WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |
C.А. Миронов, А.О. Вознесенская ОПТИЧЕСКИЕ НАПРАВЛЯЮЩИЕ СРЕДЫ И ПАССИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ СВЯЗИ Методические указания к лабораторным работам Часть 1 Санкт-Петербург 2005 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ C.А. Миронов, А.О. Вознесенская ОПТИЧЕСКИЕ НАПРАВЛЯЮЩИЕ СРЕДЫ И ПАССИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ СВЯЗИ Методические указания к лабораторным работам Часть 1 Санкт-Петербург 2005 2 Миронов С.А., Вознесенская А.О. Оптические направляющие среды и пассивные компоненты волоконно-оптических линий связи / Методические указания к лабораторным работам. Часть 1. – СПб: СПбГУ ИТМО, 2005. – 41 с.

Методические указания предназначены студентам старших курсов, обучающимся по специальности «Физика и техника оптической связи».

Приведены рекомендации для подготовки, выполнения и защиты лабораторных работ по программе дисциплины «Оптические направляющие среды и пассивные компоненты волоконно-оптических линий связи».

© Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики, 2005 © С.А. Миронов, А.О. Вознесенская, 2005 3 СОДЕРЖАНИЕ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1. Потери соединения волоконных световодов.. 5 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2. Измерение затухания оптических волокон методом обрыва............................................................................................................. 7 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3. Измерение затухания оптических волокон методом вносимых потерь......................................................................................... 10 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4. Измерение потерь в оптических волокнах при их изгибах.............................................................................................................. 11 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5. Оптический рефлектометр во временной области (OTDR)............................................................................................................ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6. Оптический ответвитель............................... ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7. Источники оптического излучения ВОСП.... ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8. Оптический мульти/демультиплексор......... ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №9. Измерение характеристик оптического изолятора....................................................................................................................... ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №10. Исследование распространения света в пленочных интегрально-оптических волноводах................................................ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №11. Измерение профиля показателя преломления градиентной линзы методом фокусировки................................... ЛИТЕРАТУРА............................................................................................................... ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1. Потери соединения волоконных световодов Цель работы: расширение знаний о механизмах возникновения потерь при соединении волоконных световодов, приобретение навыков их экспериментального исследования и теоретической оценки, реализация оптической юстировки, сравнение потерь для случаев многомодовых и одномодовых световодов.

Работа выполняется на лабораторной установке (рис.1), собранной на оптической скамье (или плите). Она включает в себя: источник оптического излучения (ЛД или СИД), входной (передающий) волоконный световод, выходной (приемный) световод, закрепленный в микропозиционере с линейными и угловыми перемещениями и измеритель оптической мощности.

Рис.1 Структурная схема измерительной установки Оптическое излучение от источника вводится во входной световод ВСчерез один конец, а другой конец световода закреплен в неподвижном держателе. Приемный (выходной) волоконный световод ВС2 одним концом закреплен в микропозиционере, обеспечивающем линейные и угловые перемещения, а другим концом присоединен к измерителю оптической мощности. Изменение взаимного положения световодов ВС1 и ВС2, реализуемое с помощью микропозиционера, приводит к изменению коэффициента передачи мощности, т.е. к изменению потерь соединения волоконных световодов.

При соединении волоконных световодов непосредственно торцами (т.е.

встык) возникают потери оптической мощности, обусловленные действием трех факторов:

- взаимное расположение световодов;

- неидентичность параметров световодов;

- отражение излучения от торцов световодов.

В данной работе изучаются оптические потери, связанные со взаимным расположением световодов, что наиболее часто встречается на практике.

Основной задачей при соединении волоконных световодов является достижение точной взаимной юстировки световодов по трем наиболее важным параметрам:

- смещение сердцевин световодов в плоскости перпендикулярной к их оси (поперечное смещение);

- угол между осями световодов (угловое рассогласование);

- зазор между торцами световодов (продольное смещение).

