自組隔離器課程設計

1、<p><b>　　光纖光學課程設計</b></p><p>　　自組光隔離器實驗設計</p><p>　　自組光隔離器實驗設計</p><p><b>　　實驗目的</b></p><p>　　了解光隔離器的工作原理及基本結構；</p><p>　　利用法拉第效應

2、，搭建自組光隔離器；</p><p>　　測量自組光隔離器的正向插入損耗；</p><p>　　測量自組光隔離器的反向隔離比。</p><p><b>　　實驗原理</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，其主要由起偏器、法拉第旋轉器、檢偏器構成。它只允許光波往一個方

3、向傳播，當光信號沿正向傳輸時，具有很低的損耗，光路被接通；當光信號沿反向傳輸時，損耗很大，光路被阻斷。</p><p>　　如下圖一所示，當LD激光沿正向傳播時，起偏器偏振面垂直于光的傳播方向，經45°的法拉第旋光片后，偏振面旋轉了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LD激光沿反向傳播時，起偏器偏振面與光的傳播方向成45°夾角，再次經45°的法拉第旋光片后，偏振面又旋轉了45°，且剛好通過檢偏器垂直，無光輸出，即達到了光隔離的目的。</p><p><b>　?。▓D二）</b></p><p><b>　　實驗思路設計</b></p><p

5、>　　本次實驗設計的主要內容是利用晶體的法拉第效應，利用光路搭建自組光隔離器，并測量自組光隔離器的正向插入損耗和反向隔離度。整體設計思路如下：</p><p><b>　　正向插入損耗測試</b></p><p>　　如下圖三所示，其中，自組光隔離器主要由起偏器、法拉第旋轉器、檢偏器三部分構成。利用公式=，測出Pin與Pout即可計算出正向插入損耗。</p

6、><p><b>　?。▓D三）</b></p><p><b>　　反向隔離度測試</b></p><p>　　如下圖四所示，其中，自組光隔離器主要由起偏器、法拉第旋轉器、檢偏器三部分構成。利用公式=，測出Pin與Pout即可計算出反向隔離度。</p><p><b>　　（圖四）</b

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

8、響因素使反向輸出功率盡可能減小。</p><p>　　其次，本次實驗的關鍵是對輸入、輸出功率的測量。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，再利用數字示波器，對所產生的方波信號進行測量分析。</p><p><b>　　實驗步驟</b></p><p><b>　　實驗大致步驟如下：</b></p&

9、gt;<p>　　1.調整光路，搭建自組光隔離器，通過調整偏振器與法拉第旋轉器的距離等影響因素使反向輸出功率盡可能減小。</p><p>　　2. 正向插入損耗測試</p><p>　?。?）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，再利用數字示波器，觀察其所產生的方波信號，并記錄下方波信號的幅值，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，最后利用數字示波器，觀察其所產生的方波信號，并記錄下方波信號的幅值，此即Pout。</p><p>　　（3）計算出正向插入損耗。</p><p>　　3. 反向隔離度測試</p><p>　　（1）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，再利用數字示波器，

11、觀察其所產生的方波信號，并記錄下方波信號的幅值，此即Pin。</p><p>　　（2）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，最后利用數字示波器，觀察其所產生的方波信號，并記錄下方波信號的幅值，此即Pout。</p><p>　?。?）仔細觀察所輸出的微弱的光波信號。</p><p>　?。?）計算出反向隔離度。</

12、p><p><b>　　實驗數據處理與分析</b></p><p>　　下面是正向插入損耗測試與反向隔離度測試的實驗結果與數據計算：</p><p><b>　　正向插入損耗測試</b></p><p>　　輸入，輸出方波信號，如下圖五所示：</p><p><b>　

