自組隔離器課程設(shè)計

1、<p><b>　　光纖光學課程設(shè)計</b></p><p>　　自組光隔離器實驗設(shè)計</p><p>　　自組光隔離器實驗設(shè)計</p><p><b>　　實驗目的</b></p><p>　　了解光隔離器的工作原理及基本結(jié)構(gòu)；</p><p>　　利用法拉第效應(yīng)

2、，搭建自組光隔離器；</p><p>　　測量自組光隔離器的正向插入損耗；</p><p>　　測量自組光隔離器的反向隔離比。</p><p><b>　　實驗原理</b></p><p>　　光隔離器是一種光非互易傳輸耦合器，工作原理是利用晶體的法拉第效應(yīng)，其主要由起偏器、法拉第旋轉(zhuǎn)器、檢偏器構(gòu)成。它只允許光波往一個方

3、向傳播，當光信號沿正向傳輸時，具有很低的損耗，光路被接通；當光信號沿反向傳輸時，損耗很大，光路被阻斷。</p><p>　　如下圖一所示，當LD激光沿正向傳播時，起偏器偏振面垂直于光的傳播方向，經(jīng)45°的法拉第旋光片后，偏振面旋轉(zhuǎn)了45°，且剛好通過檢偏器輸出。</p><p><b>　　（圖一）</b></p><p>

4、　　如下圖二所示，當LD激光沿反向傳播時，起偏器偏振面與光的傳播方向成45°夾角，再次經(jīng)45°的法拉第旋光片后，偏振面又旋轉(zhuǎn)了45°，且剛好通過檢偏器垂直，無光輸出，即達到了光隔離的目的。</p><p><b>　?。▓D二）</b></p><p><b>　　實驗思路設(shè)計</b></p><p

5、>　　本次實驗設(shè)計的主要內(nèi)容是利用晶體的法拉第效應(yīng)，利用光路搭建自組光隔離器，并測量自組光隔離器的正向插入損耗和反向隔離度。整體設(shè)計思路如下：</p><p><b>　　正向插入損耗測試</b></p><p>　　如下圖三所示，其中，自組光隔離器主要由起偏器、法拉第旋轉(zhuǎn)器、檢偏器三部分構(gòu)成。利用公式=，測出Pin與Pout即可計算出正向插入損耗。</p

6、><p><b>　　（圖三）</b></p><p><b>　　反向隔離度測試</b></p><p>　　如下圖四所示，其中，自組光隔離器主要由起偏器、法拉第旋轉(zhuǎn)器、檢偏器三部分構(gòu)成。利用公式=，測出Pin與Pout即可計算出反向隔離度。</p><p><b>　　（圖四）</b

7、></p><p><b>　　實驗過程分析</b></p><p>　　整體實驗過程分為以下兩個方面：</p><p>　　首先，由于自組光隔離器中的法拉第旋轉(zhuǎn)器的最大旋轉(zhuǎn)角只能達到30多度，因此未能搭建典型的45°法拉第旋轉(zhuǎn)器，即不能達到真正意義的光隔離的目的，但是在本次實驗過程中，我們通過調(diào)整偏振器與法拉第旋轉(zhuǎn)器的距離等影

8、響因素使反向輸出功率盡可能減小。</p><p>　　其次，本次實驗的關(guān)鍵是對輸入、輸出功率的測量。整體思路是用斬波器將LD光源輸出的單色光，通過光電二極管，再利用數(shù)字示波器，對所產(chǎn)生的方波信號進行測量分析。</p><p><b>　　實驗步驟</b></p><p><b>　　實驗大致步驟如下：</b></p&

9、gt;<p>　　1.調(diào)整光路，搭建自組光隔離器，通過調(diào)整偏振器與法拉第旋轉(zhuǎn)器的距離等影響因素使反向輸出功率盡可能減小。</p><p>　　2. 正向插入損耗測試</p><p>　?。?）如圖一所示，用斬波器將LD光源輸出的單色光，先通過光電二極管，再利用數(shù)字示波器，觀察其所產(chǎn)生的方波信號，并記錄下方波信號的幅值，此即Pin。</p><p>　　

10、（2）如圖一所示，用斬波器將LD光源輸出的單色光，先通過光電二極管，再通過自組光隔離器，最后利用數(shù)字示波器，觀察其所產(chǎn)生的方波信號，并記錄下方波信號的幅值，此即Pout。</p><p>　?。?）計算出正向插入損耗。</p><p>　　3. 反向隔離度測試</p><p>　?。?）如圖二所示，用斬波器將LD光源輸出的單色光，先通過光電二極管，再利用數(shù)字示波器，

11、觀察其所產(chǎn)生的方波信號，并記錄下方波信號的幅值，此即Pin。</p><p>　　（2）如圖二所示，用斬波器將LD光源輸出的單色光，先通過光電二極管，再通過自組光隔離器，最后利用數(shù)字示波器，觀察其所產(chǎn)生的方波信號，并記錄下方波信號的幅值，此即Pout。</p><p>　　（4）仔細觀察所輸出的微弱的光波信號。</p><p>　?。?）計算出反向隔離度。</

12、p><p><b>　　實驗數(shù)據(jù)處理與分析</b></p><p>　　下面是正向插入損耗測試與反向隔離度測試的實驗結(jié)果與數(shù)據(jù)計算：</p><p><b>　　正向插入損耗測試</b></p><p>　　輸入，輸出方波信號，如下圖五所示：</p><p><b>　