Потери соединения определяются по формуле:

A = -10lgT (x, y, z,) [дБ], (1) где T (x, y, z,) - коэффициент передачи по мощности, зависящий от линейного и углового рассогласования соединяемых световодов, а также от типа световода.

Для многомодовых световодов с параболическим профилем показателя преломления имеем (в случае малых смещений):

T (x) 1- 0.85(x / a), (2) T (z) 1- zNA /(4a), (3) T (0) 1- / NA, (4) где x, z, - поперечное, продольное и угловое смещение световодов соответственно; а - радиус сердцевины световода; NA - числовая апертура.



При этом предполагается, что соединяемые световоды ВС1 и ВС2 являются идентичными и торцы световодов перпендикулярны их продольной оси.

Для одномодовых световодов коэффициенты передачи рассчитываются по следующим формулам:

T (x) exp(-x2 / w2 ), (5) 2 2 T (z) (1+ 4z1 ) /(z1 + (1+ 2z1 )2 ), (6) T () exp[-(w / 2 )], (7) где w - радиус модового поля в световоде; z1 = z /(kw2 ) - нормированное продольное рассогласование;,k - длина волны излучения и волновое число ( k = 2 / ).

Следует отметить, что формулы (2-7) описывают изменение коэффициента передачи при изменении только одного параметра рассогласования. В общем случае T = T (x)T (z)T ().

Порядок выполнения работы I. Многомодовые световоды ВС1 и ВС1.1. Собрать установку в соответствии с рис.1, используя многомодовые световоды; измерить оптическую мощность на выходе световода ВС1 (P1) при помощи измерителя оптической мощности; с помощью микропозиционера провести юстировку световода ВС2 в оптимальное положение относительно ВС1, чтобы получить максимальную мощность на выходе ВС2 ( P2 max ); определить минимальные потери по формуле:

Amin = -10lg(P1 / P2 max ) [дБ]. (8) 1.2. Из найденного оптимального положения при помощи шкалы микропозиционера вводить последовательно различные значения рассогласования: поперечного (x1, x2,..., xn), продольного (z1, z2,..., zn), углового (,,..., ).

1 2 n Для этих положений измерить выходную мощность и определить по формуле (8) потери соединения световодов ВС1 и ВС2. Из найденных зависимостей A(x), A(z), A( ) определить величины рассогласований x, z и, которые приводят к увеличению потерь на 1 дБ для многомодовых световодов.

1.3. Провести расчет зависимости потерь соединения многомодовых световодов от величин поперечного (х), продольного (z) и углового ( ) рассогласований. Сравнить расчетные зависимости потерь и определенные экспериментально в п.1.2.

II. Одномодовые световоды ВС1 и ВС2.1. Собрать установку в соответствии с рис.1, используя одномодовые световоды и провести ее юстировку аналогично п.1.1.

2.2. При помощи микропозиционера ввести различные величины поперечных (х), продольных (z), и угловых ( ) рассогласований и построить экспериментальные зависимости A(x), A(z), A( ) аналогично п.1.2.

2.3. Провести расчет зависимостей A(x), A(z), A( ), используя формулы (5-7), и провести сравнение с экспериментальными зависимостями п.2.2. Определить величины рассогласований x, z и, которые приводят к увеличению потерь на 1 дБ для одномодовых световодов.

Контрольные вопросы 1. Каковы причины возникновения потерь при соединении волоконных световодов 2. Какие рассогласования наиболее сильно влияют на потери соединения световодов 3. Сравнить величины рассогласований, приводящих к одинаковому изменению потерь для многомодовых и одномодовых световодов.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2. Измерение затухания оптических волокон методом обрыва Цель работы: освоение методик измерения затухания оптических волокон.

