Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

,

где S – чувствительность фотоприемника, А/Вт.

4. Указания по выполнению работы

1. Ознакомиться со схемой стенда и изучить взаимодействие основных его устройств.

2. Включить стенд и снять осциллограмму формы импульсов на выходе фотоприемного устройства при подаче на него оптических импульсов от измерительного кабеля.

3 Произвести измерения коэффициентов передачи между полюсами ОР.

3.1. Собрать измерительную схему, согласно рис. 3.

3.2. Произвести измерение напряжения U₀ пропорцио­нального мощности оптического излучения сигнала на выходе измери­тельного кабеля.

3.3. Включить в измерительную цепь контролируемый опти­ческий разветвитель, согласно рис. 3.

3.4. Произвести измерения напряжений U_ij пропорцио­нальных мощности оптического излучения сигнала на j-ом выходе при возбуждении i-го оптического полюса.

3.5. Вычислить значение коэффициента передачи между опти­ческими полюсами по формулам (6) и (2).

3.6. Повторить операции по п.п. 3.4, 3.5 для остальных выход­ных полюсов при подключенном i-ом входном полюсе.

1. Повторить операции по п.п. 3.4, 3.5 для остальных вход­ных полюсов.

2. Представить измеренные значения в виде матрицы NN.

4. Определить неравномерность коэффициента передачи между полюсами по формуле (3).

5. Определить вносимые потери по формуле (4).

5. Содержание отчета

1. Функциональная схема стенда.

2. Схемы подключений измерительного кабеля и выходных полюсов оптического разветвителя на различ­ных этапах измерений.

3. Осциллограмма сигнала на выходе измерительного кабеля.

4. Матрица измеренных значений коэффициентов передачи.

5. Результаты расчета вносимых потерь и неравномерности коэф­фициентов передачи между оптическими полюсами разветвителя.

6. Оценка точности измерений.

7. Ответы на контрольные вопросы (устно).

1. Контрольные вопросы

1. Что такое оптический разветвитель и для чего он исполь­зуется?

2. Какие типы разветвителей Вы знаете?

3. Чем отличаются одномодовые и многомодовые развет­вители?

4. Какие основные технические характеристики разветвителей Вы знаете?

5. Что такое коэффициент передачи разветвителя, в каких едини­цах он измеряется?

6. Что такое матрица передачи?

7. Что такое вносимые потери и неравномерность коэф­фициента передачи разветвителя?

8. Какие технологии используются для изготовления развет­вителей?

9. Какие приборы необходимы для измерения оптических характе­ристик разветвителя?

10. Как уменьшить потери в разветвителе?

11. Как уменьшить неравномерность деления по каналам?

12. В каких единицах измеряются потери в разветвителе?

13. Почему важно определять неравномерность коэф­фициента передачи разветвителя?

14. Почему важно определять потери в разветвителе?

Лабораторная работа № 5

Исследование основных характеристик полупроводникового фотоприемника

ИК-диапазона

1. Цель работы

Ознакомление с принципами функционирования одного из трех основных элементов волоконно-оптических систем передачи информации (ВОСПИ) ─ фотоэлектрического полупроводникового приемника излучения (ФЭПП).

Экспериментальное исследование его основных параметров: темнового тока, токовой чувствительности, порога чувствительности, частотной характеристики.

В качестве ФЭПП могут быть: фотодиоды разных типов (на р-п-переходе, р-i-n, лавинные и др.), фототранзисторы, фототиристоры.

1. Описание лабораторной установки и методик измерения

2.1. Измерение темнового тока ФЭПП

Согласно определению ГОСТ 21934, темновой ток – это постоянный ток, протекающий через ФЭПП при указанном напряжении на нем в отсутствие потока оптического излучения.

Структурная схема лабораторной установки для измерения темнового тока приведена на рис.1. С целью упрощения и повышения точности измерений в качестве объекта испытания используется фотодиодный модуль 2 с выводами анода и катода ФЭПП и розеткой оптического разъема для подведения оптического излучения. Для подведения напряжения смещения и вывода электрического сигнала высокой частоты испытуемый модуль 2 смонтирован в измерительной камере 1, принципиальная электрическая схема которой приведена на рис. 2. К измерительной камере подключается источник питания, ток которого контролируется с помощью микроамперметра мкA, а напряжение – с помощью вольтметра V.

Рис. 1. Структурная схема устройства измерения темнового тока.

(1 – измерительная камера, 2 – испытуемый фотодиодный модуль)

Рис. 2. Принципиальная электрическая схема измерительной

камеры.

Измерение темнового тока проводится с помощью микроамперметра после подключения питающего напряжения.

2.2. Измерение токовой чувствительности ФЭПП

Токовая чувствительность ФЭПП S_I определяется, согласно ГОСТ 21934-83, как:

S_I=I_ф/P_e , (1)

где I_ф – величина фототока, А; Р_е – величина входной оптической мощности, Вт.

