自組隔離器課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　光纖光學(xué)課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　自組光隔離器實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)</p><p>　　自組光隔離器實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)?zāi)康?lt;/b></p><p>　　了解光隔離器的工作原理及基本結(jié)構(gòu)；</p><p>　　利用法拉第效應(yīng)

2、，搭建自組光隔離器；</p><p>　　測(cè)量自組光隔離器的正向插入損耗；</p><p>　　測(cè)量自組光隔離器的反向隔離比。</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)原理</b></p><p>　　光隔離器是一種光非互易傳輸耦合器，工作原理是利用晶體的法拉第效應(yīng)，其主要由起偏器、法拉第旋轉(zhuǎn)器、檢偏器構(gòu)成。它只允許光波往一個(gè)方

3、向傳播，當(dāng)光信號(hào)沿正向傳輸時(shí)，具有很低的損耗，光路被接通；當(dāng)光信號(hào)沿反向傳輸時(shí)，損耗很大，光路被阻斷。</p><p>　　如下圖一所示，當(dāng)LD激光沿正向傳播時(shí)，起偏器偏振面垂直于光的傳播方向，經(jīng)45°的法拉第旋光片后，偏振面旋轉(zhuǎn)了45°，且剛好通過檢偏器輸出。</p><p><b>　?。▓D一）</b></p><p>

4、　　如下圖二所示，當(dāng)LD激光沿反向傳播時(shí)，起偏器偏振面與光的傳播方向成45°夾角，再次經(jīng)45°的法拉第旋光片后，偏振面又旋轉(zhuǎn)了45°，且剛好通過檢偏器垂直，無光輸出，即達(dá)到了光隔離的目的。</p><p><b>　?。▓D二）</b></p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)思路設(shè)計(jì)</b></p><p

5、>　　本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是利用晶體的法拉第效應(yīng)，利用光路搭建自組光隔離器，并測(cè)量自組光隔離器的正向插入損耗和反向隔離度。整體設(shè)計(jì)思路如下：</p><p><b>　　正向插入損耗測(cè)試</b></p><p>　　如下圖三所示，其中，自組光隔離器主要由起偏器、法拉第旋轉(zhuǎn)器、檢偏器三部分構(gòu)成。利用公式=，測(cè)出Pin與Pout即可計(jì)算出正向插入損耗。</p

6、><p><b>　　（圖三）</b></p><p><b>　　反向隔離度測(cè)試</b></p><p>　　如下圖四所示，其中，自組光隔離器主要由起偏器、法拉第旋轉(zhuǎn)器、檢偏器三部分構(gòu)成。利用公式=，測(cè)出Pin與Pout即可計(jì)算出反向隔離度。</p><p><b>　　（圖四）</b

7、></p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)過程分析</b></p><p>　　整體實(shí)驗(yàn)過程分為以下兩個(gè)方面：</p><p>　　首先，由于自組光隔離器中的法拉第旋轉(zhuǎn)器的最大旋轉(zhuǎn)角只能達(dá)到30多度，因此未能搭建典型的45°法拉第旋轉(zhuǎn)器，即不能達(dá)到真正意義的光隔離的目的，但是在本次實(shí)驗(yàn)過程中，我們通過調(diào)整偏振器與法拉第旋轉(zhuǎn)器的距離等影

8、響因素使反向輸出功率盡可能減小。</p><p>　　其次，本次實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是對(duì)輸入、輸出功率的測(cè)量。整體思路是用斬波器將LD光源輸出的單色光，通過光電二極管，再利用數(shù)字示波器，對(duì)所產(chǎn)生的方波信號(hào)進(jìn)行測(cè)量分析。</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)步驟</b></p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)大致步驟如下：</b></p&

9、gt;<p>　　1.調(diào)整光路，搭建自組光隔離器，通過調(diào)整偏振器與法拉第旋轉(zhuǎn)器的距離等影響因素使反向輸出功率盡可能減小。</p><p>　　2. 正向插入損耗測(cè)試</p><p>　　（1）如圖一所示，用斬波器將LD光源輸出的單色光，先通過光電二極管，再利用數(shù)字示波器，觀察其所產(chǎn)生的方波信號(hào)，并記錄下方波信號(hào)的幅值，此即Pin。</p><p>　　

