Учебная практика 01.02 Практическая работа №2

Тема: Исследование процессов импульсной модуляции лазерного диода

1.Цель работы:Исследование процесса модуляции интенсивности лазерного диода и влияния на форму оптического сигнала положения рабочей точки на ватт-амперной характеристике. 

2.Литература:

      2.1. Оптические телекоммуникационные системы [Электронный ресурс]: учебник/ В.Н. Гордиенко [и др.] — Электрон. текстовые данные. — М.: Горячая линия - Телеком, 2011.— 368 c.— Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/12012. — ЭБС «IPRbooks», по паролю.

2.2. Скляров О.К. Волоконно-оптические сети и системы связи [Электронный ресурс]: учебное пособие/ Скляров О.К.— Электрон. текстовые данные. — М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2009.— 266 c.— Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/8660. — ЭБС «IPRbooks», по паролю

      2.3. Неудачина О.И. Электронный учебник по ТМ и О ВОСП- Улан-Удэ: «БФ СибГУТИ», 2016.

3.Подготовка к работе:

3.1. Изучить литературу, состав и назначение оборудования, характеристики лазерных диодов, схемы включения.

4.Основное оборудование:

-источник оптического сигнала;

-фотоприемник;

-осциллограф;

-оптический шнур одномодовый;

-коаксиальные кабели;

5. Методические указания к выполнению лабораторной 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 соединением волоконного шнура с оптическими розетками необходимо снять защитный колпачок с торца коннектора и немедленно соединить его с коннектором волоконного шнура. После окончания измерения обязательно установить защитный колпачок на прежнее место.

5.1.Источник оптического сигнала обеспечивает генерацию оптического излучения в диапазоне длин волн λ=1,3 мкм и 1,5 мкм с помощью двух лазерных диодов (полупроводниковых лазеров) LFO-14-ip (λ=1,3 мкм) и LFO-17-ip (λ= 1,5 мкм) с выходной мощностью 1 мВт. Диоды состыкованы с отрезками одномодового волокна, которое оконцовано коннекторами типа FC/SPC. Подключение их к внешним оптическим цепям осуществляется с помощью оптических розеток типа FC/UPC «ОПТИЧЕСКИЙ ВЫХОД», выведенных на лицевую панель.

5.2. Фотоприемник обеспечивает измерение мощности оптического излучения в диапазоне длин волн λ=(1,3-1,5) мкм с помощью одного из двух фотодиодов типа PD-1375-ip. Оба диода имеют одинаковые характеристики и отличаются только усилителями фототока. Каждый диод состыкован с отрезком многомодового волокна, которое оконцовано коннектором типа FC/SPC. Подключение их к внешним оптическим цепям осуществляется с помощью оптических розеток типа FC, выведенных на лицевую панель «ОПТИЧЕСКИЙ ВХОД».

6. Порядок выполнения работы.

6.1. Установите органы управления электронного блока «Источник оптического сигнала» в исходное положение:

-ручки потенциометров «I0», «I1» регулировки токов- в крайнее положение против часовой стрелки;

-кнопочные переключатели «модуляция», «дисперсия», «шум» - отжаты;

-включить тумблер «сеть». При этом загорается его подсветка;

-кнопочный переключатель «выбор источника» - в положении, соответствующем включению лазера, излучающего на выбранной длине волны 1,3 или 1,5 мкм. При этом над соответствующей оптической розеткой загорается контрольный световод;

При данном положении органов управления электронный блок обеспечивает непрерывное немодулированное оптическое излучение на выбранном оптическом выходе. Его мощность регулируется потенциометром «I0».

6.2. С помощью одномодового оптического шнура (желтый цвет защитной оболочки) с коннекторами типа FC соедините оптический выход электронного блока ИОС со входом 2 электронного блока ФП.

