ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СВЯЗИ, ИНФОРМАТИЗАЦИИ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИИ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

 

ТАШКЕНТСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

 

 

 

 

Кафедра «Телекоммуникационный инжиниринг»

 

 

 

 

 

МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

 

для проведения лабораторных работ  

по дисциплине

 

«ОСНОВЫ ОПТИЧЕСКОЙ СВЯЗИ»

 

для студентов, обучающихся по направлению образования

5311300-“Телекоммуникация”

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ташкент 2014

Авторы:   Н. Юнусов,

                 Г.Х. Миразимова,

                 Д.Х. Ибатова

 

 

Методическое пособие для проведения

лабораторных занятий по дисциплине

«Основы оптической связи»

ТУИТ,  стр. 84, Ташкент 2014г.

 

   

         В данном методическом пособии представлены материалы для проведения лабораторных занятий по дисциплине “Основы оптической связи”. Оно включает в себе содержание, порядок выполнения лабораторных работ, теоретические сведения, относящиеся к лабораторным работам, а также описание лабораторной установки для выполнения лабораторных работ по исследованию характеристик и параметров активных и пассивных  элементов волоконно-оптических систем связи – оптических волокон, лазерных и светоизлучающих диодов, оптических соединителей, оптических аттенюаторов. Пособие содержит также  вопросы для самоконтроля и список используемой литературы при выполнении лабораторных работ.

         Методическое пособие рассмотрено и одобрено на заседании кафедры «Телекоммуникационный инжиниринг» и рекомендовано к тиражированию.

 

 

 

 

 

 

 

        Рецензенты:

   

 -  внутренний:

Профессор кафедры                                                                                     «Электроника и радиотехника»                                               Абдуллаев А.М.

   

- внешний:

Начальник отдела «UNICON.UZ»                                           Берганов И.Р.

        

 

 

 

 

         © Ташкентский университет информационных  технологий. 2014 год.

ВВЕДЕНИЕ

 

         Настоящий сборник лабораторных работ посвящен эксперименталь-ному изучению активных и пассивных элементов волоконно-оптических систем связи находящих всё более широкое применение благодаря своим специфическим свойствам – широкой полосы пропускания, помехозащи-щенности, малым размерам, относительно малой стоимости и т. д. в телефонии, кабельном телевидении, в бортовой связи воздушных и подводных кораблей, в локальных и абонентских сетях, в управлении технологическими процессами.

         В нем приведены цели и задачи лабораторных работ, описание оборудований, применяемых при их выполнении, методические указания по выполнению лабораторных работ на занятиях с объёмом 18 часов:

1-ая лабораторная работа  «Экспериментальное определение числовой апертуры оптических волокон»;

         2-ая лабораторная работа «Исследование зависимости удельного коэффициента затухания, вносимого изгибом оптического волокна от его радиуса»;

3-ая лабораторная работа «Сравнительное исследование  ватт-ампер-ных  характеристик лазерного и светоизлучающего диодов»;

4-ая лабораторная работа «Исследование характеристик разъемных соединителей»;

5-ая лабораторная работа «Исследование характеристик аттенюаторов».

Применяемые современные оборудования в лаборатории “Основы оптической связи” позволяют ознакомление с исследуемыми активными и пассивными элементами волоконно-оптических систем связи, выполнение лабораторных работ по изучению характеристик и параметров базовых оптических и оптоэлектронных элементов: оптического волокна, лазерных диодов и светодиодов, пассивных элементов - аттенюаторов и оптических соединителей, проведение соответствующих расчетных работ и анализ полученных результатов, формирования у студентов навыков и умений по работе с этими элементами в пределах выделенных часов.

Надеемся, что усвоение кратких теоретических сведений к каждой лабораторной работе, приведенных в методических указаниях способствуют эффективному завершению выполненных лабораторных работ.

 

 

                                                                                                                Авторы

 

 

 

 

         Лабораторная работа №1

 

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ

 ЧИСЛОВОЙ АПЕРТУРЫ ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКОН

 

1. Цель работы

 

Произвести экспериментальное определение числовой апертуры одномодового и многомодового оптического волокна.

 

 

2. Задание к работе

 

При подготовке к работе необходимо изучить следующие вопросы:

         - изучить конструкцию и геометрические параметры оптического волокна;

         - подготовить бланк отчета где должны быть приведены: структурная схема лабораторного макета, заготовленные формы таблиц для записи данных измерений;

         - изучить литературу: [1] стр. 19-34,  [3] стр. 49-56, [6] стр. 7-20, [8] стр. 37-45.  

    

      3. Порядок выполнения работы

 

Внимание! Перед каждым использованием в измерениях волоконных шнуров необходимо снять защитные колпачки с их торцов. После окончания работы с волоконным шнуром обязательно установить на его торцы снятые защитные колпачки

 В данной лабораторной работе используются следующие элементы (рис.1.1):

          -электронный блок «Блок питания оптического источника»;

-лазерный диод ЛД или СД;

-юстировочные устройства ЮУ1 и ЮУ2;

-одномодовое оптическое волокно без защитной оболочки (желтый цвет буферного покрытия) с коннекторами типа FC —UPS;

-многомодовое оптическое волокно (оранжевый цвет защитной оболочки) с коннекторами типа FC - PC;

-телекамера без микрообъектива;

-черно-белый монитор;

-блок выделения строки;

-осциллограф.

 

                                  

 

Предварительные замечания

 

При   измерении   числовой   апертуры   оптических волокон   микрообъектив телекамеры должен быть обязательно снят.

Под числовой апертурой NA оптического волокна понимается синус угла φ, под которым луч света, падающий на его торец, испытывает полное внутреннее отражение на границе раздела сердечник - оболочка. Для ее экспериментального определения исследуется расходимость излучения из торца оптического волокна. На рис.1.1 показан ход крайних лучей, выходящих из торца возбужденного оптического волокна. Угол q, который они составляют с осью оптического волокна, и определяет значение числовой апертуры NA.

Для измерения числовой апертуры анализируется излучение из торца возбужденного оптическим источником оптического волокна. В качестве оптического источника может быть использован лазерный диод ЛД или светодиод СД. Оба источника входят в состав поставляемой аппаратуры.

Выходной торец оптического волокна находится в поле зрения телекамеры и на экране монитора возникает его изображение. Выделение строки изображения с помощью телевизионного осциллографа (смотри описание к предыдущей лабораторной работе) позволяет анализировать распределение интенсивности в его поперечном сечении.

 

 

 

 

Рис.1.1. Ход крайних лучей, выходящих из торца возбужденного

оптического волокна

 

На рис.1.2, а показан торец оптического волокна С и лучи 1, 2, ограничивающие световой конус, в котором концентрируется излучение, выходящее из него. Лучи попадают на матрицу ПЗС (М на рис.1.2,а.) телекамеры, с помощью которой формируется телевизионный сигнал. На рис.1.2, а. отмечен диаметр светового  пятна t,  соответствующий  излуче-нию  из  торца  оптического волокна на расстоянии F от его торца и горизонтальный размер матрицы Т.

Изображение проекции светового конуса на матрицу М наблюдается на экране монитора в виде светлого пятна. С помощью осциллографа и блока выделения  строки может быть выделена одна из  строк телевизионного сигнала. Примерный вид осциллограммы, соответствующей строке, которая приходится на середину пятна, показан на рис. 1.2, б; 1.2, в.

Рис. 1.2.Торец оптического волокна С и лучи 1, 2, ограничивающие         световой конус (а), соответствующие случаям возбуждения исследуемого оптического волокна с помощью ЛД (б) и СД (в)

 

 

 

 

 

Рис.1.2, б соответствует случаю возбуждения исследуемого оптического волокна с помощью лазерного диода ЛД. Вследствие когерентности его излучения на торце оптического волокна наблюдается интерференционная картина, которая образуется всеми возможными модами (спеклом). В результате осциллограмма, соответствующая светящемуся пятну сильно изрезана, что может помешать проведению измерений.

Рис.1.2, в соответствует случаю возбуждения исследуемого оптического волокна с помощью светодиода СД. Его излучение некогерентно и интерференция между модами отсутствует.

         Диаметру пятна соответствует размер t, отмеченный на осциллограмме. Горизонтальному размеру матрицы D соответствует на осциллограмме расстояние между соседними строчными гасящими импульсами Т. Размер D для используемой в макете телекамеры известен и составляет D = 40 мм.

         По нему может быть определен реальный размер пятна D путем измерений по осциллограмме величин t и Т:

 

                           d = t *D/T                                                  (1.1)

 

Значение     числовой     апертуры     вычисляется     из     элементарных тригонометрических соображений по измеренному значению Расстояния:   

 

                                         NA = SIN(φ ) - d/(√(d² + D²)).                              (1.2)       

 

 

3.1. Закрепить входной торец многомодового (зеленый цвет защитной оболочки) оптического волокна в узел юстировочного устройства ЮУ1, осуществляющий линейное перемещение (рис.1.15). Для этого выполнить следующие операции:

3.1.1. С помощью микрометрического винта ЛПР1 переместить узел, осуществляющий линейное перемещение, в крайнее левое положение.

3.1.2. Пропустить оптическое волокно через отверстия в платах 2, 3.

3.1.3.Закрепить коннектор FC оптического волокна в оправке 10, повернув фиксирующий винт коннектора.

3.2.Закрепить выходной торец оптического волокна в узел юстировочного устройства ЮУ2, осуществляющий угловое перемещение (рис.1.15). Для этого выполнить следующие операции.

3.2.1.С помощью микрометрического винта ЛПР2 переместить узел, осуществляющий линейное перемещение, в крайнее левое положение.

3.2.2.Отвернуть фиксирующий винт ФВ2 (рис.1.15) и отсоединить съемную оправку 12.

3.2.3. Пропустить оптическое волокно через отверстия в кольцах 5, 6, 7 и цилиндре 11.

3.2.4.Закрепить коннектор FC оптического волокна в оправке 12, повернув фиксирующий винт коннектора.

3.2.5. Осторожно, не допуская резких изгибов оптического волокна,  вставить оправку 12 на установочное место и закрепить ее фиксирующим винтом ФВ2.

3.3. Установить:

-ручку потенциометра регулировки тока накачки на лицевой панели БПИ (рис.1.12) в крайнее положение против часовой стрелки;

-кнопочный переключатель пределов изменения тока накачки - в положение 50 мА;

-с помощью соединительного кабеля подключить ЛД или СД (рис.1.11) к блоку БПИ, Соединение осуществляется с помощью разъема PC 4 ТВ, блочная часть которого расположена на лицевой панели;

           -закрепить выбранный оптический источник в оправке 8 (рис.1.15).

3.4. Включить тумблер «сеть» на лицевой панели блока БПИ. При этом загорается его подсветка. С помощью потенциометра установить значение тока    накачки    лазерного    диода   I_Н  =   20мА.    Контроль    тока    накачки осуществляется по стрелочному прибору на лицевой панели.

3.5. Включить питание монитора М и телекамеры ТК (рис.1.11), нажав кнопочный переключатель на лицевой панели монитора. При этом после его прогрева наблюдается слабое свечение экрана монитора.

3.6. Выходной торец оптического волокна расположен напротив телекамеры. Оба элемента закреплены во втором юстировочном устройстве ЮУ2 (рис.1.15). Изменяя угловое положение торца оптического волокна относительно телекамеры с помощью микрометрических винтов УВ2 и УГ2 и перемещая телекамеру в двух поперечных направлениях с помощью микрометрических винтов ЛПП2 и ЛВ2, добиться появления изображения торца оптического волокна на экране монитора.

3.7. Исследуемый в данном эксперименте лазерный диод расположен в узле юстировочного устройства ЮУ1, осуществляющем угловое перемещение (рис.1.15). Необходимо добиться того, чтобы его излучение попадало на входной торец оптического волокна, который расположен в этом же юстировочном устройстве (в узле, осуществляющем линейное перемещение). Изменяя угловое положение ЛД относительно торца оптического волокна с помощью микрометрических винтов УВ1 и УГ1 и перемещая оправку со входным торцом оптического волокна в двух поперечных направлениях относительно ЛД с помощью микрометрических винтов ЛПП2 и ЛВ2, добиться появления на выходном торце оптического волокна светового пятна, которое наблюдается на экране монитора. Регулировку положения источника и входного торца оптического волокна производить методом последовательных приближений, добиваясь максимальной яркости наблюдаемого пятна.

При необходимости, если наблюдается чрезмерный контраст изображения на экране монитора, уменьшить уровень мощности, повернув поляризатор на ЛД.

3.8. Включить питание осциллографа. Его органы управления установлены в положение, при котором осциллограмма на его экране соответствует одной из строк видеосигнала, наблюдаемого на экране монитора.

3.9. С помощью микрометрического винта ЛПР2 переместить теле-камеру в положение, при котором святящееся пятно, наблюдаемое на мониторе, займет примерно половину его экрана.

3.10. Используя органы управления режимом развертки осциллографа добиться появления на его экране осциллограммы, соответствующей рис.9. Отметить положение переключателя ступенчато регулирующего -длительность развертки (дел/мксек) - R и расстояние между строчными импульсами Т (рис.1.2). Данные измерений занести в таблицу 1.1.

3.11.С помощью кнопок «↑», «↓» осуществляется передвижение выделяемой строки вверх или вниз по изображению на экране монитора добиться максимальной ширины импульса, соответствующего светящемуся пятну. Этим обеспечивается выделение строки, приходящейся на центр светового пятна. Для повышения точности измерений следует уменьшить период развертки с помощью переключателя ступенчато регулирующего длительность развертки (дел/мксек). Отметить его новое положение R₀.

3.12. Попытаться уменьшить размер пятна на экране монитора и соответствующего ему импульса на осциллограмме, изменяя угловое положение торца оптического волокна относительно телекамеры с помощью микрометрических винтов УВ2 и УГ2. Этим обеспечивается коррекция параллельности фокальной плоскости объектива и плоскости, в.которой расположен торец оптического волокна. После этого скорректировать положение выделяемой строки, повторив действия, описанные в пункте 11.

 

Таблица 1.1

 Измерение числовой апертуры оптического волокна

 

ti (дел)	t0	t1		tn
Ri (дел/мксек)	R0	R1		Rn
Тi (дел)	Т0	Т1		Тn
Fi (mm)	F0	F1		Fn
di (мм)	d0	D1		dn
NA	NA0	NA1		NAn

                                                                                                       

3.13. Попытаться уменьшить размер пятна, перемещая в поперечных направлениях телекамеру относительно торца оптического волокна с помощью микрометрических винтов ЛПП2 и ЛВ2. Этим обеспечивается коррекция положения торца оптического волокна относительно оптической оси ОО (рис.1.2). После этого скорректировать положение выделяемой строки, повторив действия, описанные в пункте 11. Отметить окончательное положение переключателя ступенчато регулирующего длительность развертки (дел/мксек) - R₀ и соответствующую ширину наблюдаемого на осциллограмме импульса - t₀ и Т₀. Данные измерений занести в таблицу 1.1.

3.14. По шкале на микрометрическом винте ЛПР2 отметить значение расстояния F₀. Данные измерений занести в таблицу 1.1.

3.15. Повторить измерения, предусмотренные пунктами 11-14 для расстояний F = F_1,2…n и для R = R_1,2...n. При этом  все отсчеты F_1,2…n < F₀- Число измерений n указывается преподавателем. Данные измерений занести в таблицу 1.

3.16. По данным таблицы 1 определить размер светящегося пятна по формулуле (1.1). Вычисленные значения занести в таблицу 1.1.