10、（2）如圖一所示，用斬波器將LD光源輸出的單色光，先通過光電二極管，再通過自組光隔離器，最后利用數(shù)字示波器，觀察其所產(chǎn)生的方波信號(hào)，并記錄下方波信號(hào)的幅值，此即Pout。</p><p>　　（3）計(jì)算出正向插入損耗。</p><p>　　3. 反向隔離度測(cè)試</p><p>　?。?）如圖二所示，用斬波器將LD光源輸出的單色光，先通過光電二極管，再利用數(shù)字示波器，

11、觀察其所產(chǎn)生的方波信號(hào)，并記錄下方波信號(hào)的幅值，此即Pin。</p><p>　?。?）如圖二所示，用斬波器將LD光源輸出的單色光，先通過光電二極管，再通過自組光隔離器，最后利用數(shù)字示波器，觀察其所產(chǎn)生的方波信號(hào)，并記錄下方波信號(hào)的幅值，此即Pout。</p><p>　　（4）仔細(xì)觀察所輸出的微弱的光波信號(hào)。</p><p>　　（3）計(jì)算出反向隔離度。</

12、p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析</b></p><p>　　下面是正向插入損耗測(cè)試與反向隔離度測(cè)試的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)計(jì)算：</p><p><b>　　正向插入損耗測(cè)試</b></p><p>　　輸入，輸出方波信號(hào)，如下圖五所示：</p><p><b>　

13、?。▓D五）</b></p><p>　?。?）計(jì)算出正向插入損耗。</p><p>　　利用公式=，計(jì)算正向插入損耗=2.53dB</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：</b></p><p>　　當(dāng)光信號(hào)沿正向傳輸時(shí)，如圖五所示，輸出光波信號(hào)很大。經(jīng)計(jì)算，正向插入損耗為2.53dB，具有很低的損耗，說

14、明光路被接通。</p><p><b>　　反向隔離度測(cè)試</b></p><p>　　輸入，輸出方波信號(hào)，如下圖六所示：</p><p><b>　?。▓D六）</b></p><p>　　（2）計(jì)算出反向隔離度。</p><p>　　利用公式=，計(jì)算反向隔離度=11.86d

15、B</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：</b></p><p>　　當(dāng)光信號(hào)沿反向傳輸時(shí)，如圖六所示，輸出光波信號(hào)很微弱。經(jīng)計(jì)算，反向隔離度=11.86dB，損耗很大，說明光路幾乎被阻斷。</p><p>　　下圖七的圓形區(qū)域內(nèi)是此時(shí)輸出的微弱的光波信號(hào)。</p><p><b>　　（圖七）</

16、b></p><p>　　如圖七所示，根據(jù)晶體的法拉第效應(yīng)，本次實(shí)驗(yàn)為什么不能看的理想的消光現(xiàn)象呢？這是因?yàn)橹挥械湫偷?5°法拉第旋轉(zhuǎn)器能夠?qū)崿F(xiàn)無光輸出，即達(dá)到了光隔離的目的。而本次自組光隔離器中的法拉第旋轉(zhuǎn)器的最大旋轉(zhuǎn)角，經(jīng)測(cè)量，只能達(dá)到30多度，因此未能搭建典型的45°法拉第旋轉(zhuǎn)器，即不能達(dá)到真正意義的光隔離的目的，但是在本次實(shí)驗(yàn)過程中，我們通過調(diào)整偏振器與法拉第旋轉(zhuǎn)器的距離等影響因

17、素使反向輸出功率盡可能減小。</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)小結(jié)</b></p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)，是繼《光纖光學(xué)基礎(chǔ)》專業(yè)課后的一次專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)。我們組的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是利用晶體的法拉第效應(yīng)，利用光路搭建自組光隔離器，并測(cè)量自組光隔離器的正向插入損耗和反向隔離度等。</p><p>　　這次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，是一次自主探究式的實(shí)驗(yàn)，