Метод обрыва основан на сравнении значения мощности оптического излучения, измеренного на выходе длинного отрезка оптического волокна (ОВ), со значением мощности, измеренным на выходе его короткого участка, образованного за счет обрыва ОВ в начале измеряемого образца. При измерении необходимо обеспечить постоянство мощности, вводимой в измеряемое ОВ, и неизменность модового состава излучения. Метод обрыва применяют для измерения затухания ОВ, не армированных оптическими соединителями.

Для измерения затухания отбирают отрезки ОВ с известной длиной. Торцевые поверхности ОВ должны быть перпендикулярны оси ОВ и не иметь сколов и повреждений, препятствующих прохождению оптического излучения.

Перпендикулярность торцевых поверхностей к оси ОВ и отсутствие на них скола определяют с помощью микроскопа с кратностью увеличения не менее 20.

Измерение затухания методом обрыва осуществляется на установке, схема которой показана на рис.1. В качестве источника излучения используется светодиод или лазер (длина волны излучения фиксированная). Положение источника излучения относительно торца ОВ, а также интенсивность излучения должны быть неизменны в течение времени проведения измерений. В настоящей работе используется источник оптической мощности ОТМ-(=1550 нм). Устройство ввода обеспечивает юстировку входного конца ОВ в трех взаимно перпендикулярных плоскостях для осуществления оптимального ввода энергии в ОВ и жесткой фиксации ОВ. Смеситель мод обеспечивает возбуждение измеряемого ОВ с модовым составом, соответствующим установившемуся модовому распределению, для данного типа ОВ. Критерием установившегося модового распределения является идентичность распределения излучения в дальней зоне на выходе смесителя мод и измеряемого ОВ. Фильтр мод оболочки, включенный последовательно со смесителем мод, обеспечивает вывод мод, распространяющихся в оболочке ОВ.

Критерием вывода мод оболочки является отсутствие излучения в оболочке ОВ после фильтра мод оболочки. Приемник излучения должен иметь фоточувствительную площадку, достаточную для регистрации всего конуса излучения, выходящего из ОВ. Чувствительность приемника должна быть однородна по всей его площади, а преобразовательная характеристика – линейной или известной. Регистрирующее устройство должно обеспечивать регистрацию сигнала во всем диапазоне сигналов, поступающих с приемника излучения. В настоящей работе в качестве приемника излучения и регистрирующего устройства используется измеритель оптической мощности ОТМ-1 (=1550 нм).





Рис. 1. Схема установки для измерения затухания ОВ методом обрыва Порядок выполнения работы 1. Перед измерениями ОВ выдерживают в нормальных климатических условиях не менее 3 ч.

2. С помощью устройства ввода провести юстировку входного торца измеряемого ОВ по максимуму сигнала на выходе измерителя оптической мощности. Фиксируют положение выходного торца ОВ и зарегистрировать значение сигнала на выходе ОВ.

3. Не изменяя положения ОВ в устройстве ввода, от выходного конца измеряемого ОВ обломать кусок длиной 0,5 – 3 см. Обработать торец в соответствии с требованиями, отмеченными ранее. Подготовленный выходной торец ОВ вновь установить вблизи фоточувствительной площадки так, чтобы все излучение попадало на площадку приемника.

Зарегистрировать значение сигнала на выходе ОВ. Повторить измерения не менее трех раз.

4. Не изменяя положения ОВ в устройстве ввода, от выходного конца измеряемого ОВ обломать кусок длиной 1 ± 0,2 м. Обработать торец в соответствии с требованиями, отмеченными ранее. Подготовленный выходной торец ОВ вновь установить вблизи фоточувствительной площадки так, чтобы все излучение попадало на площадку приемника.

Зарегистрировать значение сигнала на выходе ОВ. Повторить измерения не менее трех раз.

5. Повторить п.3.

6. Рассчитать полные потери в измеряемом ОВ по формуле A() = T1() -T2(), (1) где A() - затухание ОВ, дБ; T1(), T2() - значения сигналов, соответствующих уровням мощности на входе и выходе ОВ, дБм; - длина волны, на которой проведены измерения, мкм.