3.17. Вычислить значение числовой апертуры NA:

 

                                   NA=sin(θ)=d/().                                    (1.3)

 

Измеренное значение числовой апертуры соответствует среднему значению:

                                             NA = (ΣNA_i)/(n).                                             (1.4)

 

3.18. Заменить многомодовое оптическое волокно на одномодовое. Для этого выполнить следующие операции.

3.18.1. С помощью микрометрического винта ЛПР1 (рис.1.15) переместить узел юстировочного устройства ЮУ1, осуществляющий линейное перемещение, в крайнее левое положение.

3.18.2. Отвернуть коннектор FC входного торца многомодового оптического волокна от оправки 10, открутив фиксирующий винт коннектора. После этого извлечь его из узла юстировочного устройства ЮУ1, осуществляющего линейное перемещение.

3.18.3. Пропустить одномодовый оптическое волокно через отверстия в платах 2, 3.

3.18.4.Закрепить коннектор FC оптического волокна в оправке 10, повернув фиксирующий винт коннектора.

3.18.5.С помощью микрометрического винта ЛПР2 переместить узел юстировочного устройства ЮУ2, осуществляющий линейное перемещение, в крайнее левое положение.

3.18.6.Отвернуть фиксирующий винт ФВ2 (рис. 1.15) и отсоединить съемную оправку 12 с многомодовым оптическим волокном. Извлекать оправку с оптическим волокном из юстировочного устройства следует с осторожностью, не допуская его резких изгибов.

3.18.7.Отвернуть коннектор FC входного торца многомодового оптического волокна от оправки 12, открутив фиксирующий винт коннектора. После этого извлечь его из узла юстировочного устройства ЮУ2, осуществляющего угловое перемещение.

3.18.8. Пропустить одномодовое оптическое волокно через отверстия в кольцах 5, 6, 7 и цилиндре 11.

3.18.9. Закрепить коннектор FC оптического волокна в оправке 12, повернув фиксирующий винт коннектора.

3.18.10. Осторожно, не допуская резких изгибов оптического волокна,  вставить оправку 12 на установочное место и закрепить ее фиксирующим винтом ФВ2.

3.19. Используя  методику  измерений,  описанную   выше,  произвести измерение числовой апертуры одномодового оптического волокна.

 

 

4. Содержание отчета

 

Отчет по лабораторной работе должен включить следующие пункты:

1. Краткое  изложение теоретической части.

2. Принципиальную схему лабораторной установки.

3. Результаты измерений и графики.

4. Анализ расчетов и выводы.

 

5. Контрольные вопросы

 

1.     Поясните роль оптического волокна (ОВ) в волоконно-оптических       систе-мах связи.

2.     Поясните устройство  оптического волокна?

3.     Из каких материалов изготавливается ОВ?

4.     Какие типы оптических волокон, применяемых в оптических системах     связи  Вы знаете? Дайте им краткую характеристику.

5.     Какими стандартами оптических волокон пользуются в современных волоконно-оптических системах связи. Дайте им краткую характеристику.

6.     Поясните суть закона Снеллиуса, выражающего зависимость между падающим и преломлённым углами светового луча, падающего на поверхность границы двух оптических сред.

7.     Каким соотношением определяется один из важных параметров оптического волокна – относительное изменение показателя преломления?

8.     Приведите соотношение, определяющее угол полного внутреннего отражения светового луча от поверхности границ оптических сред. Поясните его сущность.

9.     Дайте определение апертурному углу и числовой апертуре.

10.             Какими количественными соотношениями определяются числовые апертуры оптических волокон со ступенчатым и градиентным профилем показателя преломления?

6-Теоретическая часть

 

6.1. Оптическое волокно и его конструкция

 

            Среда, ограничивающая область распространения оптических колебаний и направляющая поток световой энергии в заданном направлении, соединяющая передающий пункт с приемной в системах ВОС, называют оптическим волокном(ОВ). Характеристики оптических волокон частично определяют качество системы связи. Поэтому при проектировании систем ВОС надо учитывать эти характеристики .

         На основе ОВ с минимальными коэффициентами затухания, создаются оптические кабели, обеспечивающие передачу сигналов на дальние расстояния.

Волоконно-оптические светодиоды состоят из сердечника и оболочки. Они имеют приблизительно одинаковые значения показателей преломления. Сердечник среда направления, оболочка используется для создания границы раздела между ней и сердцевиной. Эта граница формирует физический канал и по нему распространяется световой луч - переносчик передаваемого сигнала.

Для обеспечения распространения света только по светодиоду должно выполняться условие

n₁>n₂.                                                      (1.5)

 

          Здесь n₁- показатель преломления сердечника,  

                    n₂ - показатель преломления оболочки соответственно.

         РПоказатель преломления ОВ:

 

                                         ,                                         (1.6)

 

Здесь, e и m - соответственно относительные диэлектрическая и магнитная проницаемости.

  Или определяется отношением скорости света в вакууме (с) к скорости света в веществе (с_м):

 

n = с / с_м.                                               (1.6`)

 

Показатели преломления разных веществ и скорость передачи света по ним приведены в таблице 1.2. [1].

Структура ОВ изображена на рис. 1.3. Основной материал для ОВ является чистый кварц – оксид кремния (SiO₂).

Для получения нужных значений показателя преломления на кварцевое стекло добавляются примеси. Например: германий и фосфор увеличивают показатель преломления, бор и фтор наоборот уменьшают его.

 

                                                                                                    Таблица 1.2.

Показатели преломления разных материалов

 

Наименование материала	Показатель преломления, n	Скорость света в разных материалах, см км/сек.
Вакуум	1,0	300 000
Воздух	1,0003	300 000
Вода	1,33	225 000
Кварц	1,46	205 000
Стекло	1,5	200 000
Алмаз	2,5	120 000

 

 

 

 

 

                                                                             

 

 

 

 

 

 

Рис. 1.3. Конструкция оптического волокна

 

Любые дополнительные покрытия (оболочки) являются защитными. На рис. 1.3 показано внешнее пластиковое покрытие [2].

 

 

6.2. Типы оптического волокна и их характеристики.

Одномодовые и многомодовые оптические волокна.

Оптические волокна со ступенчатым, градиентным и специальными профилями показателя преломления

 

          В зависимости от отношения диаметра сердцевины ОВ к длине волны оптического излучения  ОВ делятся на одномодовые и многомодовые.

Обычно в одномодовом волокне диаметр сердцевины составляет 7-10 мкм (рис. 1.4,а), а в многомодовом волокне 50-62,5 мкм (рис. 1.4,б). В обоих типах диаметр оболочки составляет 125 мкм. На практике есть и другие значения диаметров одномодовых (ОМ) ОВ и многомодовых (ММ) ОВ.  По ОМ ОВ передаётся только одна основная HE₁₁ мода.

 

 

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1.4. Поперечные сечения одномодового (а) и многомодового (б)

оптических волокон

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.  1.5. Конструкции ступенчатой (а) и градиентной (б) ММ ОВ и

профили показателя преломления                                           

А по ММ ОВ возможна передача нескольких мод вводимое в оптическое волокно под различными углами в пределах числовой апертуры. Все допустимые моды имеют различные пути распространения и времени. 

         По показателю преломления n ММ ОВ делятся на ступенчатые (рис. 1.5,а) и градиентные ОВ (рис.1.5,б) [2].

Ступенчатые ММ ОВ характеризуются конкретным отличием значения показателей преломления n₁  и n₂ на границе двух сред. Ступенчатые ММ ОВ ограничивают полосу пропускания, но считаются дешевой,  чем градиентные ОВ.

ММ ОВ с градиентным профилем показателя преломления имеет плавный показатель преломления и имеет лучшие технические показатели по уменьшению межмодовой дисперсии. Потому что, в ММ ОВ с градиентным профилем показателя преломления скорость распространения (дисперсия) мод не так уж отличаютя от друг друга. Дисперсия приводит к уширению импульсов и к искажению передаваемого сигнала. Поэтому ММ ОВ с градиентным профилем показателя преломления широко распространено. Основной недостаток ММ ОВ с градиентным профилем показателя преломления это их дороговизна и сложность производства.

Межмодовая дисперсия ограничивает дальность связи и полосу пропускания. Поэтому в основном ММ ОВ используются в локальных сетях и для передачи сигналов систем плезиохронной цифровой иерархии.

ОМ ОВ используются в магистральных сетях связи. Потому что, из-за отсутствия межмодовой дисперсии, имеют более высокую пропускную способность. Однако оно требует использования более дорогих лазерных передатчиков.

На рис. 1.6.  показана общая картина распространения света по разным типам световодов [3].

По показателю преломления ОМ ОВ далятся на ступенчатые (прямоугльные) и ОВ с профилем показателя преломления специального вида   в форме трезубц (W образного). (рис. 1.7) [4].

Показатели преломления не зависят от затухания, но влияют на значения хроматической дисперсии.

ОМ волокна делятся на:

-       стандартное волокно ОМ-СВ, или волокно с несмещенной дисперсией ОМ-ВНД (SF - Standard Fiber, SSF или SSMF - Standard Single Mode Fiber);

-       волокно со смещенной дисперсией ОМ-ВСД (DSF - Dispersion-Shifted Fiber);

-       волокно с ненулевой смещенной дисперсией ОМ-ВНСД (NZDSF - Non-Zero Dispersion- Shifted Fiber).

Волокна DSF, NZDSF имеют показатели преломления специального вида W образного профиля.

 

 

                                                                                                 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.1.6. Распространение оптического излучения по разным типам волокон:

                            а) многомодовое ступенчатое волокно,

                            б) многомодовое градиентное волокно,

                     в) одномодовое ступенчатое волокно

 

 

     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                         Рис. 1.7. Показатели преломления ОМ ОВ:

а) – стандартное волокна SF со ступенчатым (прямоугольным) профилем

       показателя преломления;

       б) – ОМ ОВ со смещенной дисперсией, специального типа W образного

              профиля в форме трезубца

 

                          6.3. Теория распространения светового луча

по оптическому волокну

 

Преломление света

Теория распространения света основана на законы отражения/прелом-ления.

При перемещении из одного материала в другой изменяется скорость распространения света, что с точки зрения волновой теории, приводит к изменению направления распространения. Отклонение света от прямого направления называется преломлением, которого можно проследить с помощью призмы (рис. 1.8).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                    Рис.1.8. Преломление света на призме

 

Полное внутреннее отражение

 

Физической основой передачи светового сигнала по световоду (оптоволокну) является яв­ление полного внутреннего отражения (ПВО) света от границы раздела двух сред с различ­ными показателями преломления. Для его реализации в оптическом волокне показатель прелом­ления сердцевины n_с должен быть больше, чем показатель преломления оболочки n_об. Яв­ление ПВО при этом наблюдается только для луча, падающего под углом, равным или большим критического угла падения (напомним, что это угол между падающим лучом и нормалью к поверх­ности в точке падения). При Ө = Ө_кр преломленный луч скользит по границе раздела и как бы исчезает из рассмотрения. Свет падающий под углом больше критического угла  Ө > Ө_кр полностью внутреннее отражается от границ двух сред.

 Критический уголь падения Ө_кр может быть вычислен по закону Снеллиуса:                

                                                                     (1.7)

Например, если n₁=1,48,  n₂=1,46:

 

Ө_кр = arc sin (1,46 / 1,48) = arc sin (0,9864) = 80,6⁰.

 

При таком критическом угле Ө_кр=80,6⁰ , если угол падения Ө₂  больше критического угла Ө₂=81⁰, то свет не проникая на вторую среду, распространяется вдоль сердцевины. Этот процесс представлен на рис. 1.9.

 Луч света падающий под углом больше критического угла  Ө > Ө_кр полностью внутреннее отражается от границы двух сред (свет 1). При этом Ө₁ = Ө₂ поэтому луч света 1 распространяется вдоль сердцевины зигзагообразна, претерпевая ряд отражений. В идеальном случае (при отсутствии рассеяния света и нулевой дисперсии) луч 1 мог бы распро­страняться внутри сердцевины с п₁ на сколь угодно большое расстояние.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1.9. ПВО на ОВ.

 

 

Рис. 1.9. Полное внутреннее отражение в оптическом волокне

 

  

        Луч света 1 называется направляющимися модами.

Луч 2 падая под Ө_кр углом, преломляется и распространяется по границе сердцевина/оболочка. 

Луч 3 падая под углом меньше критического угла Ө < Ө_кр преломляется и падая на границу оболочки, отражается от границы раздела, в результате распространяется по оболочке или излучается во внешнее простран­ство. Они называются излучаемыми модами.

 

 

Числовая апертура

 

Световой луч вводится в  ОВ, под каким - то  углом. Максимальный угол падения луча в сердцевину волокна называется  углом апертуры (Ө_а). Для ПВО луч должен вводиться в волокно под углом апертуры. Синус угла апертуры называется числовой апертурой и обозначается буквами NA (N-number-число, A-apеrture-отверствие). Числовая апертура определяется по следующей формуле:

 

	или    (1.8)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1.10. Угол апертуры ОВ

 

Здесь - в (1.8) приведены две формулы для вычисления NA, которые могут встретиться в литературе. Они дают близкие значения числовой апертуры. Первая формула используется для теоретических, а вторая - для практических расчетов, причем k=0,98 или k=0,94 в  зависимости от методики измерений. Для данных, приведенных выше к рис.1.9 n₁=1,48, n₂=1,46, указанные формулы дают следующие значения числовой апертуры: 0,242487 (теоретическая) или 0,237637 (k=0,98) и 0,227938 (k=0,94) [3].

Относительная разность показателей преломления ∆_n равна:

 

                                       (1.8)

 

Лучи, которые попадают под углом q≤q_а,  называются апертурными (на рис.1.10, им соответствуют луч 1). Они, испытывая ПВО, распространяются по волокну. Лучи, для которых q>q_а  начинают распространяться по волокну, но постепенно затухают, так как при многократном отражении отдают часть энергии преломленному лучу, выходящему из сердцевины в оболочку. Эти лучи называются внеапертурными и делятся на те, которые распростра-няются по оболочке, например, луч 2, и те, которые выходят за грани­цы волокна, - луч 2¹ [3].

Числовая апертура характеризует собирательную способность волокна по отношению к входному излучению. В зависимости от типа волокна она может меняться от 0,13 до 0,28.

Типичные значения параметров самых распространенных ОВ приведены в таблице 1.3 [5]:

                                                                                                        

        Таблица 1.3

Тип ОВ	Диаметр сердцевины, мкм	NA	Максимальный угол падения в сердцевину волокна, град.	∆n
ММ ОВ	50 – 200	0,25 – 0,5	20 – 30	0,005 – 0,02
ОМ ОВ	5 – 12	0,12 – 0,25	5 - 8	0,002 – 0,01

 

NA показывает ввод светового луча в ОВ и распространения излучения по ОВ.

ОВ с большим значением NA хорошо принимает свет, а в ОВ с минимальным значением NA можно вводить пучок света только с узким направлением.

ОВ с большой полосой пропускания имеют минимальное значение NA. Таким образом, в них количество мод меньше, дисперсия минимальна и полоса пропускания широкая.

В ОВ с большим NA из-за множество количества мод, высока межмодовая дисперсия [1].

Учебная лабораторная установка «Исследование характеристик оптических волокон»

 

1. Общая характеристика установки

 

На базе данной установки могут быть выполнены следующие лабораторные работы.

1. Экспериментальное определение числовой апертуры оптических волокон.

          2. Исследование зависимости удельного коэффициента затухания, вносимого изгибом оптического волокна от его радиуса.

