自组隔离器课程设计.doc

光纤光学课程设计自组光隔离器实验设计自组光隔离器实验设计实验目的1. 了解光隔离器的工作原理及基本结构；2. 利用法拉第效应，搭建自组光隔离器；3. 测量自组光隔离器的正向插入损耗；4. 测量自组光隔离器的反向隔离比。实验原理 光隔离器是一种光非互易传输耦合器，工作原理是利用晶体的法拉第效应，其主要由起偏器、法拉第旋转器、检偏器构成。它只允许光波往一个方向传播，当光信号沿正向传输时，具有很低的损耗，光路被接通；当光信号沿反向传输时，损耗很大，光路被阻断。如下图一所示，当ld激光沿正向传播时，起偏器偏振面垂直于光的传播方向，经45的法拉第旋光片后，偏振面旋转了45，且刚好通过检偏器输出。（图一）如下图二所示，当ld激光沿反向传播时，起偏器偏振面与光的传播方向成45夹角，再次经45的法拉第旋光片后，偏振面又旋转了45，且刚好通过检偏器垂直，无光输出，即达到了光隔离的目的。（图二）实验思路设计 本次实验设计的主要内容是利用晶体的法拉第效应，利用光路搭建自组光隔离器，并测量自组光隔离器的正向插入损耗和反向隔离度。整体设计思路如下：1. 正向插入损耗测试如下图三所示，其中，自组光隔离器主要由起偏器、法拉第旋转器、检偏器三部分构成。利用公式=，测出pin与pout即可计算出正向插入损耗。（图三）2. 反向隔离度测试如下图四所示，其中，自组光隔离器主要由起偏器、法拉第旋转器、检偏器三部分构成。利用公式=，测出pin与pout即可计算出反向隔离度。（图四）实验过程分析整体实验过程分为以下两个方面：首先，由于自组光隔离器中的法拉第旋转器的最大旋转角只能达到30多度，因此未能搭建典型的45法拉第旋转器，即不能达到真正意义的光隔离的目的，但是在本次实验过程中，我们通过调整偏振器与法拉第旋转器的距离等影响因素使反向输出功率尽可能减小。其次，本次实验的关键是对输入、输出功率的测量。整体思路是用斩波器将ld光源输出的单色光，通过光电二极管，再利用数字示波器，对所产生的方波信号进行测量分析。实验步骤实验大致步骤如下：1.调整光路，搭建自组光隔离器，通过调整偏振器与法拉第旋转器的距离等影响因素使反向输出功率尽可能减小。2. 正向插入损耗测试（1）如图一所示，用斩波器将ld光源输出的单色光，先通过光电二极管，再利用数字示波器，观察其所产生的方波信号，并记录下方波信号的幅值，此即pin。（2）如图一所示，用斩波器将ld光源输出的单色光，先通过光电二极管，再通过自组光隔离器，最后利用数字示波器，观察其所产生的方波信号，并记录下方波信号的幅值，此即pout。（3）计算出正向插入损耗。3. 反向隔离度测试（1）如图二所示，用斩波器将ld光源输出的单色光，先通过光电二极管，再利用数字示波器，观察其所产生的方波信号，并记录下方波信号的幅值，此即pin。（2）如图二所示，用斩波器将ld光源输出的单色光，先通过光电二极管，再通过自组光隔离器，最后利用数字示波器，观察其所产生的方波信号，并记录下方波信号的幅值，此即pout。（4）仔细观察所输出的微弱的光波信号。（3）计算出反向隔离度。实验数据处理与分析下面是正向插入损耗测试与反向隔离度测试的实验结果与数据计算：1. 正向插入损耗测试（1） 输入，输出方波信号，如下图五所示：（图五）（2）计算出正向插入损耗。利用公式=，计算正向插入损耗=2.53db实验结果分析： 当光信号沿正向传输时，如图五所示，输出光波信号很大。经计算，正向插入损耗为2.53db，具有很低的损耗，说明光路被接通。