Измерение токовой чувствительности проводится при постоянном (немодулированном) излучении. Структурная схема лабораторной установки приведена на рис. 3. Источником излучения служит установленный в передающем оптоэлектронном модуле 1 лазерный модуль 2 с вилкой оптического разъема 3 на выходе.

Мощность излучения модуля 2 регистрируется измерителем оптической мощности 6 с розеткой оптического разъема на входе. Испытуемый фотодиодный модуль 5 установлен в измерительную камеру 4, принципиальная схема которой соответствует рис. 2. Напряжение смещения модуля 5 измеряется с помощью вольтметра V, фототок контролируется микроамперметром мкА.

Рис. 3. Структурная схема измерения токовой чувствительности ФЭПП

(1 – передающий оптоэлектронный модуль; 2 –лазерный модуль; 3 – вилка оптического разъема; 4 –измерительная камера; 5 – испытуемый фотодиодный модуль; 6–измеритель оптической мощности)

2.3. Измерение порога чувствительности и частотной характеристики ФЭПП

Порог чувствительности ФЭПП в единичной полосе частот определяется, согласно ГОСТ 21934-83, как мощность действующего на ФЭПП оптического излучения в рабочей спектральной полосе, при которой среднее квадратичное значение первой гармоники напряжения фотосигнала равно среднему квадратичному значению напряжения шума, приведенному к единичной полосе на частоте модуляции потока излучения.

Частотная характеристика ФЭПП определяется как зависимость от частоты модуляции среднего квадратичного значения первой гармоники выходного фотосигнала при постоянном уровне модулирующего сигнала. Измерения проводятся на модулированном излучении.

Структурная схема измерений приведена на рис. 4. Источником излучения служит установленный в передающем оптоэлектронном модуле 1 лазерный модуль 2 с вилкой оптического разъема 3 на выходе.

4

Ист. Пит.

П

3

1

2

9

Ист. пит.

I

6

7

10

Рис. 4. Структурная схема измерения порога

чувствительности и частотной характеристики

(1 – передающий оптический модуль; 2 –лазерный модуль; 3 – вилка оптического разъема; 4 – оптический переход; 5 –оптический аттенюатор; 6 – измерительная камера; 7 – испытуемый фотодиодный модуль; 8 – радиотехнический анализатор спектра; 9 – генератор сигналов высокочастотный; 10 – измеритель оптической мощности)

Излучение модуля 2 модулируется сигналом определенных частоты и уровня от генератора сигналов высокочастотного 9. Выход модуля 2 через оптический переход 4 подключается на вход оптического аттенюатора 5, в качестве которого используются два соединенных оптическим переходом волоконных шнура. Выход аттенюатора 5 подключается на вход установленного в измерительной камере 6, принципиальная схема которой приведена на рис.2, испытуемого фотодиодного модуля 7.

Средний уровень оптической мощности на выходе аттенюатора 5 (на входе испытуемого фотодиодного модуля) регистрируется с помощью измерителя оптической мощности 10.

Уровень фотосигнала на выходе камеры 6 регистрируется на частоте модуляции оптического излучения в определенной полосе частот с помощью радиотехнического анализатора спектра 8.

Порог чувствительности Р_пор, Вт(Гц^-1/2) рассчитывается, согласно (2), при условии U_c=U_ш:

, (2)

где U_ш – среднее квадратичное значение напряжения шума в полосе Δf_экв в отсутствие модулированного излучения; U_c - среднее квадратичное значение напряжения фотосигнала; Δf_экв – эквивалентная полоса пропускания селективного измерительного прибора.

1. Задание на выполнение работы

   1. Изучить описание лабораторной установки, продумать порядок выполнения работы

   2. Начертить структурные схемы измерений.

   3. Ответить на контрольные вопросы

   4. Измерение темнового тока ФЭПП

Ознакомиться с лабораторной установкой и подключить приборы согласно рис. 1. Включить источник питания I и установить его напряжение на уровне 1 В. Для устранения паразитной засветки закрыть входное окно испытуемого модуля 2 защитным колпачком. С помощью измерителя тока мкА зарегистрировать значение темнового тока испытуемого ФЭПП. Измерение повторить при увеличении обратного напряжения источника смещения до 6 В. Результаты измерений занести в отчет.

1. Измерение токовой чувствительности ФЭПП

Ознакомиться с лабораторной установкой и подключить приборы согласно рис. 3. Включить источник питания П и установить ток лазерного модуля 2 порядка 40 мА. Включить измеритель оптической мощности 6, установить его рабочий спектральный диапазон 1,3 мкм и подключить к нему оптический разъем 3 лазерного модуля 2. Зарегистрировать мощность на выходе лазерного модуля Р_е. Подключить лазерный модуль 2 на вход испытуемого модуля 5 и, установив напряжение источника I на уровне 0 В, измерить фототок I_ф модуля 5 в фотовольтаическом режиме. Рассчитать токовую чувствительность S_I по формуле (1). Измерение и расчет повторить в фотодиодном режиме испытуемого модуля 5, для чего установить напряжение источника I на уровне 6 В. Результаты занести в отчет.