Выполнение перечисленных выше лабораторных работ позволяет:

-экспериментально определить числовую апертуру оптических волокон;

- оценить допустимые радиусы изгиба оптических волокон и определить вносимый изгибом коэффициент затухания.

 

2. Состав лабораторного макета и его функциональная схема

 

Функциональная схема лабораторного макета приведена на рис.1.11. В его состав входят следующие элементы:

2.1. Источник оптического излучения — лазерный диод ЛД1 обеспечивающий излучение на длине волны λ = 0,67 мкм. Мощность излучения зависит от тока накачки I_н и достигает величины 5 мВт при I_н=40мА.

2.2. Источник оптического излучения - светодиод СД обеспечивающий излучение на длине волны λ = 0,67 мкм.

Мощность излучения зависит от тока накачки I_н и достигает величины 5 мВт при I_н=40мА.

На корпусе ЛД 1 имеется микрообъектив, позволяющий сфокусировать его излучение на торце оптического волокна. У СД микрообъектив отсутствует.

ЛД 1 и СД размещены в капролоновых корпусах одинакового диаметра и снабжены электрическими шнурами с разъемами РС4-ТВ для подключения к блоку питания.

В установке они располагаются в специальной оправке, позволяющей производить их оперативную смену в процессе измерений.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1.11. Функциональная схема макета

 

        2.3. Блок питания источника оптического излучения (БПИ 1-0,67 мкм). На рис.1.12 показана лицевая панель блока. ЛД 1 и СД подключаются к нему с помощью шнура питания с разъемом РС4-ТВ. Блочная часть разъема находится на лицевой панели и снабжена надписью «ОПТИЧЕСКИЙ ВЫХОД».

 

 

Рис.1.12.Лицевая панель  блока  питания излучателя

 

Блок предусматривает возможность:

-регулировки тока накачки с помощью потенциометра, ручка которого выведена на лицевую панель. Изменение тока накачки позволяет изменять мощность излучения лазерного диода;

-переключение пределов изменения тока накачки (5, 50 мА) с помощью кнопочного переключателя;

-регистрации тока накачки с помощью цифрового индикатора «ТОК ИЗЛУЧАТЕЛЯ».

Питание БПИ осуществляется от сети 220v / 50Hz. Включение блока осуществляется тумблером с подсветкой «СЕТЬ» на лицевой панели.

2.4. Блок питания источника оптического излучения (БПИ 1=1,3 мкм). Блок содержит те же элементы управления, что и предыдущий. Отличие заключается в том, что вместо электрического разъема РС4-ТВ установлена оптическая розетка FC-SM. К ней непосредственно подключается разъем оптического волокна.

2.5. Фотодиод ФД для регистрации излучения на длине волны λ = 0,67 мкм размещенный в цилиндрическом корпусе на штативе и снабженный шнуром питания с разъемом РС4-ТВ для подключения к блоку фотоприемника. В корпус фотодиода вставляется оправка, к которой крепится коннектор К исследуемого оптического волокна.

2.6. Фотоприемник ФП для регистрации излучения на длине волны λ=0,67 мкм. На рис.1.13 показана лицевая панель блока ФП. Фотодиод подключается к нему с помощью шнура питания с разъемом РС4-ТВ. Блочная часть разъема находится на лицевой панели и снабжена надписью «ОПТИЧЕСКИЙ ВХОД».

 

 

Рис.1.13. Лицевая панель блока фотоприемника

 

Блок предусматривает возможность переключения пределов измерения оптической мощности. Для этого на лицевой панели имеется кнопочный переключатель «ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ». Нажатие кнопок «0,001; 0,01; 0,1; 1» на лицевой панели приводит к изменению коэффициента усиления фототока.

Для контроля оптической мощности на лицевой панели ФП имеется цифровой индикатор «ОПТИЧЕСКАЯ МОЩНОСТЬ, ОТН. ЕД.». Оптическое излучение, попадающее на чувствительную площадку фотодиода, вызывает изменение тока (фототока), протекающего через его р-n переход. Фототок прямо пропорционален значению оптической мощности на чувствительной площадке фотодиода. Поэтому показания цифрового индикатора пропорциональны этой мощности, но не равны ей. Измерение с помощью фотоприемника осуществляется в относительных единицах.

2.7. Оптический тестер «Топаз 3000» ОТ для регистрации излучения на длине волны λ = 1,3 мкм.

2.8. Два отрезка оптических волокон ОВ 1, 2:

- одномодовое оптическое волокно без защитной оболочки (желтый цвет буферного покрытия) с коннекторами типа FC -UPS;

- многомодовое оптическое волокно (оранжевый цвет защитной оболочки) с коннекторами типа FC - PC;

С элементами оптической схемы лабораторной установки коннекторы ОВ соединяются с помощью специальных оправок (К), которые крепятся в узлах юстировочных устройств (их описание приводится ниже).

2.9. Телекамера с микрообъективом (ТК), которая служит для анализа излучения из торца, исследуемого оптического волокна. В поле зрения телекамеры находится один из торцов исследуемого оптического волокна.

Телекамера имеет следующие характеристики:

- максимальное разрешение - 700 лин/мм;

- фокусное расстояние объектива F=4,2 мм.

При проведении измерений (измерение числовой апертуры, исследование модового состава, измерение степени когерентности источника) объектив телекамеры не используется.

2.10. Черно-белый монитор (ЧБМ), на экране которого наблюдается изображение формируемое телекамерой. В данной установке - это изображение светящегося торца исследуемого оптического волокна.

2.11. Блок выделения строки (БВС), с помощью которого производится выделение строки изображения формируемого телекамерой. Этот сигнал соответствует распределению интенсивности в поперечном сечении исследуемого оптического волокна.

На рис. 1.14. показана лицевая панель блока выделения строки. На ней имеются три кнопки, обозначенные символами «↑», «↓», «+». С помощью кнопок «↑», «↓» осуществляется передвижение выделяемой строки вверх или вниз по изображению на экране монитора. Кнопка «+» устанавливает выделяемую строку в середину изображения. Положение выделяемой строки контролируется по экрану монитора - на изображении она отмечена светлой линией.

 

 

Рис.1.14. Лицевая панель блока выделения строки

 

На лицевой панели расположены два светодиода (синий и красный), контролирующих включение питания блока и наличие на его входе видеосигнала. Включение питания осуществляется тумблером «Вкл.» на лицевой панели.

С видеовыходом монитора и входом осциллографа БВС соединяется с помощью кабелей с соответствующими разъемами. Блочные части разъемов расположены на задней панели блока.

2.12. Блок питания монитора (БПМ), который обеспечивает питание монитора от сети переменного тока 220v/50Hz. Питание телекамеры и БВС обеспечивается напряжениями, вырабатываемыми в мониторе.

2.13. Осциллограф (ОСЦ). На его вход поступает сигнал с БВС, который соответствует выделенной строке. Поскольку в поле зрения телекамеры находится торец исследуемого оптического волокна, в режиме выделения строки осциллограмма представляет собой распределение интенсивности в его поперечном сечении.

2.14. Два юстировочных устройства (ЮУ1, ЮУ2). Они обеспечивают:

-взаимную юстировку оправки для коннектора (К) торца исследуемого оптического волокна и источника ЛД (ЮУ1). Данная регулировка позволяет изменить уровень оптической мощности, вводимый в исследуемое оптическое волокно, для обеспечения удобства проведения измерений;

-взаимную юстировку торца исследуемого оптического волокна и телекамеры (ЮУ2).

Упрощенный эскиз (соответствующий виду сверху) ЮУ1 и ЮУ2 приведен на рис.1.15. Эти устройства отличаются только видом оправок, в которых закреплены необходимые элементы. Устройства их управления одинаковы.

Основой юстировочных устройств служат основания 1 (рис.1.15). На них расположены два узла. Один из них осуществляет линейное перемещение оправки с закрепленным элементом по трем взаимно перпендикулярным направлениям: линейное поперечное (ЛПП), линейное продольное (ЛПР), линейное вертикальное (ЛВ).

Второй узел осуществляет угловое перемещение (поворот) оправки с закрепленным элементом в двух взаимно перпендикулярных плоскостях: вертикальной (УВ), и горизонтальной (УГ).

Шаг резьбы микрометрических винтов, с помощью которых осуществляется перемещение в одном из 5 указанных выше направлений, одинаков и составляет 0,5 мм.

В состав узла, осуществляющего линейное перемещение, входят три подвижных платы (2, 3, 4), которые перемещаются в трех взаимно перпендикулярных направлениях, соответственно, микрометрическими винтами ЛПР1, 2 (линейное продольное направление), ЛПП1, 2 (линейное поперечное направление), ЛВ1, 2 (линейное вертикальное направление).

 

Рис. 1.15. Два юстировочных устройств (вид сверху) устройства(ввивид

В состав узла, осуществляющего угловое перемещение, входят три вложенных друг в друга кольца 5, 6, 7. Внешнее кольцо 5 жестко связано с основанием 1. Кольца 6 и 7 закреплены так, что обеспечивается их вращение вокруг горизонтальной (6) или вертикальной (7) оси. Вращение осуществляется с помощью микрометрических винтов УГ (угловое горизонтальное перемещение) и УВ (угловое вертикальное перемещение).

Во внутреннем кольце 7 узла, осуществляющему угловое перемещение в юстировочном устройстве ЮУ1 (рис.1.15), закреплена оправка 8 с оптическим источником (ЛД или СД). Предусмотрена возможность смены одного типа источника другим. На эскизе показан соединительный кабель, с помощью которого оптический источник соединяется с блока питания БПИ. К оправке 8 крепится поляризатор 17. Он вворачивается в оправку по резьбе на ее внутренней поверхности. Поворот поляризатора приводит к изменению уровня оптической мощности.

На плате 3 узла, осуществляющего линейное перемещение в юстировочном устройстве ЮУ1 (рис.1.15), укреплена оправка 10, в которой фиксируется коннектор FC исследуемого оптического волокна.

В платах 3, 4 и цилиндре 9 имеются отверстия, через которые проходит исследуемое оптическое волокно (рис.1.15).

Во внутреннем кольце 7 узла, осуществляющем угловое перемещение в юстировочном устройстве ЮУ2 (рис.1.15), закреплен цилиндр 11 с центральным отверстием. В нем с помощью фиксирующего винта ФВ2 (рис.1.15) крепится съемная оправка 12, в которой фиксируется коннектор FC исследуемого оптического волокна.

Исследуемое оптическое волокно проходит через отверстия в крышке узла, осуществляющее угловое перемещение (на эскизе не показана) и цилиндре 11.

На плате 3 узла, осуществляющего линейное перемещение в юстировочном устройстве ЮУ2, укреплен цилиндр 14 с внутренним отверстием. В нем крепится телекамера 13. На внешней поверхности цилиндра 14 имеется резьба (М 40 х 0,5). По ней наворачивается оправка 16 с объективом 15. Перемещение оправки 16 по резьбе вдоль цилиндра 14 позволяет производить настройку изображения, формируемого телекамерой на экране монитора М  в том случае, если используется объектив телекамеры.

На эскизе (рис.1.15) показан кабель, соединяющий телекамеру с монитором. Юстировочное устройство ЮУ2 служит для коррекции положения торца исследуемого оптического волокна относительно микрообъектива телекамеры.

2.15. Узел измерения потерь на изгибе оптического волокна (УИП). Эскиз узла приведен на рис. 6. Оптическое волокно ОВ 1, в качестве которого используется либо одномодовое оптическое волокно без защитной оболочки (желтый цвет буферного покрытия) с коннекторами типа FC-UPS, либо многомодовое оптическое волокно без защитной оболочки с коннекторами типа FC-PC, закрепляется в двух фиксаторах 2 с помощью винтов 3.

Рис. 1.16. Узел измерения потерь на изгибе оптического волокна (вид сверху)

Отрезок оптического волокна между фиксаторами пропускается между подвижными 4 и неподвижными 5 стойками скремблера.

Фиксаторы 2 перемещаются вдоль направляющих 6 при изменении положения подвижных стоек 4. Возвратное движение фиксаторов осуществляется за счет пружин. Фиксаторы, направляющие и пружины закреплены на подвижных основаниях 7.

Шесть неподвижных стоек 5 закреплены на неподвижном основании 8. В нем выполнены продольные пазы, в которых перемещаются пять подвижных стоек 4. Перемещение подвижных стоек осуществляется с помощью микрометрического винта 9.

В исходном состоянии подвижные стойки должны быть перемещены в такое положение, при котором участок оптического волокна не деформируется. При этом должно быть обеспечено незначительное натяжение оптического волокна за счет пружин, связанных с фиксаторами 3.

Перемещение подвижных стоек вверх приводит к изгибу оптического волокна. Радиус изгиба совпадает с радиусом стойки, а длина изогнутого участка изменяется при движении стоек. Перемещение подвижной стойки L отмечается по шкале микрометрического винта 9. Для известного диаметра стойки D и расстояния между стойками d=20 мм длина изогнутого участка определяется выражением:

 

                 l = D*( arcsin((D/(L² +d²)^1/2) + arctg(L/d)).                  (1.9)

 

При возвратном движении подвижных стоек оптическое волокно за счет натяжения пружин, связанных с фиксаторами, также возвращается в исходное положение.

В комплект УИП входит набор сменных стоек с различными диаметрами - 5, 7, 9, 11, 13, 15 мм-, что позволяет проводить измерение потерь на этих диаметрах.

При изменении диаметра стойки изменяется положение оптического волокна относительно крайних неподвижных стоек. Правильным является положение оптического волокна, при котором он расположен параллельно направляющим 6. Для обеспечения этого основания 7 вместе с оптическим волокном и элементами его крепления перемещаются в поперечном направлении. Перемещение осуществляется с помощью винтов 10.

Вся конструкция крепится к плате 11. На ней также располагается оправка 12 с фотодиодом. Ее внутренний диаметр выбран таким образом, чтобы оправка коннектора исследуемого оптического волокна 1 стыковалась с ней. При этом световой поток из выходного торца исследуемого оптического волокна полностью попадает на чувствительную площадку фотодиода. Оправка для коннектора - съемная. Она используется для стыковки выходного торца оптического волокна, как с фотодиодом, так и с телекамерой. В последнем случае она вставляется в юстировочное устройство ЮУ2.

Лабораторная работа 2

 

   ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ УДЕЛЬНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ЗАТУХАНИЯ, ВНОСИМОГО ИЗГИБОМ ОПТИЧЕСКОГО ВОЛОКНА ОТ ЕГО РАДИУСА

 

1. Цель работы

 

Произвести экспериментальное определение зависимости удельного коэффициента затухания от радиуса изгиба оптического волокна для одно-модового оптического волокна 9/125 мкм.

Измерение произвести для длины волны λ =1,3 мкм.

 

 

2. Задание к работе

 

При подготовке к работе необходимо изучить следующие вопросы:

         - изучить физические параметры оптического волокна;

         -в подготовленном бланке отчета привести краткое содержание теоретической части, структурную схему макета, заготовку формы таблиц для снятия данных измерений;

         - изучить литературу: [1] стр. 25-30,  [3] стр. 49-56, [6] стр. 7-20, [8] стр. 37-45. 

 

 

3. Порядок выполнения работы

 

Внимание! Перед каждым использованием в измерениях волоконных шнуров необходимо снять защитные колпачки с их торцов. После окончания работы с волоконным шнуром обязательно установить на его торцы снятые защитные колпачки.

