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文檔簡介
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
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