Исследование элементов световодного тракта (стр. 4 из 5)

На рис. 7 показано качественно изображение светящегося торца световода, наблюдаемого на экране монитора и отмечены выделяемые строки изображения. Здесь же приведены соответствующие выделяемым строкам осциллограммы, наблюдаемые на экране осциллографа. Положение выделяемой строки отображается на мониторе светлой горизонтальной линией. С помощью кнопок «↑», «↓» осуществляется передвижение выделяемой строки вверх или вниз по изображению на экране монитора. Кнопка «+» устанавливает выделяемую строку в середину изображения. Изменяя положение выделяемой строки, можно просканировать изображение, наблюдаемое на экране монитора, по вертикали (рис. 6). Качественная оценка степени когерентности излучения лазерного диода ЛД может производится как с помощью одномодового, так и с помощью многомодового световода.

Рис. 7. Качественное изображение светящегося торца световода

Тип световода, используемый для измерений, указывается преподавателем (многомодовый в оранжевой оболочке).

1. После выполнения замены или установки световода необходимо провести юстировочные операции, описанные в пунктах 3–11 данного раздела.

2. 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. Измерить степень когерентности следует по контрасту интерференционной картины, наблюдаемой на экране монитора. Она является результатом интерференции отдельных мод световода, каждая из которых попадает на торец, пройдя отличный от других путь. Следует помнить, что любая, даже самая незначительная деформация световода, приводит к изменению этого пути, что приводит к изменению результата интерференции. В результате интерференционная картина не остается стабильной. Поэтому при проведении измерений следует стремиться к исключению воздействий на исследуемый световод. Выполнить следующие операции.

3.1. Установить значение тока накачки лазерного диода равным 30 мА с помощью потенциометров регулировки тока накачки «грубо», «точно» на лицевой панели электронного блока «Источник оптического излучения». Контроль тока накачки осуществляется по стрелочному прибору на лицевой панели. При этом его излучение становится заведомо когерентным и на экране монитора должна наблюдаться спекл-картина.

3.2. На экране осциллографа при этом должна наблюдаться осциллограмма, примерный вид которой показан на рис. 7, а. Если наблюдается чрезмерный контраст изображения вид осциллограммы будет соответствовать рис. 7, б. В этом случае следует уменьшить долю оптической мощности источника излучения, которая вводится в исследуемый световод. Для этого необходимо сместить входной торец световода относительно ЛД2 (рис. 5). Смещение может производиться как с помощью микрометрических винтов УВ1, УГ1 (по углу ввода излучения в световод), так и с помощью микрометрических винтов ЛП1, ЛВ1 (линейное смещение торца световода относительно источника). Используя эти возможности добиться появления осциллограммы, соответствующей рис. 7, а.

Рис. 8. Осциллограммы

Аналогичного результата можно добиться уменьшая уровень оптической мощности с помощью вращения поляризатора на оправке ЛД (рис. 4).

3.3. Ручкой «VOLTS/DIV», находящейся на лицевой панели осциллографа, установить удобный для измерения вертикальный масштаб изображения. В дальнейших измерениях положение ручки не менять.

3.4. Ручкой «TIME/DIV», находящейся на лицевой панели осциллографа, установить удобный для измерения горизонтальный масштаб изображения.

3.5. Отметить на осциллограмме положение уровня «черного» (рис. 8, а) и отсчитать от него уровень, соответствующий минимальной Р_min и максимальной Р_max яркости изображения в пределах светящегося пятна на торце световода. Отсчет проводить в делениях, нанесенных на экран осциллографа. Данные измерений занести в таблицу 1.

Занести значение I_н в первую графу таблицы 1.

Таблица 1. Измерение степени когерентности лазерного диода

Iн (мА)	30 мА
Рmin (дел)
Рmах (дел)
γ

3.6. Изменять величину тока накачки в сторону уменьшения с шагом, указанным преподавателем. При каждом фиксированном значении I_н определять Р_min и Р_max. Отсчет проводить в делениях, нанесенных на экран осциллографа. Данные измерений занести в таблицу 1. При уменьшении тока накачки яркость изображения также уменьшается. При необходимости увеличить яркость изображения за счет увеличения мощности, вводимой в световод. Для этого следует выполнить операции по юстировке, описанные в пункте 14.4.

3.7. По данным измерений вычислить величину степени когерентности по формуле:

γ = (Р_max – Р_min)/ (Р_max + Р_min)

и построить зависимость γ(I_н).

3. Экспериментальное определение числовой апертуры волоконных световодов

Цель работы:

– произвести экспериментальное определение числовой апертуры одномодового и многомодового световода.

Предварительные замечания.

При измерении числовой апертуры световодов микрообъектив телекамеры должен быть обязательно снят.

Под числовой апертурой NA волоконного световода 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 световода. На рис. 8 показан ход крайних лучей, выходящих из торца возбужденного световода. Угол φ, который они составляют с осью световода и определяет значение числовой апертуры NA.

Рис. 9. Схема светового конуса на выходе из световода (а) и осциллограмма (б)

Для измерения числовой апертуры анализируется излучение из торца возбужденного источником ЛД (рис. 1) световода. Выходной торец 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.

На рис. 9 показан торец световода С и образующие, ограничивающие световой конус, в котором концентрируется излучение, выходящее из него.

Лучи попадают на матрицу (М на рис. 9) телекамеры, с помощью которой формируется телевизионный сигнал. На рис. 9 отмечен диаметр светового пятна t, соответствующий излучению из торца световода на расстоянии F от его торца и горизонтальный размер матрицы T.

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. 9. Диаметру пятна на мониторе соответствует размер t, отмеченный на осциллограмме. Длительность t на осциллограмме производится на половине амплитуды импульса. Горизонтальному размеру матрицы D соответствует на осциллограмме расстояние между соседними строчными гасящими импульсами T. Размер D для используемой в макете телекамеры известен и составляет
D = 6,35 мм. Поэтому может быть определен реальный размер пятна D путем измерений по осциллограмме величин t и T:

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

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 [Общая характеристика установки]):

– электронный блок «Источник оптического излучения»;

– лазерный диод ЛД;

– юстировочные устройства ЮУ1 и ЮУ2;

– одномодовый световод (9/125 мкм) без защитной оболочки (желтый цвет буферного покрытия) с коннекторами типа FC – UPS;

– многомодовый световод (50/125 мкм) (оранжевый цвет защитной оболочки) с коннекторами типа FC – РС;

Внимание. Волокно с адаптером требует бережного обращения. Запрещается поднимать адаптер за волокно.

– телекамера без микрообъектива;

– черно-белый монитор;

– блок выделения строки;

– осциллограф.

Пункты 1 и 2 выполняются преподавателем

1. Закрепить входной торец многомодового (оранжевый цвет защитной оболочки) световода в узел юстировочного устройства ЮУ1, осуществляющий линейное перемещение (рис. 5). Для этого выполнить следующие операции.

1.1. С помощью микрометрического винта ЛПР1 переместить узел, осуществляющий линейное перемещение, в крайнее правое положение.

1.2. Отвернуть фиксирующий винт ФВ1 (рис. 5) и отсоединить съемную оправку 10.

1.3. Пропустить световод через отверстия в платах 2, 3 и цилиндре 9.

1.4. Закрепить коннектор FC световода в оправке 10, навернув фиксирующий винт коннектора.