 

В данной лабораторной работе используются следующие элементы (рис.1.11):

-электронный блок «Блок питания излучателя» для длины волны λ=1,3 мкм с лазерным диодом ЛД2;

-одномодовое оптическое волокно без защитной оболочки (желтый цвет буферного покрытия) с коннекторами типа FC -UPS;

-узел измерения потерь на изгибе оптического волокна (УИП);

-оптический тестер ОТ «Топаз 3000».

Измерение затухания на длине волны λ=1,3 мкм.

 В этом эксперименте в качестве оптического источника используется ЛД2, работающий на длине волны 1,3 мкм, а в качестве фотоприемника -оптический тестер «Топаз 3000».

Перед проведением измерений необходимо:  

 - установить входной коннектор исследуемого оптического волокна в оптическую розетку на лицевой панели электронного блока «Блок питания излучателя» для длины волны λ=1,3 мкм;

- установить выходной коннектор исследуемого оптического волокна в оптическую розетку на оптическом тестере «Топаз 3000».

3.1. Расположить исследуемое оптическое волокно в УИП (рис. 1.16). Для этого выполнить следующие операции.

3.1.1. Надеть стойки выбранного диаметра на штыри, находящиеся на плате 6 (рис.1.16) .

3.1.2. Вывернуть микрометрический винт 9, перемещающий подвиж-ные стойки 4 так, чтобы они заняла положение за крайними.

3.1.3. Отвернуть винты 3 фиксаторов 2 (рис.1.16).

3.1.4. Поместить исследуемое оптическое волокно между неподвиж-ными и подвижными стойками. Он должен располагаться так, чтобы подвижные стойки находились над оптическим волокном, а неподвижные под ним (рис.1.16). Сам оптическое волокно при этом не должен быть деформирован.

3.1.5. Поместить исследуемое оптическое волокно в паз левого фиксатора (рис.1.16) и закрепить его винтом 3. Винт 3 следует заворачивать с минимальным усилием, обеспечивающим фиксацию оптического волокна.

3.1.6. Поместить исследуемое оптическое волокно в паз правого фиксатора (рис.1.16). Слегка натянуть оптическое волокно так, чтобы пружины фиксаторов 2 незначительно растянулись. Закрепить оптическое волокно винтом 3. Винт 3 следует заворачивать с минимальным усилием, обеспечивающим фиксацию оптического волокна.

3.1.7. Вворачивая микрометрический винт 9 (рис.1.16), перемещающий подвижные стойки 4, переместить их вверх так, чтобы они касались исследуемого оптического волокна, но не деформировали бы его.

3.1.8. Отметить начальный отсчет L₀ по шкалам микрометрического винта, соответствующий этому положению средней стойки и занести его в таблицу 1.

3.2. Отметить показания измерительного прибора – оптического тестера р_o, соответствующий максимальному уровню мощности на выходном торце невозмущенного оптического волокна. Занести это значение в таблицу 2.1.

3.3. Изменяя положение подвижных стоек отмечать отсчеты L_i по шкалам микрометрического винта и соответствующие им уровни мощности р_i по индикатору «Оптического тестера». Данные измерений занести в таблицу 2.1.

3.4. После окончания измерений вернуть подвижные стойки в исходное положение, отвернуть винты 3 фиксаторов 2 (рис.1.16) и извлечь оптическое волокно из УИП. Отвернуть коннекторы оптического волокна от БПИ и от оптического тестера.

3.5. Повторить измерения потерь для других диаметров изгиба. Для этого на стойки надеть втулки соответствующего диаметра и повторить пункты 2.1, 2.3 описания.

3.6. После окончания измерений отвернуть фиксирующие винты зажимов 10 (рис.1.16) и освободить оптическое волокно.

3.7. После окончания измерений произвести расчет удельного коэффициента затухания на изгибах разных диаметров для одномодового оптического волокна. Для этого необходимо определить длину изогнутого участка.

 

Таблица 2.1.

Измерение удельного коэффициента затухания на изогнутом участке оптического волокна.

D =      (мм), L₀ =      (мм), р₀ =     (дБ).

 

Li (мм)
рi(дБ)
L=Li-L0 (мм)
li (мм)
γi (дБ/мм)

 

Рис.2.1. поясняет выражение, используемое для определения длины изогнутого участка оптического волокна. Две окружности представляют собой вид сверху на правую неподвижную и центральную передвигаемую стойки. Линия ВАВ¹ соответствует неизогнутому отрезку оптического волокна, заключенному между ними и является касательной к окружностям в точках В и В¹. Расстояние между центрами стоек по горизонтали OS = d = 20 мм, расстояние между центрами стоек по вертикали O¹S = L определяется в процессе измерений. ВО = В¹О¹ = D/2 - радиус стойки.

Длина изогнутого участка оптического волокна определяется длинами дуг окружностей ОВ и В¹С¹ (рис.2.1.). Легко понять, что они одинаковы, поэтому полная длина изгиба, определяемая всеми тремя стойками равна 4*ОВ.

Для расчетов следует определить угол ВОС. Из элементарных тригонометрических соотношений следует:

 

ВОС = OGB = ВАО¹ + О¹AG¹;

В'АО¹= arcsin((D/(L² +d²)^1/2);

O'AG¹ = arctg(L/d).

 

Окончательно, полная длина изогнутого участка 1 определяется выражением:

l =8 D (arcsin((D/(L² +d²)^1/2) + arctg(L/d)).                (2.1)

 

Все углы должны быть выражены в радианах.

Величина удельного коэффициента затухания γ, соответствующая участку длины l определяется соотношением:

 

               γ_i=10*Log(р₀/р_i)/l.                                       (2.2)

 

 Значение удельного коэффициента затухания определяется путем усреднения значения γ_i по всем результатам измерений.

 

 

 

Рис.2.1. Схема определения длину изогнутого участка оптического

волокна

 

Примечание. Общая характеристика установки для проведения 2-лабораторной работы преведена на стр. 21-30.

 

 

 

 

4. Содержание отчета

 

Отчет по лабораторной работе должен включить следующие пункты:

1. Краткое изложение теоретической части.

2. Принципиальную схему лабораторной установки.

3. Результаты измерений и графики.

4. Анализ расчетов и выводы.

 

        

5. Контрольные вопросы

 

1.     Чем связана необходимость оценки затухания в оптическом волокне?

2.     За счет каких факторов возникают потери в оптическом волокне?

3.     Чем обусловлены собственные потери оптического волокна?

4.     Чем обусловлены  кабельные потери  оптического волокна?

5.     Какие факторы влияют на качество передачи оптического сигнала?

 

 

6. Теоретическая часть

 

6.1. Потери, обусловленные затуханием в оптическом волокне

 

         Волокно характеризуется двумя важнейшими параметрами: затуханием и дисперсией.

         При передаче оптического сигнала по волокну из-за линейных и нелинейных взаимовлияний световой волны со средой волокна уменьшается мощность сигнала и происходит его затухание. Чем меньше затухание (потери) и чем меньше дисперсия распространяемого сигнала в волокне, тем больше может быть расстояние между регенерационными участками или повторителями.

На затухание света в волокне влияют такие факторы, как: потери на поглощение; потери на рассеяние; кабельные потери.

Потери на поглощение и на рассеяние вместе называют собственными потерями, в то время как кабельные потери в силу их природы называют также дополнительными потерями, рис 2.2.

Полное затухание в волокне измеряется в дБ/км и определяется в виде суммы:

 

a = a_с+a_к = a_п + a_р + a_к, (дБ/км).

 

 

 

        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

          Рис. 2.3. Зависимость затухания оптического волокна  от длины волны

 

Коэффициент затухания для данной длины волны оптического излучения определяется отношением оптической мощности вводяимой в волокно к оптической мощности на выходе волокна. Обычно оптическая мощность измеряется в децибелах и зависит от параметров волокна и от длины волны. Зависимость затухания от длины волны имеет нелинейный характер, эта зависимость была представлена на рис. 2.3.  Для разных длин волн значения затухания приведены в таблице 2.2.

 

                                                    

       Таблица  2.2

Значения затухания для разных длин волн

 

Окно прозрачности	Длина волны l, мкм	Затухание  a, дБ/км
1	0,85	2-3
2	1,3	0,4–1,0
3	1,55	0,2–0,3

 

         Первое окно прозрачности реализуемое с помощью широкополосных источников излучения используется для передачи на близкие расстояния. 

         Второе окно прозрачности реализуемое с помощью источников излучения с длина волн 1,28-1,33 мкм широко применяется для передачи на дальние расстояния. Эта окно прозрачности имеет наиболее меньшее затухание. В этом диапазоне кварцевое стекло имеет минимальное значение хроматической дисперсии, что даёт использование дешёвых источников излучения.

         Третье окно прозрачности имеет диапазон 1,525-1,575 мкм, минимальный коэффициент затухания является преимуществом этого окна прозрачности.  Но при передаче высокоскоростных потоков по этому окну

прозрачности увеличивается значение дисперсии. Для уменьшения дисперсии требуется использование компенсирующих устройств, что увеличивает стоимость волоконно-оптических систем связи [7].

 

 

6.2. Собственные потери волокна

 

Собственные потери оптического волокна,  как уже отмечено, состоят из двух составляющих:  из потерь на поглощение и на рассеяние оптическо-го излучения.

Потери на поглощение а_п состоят как из собственных потерь в кварцевом стекле (ультрафиолетовое и инфракрасное поглощение), так и из потерь, связанных с поглощением света на примесях. Примесные центры, в зависимости от типа примеси, поглощают свет на определенных (присущих данной примеси) длинах волн и рассеивают поглощенную световую энергию в виде джоулева тепла. Даже ничтожные концентрации примесей приводят к появлению пиков потерь.

Собственные потери на поглощение растут и становятся значимыми  в ультрафиолетовом и инфракрасном областях. При длине волны излучения выше 1,6 мкм обычное кварцевое стекло становится непрозрачным из-за роста потерь, связанных с инфракрасным поглощением.

Потери на рассеянии а_р. Уже к 1970 году изготавливаемые оптические волокна становятся настолько чистыми (99,9999%), что наличие примесей перестает быть главенствующим фактором затухания в волокне. На длине волны 800 нм затухание составило 1,5 дБ/км. Дальнейшему уменьшению затухания препятствует так называемое рэлеевское рассеяние света. Рэлеевское рассеяние вызвано наличием неоднородностей микрос-копического масштаба в волокне. Свет, попадая на такие неоднородности, рассеивается в разных направлениях (рис. 2.4). В результате часть его теряется в оболочке. Эти неоднородности неизбежно появляются во время изготовления волокна.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Длина волны, на которой достигается нижний предел собственного затухания чистого кварцевого волокна, составляет 1550 нм и определяется разумным компромиссом между потерями, возникающими из-за рэлеевского рассеяния и инфракрасного поглощения.

         На рис.2.3 приводится общий вид спектральной зависимости собственных потерь с указанием характерных значений четырех основных параметров (минимумов затухания в трех окнах прозрачности 850, 1300 и1550 нм, и пика поглощения на длине волны 1480 нм) для оптических волокон.

 

 

6.3. Кабельные потери

 

         Кабельные потери возникают из-за микро и макроизгибов.

Микроизгибы. Микроизгиб это микроскопическое изменение геометрии сердцевины волокна при производстве, то есть несовершенства волокна. Микроизгибы возникают при производстве расположением сердцевины не по оси, из-за покрытия негладкими внешними покрытиями. Микроизгибы увеличивают кабельные потери. Эти потери могут быть очень высокими и в некоторых случаях могут даже превышать 100 дБ/км.   Один из видов микроизгиба представлен на рис.5.4,б.

Макроизгибы. Макроизгибом называется изгибы превышаюшие минимально допустимого радиуса. Минимальный допустимый радиус изгиба ОМ ОВ составляет 10 см. При таком изгибе световые импульсы распространяются наименьшими искажениями. Изгиб волокна допустимого уровня, увеличивает эффект рассеяния через оболочку.

Минимальный изгиб волокна должен быть указан со стороны производителя. При обмотке кабеля в катушку, волокно изгибается по радиусу катушки. При прокладке кабеля в учреждениях понадобится изгибать его в углах учреждения. Изгиб волокна недопустимого уровня может вывести из строя кабеля и даже привести к обрывам волокон в кабеле. Вид макроизгиба показан на рис.  2.5.,а [6].   

 

 

 

 

 

 

 

     

 

                                     а)                                                    б)

	Рис. 2.5. Макроизгиб (а) и микроизгиб (б)  оптического волокна

 

 

 

Дефекты и несовершенства оптического волокна приводят к некачественному монтажу ОВ. Факторов, приводящих к  потерям в оптическом волокне можно классифицировать  следующим образом:

-       несогласованность размеров сердцевины волокна и с его эксцентриси-тетом;

-       различие профилей показателей преломления волокон;

-       несоосность и скрещивание продольных осей при соединении волокон;

-       различие  углов апертур волокон;

-       неплоскостность и плохая обработка торцов волокон;

-       неплотное соединение концов волокон с образованием воздушной прослойки потерь на френелевское отражение.

Все эти факторы увеличивают затухание и потери. Для их уменьшения предъявляются высокие требования в производстве к высокой точности геометрии волокна.

Примечание. Общая характеристика установки для проведения 2-лабораторной работы преведена на стр.21-30.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лабораторная работа №3

 

СРАВНИТЕЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВАТТ-АМПЕРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК  ЛАЗЕРНОГО И СВЕТОИЗЛУЧАЮЩЕГО ДИОДОВ

1. Цель работы

 

         1.1. Экспериментальное измерение ватт-амперной характеристики лазерного диода.

         1.2. Экспериментальное определение тока накачки, соответствующего началу генерации оптического излучения и порогового тока лазерного диода.

         1.3. Экспериментальное измерение ватт-амперной характеристики светоизлучающего  диода.

         1.4. Сравнение ватт-амперных характеристик лазерного диода и светоизлучающего диода.

        

 

2. Задание к работе

 

При подготовке к работе необходимо изучить следующие вопросы:

         - изучить типы и принципы работы оптических источников излучения применяемых в волоконо-оптических системах связи;

         -  в подготовленном бланке отчета привести краткое содержание теоретической части, структурную схему макета для проведения лабораторной работы, заготовленные формы таблиц для записи данных измерений;

         - изучить литературу: [1] стр. 62-70, [3] стр. 143-176, [6] стр. 73-77. 

 

 

3. Порядок выполнения работы

 

                   В данной лабораторной работе используются следующие элементы (рис.3.6.):

         -электронный блок «Блок питания излучателя»;

         -электронный блок «Фотоприемник»;

         -лазерный диод ЛД1;

         -светоизлучающий диод СД;

         -поляризаторы П.

         Под ватт-амперной характеристикой понимается зависимость мощности, излучаемой оптическим источником от тока, протекающего через его p - n переход (ток накачки I_н).

         3.1. Подключить  полупроводниковый лазерный диод ЛД1 к БПИ.

Установить:       

         -ручку потенциометра регулировки тока накачки на лицевой панели БПИ (рис.3.6) в крайнее положение против часовой стрелки;

         -кнопочный переключатель пределов изменения тока накачки – в положение 50 мА.

         -с помощью соединительного кабеля подключить ЛД1 (рис.3.6) к БПИ. Соединение осуществляется с помощью разъема РС 4ТВ, блочная часть которого расположена на лицевой панели.

         3.2. Включить тумблер «сеть» на лицевой панели блока БПИ. При этом загорается его подсветка.

         3.3. Нажать кнопку  ЛД1 переключателя «Выбор излучателя».

         3.4. Нажать кнопку  ФД1 переключателя «Выбор фотодиода».

