Порядок выполнения работы. 1) Установить органы управления лабораторным макетом в исходное положение:

1) Установить органы управления лабораторным макетом в исходное положение:

ручки потенциометров регулировки тока накачки «грубо», «точно» на левой лицевой панели - в крайнее положение против часовой стрелки;

ручки потенциометров регулировки напряжения смещения фотодиодов «грубо», «точно» на правой лицевой панели - в крайнее положение против часовой стрелки;

тумблеры включения измерительных приборов «ток накачки» на левой лицевой панели и «оптическая мощность» на правой лицевой панели - в положение «ВКЛ»;

тумблер включения питания телекамеры и монитора на левой лицевой панели – в положение «ВЫКЛ»;

переключатель режима измерений обоих комбинированных приборов В7-35, расположенный справа от их цифрового табло - в положение, соответствующее измерению постоянных величин;

переключатель режима измерений комбинированного прибора В7-35 «ток накачки» расположенный слева от его цифрового табло - в положение, соответствующее измерению тока;

переключатель режима измерений комбинированного прибора В7-35 «оптическая мощность», расположенный слева от его цифрового табло - в положение, соответствующее измерению напряжения;

тумблер подключения источника накачки к ЛД или СИД на левой лицевой панели рядом со стрелочным измерительным прибором - в положение «ВЫКЛ»;

тумблер подключения питания к усилителю фотодиода на правой лицевой панели рядом со стрелочным измерительным прибором - в положение «ВЫКЛ».

2) Включить тумблер «СЕТЬ» на левой лицевой панели. При этом загораются световые табло приборов В7-35 и световые индикаторы режимов их работы.

3) Провести изучение характеристик направленности излучения ЛД и его фокусировку. Для этого выполнить следующие операции:

а) с помощью разъема РС-4-ТВ с красной маркировкой соединить ЛД с источником тока накачки;

б) подключить источник тока накачки к ЛД, установив тумблер на левой лицевой панели в положение «ВКЛ»;

в) установить ЛД в вертикальный штатив 1 в средней части лабораторной установки и зафиксировать его положение стопорным винтом. При этом совместить одну из меток на корпусе ЛД с нижним краем штатива;

г) вращая по часовой стрелке ручку потенциометра регулировки тока накачки «грубо», добиться появления излучения на экране, расположенном под ЛД и снабженном измерительной шкалой. Оно наблюдается в виде светового пятна красного цвета с практически равномерной засветкой. Это соответствует спонтанному излучению ЛД. Отметить значение тока накачки I_н1, соответствующее началу излучения, по цифровому табло прибора В7-35;

д) увеличивать величину тока накачки и контролировать картину излучения на экране. Отметить начало лазерного излучения и соответствующее ему значение тока накачки I_н2. Ему соответствует появление яркого участка в центре на общей картине излучения, наблюдаемого на экране. Дальнейшее увеличение тока накачки увеличивает только яркость этого пятна, не меняя его формы;

е) отметить геометрические размеры лазерного пятна в двух взаимно перпендикулярных направлениях, которые соответствуют максимальному и минимальному его размеру. Для этого, отвернув стопорный винт, повернуть ЛД в оправке вокруг оси так, чтобы минимальный и максимальный размеры пятна были бы ориентированы вдоль отсчетных линий шкалы. Зафиксировать ЛД и произвести отсчет геометрических размеров пятна d_{1, max} и d_{1, min};

ж) увеличить расстояние между экраном и ЛД. Для этого отвернув стопорный винт, переместить ЛД в продольном направлении до совпадения следующей отсчетной метки на его корпусе с нижним краем штатива. В новом положении установить ЛД так же, как указано в предыдущем пункте и произвести отчеты размеров пятна d_{2, max} и d_{2, min}, соответствующих новому положению диода. Отметить величину R, соответствующую изменению расстояния между ЛД и экраном в первом и втором отсчетах размеров пятна;

з) используя результаты измерений определить расходимость лазерного излучения в двух взаимно перпендикулярных направлениях по следующим формулам:

Y₁ = p / 2 - arcSin((d_1,max - d_1,min ) / R) (рад)

Y₂ = p / 2 - arcSin((d_2,max - d_2,min ) / R) (рад); (8)

и) произвести фокусировку ЛД с помощью линзы. Для этого в корпус ЛД со стороны излучающей площадки ввернуть регулировочный винт с закрепленной на нем сферической линзой. Сформированное излучение проходит сквозь центральное отверстие в этом винте, выполняющее роль диафрагмы. Вворачивая винт в корпус диода и меняя тем самым расстояние между торцом излучающей области и фокальной плоскостью линзы, добиться минимальных размеров пятна. Отметить, что размеры пятна в двух взаимно перпендикулярных плоскостях различны. Это обусловлено различной угловой расходимостью.

