаса:
-«Оптикалық сәулелердің көзі» электронды блогының алдыңғы панеліндегі «кт 3» ұясын осцилллографтың бірінші каналының кірісімен;
-«Оптикалық сәулелердің көзі» электронды блогының алдыңғы панеліндегі «осциллографты синхронизациялау» ұясын осциллографтың синхронизациялау каналының кірісімен;
-«Фотоқабылдағыш» электронды блогының алдыңғы панеліндегі «шығу» ұясын осциллографтың екінші каналының кірісімен.
5.1.5 «Оптикалық сәулелердің көзі» электронды блогының алдыңғы панеліндегі I0 тоғын реттейтін «дөрекі», «нақты» потенциометрлерінің көмегімен оның I0 = 10мА ағымды мәнін орнат.
5.1.6 Осциллографтың екінші каналындағы сигнал үшін экранда нөлдік өлшем сызығын орнат. Ол фотодиодтың нөлдік тоғына сәйкес келеді. Ол үшін келесі операцияларды жаса:
-«Оптикалық сәулелердің көзі» электронды блогының алдыңғы панеліндегі «Амплитуда» потенциометрінің тұтқасының сағат тіліне қарсы шеткі жағдайда орналасуын тексер. Бұл кезде модуляциялаушы сигнал амплитудасы нөлге тең – модуляция жоқ;
-«Фотоқабылдағыш» электронды блогының алдыңғы панеліндегі «қосу» фотоқабылдағышты дәлме-дәл өлшеуін қосатын кнопкалы ауыстырып қосқышын бас. Бұл кезде фототок күшейткішінің кірісі жермен қосылады. Бұл фотодиод тоғының нөлдік мәніне сәйкес келеді;
-осциллограф экранында түзу сызық бақыланады. 2-каналдың сигналының орналасуын тігінен реттеудің көмегімен (↨) оны градуировкалық тордың астыңғы сызығымен сәйкес жайға апар. Экрандағы өлшем сызығының орналасуын есте сақтаған жөн;
-«қосу» фотоқабылдағышты дәлме-дәл өлшеуін қосатын кнопкалы ауыстырып қосқышын бас. Бұл кезде осциллографтың екінші каналындағы сигналға сәйкес келетін сызық жоғары көтеріледі. Бұл жағдайдағы өлшем сызығының орналасуы Iт фотодиодтың қараңғылық тоғымен және I0 = 10мА тоғымен анықталатын лазерлік диодтың сәулелену деңгейімен анықталады.
5.1.7 «Оптикалық сәулелердің көзі» электронды блогының алдыңғы панеліндегі «Амплитуда» потенциометрінің тұтқасын сағат тілімен бұрап отырып, осциллографтың бірінші және екінші каналдарында синусоидалық сигналдардың пайда болуына жету. Тұтқаны шегіне дейін бұрап, аналогты сигналдың максималды амплитудасын орнат. Бірінші каналдан модуляциялаушы сигнал, ал екінші каналдан фотоқабылдағыштың шығысындағы сигнал бақыланады. Фотоқабылдағыштың шығысындағы сигнал үшін (екінші канал) міндетті түрде нөлдік деңгейді белгіле.
5.1.8 «Оптикалық сәулелердің көзі» электронды блогының алдыңғы панеліндегі I0 тоғын реттейтін «дөрекі», «нақты» потенциометрлерінің көмегімен оның мәнін азайта отырып, фотоқабылдағыштың шығысындағы сигналдың бұзылуына жету. Фотоқабылдағыштың шығысындағы сигнал үшін сигналдар осциллограммаларын нөлдік деңгейдің белгісімен бейнеле.
5.1.9 Алдағы өлшемдердің ыңғайлылығы үшін 1-каналдың тігінен реттеуінің көмегімен (↨) оны экранның шектерінен шығар. Экранда «Фотоқабылдағыш» блогының шығысынан келетін 2-канал сигналы бақыланады.
5.1.10 Лазерлік диодтың сәулеленуінің аналогты синусоидалық сигналмен модуляциялануының тереңдігінің I0 тоғының шамасына тәуелділігін зертте. Ол үшін келесі операцияларды орында:
-«Оптикалық сәулелердің көзі» электронды блогының алдыңғы панеліндегі I0 тоғын реттейтін «дөрекі», «нақты» потенциометрлерінің көмегімен оның ағымды мәнін орнат;
-«Оптикалық сәулелердің көзі» электронды блогының алдыңғы панеліндегі «Амплитуда» потенциометрінің тұтқасын бұрап отырып, модуляциялаушы сигналды фотоқабылдағыш шығысындағы сигналдың бұзылуы пайда болмайтындай етіп ретте;
-экранда бақыланатын осцилограмма бойынша фотодиод тіркейтін минималды және максималды сигнал деңгейлеріне сәйкес келетін Рmin және Рмах шамаларын өлше;
-өлшемдерді 8-кестеге енгіз;
-өлшемдерді оқытушы ұсынған I0 тоғының барлық мәндері үшін қайтала.
8 К е с т е – Модуляция коэффициентінің I0 тоғына тәуелділігі
|
I0 (мА) |
|
|
|
|
|
Рmin (мм) |
|
|
|
|
|
Рmах (мм) |
|
|
|
|
|
M |
|
|
|
|
5.1.11 Тәжірибелік мәндер бойынша модуляция коэффициентінің мәнін келесі формула бойынша есепте
m = ( Рmах - Рmin ) / ( Рmах + Рmin ).
m модуляция коэффициентінің I0 тоғына тәуелділігін бейнеле.
5.2 Зертханалық жұмыс бойынша қорытындылар
Зертханалық жұмыс бойынша қорытындылар жасау, I0 тоғының әртүрлі мәндеріндегі m модуляция коэффициентін алуға студенттердің назарын аудару, фотоқабылдағыштың шығысындағы сигнал пішінінің бұзылуына әкелетін жағдайларды белгілеу.
5.3 Бақылау сұрақтары
5.3.1 Аналогты модуляцияға анықтама бер.
5.3.2 Лазерлік диодтың интенсивтілігінің модуляция процесі оптикалық сигналдың пішіні мен жұмыс нүктесінің ватт-амперлік мінездемедегі 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. Р.Р. Убайдуллаев. Волоконно-оптические сети. – М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 1998.
4. И.И. Гроднев. 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.