         3.5. С помощью потенциометров «Регулировка тока накачки грубо, точно» по стрелочному прибору «Ток накачки» установить его значение, равное 25 мА.

         3.6. Вращением поляризатора, расположенного между ЛД1 и ФД1 установить стрелку измерительного прибора «Оптическая мощность» на отметку 1.

         3.7. Произвести измерение ватт-амперной характеристики оптического источника. Процесс измерения аналогичен для ЛД1 и СД. Поэтому ниже тип источника не указывается.  Выполнить следующие операции:

         3.7.1. Повернуть ручки потенциометров «Регулировка тока накачки грубо, точно» в крайнее положение против часовой стрелки. При этом устанавливается нулевое его значение. После этого переключить предел изменения тока накачки с помощью кнопочного переключателя «Пределы изменения I_н», установив его равным (0 –3)мА.

         3.7.2. Установить кнопочный переключатель выбора пределов измерения оптической мощности в положение 1 (максимальная чувствительность).

            3.7.3. Изменяя ток накачки от 0 до 3мА снять зависимость оптической мощности Р  в относительных единицах от I_н. Отметить значение I_н, соответствующее началу генерации. Ток накачки изменять с шагом, указанным преподавателем. Измерение указанных величин производятся с помощью стрелочных приборов, расположенных на лицевых панелях соответствующих электронных блоков. Данные измерений занести в таблицу 3.1.

 

Таблица 3.1.

Ватт-амперная характеристика оптического источника излучение

 

Iн    (мА)
Р   (отн. ед.)
Uд (V)

 

3.7.4. Повернуть ручки потенциометров «грубо», «точно» регулировки I_н на лицевой панели электронного блока «Источник оптического излучения» в крайнее положение против часовой стрелки. После этого переключить предел изменения тока накачки с помощью кнопочного переключателя «Пределы изменения I_н», установив его равным (0 –15)мА.

          3.7.5. Продолжить измерения ватт-амперной характеристики.   Данные измерений занести в таблицу 3.1. Закончить измерения следует при достижении стрелки измерительного прибора «оптическая мощность отн.ед.» отметки 1 при минимальной чувствительности – кнопочный переключатель пределы – в положении 100.

         3.8. Произвести измерение ватт-амперной характеристики светоизлу-чающего диода. Для этого выполнить следующие операции:

         3.8.1. Установить         ручку потенциометров «Регулировка тока накачки грубо, точно»  в крайнее положение против часовой стрелки.   

         3.8.2. Нажать кнопку СИД переключателя «Выбор излучателя».

         3.8.3.  Нажать кнопку ФД2 переключателя «Выбор фотодиода».

         3.8.4. Произвести измерения ватт-амперной характеристики СИД в соответствии с пунктом 2 данного описания.

         3.9. Произвести обработку результатов измерений.

         3.9.1. По измеренным значениям построить зависимость оптической мощности Р в относительных единицах от тока накачки I_н для ЛД1 и СИД.

         3.9.2. По измеренным значениям построить зависимость напряжения на излучателях от тока накачки I_н для ЛД1 и СИД.  

         3.9.3. По построенным зависимостям определить:

         -значения токов накачки ЛД1 и СД, соответствующие началу генерации;

         -значение порогового тока I_п1 соответствующего излому ватт-амперной характеристики лазерного диода.   

         -качественные отличия ватт-амперных характеристик ЛД1 и СД.

 

 

4. Содержание отчета

 

         Отчет по лабораторной работе должен включить следующие пункты:

1. Краткое изложение теоретической части.

2. Принципиальную схему лабораторной установки.

3. Результаты измерения и графики.

4. Анализ расчетов и выводы.

 

 

5. Контрольные вопросы

 

1. Какие требования предъявляются к источникам оптического излучения, применяемым в волоконно-оптических системах связи?

2. Какие типы источников излучения используются в оптических системах связи? Из каких материалов они изготавливаются?

3. Какие типы СД Вы знаете и в чём состоит их отличия? Поясните принцип работы СД.

4. Поясните особенности ватт - амперной, вольт - амперной и спектральной   характеристик СД.

5. В каких целях используются гетероструктуры? Какие особенности имеют гетероструктуры с двухсторонним ограничением?

6. Как отличаются полупроводниковый светодиод и лазерный диод по  принципу работы и по характеристикам?

7. Какие типы ЛД имеются, какими свойствами они обладают?

8. Поясните особенности ватт – амперной характеристики ЛД.

9. Почему в высокоскоростных системах ОС используются ЛД?

10.Поясните назначение блоков и устройств передающего оптического модуля (ПОМ).

 

 

6-Теоретическая часть

 

6.1. Требования к источникам оптического излучения, применяемым в волоконно-оптических системах связи

 

   Перечислим основные требования которым должен удовлетворять             

источник излучения, применяемый в ВОСС:

-излучение должно вестись на длине волны одного из окон прозрачности волокна. Существует три окна, в которых достигается меньшие потери света при распространении: 850, 1300, 1500 нм

-источник излучения должен выдерживать необходимую частоту модуляции для обеспечения передачи информации на требуемой скорости;

- источник излучения должен быть эффективным, в том смысле, что большая часть излучения источника попадала в волокно с минимальными потерями;

- источник излучения должен иметь достаточно большую мощность, чтобы сигнал можно было передавать на большие расстояния, но и не на столько, чтобы излучение приводило к нелинейным эффектам или могло повредить волокно или оптический приемник;

-температурные вариации не должны сказываться на функцио-нировании источника излучения;

-стоимость производства источника излучения должна быть относительно невысокой.

  В настоящее время используются два основных типа источников излучения, удовлетворяющих перечисленным выше требованиям - светодиоды (СД) и полупроводниковые лазерные диоды (ЛД).

Главная отличительная черта между светодиодами и лазерными диодами - это ширина спектра излучения. Светоизлучающие диоды имеют широкий спектр излучения, в то время лазерные диоды имеют значительно более узкий спектр. Оба типа устройств весьма компактны и хорошо сопрягаются со стандартными электронными цепями.

 

 

6.2. Принцип работы когерентных и некогерентных источников оптического излучения

 

Как известно из квантовой механики, значения приобретаемой электронами энергии не являются непрерывными, а носят дискретный характер. Дискретность энергетических состояний даёт основание говорить, что электрон находится на том или ином энергетическом уровне (рис.3.1). Совокупность близлежащих таких уровней, соответствующих различным электронам в твердом теле образуют энергетические зоны.

Имеется два таких зон: верхняя - зона проводимости с энергией Е_с, нижняя – зона валентных электронов с энергией Е_v. Между этими зонами находится запрещенная зона с энергией  Е_q.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3.1. Энергетические уровни полупроводника

 

         Считается, что валентная электронная зона соответствует базовому (минимальному) энергетическому уровню. При тепловом равновесии почти все электроны находятся именно в этой зоне, т.е. сосредаточены и удерживаются в определенных местах кристаллической решетки полупроводника. Если к p-n переходу полупроводника приложить напряжение смещения в прямом направлении, то через переход потечет электрический ток. Если количество добавляемой энергии  значительно, то некоторые электроны, находящиеся на низком энергетическом уровне приобретая добавочную энергию, переходят на более высокий уровень, т.е. часть электронов сконцентрированных в валентной зоне, переходит в зону проводимости. Это приводит к  появлению свободных электронов, которые могут перемещаться внутри полупроводника. При этом в зоне валентных электронов на освободивщихся местах возникают положительно заряженные дырки. Дырки и свободные электроны являются носителями тока в полупроводнике. Свободные электроны в полупроводнике, сталкиваясь с узлами кристаллической решетки или с другими электронами «падают» в валентную зону и пара «электрон-дырка» исчезает.

         Если «падение»  происходит без соударения, то энергия теряемая электронами выделяется в виде фотона. Подобный процесс излучения называется спонтанным.

         Частота n определяется разностью энергетических уровней Е (равна Е_с-Е_v), т.е. шириной запрещенной энергетической зоны:

                     

                                                    n=C/λ=E_q/h ,                                                 (3.1)

 

здесь  C-скорость света,  с=3х10⁸ м/сек;

           λ-длина волны, мкм;  E_q-ширина запрешенной зоны;

 h- постоянная Планка, h=6,626x10^-34   Дж.сек.

         Эта формула является частотным условием Бора. Интенсивность света зависит от числа пар «электрон-дырка».

         Спонтанное оптическое излучение возникает при переходе любого электрона с одного энергетического уровня на другой. Но так как время перехода всех электрона не совпадает, то происходит наложение излучения и возникают оптические волны с неодинаковой амплитудой и фазой, а вследствие этого наблюдается неоднородность и по частоте.

 

                    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.3.2. Общая структура резонатора Фабри-Перо (а) и распределение

электрического поля в нем по оси Z (б)

         Ширина спектра характеризует монохроматичность источника излучения. Спонтанное излучение обладает низкой монохроматичностью, поэтому называют некогерентным светом. Некогерентным спонтанным источником излучения является светодиод (СД).

В отличие от выше описанных, источники излучения излучающие синфазные оптические волны называются когерентными иcточниками света. В основе их работы лежит спонтанное излучение полупроводника, охваченное объемным резонатором. Широкое распространение получил резонатор Фабри-Перо, который представляет собой два зеркала, установленные перпендикулярно оси Z (рис.3.2, а).

Зеркала выполняют роль положительной обратной связи. Данная конструкция препятствует распространению лучей вдоль оси Z, а следовательно уменьшается число поперечных мод. На рис.3.2, б представлен распределение электрического поля вдоль оси Z .

  Наличие резонатора создаёт условия существования синфазных оптических волн и спектр излучения становится дискретным или когерентным.

 

 

        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.3.3. Спектр колебаний лазера: а) – спектр спонтанного излучения;

б) – спектр когерентного излучения; в) – спектр генерации лазера

 

В соответствии квантовой механики в таких структурах с положительной обратной связью происходит не только спонтанное излучение но и ещё процесс называемый – индуцированное (вынужденное) излучение. Суть вынужденного излучения состоит в том, что если на электрон, находящийся в зоне проводимости, падает свет с частотой n_о, примерно равной частоте  n, определяемой с (3.1), то возникает излучение с частотой n_о и направлением падающего света. Таким образом, к спонтанному добавляется вынужденное излучение.  Если общие потери в такой структуре меньше, чем усиление, то возникает лазерный эффект, характеризующийся появлением генерации вынужденного излучения. К источникам вынужденного или индуцированного излучения относятся лазерные диоды.

Вынужденное или индуцированное излучение снижает числа продольных мод. Мощность лазерного излучения и его частота зависят от формы спектра спонтанного излучения. На рис.3.3 показаны спектры спонтанного (а), когерентного (б) излучений продольной моды и спектр генерации лазера.

 

6.3. Светодиоды и их типы

 

          Как сказано выше, СД является источником некогерентного излучения. Основой такого источника служит полупроводник с прямым переходом (GaAs и др.). В нем электрон не сталкиваясь с узлами кристаллической решетки, т.е. с сохранением энергии переходит в валентную зону и воссоединяется с дыркой. При таком переходе возникает спонтанное излучение.

         Полупроводники на основе  GaAs и других, состоящие из двух или более элементов являются полупроводниками с прямым переходом и легко излучают свет. Если использовать 3 или 4 элемента (примесные полупроводники), то с соотношением компонентов изменяется ширина запрещенной зоны, что позволяет создавать СД излучающие различные длины волн.    

       В таблице 3.1 представлено типы полупроводников на основе химических соединений и диапазон их излучения. 

При использовании СД в системах связи применяется только прямая модуляция интенсивности излучения с помощью изменения тока инжекции.

Важными параметрами СД являются срок службы и надёжность. При  длительной эксплуатации СД постепенно уменьшается мощность излучения. При возрастании температуры на 10-20⁰ С срок службы снижается вдвое. Для использования в системах связи срок службы СД должен составлять 10⁵ часов для наземных и 10⁶ часов для подводных линий связи.

СД производятся для использования в трёх окнах прозрачности 850, 1310 ва 1550 нм. Однако они обычно используются в окнах 850 и 1310 нм. Производства СД дешевле чем ЛД.

 

Таблица 3.1.

Области излучений полупроводниковых лазеров на основе химических соединений

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

        

        

Из-за сравнительно простой конструкции, высокой надёжности и достаточно слабой зависимости характеристик излучения от температуры, широкого спектра излучения (до 60 нм), узкости диапазона излучаемой частоты  (100-200 МГц) и невысокого быстродействия СД в основном используются в низкоскоростных системах для передачи информации на короткие расстояния.

          Лазерный диод (ЛД) обычно используется в высокоскоростных оптических системах (более 155 Мбит/с) для дальных расстояний.

 

6.4. Характеристики лазерного диода

 

Лазерный диод характеризуются сроком службы, мощностью излучения и зависимостью мощности излучения от внешнего тока инжекции, диаграммой направленности излучения Ө и спектром излучения. ЛД по сравнению с СД работает на больших значениях тока инжекции. Когда внешний ток  инжекции I_u возврастает, достигая порогового значения I_п, возникает генерация, то есть когда усиление становится равным потерям возникает лазерный эффект или индуцированное (вынужденное) излучение.  Из-за высокой когерентности этого излучения, ширина спектра излучения ЛД узкая чем у СД.

Спектр излучения ЛД  составляет 1-2 нм, а спектр СД  30-50 нм. Зависимость мощности излучения от внешнего тока инжекции, ватт-амперная характеристика ЛД показана на (рис.3.4).

При малых значениях тока происходит спонтанное излучение и он работает как неэффективный СД.  Когда значение тока превышает порогового I_п значения тока инжекции, мощность излучения Р_изл резко возрастает и возникает когерентное излучение. Мощность излучения ЛД составляет 1-100 мВт.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3.4.  Ватт-амперные характеристики: 1 – для лазерного диода;

2 – для светодиода

 

Как видно из рисунка, ватт-амперная характеристика ЛД нелинейна. По этой причине модуляция выходного излучения путем изменения аналоговым сигналом тока инжекции лазера без применения специальных мер линеаризации ватт-амперной характеристики практически не используется.

Обычно применяют импульсные методы модуляции тока инжекции и соответственно выходной оптической мощности лазера. Следует особо подчеркнуть, что лазер является источником света с ограниченной пиковой мощностью. Это связано с тенденцией уменьшения мощности при больших токах накачки и с оптическим саморазрушением.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

 

 

 

 

 

 

Рис.3.5. Изменение  ватт-амперной характеристики ЛД от температуры

 

Отметим ещё одну существенную особенность, присущую ЛД: при изменении температуры окружающей среды происходит сдвиг ватт-амперных характеристик в сторону возрастания тока инжекции (рис.3.5).

Это приводит к изменению величин порогового тока и выходной мощности. Для устранения этого недостатка используются электрические схемы компенсации, а также схемы термокомпенсации, управляющие работой микрохолодильника.

Магистральные кабельные линии связи состоят из ОМ ОВ, поэтому использование в таких сетях ЛД даёт более высокий эффек. 

 

 

Учебная лабораторная установка «Исследование характеристик оптических источников и фотодиодов»

 

1. Общая характеристика установки

 

         На базе данной установки выполняется лабораторная работа

         “Исследование ватт-амперных характеристик  лазерного диода (ЛД) и светоизлучающего диода (СИД)”.

         Выполнение лабораторной работы позволяет:

         -изучить зависимость излученной полупроводниковым оптическим источником мощности от тока накачки (тока, протекающего через pn переход). Ниже эта зависимость называется ватт-амперной характеристикой;

         -сравнить особенности ватт-амперных характеристик ЛД и СИД.