1. Измерение порога чувствительности и частотной

характеристики ФЭПП

Ознакомиться с лабораторной установкой и подключить приборы согласно рис. 4. Включить источники питания и измерительные приборы. Установить напряжение обратного смещения испытуемого модуля 7 на уровне 6 В (от источника I). Установить ток лазерного модуля 2 порядка 40 мА. Установить частоту генератора сигналов высокочастотного 9 равной 200 МГц, при выходном уровне 90 дБмкВ. Произвести следующие установки в радиотехническом анализаторе спектра 8: частота 200 МГц, атт. 70 дБмкВ. Наблюдать на экране анализатора 8 отклик на частоте 200 МГц. Уменьшая с помощью аттенюатора 5 оптическую мощность на входе испытуемого модуля, добиться, чтобы амплитуда отклика стала равной уровню шума. Подсоединив выход аттенюатора 5 к измерителю оптической мощности 10, зарегистрировать значение порога чувствительности испытуемого модуля 7. Рассчитать по формуле (2) с учетом полосы пропускания анализатора 8 порог чувствительности в единичной полосе, считая Δf_экв=300 кГц. Измерения и расчет повторить при выходном уровне генератора 100 дБмкВ и напряжении смещения 0 В. Результаты в виде таблицы занести в отчет. Для исследования частотной характеристики установить напряжение обратного смещения испытуемого модуля 6 В, частоту генератора 9 равной 200 МГц при уровне 100 дБмкВ. С помощью анализатора 8 измерить уровень фотосигнала на выходе испытуемого модуля. Увеличивать частоту генератора 9 с шагом 50 МГц и, соответственно изменяя частоту анализа, регистрировать выходной уровень с помощью анализатора 8 до тех пор, пока он не уменьшится примерно на 20 дБ по сравнению со значением на частоте 200 МГц. Измерения повторить при напряжении обратного смещения испытуемого модуля 0 В. Результаты занести в отчет.

1. Содержание отчета

1. Структурная схема измерения темнового тока.

2. Структурная схема измерения токовой чувствительности.

3. Структурная схема измерения порога чувствительности и частотной характеристики.

4. Принципиальная электрическая схема измерительной камеры.

5. Краткое описание методик измерения.

6. Результаты измерения темнового тока по п. Б1.

7. Результаты измерения и расчета токовой чувствительности по п. Б2 и расчета порога чувствительности по п. Б3.

8. Графики частотной характеристики ФЭПП с определением полосы пропускания по уровню –3 дБ.

9. Выводы по результатам выполнения работы.

1. Контрольные вопросы

1. Перечислите основные параметры ФЭПП. Определите, к какой группе относится каждый из исследованных в данной работе параметров: измеренный на немодулированном излучении либо измеренный на модулированном излучении.

2. Какие типичные значения основных параметров ФЭПП для различных диапазонов длин волн современных ВОСПИ Вы знаете?

3. Дайте определение и опишите методику измерения темнового тока ФЭПП. С какой целью входное окно фотодиодного модуля 2 закрывается защитным колпачком? На принципиальной схеме рис. 2 укажите цепи прохождения постоянной и переменной составляющих фототока.

4. Дайте определение и опишите методику измерения токовой чувствительности. От какого параметра ФЭПП и как зависит величина токовой чувствительности?

5. Дайте определение и опишите методику измерения порога чувствительности. От каких параметров и как зависит величина порога чувствительности?

6. Какой параметр оптического излучения изменяется при увеличении выходного уровня генератора 9?

7. Опишите методику измерения частотной характеристики ФЭПП. От какого параметра ФЭПП и как зависит частотная характеристика?

8. Как изменяется измеренная величина полосы пропускания ФЭПП по уровню –3 дБ при увеличении напряжения обратного смещения?

Библиографический список

1. Гауэр Дж. Оптические системы связи. - М.: Радио и связь, 1989.

2. Евтихиев Н.Н., Засовин Э.А., Мировицкий Д.И. Волоконная и интегральная оптика в информационных системах. - М.: МИРЭА, 1987.

3. Бейли Д., Райт Э.. Волоконная оптика. Теория и практика. //Пер. с англ. – М.: Кудиц-образ, 2006. – 320 с.

4. Информационная оптика. Н.Н. Евтихиев и др. - М.: МЭИ, 2000. – 380 с.

5. Шевцов Э. А., Белкин М.Е. Фотоприемные устройства волоконно-оптических систем передачи. - М.: Радио и связь, 1992 -221 с.

6. ГОСТ 17772-88. Приемники излучения полупроводниковые фотоэлектрические и фотоприемные устройства. Методы измерения фотоэлектрических параметров и определения характеристик.

32

Характеристики

Список файлов книги