6.3. Установите органы управления электронного блока ФП в исходное положение:

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

      -с помощью кнопочного переключателя «выбор ФД» в окне «оптический вход» включить второй фотодиод. При этом над его оптической розеткой 2 загорается контрольный светодиод. Цифровые табло «Оптическая мощность, отн.ед.» и «Напряжение смещения, В» при этом включаются. Цифровое табло «Фототок» - выключено;

      ручку потенциометра «Напряжение смещения, В» установить в крайнее против часовой стрелки положение, что соответствует минимальной величине напряжения смещения;

      -проверить, что режим калибровки фотоприемника выключен – контрольный светодиод над кнопкой «Уст. нуля» в правой части лицевой панели не горит. В противном случае нажать на кнопку «Уст. нуля» и добиться выключения контрольного светодиода;

      -с помощью кнопочного переключателя «Множитель» в правой части лицевой панели выбрать удобный предел измерений по цифровым индикаторам «Оптическая мощность, отн.ед» - «Среднее» и «Амплитуда». При этом загорается соответствующий контрольный светодиод

6.4.С помощью коаксиальных кабелей, входящих в состав лабораторного макета, выполните следующие соединения:

      -гнездо «синхр.» на лицевой панели электронного блока ИОС соедините со входом канала синхронизации осциллографа;

      -гнездо «кт 1» на лицевой панели электронного блока ИОС соедините со входом первого канала осциллографа;

      -гнездо «выход усилителя» на лицевой панели электронного блока ФП соедините со входом второго канала осциллографа.

6.5. Включите питание осциллографа. Установите переключатели входов обоих каналов в положение ( ) – открытый вход для обеспечения наблюдения сигналов с постоянной составляющей. После прогрева на экране осциллографа появляются две горизонтальных линии развертки, соответствующие двум его каналам. При необходимости откорректируйте изображение линий с помощью изменения яркости, фокусировки и центровки изображения по вертикали и горизонтали.

6.6. Используя результаты, полученные в ходе выполнения лабораторной работы №7 по ватт-амперной характеристике лазерного диода (зависимости оптической мощности Раб от тока накачки Iн – рис.6.1) выбрать значение тока накачки I0 и установить его с помощью потенциометра «I0» на лицевой панели блока «Источник оптического сигнала». Контроль   I0, осуществляется по цифровому индикатору «I0» в окне «Ток лазерного диода, мА».

6.7. Плавно увеличивайте значение I1 с помощью вращения по часовой стрелке ручки потенциометра «I1» на лицевой панели электронного блока ИОС в окне «Ток лазерного диода, мА». При этом ток накачки лазерного диода и излучаемая им оптическая мощность, модулированы импульсным сигналом. Величина I1 определяет максимальное значение тока накачки.  Амплитудное значение импульса модуляции определяется разностью I1 - I0. Используя органы управления разверткой осциллографа (период развертки, усиление, центровка изображения по горизонтали и вертикали), получить устойчивое изображение сигнала модуляции на первом канале осциллографа.pr.png

Рис.6.1

6.8. Используя органы управления разверткой осциллографа (усиление, центровка изображения по горизонтали и вертикали) и подбирая значение множителя, определяющего чувствительность усилителя фототока, с помощью кнопочного переключателя в правой части лицевой панели ФП, получить устойчивое изображение сигнала с выхода фотоприемника на втором канале осциллографа. Контроль принимаемого сигнала осуществляется на втором канале осциллографа. При необходимости менять положение переключателя «В/дел» второго канала. Примерный вид осциллограммы показан на рис.6.2.

 6.9. Произвести калибровку фотоприемника на выбранном пределе измерений фототока:

      -перейти в режим калибровки фотоприемника. Для этого нажать на кнопку «Уст. нуля» в правой части лицевой панели электронного блока ФП и добиться включения контрольного светодиода над ней;

      -с помощью потенциометра «>0<» добиться нулевых показаний на цифровом индикаторе «Среднее» в окне «Оптическая мощность отн. ед.»,

      -повторно нажать на кнопку «Уст. нуля» и добиться выключения контрольного светодиода. Прибор при этом переходит в режим измерения фототока.

6.10. Зарисуйте осциллограммы модулирующего сигнала, наблюдаемого по первому каналу, и принимаемого фотоприемником сигнала, наблюдаемого по второму каналу.

pr6.png    

6.11. Для удобства дальнейших измерений с помощью регулировки вертикального положения сигнала 1 канала (↨) переместить его за пределы экрана. На экране наблюдается сигнал 2 канала, поступающий с выхода электронного блока «Фотоприемник».