        

 

2. Описание функциональной схемы лабораторной установки

 

         В состав лабораторной установки входят следующие элементы (рис.3.6).

         2.1. Три полупроводниковых источника света: два лазерных диода ЛД1, ЛД2 и светоизлучающий диод СД. Все источники обеспечивают излучение в диапазоне длин волн λ = 0,67 мкм.

         Два фотодиода ФД1 и ФД2 для регистрации оптического излучения в диапазоне длин волн λ = 0,67 мкм.

         Источники и фотодиоды размещены в специальных оправках, которые крепятся к элементам оптической схемы установки.

         Излучение ЛД1 и СД фиксируются, соответственно,  ФД1 и ФД2. Между оптическим источником и соответствующим ему фотодиодом располагаются поляризаторы П, которые могут вращаться вокруг своей оси.

 

 

 

 

 

        

        

 

2.2. Блок питания источника оптического излучения (БПИ) используется для возбуждения источников ЛД1, ЛД2, СД.  На рис.3.7 показана лицевая панель блока. ЛД подключается к нему с помощью  шнура питания с разъемом РС4-ТВ. Блочная часть разъема находится на лицевой панели  и снабжена надписью «ОПТИЧЕСКИЙ ВЫХОД».

 

         Блок предусматривает возможность:

-регулировки тока накачки с помощью потенциометра, ручка которого выведена на лицевую панель. Изменение тока накачки позволяет изменять мощность излучения лазерного диода;

-переключение пределов изменения тока накачки (5,  50 мА) с помощью кнопочного переключателя;

-регистрации тока накачки с помощью цифрового индикатора «ТОК ИЗЛУЧАТЕЛЯ».

Питание БПИ осуществляется от сети 220v / 50Hz. Включение блока осуществляется тумблером с подсветкой «СЕТЬ» на лицевой панели.

         2.3. Фотоприемник ФП для регистрации излучения на длине волны λ = 0,67 мкм. На рис.3.8 показана лицевая панель блока ФП. Фотодиод подключается к нему с помощью  шнура питания с разъемом РС4-ТВ. Блочная часть разъема находится на лицевой панели  и снабжена надписью «ОПТИЧЕСКИЙ ВХОД».

    Блок предусматривает возможность переключения пределов измерения оптической мощности. Для этого на лицевой панели имеется кнопочный переключатель «ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ». Нажатие кнопок «0,001; 0,01; 0,1; 1» на лицевой панели приводит к изменению коэффициента усиления фототока.                 

 

        

Для контроля оптической мощности на лицевой панели ФП имеется  цифровой индикатор «ОПТИЧЕСКАЯ МОЩНОСТЬ, ОТН. ЕД.». Оптическое излучение, попадающее на чувствительную площадку фотодиода, вызывает изменение тока (фототока), протекающего через его pn переход. Фототок прямо пропорционален значению оптической мощности на чувствительной площадке фотодиода. Поэтому показания цифрового индикатора пропорциональны этой мощности, но не равны ей. Измерение с помощью фотоприемника осуществляется в относительных единицах.

В состав установки входят два отрезка волоконных световодов (ВС). Их роль выполняют соединительные волоконные шнуры  – одномодовый (желтый цвет защитной оболочки) и многомодовый (оранжевый цвет защитной оболочки). Оба шнура снабжены коннекторами типа FC (многомодовый) и SFC (одномодовый).        

          С элементами оптической схемы лабораторной установки ВС соединяются с помощью специальных оправок, которые крепятся в узлах юстировочных устройств (их описание приводится ниже).

         2.4. Телекамера с микрообъективом (ТК), служит для анализа излучения из торца исследуемого световода. В поле зрения телекамеры находится один из торцов исследуемого световода.

         Телекамера имеет следующие характеристики:

         -максимальное разрешение – 700 лин/мм;

         -фокусное расстояние объектива F=4,2 мм.

         При проведении измерений (измерение числовой апертуры, исследование модового состава, измерение степени когерентности источника) объектив телекамеры не используется.

         2.5. Черно-белый монитор (ЧБМ), на экране которого наблюдается изображение формируемое телекамерой. В данной установке – это изображение светящегося торца исследуемого световода.

         2.6. Блок выделения строки (БВС), с помощью которого производится выделение строки изображения формируемого телекамерой. Этот сигнал соответствует распределению интенсивности в поперечном сечении исследуемого световода .

         На рис. 3.9. показана лицевая панель блока выделения строки. На ней имеются три кнопки, обозначенные символами «↑», «↓», «+». С помощью кнопок «↑», «↓» осуществляется передвижение выделяемой строки вверх или вниз по изображению на экране монитора. Кнопка «+» устанавливает выделяемую строку в середину изображения. Положение выделяемой строки контролируется по экрану монитора – на изображении она отмечена светлой линией.

На лицевой панели расположены два светодиода (синий и красный), контролирующие включение питания блока и наличие на его входе видеосигнала. Включение питания осуществляется тумблером «Вкл» на лицевой панели.

С видеовыходом монитора и входом осциллографа БВС соединяется с помощью кабелей с соответствующими разъемами. Блочные части разъемов расположены на задней панели блока.

2.7. Блок питания монитора (БП), который обеспечивает питание монитора от сети переменного тока 220v/50Hz. Питание телекамеры и БВС обеспечивается напряжениями, вырабатываемыми в мониторе.

         2.8. Осциллограф (ОСЦ). На его вход поступает сигнал с БВС, который соответствует выделенной строке. Поскольку в поле зрения телекамеры находится торец исследуемого световода, в режиме выделения строки осциллограмма   представляет собой распределение интенсивности в его поперечном сечении.

         2.9. Два юстировочных устройства (ЮУ1, ЮУ2). В состав установки входят также два юстировочных устройства (ЮУ1, ЮУ2).

Они обеспечивают:

         -взаимную юстировку торца исследуемого световода и источника ЛД2 (ЮУ1). Данная регулировка позволяет изменять уровень оптической мощности, вводимой в исследуемый световод, для обеспечения удобства проведения измерений;          

         -взаимную юстировку торца исследуемого световода и телекамеры (ЮУ2).

         Упрощенный эскиз (соответствующий виду сверху) ЮУ1 и ЮУ2 приведен на рис.3.10. Эти устройства отличаются только видом оправок, в которых закреплены необходимые элементы. Органы их управления одинаковы.

         Основой юстировочных устройств служат основания 1 (рис.3.10) На них расположены два узла. Один из них осуществляет линейное перемещение оправки с закрепленным элементом по трем взаимно перпендикулярным направлениям: линейное поперечное (ЛПП), линейное продольное (ЛПР), линейное вертикальное (ЛВ).

         Второй узел осуществляет угловое перемещение (поворот) оправки с закрепленным элементом в двух взаимно перпендикулярных плоскостях: вертикальной (УВ), и горизонтальной (УГ).

         Шаг резьбы микрометрических винтов, с помощью которых осуществляется перемещение в одном из 5 указанных выше направлений, одинаков и составляет 0,5 мм.

         В состав узла, осуществляющего линейное перемещение, входят три подвижных платы (2, 3, 4), которые перемещаются в трех взаимно перпендикулярных направлениях, соответственно, микрометрическими винтами ЛПР1,2 (линейное продольное направление), ЛПП1,2 (линейное поперечное направление), ЛВ1,2 (линейное вертикальное направление).

         В состав узла, осуществляющего угловое перемещение, входят три вложенных друг в друга кольца 5, 6, 7. Внешнее кольцо 5 жестко связано с основанием 1. Кольца 6 и 7 закреплены так, что обеспечивается их вращение вокруг горизонтальной (6) или вертикальной (7) оси. Вращение осуществляется с помощью микрометрических винтов УГ (угловое горизонтальное перемещение) и УВ (угловое вертикальное перемещение).        

 

         Во внутреннем кольце 7 узла, осуществляющему угловое перемещение в юстировочном устройстве ЮУ1 (рис 3.6, 3.10), закреплена оправка 8 с лазерным диодом ЛД2. На эскизе показан соединительный кабель, с помощью которого ЛД2 соединяется с блоком «Блок питания излучателя».

         На плате 3 узла, осуществляющего линейное перемещение в юстировочном узле ЮУ1 (рис 3.6, 3.10), укреплена съемная оправка 10, в которой фиксируется коннектор FC исследуемого волоконного световода. В платах 3, 4 имеются отверстия, через которые проходит исследуемый световод (рис.3.10).

         Юстировочное устройство ЮУ1 служит для регулировки уровня оптической мощности, вводимой из лазерного диода ЛД2 в исследуемый световод.

         Во внутреннем кольце 7 узла, осуществляющему угловое перемещение в юстировочном устройстве ЮУ2, закреплен цилиндр 11 с центральным отверстием. В нем с помощью фиксирующего винта ФВ2  крепится съемная оправка 12, в которой фиксируется коннектор FC исследуемого волоконного световода.

         Исследуемый световод проходит через отверстия в крышке узла, осуществляющему угловое перемещение (на эскизе не показана) и цилиндре 11.

         На плате 3 узла, осуществляющего линейное перемещение в юстировочном узле ЮУ2, укреплен цилиндр 14 с внутренним отверстием. В нем крепится телекамера 13. На внешней поверхности цилиндра 14 имеется резьба (М 40 х 0,75). По ней наворачивается оправка 16 с объективом 15. Перемещение оправки 16 по резьбе вдоль цилиндра 14 позволяет производить настройку изображения, формируемого телекамерой на экране монитора М (рис. 3.6).

         На эскизе (рис. 3.10) показан кабель, соединяющий телекамеру с монитором.

         Юстировочное устройство ЮУ2 служит для коррекции положения торца исследуемого световода относительно микрообъектива телекамеры.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лабораторная работа №4

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК РАЗЪЕМНЫХ СОЕДИНИТЕЛЕЙ

 

1. Цель работы

     

         - Усвоение навыков работы с измерителем оптической мощности «Топаз - 3000»; 

         - Определение затухания, вносимого соединением торцов двух световодов в оптической розетке в зависимости от величины их числовой апертуры.

 

 

2. Задание к работе

 

При подготовке к работе необходимо изучить следующие вопросы:

         - изучить конструкцию и принцип работы разъемных и неразъемных оптических соединетелей;

         - в подготовленном бланке отчета привести краткое содержание теоретической части, структурную схему лабораторного макета, заготовленные формы таблиц для записи данных измерений;

         - изучить литературу: [3] стр. 283-291, [6] стр. 36-52, [8] стр. 149-177. 

 

 

3. Порядок выполнения работы

 

         Внимание! Перед каждым использованием в измерениях волоконных шнуров необходимо снять защитные колпачки с их торцов. После окончания работы с волоконным шнуром обязательно установить на его торцы снятые защитные колпачки. Перед каждым использованием в измерениях оптического тестера «Топаз - 3000»  необходимо отвернуть защитный колпачок с торца  его коннектора и немедленно соединить его с коннектором волоконного шнура. После окончания измерения обязательно установить защитный колпачок на прежнее место.

        

         1. Установите органы управления электронного блока «Блок питания излучателя» в исходное положение:

         - ручку потенциометра «регулировка»– в крайнее положение против часовой стрелки;

         - кнопочный переключатель «режим» - в положение «мощность», для чего нажмите кнопку с соответствующей подписью;

         - включите тумблер «сеть». При этом загорается его подсветка.

         При данном положении органов управления электронный блок обеспечивает непрерывное немодулированное оптическое излучение на оптическом выходе. Его мощность регулируется потенциометром «регулировка». На цифровом табло отображаются показания, пропорциональные фототоку встроенного в лазерный модуль контрольного фотодиода.

         2. Проверьте работоспособность лазера. Для этого поверните по часовой стрелке ручку потенциометра «регулировка». Показания на цифровом табло должны увеличиваться, что свидетельствует об исправности лазера.

         3. Установите кнопочный переключатель «режим» в положение «ток», для чего нажмите кнопку с соответствующей подписью. При этом на цифровом табло отображается значение тока, протекающего через лазерный диод (ток накачки).

         4. С помощью одномодового шнура FC/UPC-FC/UPC (желтый цвет защитной оболочки) соедините «оптический выход» электронного блока «Блок питания излучателя» с входом оптического тестера «Топаз - 3000».

         5. Включите оптический тестер «Топаз - 3000» и переведите его в режим измерения абсолютных значений мощности  нажимая кнопку mvt, dbm, db на его лицевой панели. Установите тестер в режим измерений на длине волны 1,3 мкм, нажимая кнопку λ на его лицевой панели. При необходимости используйте описание прибора «Топаз - 3000».  

         6. Установите с помощью потенциометра «регулировка» электронного блока «Блок питания излучателя» величину оптической мощности в районе 0,5 мВт по прибору «Топаз - 3000». Зафиксируйте это значение в соответствующей графе таблицы 4.1. При дальнейших измерениях это значение не должно изменяться.

 

Таблица 4.1.

Затухания в линии, вызванные стыковкой световодов

различных типов

 

Рab,    0,5 мВт	λ, nm	sm-sm (дБ)	mm-mm (дБ)

 

         7. Установите режим работы оптического тестера, соответствующий измерению мощности в относительных единицах (измерение затухания), нажав необходимое количество раз кнопку mvt, dbm, db. После этого нажмите кнопку «установка нуля» на пульте тестера. При этом уровень оптической мощности, поступающий на вход прибора, принимается за нулевой. На его дисплее появляется значение 0дБ.

         8. С помощью одномодового шнура FC/UPC-FC/UPC (желтый цвет защитной оболочки) соедините «оптический выход» электронного блока «Блок питания излучателя» с соединительной оптической розеткой FC-FC/UPC, расположенной на штативе на плате 5 (рис.4.5). Противоположную часть оптической розетки с помощью одномодового  шнура FC/UPC-FC/UPC (желтый цвет защитной оболочки) соедините с входом оптического тестера «Топаз - 3000». На его дисплее появляется значение затухания в линии, соответствующее соединению двух одномодовых световодов, имеющих одинаковое значение числовой апертуры, выраженное в дБ. Занесите это значение в таблицу в графу SM-SM (стыковка двух одномодовых световодов).

         9. Замените оптический шнур FC/UPC-FC/UPC, соединяющий вход прибора «Топаз - 3000» и оптическую розетку на многомодовый (FC/PC-FC/PC, оранжевый цвет защитной оболочки). Отметьте по дисплею оптического тестера затухание, соответствующее соединению одномодового и многомодового световода.

         10. Отсоедините волоконный шнур FC/UPC-FC/UPC, соединяющий «оптический выход» электронного блока «Блок питания излучателя» с оптической розеткой.

         11. Отсоедините волоконный шнур FC/PC-FC/PC от входа оптического тестера «Топаз - 3000».

         12. С помощью многомодового шнура FC/PC-FC/PC (оранжевый цвет защитной оболочки) соедините «оптический выход» электронного блока «Блок питания излучателя» с входом оптического тестера «Топаз - 3000». При этом уровень оптической мощности, поступающий по волоконному шнуру на его выходной коннектор, изменится из-за изменения условий соединения между одномодовым световодом лазерного диода (он находится внутри электронного блока) и многомодовым световодом.

         13. Переведите оптический тестер в режим измерения абсолютных значений мощности  нажимая кнопку mvt, dbm, db на его лицевой панели. Повторите действия, предусмотренные пунктами 6 и 7.