13、　（圖五）</b></p><p>　?。?）計算出正向插入損耗。</p><p>　　利用公式=，計算正向插入損耗=2.53dB</p><p><b>　　實驗結(jié)果分析：</b></p><p>　　當光信號沿正向傳輸時，如圖五所示，輸出光波信號很大。經(jīng)計算，正向插入損耗為2.53dB，具有很低的損耗，說

14、明光路被接通。</p><p><b>　　反向隔離度測試</b></p><p>　　輸入，輸出方波信號，如下圖六所示：</p><p><b>　?。▓D六）</b></p><p>　?。?）計算出反向隔離度。</p><p>　　利用公式=，計算反向隔離度=11.86d

15、B</p><p><b>　　實驗結(jié)果分析：</b></p><p>　　當光信號沿反向傳輸時，如圖六所示，輸出光波信號很微弱。經(jīng)計算，反向隔離度=11.86dB，損耗很大，說明光路幾乎被阻斷。</p><p>　　下圖七的圓形區(qū)域內(nèi)是此時輸出的微弱的光波信號。</p><p><b>　?。▓D七）</

16、b></p><p>　　如圖七所示，根據(jù)晶體的法拉第效應(yīng)，本次實驗為什么不能看的理想的消光現(xiàn)象呢？這是因為只有典型的45°法拉第旋轉(zhuǎn)器能夠?qū)崿F(xiàn)無光輸出，即達到了光隔離的目的。而本次自組光隔離器中的法拉第旋轉(zhuǎn)器的最大旋轉(zhuǎn)角，經(jīng)測量，只能達到30多度，因此未能搭建典型的45°法拉第旋轉(zhuǎn)器，即不能達到真正意義的光隔離的目的，但是在本次實驗過程中，我們通過調(diào)整偏振器與法拉第旋轉(zhuǎn)器的距離等影響因

17、素使反向輸出功率盡可能減小。</p><p><b>　　實驗小結(jié)</b></p><p>　　本次課程設(shè)計，是繼《光纖光學基礎(chǔ)》專業(yè)課后的一次專業(yè)實驗課程設(shè)計。我們組的實驗設(shè)計的主要內(nèi)容是利用晶體的法拉第效應(yīng)，利用光路搭建自組光隔離器，并測量自組光隔離器的正向插入損耗和反向隔離度等。</p><p>　　這次實驗設(shè)計，是一次自主探究式的實驗，

18、其基礎(chǔ)平臺是完全由我們實驗小組成員一起學習、 實驗、討論，。從對實驗內(nèi)容的回顧，實驗思路的雛形到成熟的操作實驗，到最后的成功完成實驗。我相信這個過程順利的完成與我們精心的準備以及老師專業(yè)的指導是分不開的。</p><p>　　現(xiàn)在總結(jié)一下我們小組這次實驗的過程以及收獲。</p><p>　　起初，我們通過回顧隔離器工作原理，很快對利用光學平臺搭建自組光隔離器，有了比較清晰而全面的認識。&l

19、t;/p><p>　　然而，本次實驗的關(guān)鍵是對輸入、輸出功率的測量。我們最后的設(shè)計思路是用斬波器將LD光源輸出的單色光，通過光電二極管，再利用數(shù)字示波器，對所產(chǎn)生的方波信號進行測量分析。</p><p>　　在實驗過程中，我們嘗試了各種方法。我們做實驗時，并沒有局限于一臺或一個實驗桌上的儀器，相反實驗室所有的儀器都能為我們所用。我們集思廣益，為了測量輸入、輸出功率，我們嘗試過很多曾經(jīng)用過的儀器

20、。比如，我們這次實驗設(shè)計是基于曾經(jīng)做過的晶體磁光效應(yīng)實驗平臺，其光電轉(zhuǎn)換器件是光電二極管，我們首先嘗試通過晶體磁光效應(yīng)儀連接到示波器，但因示波器無測量功率的特點，之后我們選擇放棄該思路。接下來，在老師的指導下，我們嘗試直接利用晶體磁光效應(yīng)儀上的光電接收顯示來測試，但由于是直流電源，還是行不通。之后，我們又想到了曾經(jīng)做過的光電探測器參數(shù)測量實驗中的硅光電二極管，及配套使用的選頻放大器與指針示波器，仍然是直流信號，再次以失敗告終。接下來，在

21、老師的指導下，我們希冀用大學物理實驗測量單縫衍射的功率計測量，后來，了解到單縫功率計的工作在微瓦量級，測得我們實驗使用的激光在毫瓦量級，量級不匹配，只得放棄。實驗過程并非一帆風順，我們嘗試了所有這些可能的方法后，依然沒有好的處理方法來解決問題，這個過程有迷惑，還有困難，中途我們的組員甚至有放棄的念頭，但是對于實驗的執(zhí)著，我們最終堅持了下來并堅持到了最后完成實驗。</p><p>　　最后，在老師耐心的指導下，我們

22、再次轉(zhuǎn)向光電探測器參數(shù)測量實驗，利用其中的斬波器產(chǎn)生方波信號，最終解決了所有的疑難問題。由于斬波器的轉(zhuǎn)速不可調(diào)，我們又轉(zhuǎn)向了曾做過的波分復用光通信模擬實驗中的可調(diào)斬波器，同時給最終解決問題帶來了不少方便。</p><p>　　當最后做完所有實驗時，我們沒有覺得這一天是多疲憊。相反，通過這次自組光隔離器實驗，首先，我們學會了溫故而知新。其次，通過做實驗還、培養(yǎng)了我們的發(fā)散思維，以及創(chuàng)新意識。當然，這與老師的指導是不