Мен және менің мектебім65. Лабораторные работы 2,3,4 Изучение параметров оптических световодов
 Скачать 0.84 Mb.
|
Расчет модовой дисперсии для световода со ступенчатым законом изменения коэффициента преломления в поперечном сеченииЭтот расчет значительно проще. Луч света в таком световоде распространяется по ломаной линии.  Чтобы рассчитать время распространения света при заданном угле, под которым свет появляется на входе световода, нужно ломаную линию заменить прямой и найти ее длину, при длине световода L = 1000 метров. Тогда длину пути света можно найти из выражения: Lлуча= L /cos . Чтобы рассчитать время распространения света по этой прямой нужно Lлуча разделить на скорость света в сердцевине. tp = Lлуча  n1 /cРассчитайте время распространения света для тех мод, которые распространяются в световоде (смотри пункт 3 лабораторного задания. Определите величину дисперсии для ступенчатого световода. Сравните полученный результат с результатом расчета дисперсии в градиентном световоде (предыдущий пункт). Сделайте выводы. Определение фазовой скорости для ступенчатого световода.Фазовую скорость каждой моды можно определить, зная t – время прохождения сигналом отрезка в 1 километр. vф =1/t Рассчитайте значения фазовых скоростей, постройте таблицу, в которую занесите номер моды и ее фазовую скорость и постройте график зависимости фазовой скорости от номера моды. Методические указания к выполнению лабораторной работы 4Работа выполняется на оптической части стенда. Методические указания носят рекомендательный, а не обязательный характер. Включите стенд, генератор ОГ5-87А и осциллограф. 1. Измерение удельной задержки в оптической линии передачи. При измерении удельной задержки сигнал с электрического выхода генератора ОГ5-87А подается на вход источника оптического сигнала. Выход источника соединяется с входом оптической линии связи, а ее выход подается на фотодетектор. На первый вход двулучевого осциллографа подается входной сигнал, а на второй -выход фотодетектора. Для генератора ОГ5-87А установите тактовый запуск - внутренний. Тактовая частота 20*10-1 МГц. Код Бинарный. На рабочем поле выбраны первый и второй бит. Кнопки Т/2 - Т/4 и ТТЛ - ЭСЛ отпущены. Для осциллографа установите масштаб по оси х - 50 нс/дел. Синхронизация внутренняя, авт; режим синхронизации А и Б. Получите стабильное изображение сигналов на экране. Должны наблюдаться две пары положительных импульса сдвинутых по времени. Временной промежуток между передними фронтами импульсов - это задержка сигнала в линии передачи. Если разделить этот промежуток на длину линии передачи, то получим время задержки на единицу длины. Измерение удельного затухания в линии передачи. Оставьте прежние соединения в схеме. Установите тактовую частоту генератора 10*10-1 МГц. Измерьте амплитуду сигнала на входе и на выходе и рассчитайте удельное затухание в децибелах. Помочь в таких измерениях может фотографирование сигнала с экрана осциллографа и дальнейшее изучение сигналов на компьютере. При измерении сигнала на входе: Отсоедините световод от входа фотодиода (группа разъемов «Выход» Отсоедините световод от линии передачи (левый разъему надписи «12м») Подсоедините этот световод к фотодиоду (группа контактов «Выход») Измерьте амплитуду напряжения на выходах фотодиода с помощью осциллографа. Для этого переведите режим синхронизации осциллографа на канал «Б». выберите нужную чувствительность правого канала. Определите число больших делении, занимаемых на экране импульсом с выхода фотодиода. Умножьте полученное значение на число вольт на деление, установленное на переключателе чувствительности правого канала. Это будет Рвх При измерении сигнала на выходе восстановите схему стенда ( светодиод подключен ко входу оптической линии; выход линн подан на фотодиод). Методика измерения та же, что и при предыдущем измерении. Это будет Рвых. Затухание линии передачи в децибелах рассчитывается по выражению:  L = 10 lg(Pвых/Рвх)Чтобы определить затухание на единицу длины, нужно эту величину разделить на длину линии передачи. = 12 метров. Заметим, что в стенде использован не кварцевый световод, а световод из пластика и затухание в нем значительно больше, чем в кварцевом световоде. Обсудите полученный результат и сделайте вывод. 3а. Измерение полосы пропускания оптической линии передачи импульсным методом. Установите тактовую частоту генератора 10*100. На рабочем поле включены по-прежнему первый и второй бит. Наблюдайте две пары колоколообразных импульсов на экране. Зарисуйте наблюдаемую картинку. Тщательно замерьте на экране осциллографа ширину обоих импульсов по уровню 0,5 от амплитудного и нанесите значения на рисунок. Рассчитайте полосу пропускания оптической линии передачи.  