         14. С помощью многомодового шнура FC/PC-FC/PC (оранжевый цвет защитной оболочки) соедините «оптический выход» электронного блока «Блок питания излучателя» с соединительной оптической розеткой FC-FC/UPC, расположенной на штативе на плате 5. Противоположную часть оптической розетки с помощью многомодового  шнура (оранжевый цвет защитной оболочки) соедините с входом оптического тестера «Топаз - 3000». На его дисплее появляется значение затухания в линии, соответствующее соединению двух одномодовых световодов, имеющих одинаковое значение числовой апертуры, выраженное в дБ. Занесите это значение в таблицу 2 в графу МM-МM (стыковка двух многомодовых световодов).

          15. Отсоедините волоконный шнур, соединяющий «оптический выход» электронного блока «Блок питания излучателя» с оптической розеткой.

         16. Отсоедините волоконный шнур соединяющий вход оптического тестера «Топаз - 3000» с оптической розеткой.

 

 

4. Содержание отчета

 

Отчет по лабораторной работе должен включить следующие пункты:

1. Краткое изложение теоретической части.

2. Принципиальную схему лабораторной установки.

3. Результаты измерений и графики.

4. Анализ расчетов и выводы.

 

 

5. Контрольные вопросы

 

1. Какие типы оптических соединителей Вы знаете?

2. В каких целях используется разъёмные и неразъёмные оптические

    соединители?

3. Поясните конструкцию штекерного разъёмного оптического соединителя.

4. Какие методы неразъёмных соединений оптических волокон Вы знаете?

 

 

6. Теоретическая часть

 

6.1. Оптические соединители

 

Самым важным вопросом передачи информации по ВОЛС является обеспечение надежного соединения оптических волокон. Оптический соединитель — это устройство, предназначенное для соединения различных компонентов волоконно-оптического линейного тракта в местах ввода и вывода излучения: оптические соединения оптоэлектронных модулей (приемников и передатчиков) с волокном кабеля, соединения отрезков оптических кабелей между собой, а также с другими компонентами. Различают неразъемные и разъемные соединители. Неразъемные соединители используются в местах постоянного монтажа сварки кабельных систем. Разъемные соединители (широко употребляется термин коннекторы, connectors) допускают многократные соединения/разъединения. Промежуточное положение занимают соединения типа механический сплайс [1].

        

6.2. Конструкции разъёмных оптических соединителей

 

На каждом узле оптической сети связи должна обеспечиваться возможность подключения световодов оптического кабеля к элементам оптической схемы. Обычно для этого используют разъемные соединения. Удобство подключения световодов к элементам оптической схемы  достигается использованием коммутационных коробок, панелей, распределительных шкафов и кроссов.  В них размещаются оптические розетки и элементы крепления оптических кабелей. Световоды волоконного кабеля снабжаются оптическими разъемами (коннекторами), с помощью которых и производятся необходимые коммутации.

         Для обеспечения соединений между отдельными пассивными элементами оптической линии связи также используют разъемные соединения. Осуществляются они, как правило, с помощью волоконных шнуров – пигтейлов – (pigtail). С обоих концов каждый шнур снабжен оптическим коннектором (разъемом), который и обеспечивает качественное соединение.

На рис. 4.1. показан штекерный разъёмный соединитель. В этом соединителе штыревая и гнездовая части фиксируются гайкой с накаткой. На рисунке резьба на поверхности гнездовой части соединителя и гайка не показаны [4].

Соединителям предъявляются следующие основные требования: малые вносимые потери, малое обратное отражение, устойчивость к внешним механическим, климатическим и другим воздействиям, высокая надежность и простота конструкции, незначительное ухудшение характеристик после многократных повторных соединений.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

          В настоящее время существует более десятка типов оптических коннекторов (разъемов), которые отличаются друг от друга типом соединителей и способом их фиксации. Наиболее распространенными являются коннекторы следующих типов (рис.5):

-FC, имеющий цилиндрическую форму и резъбовое крепление;

-SC, имеющий прямоугольную форму и крепление в виде защелки с фиксатором типа push – pull.

Волоконные шнуры, используемые для соединения элементов оптической схемы между собой, снабжаются такими коннекторами и имеют длину 1-3 метра. На концах соединительного шнура размещаться однотипные коннекторы (FC-FC, SC-SC). Если требуется соединить между собой элементы с различными типами корпусов, в которые помещены центрующие элементы, используются переходные волоконные шнуры. На их концах устанавливаются коннекторы различных типов (FC-SC).

Для обеспечения соединений оконцованных волоконных шнуров с различными типами коннекторов разработаны соответствующие розетки. Их корпуса рассчитаны на крепление двух стыкуемых волоконных шнуров с определенным типом коннекторов. На рис. 6.показан внешний вид розеток типа FC-FC, SC-SC. Для соединения волоконных шнуров, снабженных коннекторами различных типов, используются переходные розетки типа SC-

 

 

 

6.3. Неразъёмное соединение оптических волокон

 

Обычно длина оптической линии составляет десятки километров и превышает строительную длину отрезка волоконно-оптического кабеля, составляющую, как правило, 10 км. Поэтому при прокладке кабеля приходится соединять между собой световоды отрезков кабелей, относящихся к  различным строительным длинам. Это соединение производится с помощью сварки. После сваривания двух световодов место сварки защищается от механических воздействий и проникновения влаги с помощью термоусадочных трубок. Последние закрепляются в специальной кассете (сплайс-пластине), фиксирующей трубки в специальных канавках. Сплайс-пластина  совместно с разделанными световодами соединяемых кабелей размещается в соединительной муфте. Именно она и обеспечивает на длительный срок основную защиту сваренных световодов от механических и климатических воздействий. В зависимости от способа прокладки кабеля (в грунт, на дне водоемов, путем подвески на опоры линии электропередач), используются различные типы муфт. Общими для всех них является наличие сплайс-пластины и требование наличия запаса по длине разделанных участков соединяемых световодов. Последнее необходимо для обеспечения возможности повторной сварки отдельных световодов при ее неудовлетворительном качестве.

Одним из распространенных способов неразъемного соединения ОВ является соединение с помощью трубки (рис. 4.3). При таком соединении вносимое затухание составляет 0,29 дБ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При неразъемном соединении с помощью пластин с канавками (рис. 4.4) вносимое затухание составляет 0,5 дБ [4]. Концы сращиваемых волокон точно центрируются, потом склеиваются или соединяются с помощью электродуговой сварки.

Для постоянного соединения ОВ широко применяется сварное соединение. В настоящее время сварочные оборудование и практика сварки совершенствуются. В результате, при применении сварного соединения вносимые потери составляют 0,04-0,1 дБ как для ОМ ОВ, так и для ММ ОВ.

В ММ ОВ на качество сварки влияют несовпадение диаметров волокон, несовпадение числовых апертур, несовпадение показателей преломления и ошибки концентричности сердцевины и оболочки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В случае ОМ ОВ (без сдвига дисперсии) основным фактором влияющее на качество сварки является несовпадение диаметров поля моды волокон.

А также продольные и угловые смещения, загрязнение и деформация сердечника тоже являются факторами влияющие на качество сварки. Их влияние может быть сведено до минимума за счет использования опытных техников, оборудования автоматического выравнивания волокна и современного сварного оборудования [6].

 

                            

Учебная лабораторная установка «Исследование пассивных элементов оптического линейного тракта»

 

1.Общая характеристика установки

 

         На базе данной установки могут быть выполнены  следующие лабораторные работы:

         1. Изучение работы оптического тестера и использование его для поиска неисправностей в оптической линии.

         2. Исследование характеристик оптических соединителей оптического линейного тракта.

         3. Исследование  характеристик оптических аттенюаторов.

         4. Исследование характеристик оптического делителя мощности.

         Выполнение перечисленных выше лабораторных работ позволяет:

         -получить практические навыки по использованию измерителя оптической мощности и произвести с его помощью измерение затухания, вносимого оптическими элементами,  градуировку переменного аттенюатора, осуществить требуемые коммутации в модели оптической линии связи;

         -произвести исследования характеристик пассивных элементов оптического тракта: оптических соединителей различного типа (розеток, коннекторов, постоянных и переменных аттенюаторов) и влияния на величину затухания, вносимого соединением в оптическую линию значения числовой апертуры стыкуемых световодов.

 

 

2. Описание функциональной схемы лабораторной установки

 

         Блок-схема лабораторной установки изображена на рис.4.5. В ее состав входят следующие элементы.

       1. Универсальная кассета (сплайс-пластина), которая служит для фиксации мест термического соединения (сварки) волоконных световодов;

2. Два отрезка четырех волоконного одномодового кабеля (желтый цвет защитной оболочки), оконцованный с одной стороны коннекторами типа SC/SPC (четырех волоконная полувилка   SC/SPC-4, SC/SPC-4, DST/4/SM 9/125). Неоконцованные стороны трех (из четырех) световодов этих отрезков попарно соединены между собой с помощью сварки. Термоусадочные трубки, защищающие места сварки зафиксированы в кассете 1;

         3. Два отрезка четырех волоконного многомодового кабеля (оранжевый цвет защитной оболочки), оконцованный с одной стороны коннекторами типа SC/PC (четырех волоконная полувилка SC/PC-4, SC/PC-4, DST/4/MM 50/125). Неоконцованные стороны трех (из четырех) световодов этих отрезков попарно соединены между собой с помощью сварки. Термоусадочные трубки, защищающие места сварки зафиксированы в кассете 1;

         4. Две коммутационные коробки серии W902 (настенный кросс), рассчитанные на 8 розеточных портов.  В коробках установлены:

  -четыре соединительных розетки типа SC-SC/UPC в верхнем ряду (для соединения одномодовых световодов, оконцованных коннекторами типа FC);

  -четыре соединительных розетки типа SC-SC/PC в нижнем ряду (для соединения многомодовых световодов, оконцованных коннекторами типа FC).

  Оконцованные стороны четырех волоконных кабелей закреплены в коробках и коннекторы их световодов соединены с соответствующими розетками с внутренней стороны коробок.

        

        

 

 

 

 

 

            5. Плата с оптическими пассивными элементами, на которой установлены:

  -переходная одномодовая розетка FC-SC/UPC c керамическим      центратором;

 

            -переходная многомодовая розетка FC-SC/PC c бронзовым центратором;

-соединительная одномодовая розетка FC-D/UPC c керамическим центратором;

-соединительная многомодовая розетка FC-D/PC c керамическим      центратором.

         6. Плата с оптическими пассивными элементами, на которой установлены:

  -фиксированный аттенюатор-розетка для одномодового волокна FC/SM. Вносимое затухание – 20 дБ;

  -фиксированный аттенюатор-розетка для многомодового волокна FC/МM. Вносимое затухание – 20 дБ;

  -переменный аттенюатор – розетка для одномодового и многомодового волокна FC/SM. Вносимое затухание 0 – 20 дБ.

         7. Плата с оптическими пассивными элементами, на которой установлены:

           -одномодовый (SM) делитель 50/50, 1х2. Световоды делителя оконцованы коннекторами типа FC/SPC;

  -три соединительных розетки FC-D/UPC c керамическим      центратором.

         Все розетки и аттенюаторы закреплены в стойках, которые крепятся к соответствующим платам. Сами платы установлены на две общие П-образные направляющие. На противоположных концах направляющих размещены крышки, с помощью которых они соединяются с боковыми стенками экрана. На центральной части экрана укреплены кассета (1) и четыре отрезка кабеля (2,3). Вся конструкция размещается на верхней полке лабораторного стола.

         8. Блок питания излучателя (БПИ). Его лицевая панель изображена на рис.4.6. Он  обеспечивает генерацию оптического излучения в диапазоне длин волн λ=1,33 мкм с помощью  лазерного диода (полупроводникового лазера) типа LFO-14-ip c выходной мощностью 1 мВт. Диод состыкован с отрезком одномодового волокна, которое оконцовано коннектором типа FC/SPC. Подключение его  к внешним оптическим цепям осуществляется с помощью оптической розетки типа FC «ОПТИЧЕСКИЙ ВЫХОД», выведенной на лицевую панель (рис.4.6).

На лицевую панель выведена ручка потенциометра «РЕГУЛИРОВКА», с помощью которого изменяется ток, протекающий через лазерный диод (ток накачки) и, соответственно, его мощность.

         Для контроля тока накачки и мощности излучения на лицевой панели БПИ имеется цифровой индикатор «ТОК ИЗЛУЧАТЕЛЯ, ОПТИЧЕСКАЯ МОЩНОСТЬ». Переключение режимов измерения производится кнопочным переключателем «РЕЖИМ». Нажатие кнопок «ТОК» или «МОЩНОСТЬ» на лицевой панели приводит к тому, что значение соответствующего параметра отображается на цифровом индикаторе.

Измерение мощности производится с помощью встроенного в корпус лазера фотодиода, ток которого и отображается на цифровом табло в режиме «МОЩНОСТЬ». Следует помнить, что показания индикатора в этом режиме имеют относительный характер. Данный режим используется для контроля работоспособности лазерного диода.

 

 

        

Питание БПИ осуществляется от сети 220v / 50Hz. Включение блока осуществляется тумблером с подсветкой «СЕТЬ» на лицевой панели.

9. Измеритель оптической мощности «Топаз - 3000», который используется в качестве эталонного измерителя оптической мощности. Оптическая мощность подается  на его вход с помощью волоконного шнура. Прибор имеет автономный источник питания и сетевой адаптер (10). Работа с прибором производится на основании его технического описания, входящего в комплектацию лабораторной установки.

         Кроме того, в состав лабораторной установки входят волоконные соединительные и переходные шнуры (ВС), служащие для соединения элементов установки между собой. В комплект установки входят:

         -3 соединительных многомодовых шнура (оранжевый или оранжевый цвет защитной оболочки) с коннекторами FC/РС;

         -3 соединительных одномодовых (желтый цвет защитной оболочки) шнура с коннекторами FC/SPC;

         -2 соединительных многомодовых шнура (оранжевый цвет защитной оболочки) с коннекторами SC/PC;

         -2 соединительных одномодовых шнура (желтый цвет защитной оболочки) с коннекторами SC/SPC;

         -2 переходных многомодовых шнура (оранжевый цвет защитной оболочки)с коннекторами FC/ РC-SC/PC;        -2 переходных одномодовых шнура (оранжевый цвет защитной оболочки)с коннекторами FC/ SРC-SC/SPC.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лабораторная работа № 5

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК АТТЕНЮАТОРОВ

 

1. Цель работы

     

         - Усвоение навыков работы с измерителем оптической мощности «Топаз - 3000»;

         - Измерение затухания, вносимого постоянным аттенюатором на основе оптической розетки для многомодовых и одномодовых световодов;

         - Измерение затухания, вносимого переменным аттенюатором на основе оптической розетки для многомодовых и одномодовых световодов и градуировка аттенюатора.

 

 

2. Задание к работе

 

При подготовке к работе необходимо изучить следующие вопросы:

         - изучить учебные материалы по оптическим пассивным устройствам и их применению;

         -  в подготовленном бланке отчета привести краткое содержание теоретической части, заготовленные формы таблиц для снятия данные измерений;

         - изучить литературу: [3] стр. 265-270, [6] стр. 57-60. 

 

 

3. Порядок выполнения работы

 

         Внимание! Перед каждым использованием в измерениях волоконных шнуров необходимо снять защитные колпачки с их торцов. После окончания работы с волоконным шнуром обязательно установить на его торцы снятые защитные колпачки. Перед каждым использованием в измерениях оптического тестера «Топаз - 3000»  необходимо отвернуть защитный колпачок с торца  его коннектора и немедленно соединить его с коннектором волоконного шнура. После окончания измерения обязательно установить защитный колпачок на прежнее место.

