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:

θ_C - 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 sinθ_C dla wartości 7μW i otrzymuję: dla(-) sinθ_C= -0,3 a dla (+) sinθ_C= 0,23. Stąd zakres kąta akceptacji wynosi:

|arcsinθ_C-|+ |arcsinθ_C+| = 17,45 + 13,3 = 30,75^o

stąd 0,5θ_C =15,375^o . Apertura obliczona na podstawie przeprowadzonego doświadczenia wynosi:

NA = sin0,5θ_C = sin15,375^o = 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.

θ_C

Kierunek z

wiązka światła z lasera

L

w

---