6.12. Установить на экране осциллографа нулевую отсчетную линию, соответствующую нулевому току фотодиода. Для этого выполнить следующие операции:

      - установить ручку потенциометра «I1» регулировки тока на лицевой панели электронного блока ИОС в крайнее положение против часовой стрелки. При этом амплитуда модулирующего сигнала равна нулю – модуляция отсутствует;

     - нажать кнопку «Уст. нуля» в правой части на лицевой панели электронного блока ФП. Над кнопкой загорается контрольный светодиод, свидетельствующий о переходе в режим калибровки усилителя фототока. При этом вход усилителя фототока соединяется с землей, что соответствует нулевому значению тока фотодиода;

      -  на экране осциллографа наблюдается прямая линия. С помощью регулировки вертикального положения сигнала второго канала осциллографа (↨) переместить ее в положение, совпадающее с нижней линией градуировочной сетки, нанесенной на экране осциллографа (сплошная линия на рис.6.3.);

        - нажать кнопку «Уст. нуля» в правой части на лицевой панели электронного блока ФП. Над кнопкой гаснет контрольный светодиод, что свидетельствует о переходе усилителя фототока в режим усиления. При этом линия, соответствующая сигналу на втором канале осциллографа переместиться вверх (рис.6.3). В данном случае положение отсчетной линии определяется значением тока накачки I0 и, соответственно, уровнем Р0 оптической мощности лазера (рис.6.1).

pr7.pngРис.6.3. Положение отсчетной линии

6.13. Плавно увеличить значение I1 с помощью вращения по часовой стрелке ручки потенциометра «I1» на лицевой панели электронного блока ИОС до получения максимальной амплитуды сигнала. Контроль производится по экрану осциллографа.

6.14. По наблюдаемой на экране осциллограмме произвести отсчет величин Р0 и Р1 (рис.6.4; рис.6.1), которые соответствуют минимальному и максимальному уровням фиксируемого фотодиодом сигнала. Данные измерений занести в таблицу 1. Следует отметить, что, если при измерении значений Р0 и Р1 положение переключателя «В/дел» второго канала не меняется, отсчет этих величин для дальнейших расчетов следует производить в единицах длины –мм.

pri_8.png

6.15. Повторить измерения для всех значений I0, по выполненному вами варианту, лабораторной работы № 7 по ЦВОСП (см. табл.№2). Получившиеся осциллограммы зарисуйте.

 

Таблица 1. Зависимость коэффициента модуляции от тока I0.

Uсм =     ;  λ=      мкМ.

I0 (мА)

 

 

 

 

Р0 (мм)

 

 

 

 

Р1 (мм)

 

 

 

 

m

 

 

 

 

6.16. По экспериментальным данным таблицы 1 вычислить значение коэффициента модуляции по формуле:

                m = (Р1 – Р0 ) / ( Р1 + Р0 ).

Таблица №2

№ варианта

Ток накачки I0, мА

Длина волны λ, мкм

U СМ, В

1

5

10

15

20

25

1.3

5.0

3,8

2,1

0,5

2

3

9

12

28

22

1.55

4,9

3,5

1,9

0,2

3

6

12

18

24

26

1.3

5,2

4,3

2,7

1,0

4

6

12

18

24

26

1.55

5,1

3,6

2,0

0,7

5

3

9

12

18

22

1.3

4,7

3,2

1,8

0,1

6

5

10

15

20

25

1.55

4,8

3,3

2,5

0,3

6.17. По данным таблицы 1 построить зависимость коэффициента модуляции m от тока I0.

6.18. Исследовать зависимость глубины модуляции лазерного излучения импульсным сигналом от напряжения смещения на фотодиоде Ucм. Для этого повторить измерения коэффициента модуляции для других значений напряжения смещения. Изменять Ucм с шагом, указанным преподавателем. Изменение и контроль величины Ucм проводится с помощью потенциометра и цифрового индикатора на лицевой панели электронного блока ФП.

7.Содержание отчёта.

7.1. Наименование работы.

7.2. Цель работы.

7.3. Результаты исследования процессов импульсной модуляции лазерного диода.

—   таблицы1,

—   графики, согласно рис. 6.2; рис. 6.4

7.4. Выводы по проделанной лабораторной работе

8.Контрольные вопросы.

8.1. Что понимается под модуляцией оптической несущей?

8.2. Что собой представляет модулирующий сигнал?

8.3. Какие существуют виды модуляции излучения СИД и ЛД?

8.4. Пояснить прямую, внутреннюю и внешнюю модуляции.

8.5. Какие используются виды приема оптических сигналов?

8.6. Что понимается под коэффициентом модуляции?

8.7. Умейте пояснить результаты измерений.