4) Произвести измерение ватт-амперной характеристики ЛД. Для этого выполнить следующие операции:

а) отключить источник тока накачки от ЛД, для чего тумблер на левой лицевой панели установить в положение «ВЫКЛ»;

б) ослабив стопорный винт, извлечь ЛД их штатива для измерения угловой расходимости и отвернуть разъем питания;

в) установить ЛД в штатив 2, ввернув его в оправку с левой стороны по резьбе на внешней поверхности корпуса ЛД до упора;

г) установить разъем питания на ЛД (разъем с красной маркировкой);

д) установить соединительный шнур с разъемом с зеленой маркировкой на оправку с фотодиодом ФД1. Противоположный конец шнура соединить с помощью разъема со входным гнездом «от ФД» на правой лицевой панели;

е) на правую сторону штатива 2 установить переходной цилиндр А без поляризатора, а в него - оправку с фотодиодом ФД1, вставив ее в предусмотренное для этих целей отверстие в переходном цилиндре;

ж) подсоединить источник тока накачки к ЛД, для чего тумблер на левой лицевой панели установить в положение «ВКЛ»;

з) включить питание усилителя ФД, установив тумблер на правой лицевой панели в положение «ВКЛ»;

и) установить значение I_н = 10 мА по шкале прибора В7-35 «ток накачки» с помощью потенциометров «грубо», «точно» на левой лицевой панели. Меняя напряжение смещения на ФД1 в пределах (0 - 1) В, добиться максимальных показаний прибора В7-35 «оптическая мощность». Напряжение смещения контролируется с помощью стрелочного прибора «U_фд», а регулируется - с помощью потенциометров «грубо», «точно» на правой лицевой панели.

к) меняя ток накачки от 0 до 25 мА с шагом 1 мА снять зависимость напряжения на выходе усилителя ФД (U_фд) и напряжения на ЛД (U_д) от I_н. Значения тока накачки контролируются по шкале прибора В7-35 «ток накачки» и регулируются потенциометрами «грубо», «точно» на левой лицевой панели. Значение напряжения на ЛД контролируется стрелочным прибором на левой лицевой панели «U_д». Значение напряжения на нагрузке ФД контролируется прибором В7-35 «оптическая мощность» на правой лицевой панели.

Измеренные значения занести в разделы 1 - 3 табл. 1.

Таблица 1

После окончания измерений установить I_н = 0 мА, повернув ручки потенциометров «грубо», «точно» на левой лицевой панели в крайнее положение против часовой стрелки. Выключить питание усилителя ФД, установив тумблер на правой лицевой панели в положение «ВЫКЛ».

л) вычислить значения оптической мощности, соответствующие измеренным величинам напряжения на выходе усилителя ФД по формуле:

P = U_фд / (kSR), (9)

где k - коэффициент усиления по напряжению;

S = 0,4 А / Вт - чувствительность ФД;

R = 10 кОм - входное сопротивление усилителя.

Вычисленные значения занести в графу 4 табл. 1. По измеренным и рассчитанным значениям построить зависимости:

оптической мощности Р от тока накачки I_н;

напряжения на ЛД U_д от тока накачки I_н.

По построенным зависимостям определить значение порогового тока I_п и величину дифференциального сопротивления ЛД.

5) Измерить зависимость коэффициента поляризации излучения ЛД от тока накачки. Для этого выполнить следующие операции:

а) снять переходный цилиндр А с правой стороны штатива 2 и извлечь из него оправку с ФД1 и присоединенным разъемом;

б) установить на штатив 2 переходной цилиндр В с встроенным внутрь поляризатором, а в него - оправку с фотодиодом ФД1, вставив ее в предусмотренное для этих целей отверстие в переходном цилиндре;

в) изменяя ток накачки от 0 до 25 мА, произвести измерение величин, позволяющих вычислить модуль коэффициента поляризации. Для этого:

установить одно из значений I_н из диапазона 0 до 25 мА и записать его в графу 1 табл. 2;

при выбранном значении I_н повернуть ЛД вокруг своей оси на угол, превышающий 180°, вращая его в резьбовом соединении на оправке;

при вращении ЛД следить за показаниями прибора В7-35 «оптическая мощность» на правой лицевой панели установки и отметить по нему максимальные и минимальные значения напряжения на выходе усилителя ФД. Занести измеренные значения в графы 2 и 3 табл. 2.