        

         1. Установите органы управления электронного блока «Блок питания излучателя» в исходное положение:

         -ручку потенциометра «регулировка»– в крайнее положение против часовой стрелки;

         -кнопочный переключатель «режим» - в положение «мощность», для чего нажмите кнопку с соответствующей подписью;

         -включите тумблер «сеть». При этом загорается его подсветка.

         При данном положении органов управления электронный блок обеспечивает непрерывное немодулированное оптическое излучение на оптическом выходе. Его мощность регулируется потенциометром «регулировка». На цифровом табло отображаются показания, пропорциональные фототоку встроенного в лазерный модуль контрольного фотодиода.

         2. Проверте работоспособность лазера. Для этого поверните по часовой стрелке ручку потенциометра «регулировка». Показания на цифровом табло должны увеличиваться, что свидетельствует об исправности лазера.

         3. Установите кнопочный переключатель «режим» в положение «ток», для чего нажмите кнопку с соответствующей подписью. При этом на цифровом табло отображается значение тока, протекающего через лазерный диод (ток накачки).

         4. С помощью одномодового шнура FC/UPC-FC/UPC (желтый цвет защитной оболочки) соедините «оптический выход» электронного блока «Блок питания излучателя» с входом оптического тестера «Топаз - 3000».

         5. Включите оптический тестер «Топаз - 3000» и переведите его в режим измерения абсолютных значений мощности  нажимая кнопку mvt, dbm, db на его лицевой панели. Установите тестер в режим измерений на длине волны 1,3 мкм, нажимая кнопку λ на его лицевой панели. При необходимости используйте описание прибора «Топаз - 3000».  

         6. Установите с помощью потенциометра «регулировка» электронного блока «Блок питания излучателя» величину оптической мощности в районе 0,5 мВт по прибору «Топаз - 3000». Зафиксируйте это значение в соответствующей графе таблицы 5.1. При дальнейших измерениях это значение не должно изменяться.

         7. Установите режим работы оптического тестера, соответствующий измерению мощности в относительных единицах (измерение затухания), нажав необходимое количество раз кнопку mvt, dbm, db. После этого нажмите кнопку «установка нуля» на пульте тестера. При этом уровень оптической мощности, поступающий на вход прибора, принимается за нулевой. На его дисплее появляется значение 0дБ.

 

Таблица 5.1.

 

 

         8. Произведите измерение ослабления, вносимого в линию фиксированным аттенюатором - розеткой для одномодового волокна FC/SM. Аттенюатор расположен на плате 6 (рис.4.5). Для этого выполните следующие действия.

         8.1. Отсоедините оптический разъем волоконного шнура FC/UPC-FC/UPC от  входа оптического тестера «Топаз - 3000» и соедините его с аттенюатором - розеткой.

         8.2. Второй выход аттенюатора - розетки соедините с помощью одномодового волоконного шнура FC/UPC-FC/UPC (желтый цвет защитной оболочки) со входом оптического тестера.

         8.3. Занесите в графу SМ-SМ таблицы 2 значение ослабления, которое вносит аттенюатор в одномодовую линию. Величина этого ослабления считывается с дисплея оптического тестера.

8.4. Отсоедините оптические одномодовые шнуры от всех используемых элементов.

         8.5. Соедините «оптический выход» электронного блока и вход оптического тестера с помощью многомодового шнура FC/PC-FC/PC. При этом уровень оптической мощности, поступающий по волоконному шнуру на его выходной коннектор, изменится из-за изменения условий соединения между одномодовым световодом лазерного диода (он находится внутри электронного блока) и многомодовым световодом.

Переключив режим измерений оптического тестера в положение мВт (измерение мощности в абсолютных единицах), с помощью потенциометра «регулировка» на лицевой панели «блока питания излучателя» установите величину оптической мощности в районе 0,5 мВт по прибору «Топаз - 3000». При дальнейших измерениях это значение не должно изменяться.

8.6. Установите режим работы оптического тестера, соответствующий измерению затухания, нажав необходимое количество раз кнопку mvt, dbm, db. После этого нажмите кнопку «установка нуля» на пульте тестера. При этом уровень оптической мощности поступающий на вход прибора принимается за нулевой. На его дисплее появляется значение 0дБ.    

         8.7. Отсоедините оптический разъем волоконного шнура FC/PC-FC/PC от  входа оптического тестера «Топаз - 3000» и соедините его с аттенюатором - розеткой.

         8.8. Второй выход аттенюатора - розетки соедините с помощью многомодового волоконного шнура FC/PC-FC/PC (оранжевый цвет защитной оболочки) со входом оптического тестера.

         8.9. Занесите в графу ММ-ММ таблицы 5.1. значение ослабления, которое вносит аттенюатор в многомодовую линию. Величина этого ослабления считывается с дисплея оптического тестера.

         9. Произведите измерение ослабления, вносимого в линию фиксированным аттенюатором - розеткой для многомодового волокна FC/МM. Аттенюатор расположен на плате 6. Для этого выполните следующие действия:

         9.1. Переведите оптический тестер «Топаз - 3000» в режим измерения абсолютных значений мощности  нажимая кнопку mvt, dbm, db на его лицевой панели.

         9.2. С помощью одномодового шнура FC/UPC-FC/UPC (желтый цвет защитной оболочки) соедините «оптический выход» электронного блока «Блок питания излучателя» с входом оптического тестера «Топаз - 3000».

         9.3. С помощью потенциометра «регулировка» на лицевой панели «блока питания излучателя» установите величину оптической мощности в районе 0,5 мвт по прибору «Топаз - 3000». При дальнейших измерениях это значение не должно изменяться.

         9.4. Установите режим работы оптического тестера, соответствующий измерению мощности в относительных единицах (измерение затухания), нажав необходимое количество раз кнопку mvt, dbm, db. После этого нажмите кнопку «установка нуля» на пульте тестера. При этом уровень оптической мощности, поступающий на вход прибора, принимается за нулевой. На его дисплее появляется значение 0дБ.

         9.5. Повторите измерения, предусмотренные в пункте 8 для фиксированного аттенюатора - розетки для многомодового волокна FC/МM.

         9.6. Отсоедините все волоконные шнуры от элементов оптической схемы.

         10. Произвести измерение ослабления, вносимого в линию переменным аттенюатором. Значение этого ослабления также, как и в предыдущем случае, различно при использовании его в одномодовой и многомодовой волоконной линии. Аттенюатор расположен на плате 6. Выполните следующие действия.

         10.1. Выполните действия, предусмотренные пунктами 4 – 7.

         10.2. Отсоедините оптический разъем волоконного шнура FC/UPC-FC/UPC от  входа оптического тестера «Топаз - 3000» и соедините его с переменным аттенюатором - розеткой.

         10.3. Второй выход переменного аттенюатора - розетки соедините с помощью одномодового волоконного шнура FC/UPC-FC/UPC (желтый цвет защитной оболочки) со входом оптического тестера.

         10.4. Переменный аттенюатор выполнен на базе оптической одномодовой розетки FC-FC. Изменение вносимого им затухания осуществляется за счет продольной расстыковки торцов световодов, подсоединенных к нему. Расстыковка осуществляется за счет вращения внешней гайки на его корпусе. Вращение по часовой стрелке увеличивает вносимое затухание, против – уменьшает. Для фиксации установленного затухания служит контргайка, расположенная ближе к корпусу. В данной лабораторной установке контргайка постоянно находится  в положении, исключающем фиксацию регулировочной. Это сделано для удобства проведения измерений. Для изменения затухания следует производить вращение крайней гайки. Все регулировки следует производить с особой аккуратностью, чтобы исключить поломку механических узлов.

Вращая регулировочную гайку против часовой стрелки, установить затухание вносимое аттенюатором, α = 3дБ, фиксируя его по дисплею оптического тестера. Данное значение занести в первую графу таблицы 3.

         10.5. Произвести градуировку аттенюатора, фиксируя вносимое им ослабление, соответствующее N полных оборотов вокруг оси регулировочной гайки. Величина этого ослабления считывается с дисплея оптического тестера. Начало отсчета оборотов соответствует затуханию 3 дБ (N=0). Закончить измерения при достижении значения затухания 15 дБ. Данные измерений занести в таблицу 5.2.

 

Таблица 5.2.

 Градуировка переменного аттенюатора. Величина оптической мощности

на входе Р_аб =      мВт

 

 

 

10.6. Отсоедините оптические одномодовые шнуры от всех используемых элементов. Соедините выход электронного блока и вход оптического тестера с помощью многомодового шнура. Переключив режим измерений оптического тестера в положение мВт, с помощью потенциометра «регулировка» установите величину оптической мощности, соответствующую предыдущим измерениям и зафиксированную в таблице 5.2.

10.7. Установите режим работы оптического тестера, соответствующий измерению затухания, нажав необходимое количество раз кнопку mvt, dbm, db. После этого нажмите кнопку «установка нуля» на пульте тестера. При этом уровень оптической мощности поступающий на вход прибора принимается за нулевой. На его дисплее появляется значение 0дБ.    

10.8. Отсоедините оптический разъем многомодового световода FC/PC-FC/PC от входа оптического тестера и соедините его с аттенюатором.

10.9. С помощью второго многомодового шнура FC/PC-FC/PC соедините второй выход аттенюатора со входом оптического тестера.

10.10. Повторить градуировку переменного аттенюатора при использовании его в многомодовой линии. При проведении измерений руководствоваться указаниями пунктов 10.4., 10.

        

 

 

 

 

4. Содержание отчета

 

Отчет по лабораторной работе должен включить следующие пункты:

1. Краткое изложение теоретической части.

2. Принципиальную схему лабораторной установки.

3. Результаты измерений и графики.

4. Анализ расчетов и выводы.

        

5. Контрольные вопросы

 

1. В каких целях используется оптические аттенюаторы?

2. Какие типы оптических аттенюаторов Вы знаете?

3. Какими параметрами охарактеризуется оптические аттенюаторы?

 

 

6. Теоретическая часть 

 

6.1. Оптические аттенюаторы

 

 Аттенюаторы используются с целью уменьшения мощности (интенсивности) входного оптического сигнала.

Аттенюаторы часто используются в схеме после лазерного передатчика, чтобы согласовать его выходную мощность с уровнем, требуемым следующими за ним в этой схеме устройствами, такими как усилители EDFA.

Короткие оптоволоконные секции, где уровень интенсивности света настолько высок, что выходит за границы динамического диапазона приемника, большой уровень способен привести к насыщению приемного оптоэлектронного модуля.

Другими ключевыми параметрами аттенюаторов являются:

- стабильность;

- надежность;

- оптические возвратные потери (ORL);

- потери, зависящие от поляризации (PDL);

- точность;

- повторяемость;

- вносимые потери;

- поляризационная модовая дисперсия (PMD).

 По принципу действия аттенюаторы бывают переменные и фиксированные.

Переменные аттенюаторы допускают регулировку величины ослабления в пределах 0-20 дБ для многомодовых и одномодовых волокон с точностью установки величины ослабления 0,5 дБ. Регулировка достигается путем изменения величины воздушного зазора.

Фиксированные аттенюаторы имеют установленное изготовителем значение ослабления, величина которого может составлять 0, 5, 10, 15 или 20 дБ. Ослабления может вноситься посредством воздушного зазора фиксированной величины, или посредством специального поглощающего фильтра, встроенного в аттенюатор.

 

 

 

 

                  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

        

                                     

 

 

Рис. 5.1. Внешний вид розеток

 

Ослабления вводимое аттенюатором не должна превышать ±15 %. Максимальный способность оптического отражения должно быть на уровне        -40 дБ. Диапазон рабочих длин волн аттенюаторов максимально должен составлять от 1360 нм до 1580 нм, а минимально от 1200 нм до 1480 нм. Типичная ширина рабочей длины волны 1310-1580 нм. В аттенюаторах потери зависящие от ПМД должен не превышать 0,3 дБ [6].

Для обеспечения соединений оконцованных волоконных шнуров с различными типами коннекторов разработаны соответствующие розетки. Их корпуса рассчитаны на крепление двух стыкуемых волоконных шнуров с определенным типом коннекторов. На рис. 5.1. показан внешний вид розеток типа FC-FC, SC-SC.

На рис. 5.2.  приведен эскиз переменного аттенюатора на основе оптической      розетки    FC-FC.    Регулировка      вносимого     затухания  α осуществляется с помошью вращения фигурной гайки 1 (рис. 9), а контроль – помощью оптического тестера. Контргайка 2 фиксирует положение регулировочной, что исключает возможность изменения выбранного затухания в результате случайных механических воздействий. Крепление аттенюатора осуществляется через отверстия 3.

В лабораторном макете контргайка 2 неподвижно закреплена, что позволяет без дополнительных преспособлений осуществлять вращение регулировочной гайки 1 и изменять вносимое затухание. Для исключения повреждения переменного аттенюатора не следует устанавливать значение затухания менее 1,5 дБ и более 14,5 дБ.

 

Примечание. Общая характеристика установки 5-лабораторной работы преведена на стр.65-72.

 

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

 

1.       Дмитриев А.Л. Оптические системы передачи информации / Учебное     

     пособие. – СПб: СПбГУИТМО, 2007. -96 с.

2. Дэвид Бейли, Эдвин Райт. Волоконная оптика: теория и практика/ Перевод

     с англ. – М.: КУДИЦ – ОБРАЗ, 2006. – 320 с.

3. Волоконно-оптическая техника: Современное состояние и перспективы. –

    2-е изд., перераб.и доп./Сб. статей под ред. С.А. Дмитриева и Н.Н. Слепова - М.: ООО "Волоконно-оптическая техника", 2005. - 576 с.

4. Власов И.И., Птичников М.М. Измерения в цифровых сетях связи. М.:

     Постмаркет, 2004. -432 с.

5. Фриман Р. Волоконно–оптические системы связи: Перевод с английского         

     под ред. Н.Н. Слепова.–М.: Техносфера, 2003. -590 с.

6. Убайдуллаев Р.Р. Волоконно–оптические сети-М.:Эко–Трендз, 2000.-269 с.

7. Дональд Дж. Стерлинг. Техническое руководство по волоконной оптике.

     Издательство «ЛОРИ», 1998. -280 с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 ОГЛАВЛЕНИЕ

 

Введение..........................................................................................................	3
Лабораторная работа 1. Экспериментальное определение числовой    апертуры  оптических волокон .....................................................................	4
Лабораторная работа 2. Исследование зависимости удельного коэффициента затухания, вносимого изгибом оптического волокна от его радиуса....................................................……...……............................	31
Лабораторная работа 3. Сравнительное исследование  ватт-амперных  характеристик лазерного и светоизлучающего диодов...............................	40
Лабораторная работа 4. Исследование характеристик разъемных соединителей....................................................................................................	58
Лабораторная работа 5. Исследование характеристик аттенюаторов....................................................................................................	72
Использованная литература ......................................................................	80

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Методическое пособие по дисциплине “Основы оптической связи”  для проведения лабораторных занятий. Для студентов, обучающихся по направлению образования

   5311300-“Телекоммуникация”.

 

Методическое пособие рекомендовано к изданию ученым  Советом факультета «Телекоммуникационные технологии»  (26.020.2014 года протокол №6)                                                         

 

 

 

 

 

Составители:		Н.Ю. Юнусов; Г.Х. Миразимова; Д.Х. Ибатова.
Ответственный       редактор:		Р.И. Исаев
Корректор:		С.Х. Абдуллаева

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                   Издано в центре изданий   «ALOGACHI»

 Ташкентский университет информационных технологий

                   г.Ташкент,улица Амира Темура, 108