13、　（圖五）</b></p><p>　?。?）計算出正向插入損耗。</p><p>　　利用公式=，計算正向插入損耗=2.53dB</p><p><b>　　實驗結果分析：</b></p><p>　　當光信號沿正向傳輸時，如圖五所示，輸出光波信號很大。經計算，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>　　反向隔離度測試</b></p><p>　　輸入，輸出方波信號，如下圖六所示：</p><p><b>　?。▓D六）</b></p><p>　?。?）計算出反向隔離度。</p><p>　　利用公式=，計算反向隔離度=11.86d

15、B</p><p><b>　　實驗結果分析：</b></p><p>　　當光信號沿反向傳輸時，如圖六所示，輸出光波信號很微弱。經計算，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)域內是此時輸出的微弱的光波信號。</p><p><b>　?。▓D七）</

16、b></p><p>　　如圖七所示，根據晶體的法拉第效應，本次實驗為什么不能看的理想的消光現象呢？這是因為只有典型的45°法拉第旋轉器能夠實現無光輸出，即達到了光隔離的目的。而本次自組光隔離器中的法拉第旋轉器的最大旋轉角，經測量，只能達到30多度，因此未能搭建典型的45°法拉第旋轉器，即不能達到真正意義的光隔離的目的，但是在本次實驗過程中，我們通過調整偏振器與法拉第旋轉器的距離等影響因

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

18、其基礎平臺是完全由我們實驗小組成員一起學習、 實驗、討論，。從對實驗內容的回顧，實驗思路的雛形到成熟的操作實驗，到最后的成功完成實驗。我相信這個過程順利的完成與我們精心的準備以及老師專業(yè)的指導是分不開的。</p><p>　　現在總結一下我們小組這次實驗的過程以及收獲。</p><p>　　起初，我們通過回顧隔離器工作原理，很快對利用光學平臺搭建自組光隔離器，有了比較清晰而全面的認識。&l

19、t;/p><p>　　然而，本次實驗的關鍵是對輸入、輸出功率的測量。我們最后的設計思路是用斬波器將LD光源輸出的單色光，通過光電二極管，再利用數字示波器，對所產生的方波信號進行測量分析。</p><p>　　在實驗過程中，我們嘗試了各種方法。我們做實驗時，并沒有局限于一臺或一個實驗桌上的儀器，相反實驗室所有的儀器都能為我們所用。我們集思廣益，為了測量輸入、輸出功率，我們嘗試過很多曾經用過的儀器

20、。比如，我們這次實驗設計是基于曾經做過的晶體磁光效應實驗平臺，其光電轉換器件是光電二極管，我們首先嘗試通過晶體磁光效應儀連接到示波器，但因示波器無測量功率的特點，之后我們選擇放棄該思路。接下來，在老師的指導下，我們嘗試直接利用晶體磁光效應儀上的光電接收顯示來測試，但由于是直流電源，還是行不通。之后，我們又想到了曾經做過的光電探測器參數測量實驗中的硅光電二極管，及配套使用的選頻放大器與指針示波器，仍然是直流信號，再次以失敗告終。接下來，在

21、老師的指導下，我們希冀用大學物理實驗測量單縫衍射的功率計測量，后來，了解到單縫功率計的工作在微瓦量級，測得我們實驗使用的激光在毫瓦量級，量級不匹配，只得放棄。實驗過程并非一帆風順，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，但是對于實驗的執(zhí)著，我們最終堅持了下來并堅持到了最后完成實驗。</p><p>　　最后，在老師耐心的指導下，我們

22、再次轉向光電探測器參數測量實驗，利用其中的斬波器產生方波信號，最終解決了所有的疑難問題。由于斬波器的轉速不可調，我們又轉向了曾做過的波分復用光通信模擬實驗中的可調斬波器，同時給最終解決問題帶來了不少方便。</p><p>　　當最后做完所有實驗時，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驗，首先，我們學會了溫故而知新。其次，通過做實驗還、培養(yǎng)了我們的發(fā)散思維，以及創(chuàng)新意識。當然，這與老師的指導是不