Таблица 2

Значения тока накачки контролируются по шкале прибора В7-35 «ток накачки» и регулируются потенциометрами «грубо», «точно» на левой лицевой панели. Напряжение на выходе усилителя ФД контролируется прибором В7-35 «оптическая мощность» на правой лицевой панели.

Следует иметь ввиду, что спонтанное излучение неполяризовано. Поэтому при I_н < I_п q = 1 (U_min = U_min ). Измерения поводить, меняя ток накачки с шагом 1 мА.

г) после окончания измерений установить I_н = 0 мА, повернув ручки потенциометров «грубо», «точно» на левой лицевой панели в крайнее положение против часовой стрелки.

д) по полученным экспериментальным значениям вычислить величину модуля коэффициента поляризации для всех значений тока накачки и построить зависимость его от I_н.

6) Провести исследование степени когерентности ЛД, для этого выполнить следующие операции:

а) отключить источник тока накачки от ЛД, для чего тумблер на левой лицевой панели установить в положение «ВЫКЛ»;

б) отсоединить разъем питания ЛД на его торце и вывернуть его из оправки штатива 2;

в) установить ЛД в штатив 4, ввернув его в оправку с левой стороны по резьбе на внешней поверхности его корпуса. При этом излучение будет вводиться в волоконный световод, оптический разъем которого расположен с правой стороны штатива 4;

г) оптический разъем, находящийся на выходном конце световода, соединить с оправкой и установить в отверстие направляющего цилиндра, состыкованного с микрообъективом телекамеры;

д) установить разъем питания на ЛД (разъем с красной маркировкой);

е) подсоединить источник тока накачки к ЛД, для чего тумблер на левой лицевой панели установить в положение «ВКЛ»;

ж) установить значение I_н = 10 мА по шкале прибора В7-35 «ток накачки» с помощью потенциометров ««грубо», «точно» на левой лицевой панели; з) включить питание телекамеры и монитора тумблером на правой лицевой панели лабораторной установки. При этом на экране монитора должно появиться изображение светящегося торца световода;

и) перемещая оправку с оптическим разъемом в направляющем цилиндре, добиться четкого изображения светящегося торца световода на экране монитора. При необходимости отрегулировать положение направляющей или фокусное расстояние микрообъектива телекамеры;

к) при токе накачки I_н = 10 мА на экране монитора наблюдается светящееся пятно с равномерной засветкой. Картина стабильна, что свидетельствует об отсутствии интерференции между различными модами световода. Увеличивать значение тока накачки до тех пор, пока на экране монитора не появится спекловая структура - в пределах засвеченной световодом области должны наблюдается отдельные мелкие светлые пятна. Положение их нестабильно и подвержено случайным флуктуациям. Это обусловлено когерентностью излучения ЛД;

л) зафиксировать значение тока накачки I_н3, которое соответствует появлению спекловой структуры излучения из торца световода. Сравнить измеренное значение с величиной порогового тока I_п и величиной I_н2, соответствующей началу лазерного излучения. Эти величины были определены ранее в пунктах 3, д и 4, л. Все три значения токов должны совпадать в пределах точности эксперимента;

м) после окончания измерений установить I_н = 0.

7) Провести измерение ватт-амперной характеристики в волоконной линии ЛД - многомодовый световод - ФД. Для этого выполнить следующие операции:

а) извлечь оправку со световодным разъемом из направляющего цилиндра телекамеры и отсоединить разъем;

б) соединить световодный разъем с оправкой фотодиода ФД2, установленной на штативе 5;

в) отсоединить шнур с разъемом РС4-ТВ с зеленой маркировкой от оправки с ФД1 и соединить его с фотодиодом ФД2. Противоположный конец шнура остается соединенным со входным гнездом «от ФД» на правой лицевой панели;

г) включить питание усилителя ФД, установив тумблер на правой лицевой панели в положение «ВКЛ»;

д) установить значение I_н = 10 мА по шкале прибора В7-35 «ток накачки» с помощью потенциометров «грубо», «точно» на левой лицевой панели.

е) меняя напряжение смещения на ФД1 в пределах (0 - 40) В, добиться максимальных показаний прибора В7-35 «оптическая мощность». Напряжение смещения контролируется с помощью стрелочного прибора «U_фд», а регулируется - с помощью потенциометров «грубо», «точно» на правой лицевой панели;

ж) меняя ток накачки от 0 до 25 мА с шагом 1мА снять зависимость напряжения на выходе усилителя ФД (U_фд) от I_н. Значения тока накачки контролируются по шкале прибора В7-35 «ток накачки» и регулируются потенциометрами «грубо», «точно» на левой лицевой панели. Значение напряжения на нагрузке ФД контролируется прибором В7-35 «оптическая мощность» на правой лицевой панели.