Обсудите полученный результат и сделайте вывод. Зб. Изучение искажения формы импульсов из-за конечной полосы пропускания оптической линии передачи. На рабочем поле включите дополнительно к первому и второму, третий и пятый импульсы. В результате в тактовом интервале будет содержаться три рядом стоящих импульса и один стоящий отдельно. Наблюдайте картину на выходе оптической линии при изменении тактовыхй частотах от 10*100 МГц, 20*100 МГц и 30*100 МГц. Занесите в отчет форму выходного сигнала на каждой частоте. Объясните полученные результаты. Содержание отчета. По каждому разделу лабораторного задания в отчете приводится. Название пункта. Схема измерений. Установленные параметры для генератора и осциллографа. Методика проведения измерений и обработки результатов. Результаты измерений и их обсуждение. Выводы по этому пункту лабораторного задания. Выводы по работе должны содержать ответ на вопрос, насколько выполнена цель работы. Приложение 1 Генератор оптических и электрических импульсов ОГ5-87А. Генератор предназначен для генерирования кодовых последовательностей оптических и электрических импульсов и обеспечения измерений параметров цифровых ВОСП. Возможна генерация как регулярных кодовых последовательностей спериодом 15 или 16 бит, так и псевдо случайных кодовых последовательностей с периодом повторения 215 -1 или 223-1 бит. Кодовые последовательности импульсов генерируются в бинарном коде, бифазном изнакопеременном(CMI) кодах. Структурная схема прибора дана на рис. 1. Формирователь тактового запуска генератора (1) вырабатывает периодическую последовательность тактовых электричес  ких импульсов со скважностью 2, которая формирователем кодовых последовательностей (2) преобразуется в регулярные последовательности длиной 15 или 16 бит либо в псевдослучайные последовательности длиной 215 -1 или 223-1 бит; кодовые последовательности при этом формируются в потенциальном коде.В кодирующем устройстве (3) осуществляется преобразование кодовых последовательностей в потенциальном коде в кодовые последовательности в бинарном коде, бифазном или знакопеременном. Электрический сигнал, сформированный кодирующим устройством, подается на электрический выход прибора и на электронно-оптический преобразователь (4). Сигнал, подаваемый на электрический выход прибора, может иметь уровни напряжений ЭСЛ и ТТЛ. В электронно-оптическом преобразователе осуществляется модуляция интенсивности излучения лазерных диодов работающих на длинах волн 0,85 и 1,3 мкм. Модулированный оптический сигнал подается на оптический выход прибора. Для поддержания постоянного уровня оптического сигнала прибор содержит систему стабилизации мощности излучения, которая состоит из фотоусилителя (5), устройства автоматического слежения (7)и источника опорных напряжений (6). С этой целью часть выходного излучения лазерного диода через оптический разветвитель подается на фотодиод, фототок которого усиливается фотоусилителем. Устройство автоматического слежения проводит сравнение уровней электрических импульсов на выходе фотоусилителя с постоянными напряжениями, задающими требуемый уровень оптической мощности, и выдает напряжения, в соответствии с которыми источник опорных напряжений задает ток модуляции и ток смещения лазерных диодов. Для обеспечения всех устройств энергией служит источник питания (8), выдающий ряд стабилизированных напряжений постоянного тока. Генератор формирует сигналы на длине волны 0,85 мкм. Управление тактовой частотой производится в разделе Тактовый запуск. Возможен один из трех вариантов запуска генератора тактовой частоты: Внутренний запуск Набор фиксированных тактовых частот Внешний запуск. При внутреннем запуске тактовая частота дискретно регулируется от 0,01 до 50 МГц. Устанавливаемые значения частоты в мегагерцах соответствуют ряду целых чисел от 10 до 99 которое умножается на 10-n , где п может принимать значения 0, 1, 2 и 3. Значение частоты устанавливается двумя переключателями, расположенными рядом. Правее этой пары расположен переключатель значения показателя п. При втором варианте запуска прибор обеспечивает установку трех фиксированных значений тактовой частоты, соответствующих тактовым частотам потоков Е1 - 2,048 МГц; Е2 -8,448 МГц и ЕЗ - 34,368 МГц. Блок Кодовая последовательность предназначен для управления режимами формирования кодовых последовательностей. Если выбран режим формирования последовательности длиной 15 или 16 бит, то интервал между тактовыми импульсами делится на 16 промежутков, и в каждый промежуток помещается бит информации. Значения «О» или «1» для соответствующего бита можно задать с помощью рабочего поля (РП), содержащего 16 кнопок. Амплитуда электрических импульсов на внешней нагрузке 50±1 Ом устанавливается равной 3 В (режим ТТЛ) или 1 В относительно постоянного смещения— 1,7В (режим ЭСЛ). Переключатель амплитуды выходного сигнала расположен под набором кнопок переключения режимов. Здесь же расгюложена кнопка, уменьшающая в 2 раза длительность импульса в кодовой последовательности. Средняя мощность излучения Р на выходном оптическом полюсе прибора в бифазном и CMI-кодах равна 0,1... 1,0 мВт. Время нарастания и время спада импульса излучения не более 5 не. Глубина модуляции импульсного излучения не менее 70%. Контрольные вопросыКакие типы световодов вы знаете, перечислите их характеристики. Поясните, как вы выполняли лабораторную работу. Выполните отдельные части лабораторной работы (по выбору преподавателя) с измененными исходными данными Запишите закон Снеллиуса и выражение для числовой апертуры. Поясните. Запишите уравнение для луча в среде с показателем преломления изменяющимся по радиусу. Как изменится уравнение, если учитывать только параксиальные лучи. Какие виды дисперсии вы знаете. Расскажите о каждом из них. Каковы особенности ступенчатого и градиентного световодов. Что можно сказать о дисперсии в том и другом виде световода. Какие существуют стандарты на световоды с различными значениями дисперсии. Как рассчитать время распространения светового сигнала по градиентному световоду Как рассчитать время распространения светового сигнала по ступенчатому световоду. Как рассчитать число и свойства осе симметричных мод в приближении геометрической оптики. |