18、其基礎(chǔ)平臺(tái)是完全由我們實(shí)驗(yàn)小組成員一起學(xué)習(xí)、 實(shí)驗(yàn)、討論，。從對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的回顧，實(shí)驗(yàn)思路的雛形到成熟的操作實(shí)驗(yàn)，到最后的成功完成實(shí)驗(yàn)。我相信這個(gè)過程順利的完成與我們精心的準(zhǔn)備以及老師專業(yè)的指導(dǎo)是分不開的。</p><p>　　現(xiàn)在總結(jié)一下我們小組這次實(shí)驗(yàn)的過程以及收獲。</p><p>　　起初，我們通過回顧隔離器工作原理，很快對(duì)利用光學(xué)平臺(tái)搭建自組光隔離器，有了比較清晰而全面的認(rèn)識(shí)。&l

19、t;/p><p>　　然而，本次實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是對(duì)輸入、輸出功率的測(cè)量。我們最后的設(shè)計(jì)思路是用斬波器將LD光源輸出的單色光，通過光電二極管，再利用數(shù)字示波器，對(duì)所產(chǎn)生的方波信號(hào)進(jìn)行測(cè)量分析。</p><p>　　在實(shí)驗(yàn)過程中，我們嘗試了各種方法。我們做實(shí)驗(yàn)時(shí)，并沒有局限于一臺(tái)或一個(gè)實(shí)驗(yàn)桌上的儀器，相反實(shí)驗(yàn)室所有的儀器都能為我們所用。我們集思廣益，為了測(cè)量輸入、輸出功率，我們嘗試過很多曾經(jīng)用過的儀器

20、。比如，我們這次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是基于曾經(jīng)做過的晶體磁光效應(yīng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其光電轉(zhuǎn)換器件是光電二極管，我們首先嘗試通過晶體磁光效應(yīng)儀連接到示波器，但因示波器無測(cè)量功率的特點(diǎn)，之后我們選擇放棄該思路。接下來，在老師的指導(dǎo)下，我們嘗試直接利用晶體磁光效應(yīng)儀上的光電接收顯示來測(cè)試，但由于是直流電源，還是行不通。之后，我們又想到了曾經(jīng)做過的光電探測(cè)器參數(shù)測(cè)量實(shí)驗(yàn)中的硅光電二極管，及配套使用的選頻放大器與指針示波器，仍然是直流信號(hào)，再次以失敗告終。接下來，在

21、老師的指導(dǎo)下，我們希冀用大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)測(cè)量單縫衍射的功率計(jì)測(cè)量，后來，了解到單縫功率計(jì)的工作在微瓦量級(jí)，測(cè)得我們實(shí)驗(yàn)使用的激光在毫瓦量級(jí)，量級(jí)不匹配，只得放棄。實(shí)驗(yàn)過程并非一帆風(fēng)順，我們嘗試了所有這些可能的方法后，依然沒有好的處理方法來解決問題，這個(gè)過程有迷惑，還有困難，中途我們的組員甚至有放棄的念頭，但是對(duì)于實(shí)驗(yàn)的執(zhí)著，我們最終堅(jiān)持了下來并堅(jiān)持到了最后完成實(shí)驗(yàn)。</p><p>　　最后，在老師耐心的指導(dǎo)下，我們

22、再次轉(zhuǎn)向光電探測(cè)器參數(shù)測(cè)量實(shí)驗(yàn)，利用其中的斬波器產(chǎn)生方波信號(hào)，最終解決了所有的疑難問題。由于斬波器的轉(zhuǎn)速不可調(diào)，我們又轉(zhuǎn)向了曾做過的波分復(fù)用光通信模擬實(shí)驗(yàn)中的可調(diào)斬波器，同時(shí)給最終解決問題帶來了不少方便。</p><p>　　當(dāng)最后做完所有實(shí)驗(yàn)時(shí)，我們沒有覺得這一天是多疲憊。相反，通過這次自組光隔離器實(shí)驗(yàn)，首先，我們學(xué)會(huì)了溫故而知新。其次，通過做實(shí)驗(yàn)還、培養(yǎng)了我們的發(fā)散思維，以及創(chuàng)新意識(shí)。當(dāng)然，這與老師的指導(dǎo)是不