POLITECHNIKA LUBELSKA
WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY
LABORATORIUM ELEKTRONIKI
Ćwiczenie nr: 1
Temat: Przygotowanie włókien, apertura numeryczna.
Grupa: ED 10.3 data wykonania:
Rafał Sieńko 25.02.1999
Zbigniew Rybicki
Jarosław Wójcik
Celem obecnego ćwiczenia było zapoznanie się ze sposobami obróbki końców włókien światłowodowych. W dalszej kolejności przeprowadziliśmy pomiary służące obliczeniu apertury numerycznej.
Pomiar apertury numerycznej światłowodu NA przeprowadziliśmy na dwa sposoby. W pierwszym przypadku naprzeciwko źródła światła ( laser NeHe ) umieściliśmy w pewnej odległości ( kilkadziesiąt cm ) światłowód. Najpierw ustawiliśmy w taki sposób światłowód, aby jego końcowa płaszczyzna czołowa była prostopadła do wiązki światła padającego z lasera. Pozycję tę uzyskaliśmy dla max mocy odebranej na detektorze. Przyjmując tę pozycję jako pozycję zerową odchylaliśmy następnie światłowód w obie strony od punktu „0” zapisując jednocześnie odpowiednie wartości mocy dochodzące do detektora dla odpowiednich przemieszczeń. Uzyskane w ten sposób pomiary służą do wyznaczenia apertury numerycznej.
Geometria płaskiej fali lasera sprzęganej do światłowodu:
θC - kąt padania
tabela pomiarowa:
W |
μW |
140 |
136 |
120 |
95 |
76 |
58 |
42 |
30 |
18 |
||||||||
θC (-) |
o |
0 |
2 |
4 |
6 |
8 |
10 |
12 |
14 |
16 |
||||||||
sinθC |
-- |
0 |
0,035 |
0,069 |
0,1 |
0,139 |
0,174 |
0,208 |
0,242 |
0,275 |
||||||||
W |
μW |
140 |
133 |
98 |
80 |
62 |
44 |
21 |
0,9 |
0,5 |
||||||||
θC(+) |
o |
0 |
2 |
4 |
6 |
8 |
10 |
12 |
14 |
16 |
||||||||
sinθC |
-- |
0 |
0,035 |
0,069 |
0,1 |
0,139 |
0,174 |
0,208 |
0,242 |
0,275 |
||||||||
W |
μW |
3 |
0,3 |
0,2 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
- |
||||||||||
θC (-) |
o |
18 |
20 |
22 |
24 |
26 |
28 |
- |
||||||||||
sinθC |
-- |
0,309 |
0,342 |
0,375 |
0,407 |
0,438 |
0,469 |
- |
||||||||||
W |
μW |
0,4 |
0,3 |
0,2 |
0,2 |
0,2 |
0,2 |
0,2 |
||||||||||
θC(+) |
o |
18 |
20 |
22 |
24 |
26 |
28 |
30 |
||||||||||
sinθC |
-- |
0,309 |
0,342 |
0,375 |
0,407 |
0,438 |
0,469 |
0,5 |
||||||||||
Na poniższym rysunku przedstawiona jest charakterystyka mocy promieniowania
( ilość światła akceptowana przez włókno ) w funkcji sinusa kąta padania. W celu wyznaczenia apertury na podstawie wykresu znajduję punkty dla dodatniego i ujemnego kąta obrotu, dla których moc świetlna spada do 5% wartości szczytowej czyli: 0,05*140 = 7μW. Otrzymuję stąd kąt akceptacji światłowodu. Aperturę numeryczną wyznaczam dla połowy kąta akceptacji. 5% - cio procentowy spadek mocy wybrany jest jako kompromis w stosunku do wymagań dostatecznego poziomu mocy, który byłby odróżnialny od tła szumu.
Z wykresu odczytuję wartość sinθC dla wartości 7μW i otrzymuję: dla(-) sinθC= -0,3 a dla (+) sinθC= 0,23. Stąd zakres kąta akceptacji wynosi:
|arcsinθC-|+ |arcsinθC+| = 17,45 + 13,3 = 30,75o
stąd 0,5θC =15,375o . Apertura obliczona na podstawie przeprowadzonego doświadczenia wynosi:
NA = sin0,5θC = sin15,375o = 0,265
Jest ona mniejsza niż apertura podana dla światłowodu przez producenta ⇒ NA=0,29.
Drugą metodą zastosowaną przez nas do wyznaczenia apertury numerycznej była metoda przybliżona polegająca na oświetlaniu umieszczonej w odległości „L” kartki papieru. Kartka ta umieszczona była prostopadle do padającego światła. Wiązka laser pochodziła z końca światłowodu. Na powierzchni kartki pojawił się okrągły obszar świetlny o średnicy „w”.
Rysunek przedstawia przybliżony pomiar apertury numerycznej włókna:
W wyniku pomiarów otrzymaliśmy:
w = 8,4 cm ; L = 14 cm stąd NA:
NA = arcsin(0,5w/L) = arcsin(4,2/14) = 0,3
Z przeprowadzonych pomiarów otrzymaliśmy wielkości apertury numerycznej bliskie wartości podanej przez producenta światłowodu.
θC
Kierunek z
wiązka światła z lasera
L
w