7. Рассчитать коэффициент затухания измеряемого ОВ на фиксированной длине волны по формуле A() () =, (2) L2 - Lгде () - коэффициент затухания ОВ; L1 - длина короткого отрезка ОВ, км; L2 - длина длинного отрезка ОВ, км.

Контрольные вопросы 1. Каковы основные типы потерь в ОВ 2. Каков механизм потерь в коротковолновой области спектра 3. Каков механизм потерь в длинноволновой области спектра 4. Что такое межмодовая дисперсия 5. Что такое материальная дисперсия 6. В чем основная идея метода обрыва ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3. Измерение затухания оптических волокон методом вносимых потерь Цель работы: освоение методик измерения затухания оптических волокон.

Метод вносимых потерь основан на использовании вспомогательного оптического волокна. Метод вносимых потерь применяют для измерения затухания оптических волокон (ОВ), армированных оптическими соединителями.

Измерение затухания методом вносимых потерь осуществляется на установке, схема которой показана на рис.1. Требования к источнику излучения, устройству ввода, смесителю мод, приемнику излучения и регистрирующему устройству соответствуют требованиям, указанным в методе обрыва.

Оптические соединители, которыми армированы ОВ, должны иметь известный уровень потерь на соединении.

Рис. 1. Схема установки для измерения затухания ОВ методом вносимых потерь Порядок выполнения работы 1. Перед измерениями ОВ необходимо выдержать в нормальных климатических условиях не менее 3 ч.

2. Один конец измеряемого ОВ, заделанного в соединитель, сочленить с соединителем на конце вспомогательного ОВ, второй – с соединителем, установленным на измерителе оптической мощности (для сочленений использовать переходные втулки). Зарегистрировать уровень мощности на данной длине волны (=1550 нм).

3. Отсоединить измеряемое ОВ. Сочленить соединитель вспомогательного ОВ с соединителем измерителя оптической мощности. Зарегистрировать значение уровня мощности на выходе вспомогательного ОВ.

4. Повторить измерения (п.п.2, 3) не менее трех раз.

5. Рассчитать полные потери в измеряемом ОВ по формуле A() = T1() - T2() - A0, (1) где A() - затухание ОВ, дБ; T1(), T2() - значения сигналов, соответствующих уровням мощности на выходе вспомогательного и измеряемого ОВ, дБм; A0 - среднее значение потерь в оптическом соединителе, дБ; - длина волны, на которой проведены измерения, мкм.

6. Рассчитать коэффициент затухания измеряемого ОВ на фиксированной длине волны по формуле A() () =, (2) L где () - коэффициент затухания ОВ; L - длина измеряемого ОВ, км.

Контрольные вопросы 1. Назовите основные способы соединения ОВ. Поясните их суть.

2. Какие основные типы оптических соединителей существуют В чем их различия 3. Чем обусловлены потери в оптических соединителях 4. В чем основная идея метода вносимых потерь 5. Какую функцию выполняет смеситель мод Что он из себя представляет ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4. Измерение потерь в оптических волокнах при их изгибах Цель работы: изучение зависимости потерь в оптических волокнах от их изгибов и измерение этой зависимости.

При изгибах оптических волокон (ОВ) часть счета (моды высших порядков, для которых перестает выполняться закон полного внутреннего отражения) не отражается от оболочки ОВ, а распространяется в ней и таким образом теряется.

Измерение потерь в ОВ при их изгибах осуществляется на установке, схема которой показана на рис.1. Требования к источнику излучения, устройству ввода, смесителю мод, фильтру мод оболочки, приемнику излучения и регистрирующему устройству соответствуют требованиям, указанным в методе обрыва.

Рис. 1. Схема установки для измерения зависимости потерь в ОВ при изгибах Порядок выполнения работы 1. Перед измерениями ОВ выдерживают в нормальных климатических условиях не менее 3 ч.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.