Измеренные значения занести в разделы 1 - 2 табл. 3.

Таблица 3

После окончания измерений установить I_н = 0 мА, повернув ручки потенциометров «грубо», «точно» на левой лицевой панели в крайнее положение против часовой стрелки. Выключить питание усилителя ФД, установив тумблер на правой лицевой панели в положение «ВЫКЛ».

з) вычислить значения оптической мощности, соответствующие измеренным величинам напряжения на выходе усилителя ФД по формуле:

P = U_фд / (kSR), (10)

где k - коэффициент усиления по напряжению;

S = 0,4 А / Вт - чувствительность ФД;

R = 10 кОм - входное сопротивление усилителя.

Вычисленные значения занести в графу 3 табл.ы 3. По измеренным и рассчитанным значениям построить зависимость оптической мощности Р на выходе многомодового световода от тока накачки I_н.

Сравнить полученные значения оптической мощности на выходе многомодового световода с аналогичными величинами, измеренными непосредственно на выходе ЛД при исследовании его ватт-амперной характеристики в пункте 4. Существенные отличия в значениях сравниваемых величин объясняются потерями на ввод оптического излучения в световод и потерями при распространении по нему. Следует помнить, что минимальная величина потерь в световоде приходится на диапазон длин волн, лежащих в окрестности l = 0,85 мкм; l = 1,3 мкм; l = 1,5 мкм. В данном случае источник формирует излучение в диапазоне l = 0,67 мкм, что существенно увеличивает величину этих потерь, по сравнению с обычными значениями.

8. Исследовать ватт-амперную характеристику светоизлучающего диода (СИД). Для этого выполнить следующие операции:

а) отключить источник тока накачки от ЛД, для чего тумблер на левой лицевой панели установить в положение «ВЫКЛ»;

б) отсоединить разъем питания от ЛД (разъем с красной маркировкой) и присоединить его к торцу оправки, расположенной на штативе 3, в которой расположен СИД;

в) подсоединить источник тока накачки к ЛД, для чего тумблер на левой лицевой панели установить в положение «ВКЛ»;

г) установить соединительный шнур с разъемом с зеленой маркировкой на оправку с фотодиодом ФД1. Противоположный конец шнура остается соединенным со входным гнездом «от ФД» на правой лицевой панели;

д) включить питание усилителя ФД, установив тумблер на правой лицевой панели в положение «ВКЛ»;

е) установить значение I_н = 10 мА по шкале прибора В7-35 «ток накачки» с помощью потенциометров «грубо», «точно» на левой лицевой панели.

ж) меняя напряжение смещения на ФД1 в пределах (0 - 10) В, добиться максимальных показаний прибора В7-35 «оптическая мощность». Напряжение смещения контролируется с помощью стрелочного прибора «U_фд», а регулируется - с помощью потенциометров «грубо», «точно» на правой лицевой панели.

з) меняя ток накачки от 0 до 25 мА с шагом 1 мА снять зависимость напряжения на выходе усилителя ФД (U_фд) от I_н. Значения тока накачки контролируются по шкале прибора В7-35 «ток накачки» и регулируются потенциометрами «грубо», «точно» на левой лицевой панели. Значение напряжения на нагрузке ФД контролируется прибором В7-35 «оптическая мощность» на правой лицевой панели.

Измеренные значения занести в разделы 1 - 3 табл. 4.

Таблица 4

После окончания измерений установить I_н = 0 мА, повернув ручки потенциометров «грубо», «точно» на левой лицевой панели в крайнее положение против часовой стрелки. Выключить питание усилителя ФД, установив тумблер на правой лицевой панели в положение «ВЫКЛ».

и) вычислить значения оптической мощности, соответствующие измеренным величинам напряжения на выходе усилителя ФД по формуле:

P = U_фд / (kSR), (11)

где k - коэффициент усиления по напряжению;

S = 0,4 А / Вт - чувствительность ФД;

R = 10 кОм - входное сопротивление усилителя.

Вычисленные значения занести в графу 3 табл. 3. По измеренным и рассчитанным значениям построить зависимость оптической мощности Р на выходе СИД от тока накачки I_н. Сравнить ватт-амперные характеристики ЛД и СИД и отметить их характерные особенности.

Учебное издание

ДОЛИНЕНКО Вадим Александрович

Поиск по сайту: