Внедрение (Волоконный интерферометр для регистрации акустических воздействий на волокно)

4.1. Внедрение волоконного интерферометра для регистрации акустических воздействий на оптическое волокно в лабораторный практикум ТООЭ.

Для внедрения лабораторного стенда на кафедру ТООЭ в лабораторный практикум необходимо внести в схему несколько изменений с учетом возможностей кафедры и наличием некоторых приборов. Ниже приведена оптоэлектронная схема лабораторной установки для реализации на кафедре ТООЭ.

Рис. . Схема лабораторного стенда.

1. Блок питания лазерного диода - источник постоянного тока (Есть в наличии)

2. Полупроводниковый лазер (Лазерный модуль)

3. Места соединения оптоволоконных коннекторов. (Для реализации схемы необходимо 6 патчкордов разной длины)

4. Разветвитель 1 х 2

5. Опорной плечо волоконного интерферометра (патчкорд длиной около 1 - 2м)

6. Измерительное плечо интерферометра – патчкорд длиной 1- 2м

7. Пьезокерамический элемент (Есть в наличии)

8. Генератор сигналов специальной формы (Есть в наличии)

9. Акустический усилитель (Есть в наличии)

10. Акустические колонки (Есть в наличии)

11. Разветвитель 3 х 3

12. Фотодиоды

13. Питание фотодиодов – источник постоянного тока (есть в наличии)

14. Аналогово – цифровой преобразователь (Звуковая карта ПК)

15. Персональный компьютер (Есть в наличии)

16. Акустический выход ПК

При создании лабораторного стенда для увеличения компактности и надежности схемы лучше использовать в качестве источника лазерного излучения готовый телекоммуникационный лазерный модуль, а для регистрации интерференционных сигналов готовый фотодиодный модуль.

Рассмотрим поподробнее оборудование, которое необходимо закупить для реализации лабораторного стенда.

Лазерный модуль быть предоставлен НТО «ИРЭ - Полюс».

Рис…. Лазерный диод

Лазерный диод должен обладать следующими параметрами:

• Длина волны 1.55мкм

• Длина когерентности не менее 1м

• Мощность до 10 дБм

• Иметь одномодовый выход с FC – коннектором.

Питание этого модуля может быть осуществлено от одного из источников постоянного тока, имеющихся в лаборатории кафедры ТООЭ.

Необходимо 6 оптических одномодовых патчкордов со скошенными торцами (FC) для соединения элементов стенда.

Рис. … Патчкорд одномодовый с коннекторами FC.

Для разделения света по опорному и измерительному плечам наобходимо использование разветвителя 1 х 2.

Рис. Разветвитель 1 х 2.

• Вносимые по выходным каналам потери в 3 дБ

• Одномодовая реализация

• FC – коннекторы

Измерительное плечо может быть выполнено в двух вариантах. Первый предназначен для регистрации акустических воздействий, передаваемых через воздух, второй – для регистрации воздействий, возбуждаемых пьезокерамическим элементом. Первый вариант исполнения очень прост: используется акустическая колонка, персональный компьютер и моток оптического волокна (длина определяется исходя из длины когерентности лазера), подвешиваемый перед колонкой. Второй вариант исполнения предполагает использование пьезокерамического элемента для создания механических волн акустического диапазона в волокне. Для этого необходим генератор специальной формы (Есть в наличии на кафедре ТООЭ), акустический усилитель (есть в наличии) и пьезокерамический элемент. Эта схема предполагает возможность подачи на пьезокерамический элемент для дальнейшей регистрации как сигналов специальной формы с генератора сигналов, так и звуковых фрагментов с персонального компьютера через акустический усилитель.

Рис. …

Для получения интерференционных сигналов, имеющих постоянный сдвиг фазы, применяется волоконный сплавной разветвитель 3 х 3.

Рис. Сплавной разветвитель 3 х 3.

Разветвитель 3 х 3 должен обладать следующим параметрами:

• Равномерность и стабильность разделения средней мощности по выходам (до 5%)

• FC одномодовые коннекторы на входах и выходах.

Также для тех же целей, что и разветвитель 3 х 3 можно использовать схему гибридизации, рассмотренную в начале главы 2.1. Эта схема ненадежна и не позволяет производить качественную звукозапись, но это хороший и недорогой вариант для тестирования работы остальных элементов стенда. Для реализации такой схемы нужно еще дополнительно 4 патчкорда и 4 разветвителя 1 х 2.

Выходы пассивного устройства для внесения постоянной фазовой задержки между интерференционными сигналами подключаются к оптическим входам фотодиодных модулей. Выходы фотодиодных модулей подключаются ко входам звуковой карты персонального компьютера.

Фотодиоды должны иметь следующие параметры:

• Чувствительность в L – диапазоне (1.55мкм)

• Частотную полосу в районе 200кГц.

Сигналы со звуковой карты записываются на персональный компьютер с помощью Matlab в виде csv файла, содержащего две строки, соответствующих сигналам с фотодиодов. Интерференционные сигналы записываются в виде тридцати секундных отрезков. Дальнейшая обработка производится в средах Scilab и Mathlab.

Таким образом, можно составить смету на реализацию лабораторного стенда на кафедре ТООЭ. Для реализации этого лабораторного стенда необходимо закупить:

5