2. 反向隔离度测试（1） 输入，输出方波信号，如下图六所示：（图六）（2）计算出反向隔离度。利用公式=，计算反向隔离度=11.86db实验结果分析：当光信号沿反向传输时，如图六所示，输出光波信号很微弱。经计算，反向隔离度=11.86db，损耗很大，说明光路几乎被阻断。下图七的圆形区域内是此时输出的微弱的光波信号。（图七）如图七所示，根据晶体的法拉第效应，本次实验为什么不能看的理想的消光现象呢？这是因为只有典型的45法拉第旋转器能够实现无光输出，即达到了光隔离的目的。而本次自组光隔离器中的法拉第旋转器的最大旋转角，经测量，只能达到30多度，因此未能搭建典型的45法拉第旋转器，即不能达到真正意义的光隔离的目的，但是在本次实验过程中，我们通过调整偏振器与法拉第旋转器的距离等影响因素使反向输出功率尽可能减小。实验小结本次课程设计，是继光纤光学基础专业课后的一次专业实验课程设计。我们组的实验设计的主要内容是利用晶体的法拉第效应，利用光路搭建自组光隔离器，并测量自组光隔离器的正向插入损耗和反向隔离度等。这次实验设计，是一次自主探究式的实验，其基础平台是完全由我们实验小组成员一起学习、 实验、讨论，。从对实验内容的回顾，实验思路的雏形到成熟的操作实验，到最后的成功完成实验。我相信这个过程顺利的完成与我们精心的准备以及老师专业的指导是分不开的的。现在总结一下我们小组这次实验的过程以及收获。起初，我们通过回顾隔离器工作原理，很快对利用光学平台搭建自组光隔离器，有了比较清晰而全面的认识。然而，本次实验的关键是对输入、输出功率的测量。我们最后的设计思路是用斩波器将ld光源输出的单色光，通过光电二极管，再利用数字示波器，对所产生的方波信号进行测量分析。在实验过程中，我们尝试了各种方法。我们做实验时，并没有局限于一台或一个实验桌上的仪器，相反实验室所有的仪器都能为我们所用。我们集思广益，为了测量输入、输出功率，我们尝试过很多曾经用过的仪器。比如，我们这次实验设计是基于曾经做过的晶体磁光效应实验平台，其光电转换器件是光电二极管，我们首先尝试通过晶体磁光效应仪连接到示波器，但因示波器无测量功率的特点，之后我们选择放弃该思路。接下来，在老师的指导下，我们尝试直接利用晶体磁光效应仪上的光电接收显示来测试，但由于是直流电源，还是行不通。之后，我们又想到了曾经做过的光电探测器参数测量实验中的硅光电二极管，及配套使用的选频放大器与指针示波器，仍然是直流信号，再次以失败告终。接下来，在老师的指导下，我们希冀用大学物理实验测量单缝衍射的功率计测量，后来，了解到单缝功率计的工作在微瓦量级，测得我们实验使用的激光在毫瓦量级，量级不匹配，只得放弃。实验过程并非一帆风顺，我们尝试了所有这些可能的方法后，依然没有好的处理方法来解决问题，这个过程有迷惑，还有困难，中途我们的组员甚至有放弃的念头，但是对于实验的执着，我们最终坚持了下来并坚持到了最后完成实验。最后，在老师耐心的指导下，我们再次转向光电探测器参数测量实验，利用其中的斩波器产生方波信号，最终解决了所有的疑难问题。由于斩波器的转速不可调，我们又转向了曾做过的波分复用光通信模拟实验中的可调斩波器，同时给最终解决问题带来了不少方便。当最后做完所有实验时，我们没有觉得这一天是多疲惫。相反，通过这次自组光隔离器实验，首先，我们学会了温故而知新。其次，通过做实验还、培养了我们的发散思维，以及创新意识。当然，这与老师的指导是不分的。通过这次实验，我们联系了所