Лабораторная работа №1. «Измерение ватт-амперной характеристики лазерного диода».

    Цель работы:

    -получение навыков практического использования измерителя оптической мощности;

    -измерение ватт-амперной характеристики лазерного диода с помощью измерителя оптической мощности;

    -исследование зависимости тока фотодиода от уровня оптической мощности;

    -определение положения рабочей точки на ватт-амперной характеристике лазерного диода для аналоговой и импульсной модуляции;

    -градуировка фотодиода.

 

Порядок выполнения работы.

     При выполнении работы используются следующие элементы установки:

    -электронный блок «Источник оптического сигнала» -ИОС;

    -электронный блок «Фотоприемник» -ФП;

    -оптический тестер с блоком питания от сети 220v/50Hz - ОТ;

    -соединительный одномодовый волоконный шнур FC/UPS-SM-3m- FC/UPS длиной 3 метра –ВШ.

    Внимание! Перед каждым использованием в измерениях волоконных шнуров необходимо снять защитные колпачки с их торцов. После окончания работы с волоконным шнуром обязательно установить на его торцы снятые защитные колпачки.

    Перед каждым использованием в измерениях оптического тестера необходимо отвернуть защитный колпачок с торца его коннектора и немедленно соединить его с коннектором волоконного шнура. После окончания измерения обязательно установить защитный колпачок на прежнее место.

    Перед каждым соединением волоконного шнура с оптическими розетками необходимо снять защитный колпачок с торца коннектора и немедленно соединить его с коннектором волоконного шнура. После окончания измерения обязательно установить защитный колпачок на прежнее место.

 

 

    1.Установите органы управления электронного блока «Источник оптического сигнала» ИОС в исходное положение:

              -ручки всех пяти потенциометров – в крайнее положение против часовой стрелки;

              -включите тумблер «сеть». При этом загорается его подсветка;

              -кнопочные переключатели «вкл.ОС», «модуляция», «дисперсия», «шум» – отжаты. При этом контрольные светододы над соответствующими кнопками не горят;

              -с помощью кнопочного переключателя «выбор источника» в окне «оптический выход» включите по указанию преподавателя один из лазеров, излучающих на длине волны 1,3 или 1,5 мкм. При этом над соответствующей оптической розеткой загорается контрольный светодиод.

    Данное положение органов управления электронного блока обеспечивает непрерывное немодулированное оптическое излучение на выбранном оптическом выходе. Его мощность регулируется потенциометром «I₀».

    2.С помощью одномодового (желтый цвет защитной оболочки) оптического шнура с коннекторами типа FC соедините оптический выход электронного блока ИОС со входом оптического тестера ОТ (рис.Л1.1).

 

 

                                          Рис. Л1.1.

 

    3. Включите оптический тестер и переведите его в режим измерения абсолютных значений мощности  нажимая кнопку mvt, dbm, db на его лицевой панели. Установите тестер в режим измерений на выбранной длине волны, нажимая кнопку λ на его лицевой панели. При необходимости используйте описание прибора.  

    4.Изменяя величину тока I₀ с помощью потенциометра на лицевой панели ИФП в окне «ток лазерного диода, мА», произвести измерение ватт-амперной характеристики - зависимости абсолютного значения оптической мощности Р_аб от тока накачки I₀. Значение мощности Р_аб определять с помощью оптического тестера. Величину тока I₀ определять с помощью цифрового индикатора на лицевой панели в окне «ток лазерного диода, мА». Измерения проводить изменяя I₀ с шагом, который определяется преподавателем. Данные измерений занести в строки 1 и 2 таблицы 1. После окончания измерений выключить оптический тестер и повернуть ручку потенциометра регулировки I₀ в крайнее положение против часовой стрелки.

 

 

    Таблица 1. Результаты исследования ватт-амперной характеристики лазерного диода.

 

I0 (мА)
Раб (мВт)

        

    5.Отсоедините коннектор оптического шнура от входа ОТ (рис. Л1.1) и соедините его с оптическим входом 1 электронного блока «Фотоприемник» ФП (рис.Л1.2).

                                          Рис. Л1.2.

    6. Установите органы управления электронного блока «Фотоприемник» в исходное положение:

              -включите тумблер «сеть». При этом загорается его подсветка;

              -с помощью кнопочного переключателя «выбор ФД» в окне «оптический вход» включить первый фотодиод. При этом над его оптической розеткой загорается контрольный светодиод. Цифровые табло «Фототок» и «Напряжение смещения, В» при этом включаются. Цифровые табло «Оптическая мощность, отн.ед.» - выключены;

              -ручкой потенциометра «Напряжение смещения, В» установить по цифровому индикатору значение напряжения смещения равным U_см =3V;

              -проверить, что режим калибровки фотоприемника выключен – контрольный светодиод над кнопкой «Уст. нуля» в левой части лицевой панели не горит. В противном случае нажать на кнопку «Уст. нуля» и добится выключения контрольного светодиода;

              -с помощью кнопочного переключателя «Множитель» в левой части лицевой панели выбрать удобный предел измерений фототока по цифровому индикатору «Фототок». При этом загорается соответствующий контрольный светодиод.

    7.Произвести калибровку фотоприемника на выбранном пределе измерений фототока:

              -перейти в режим калибровки фотоприемника. Для этого нажать на кнопку «Уст. нуля» и добится включения контрольного светодиода;

              -с помощью потенциометра «>0<» добиться нулевых показаний на цифровом индикаторе «Фототок»;

              -повторно нажать на кнопку «Уст. нуля» и добится выключения контрольного светодиода. Прибор при этом переходит в режим измерения фототока.

    8.Изменяя величину тока I₀ с помощью потенциометра на лицевой панели ИФП в окне «ток лазерного диода, мА», произвести измерение зависимости  значения фототока I_ф от тока накачки I₀.

    Значение фототока I_ф определять по цифровому индикатору «Фототок» на лицевой панели ФП.

    В ходе измерений своевременно переключать пределы измерений фототока I_ф с помощью кнопочного переключателя «Множитель» на лицевой панели ФП. После каждого изменения предела небходимо выполнять калибровку фотоприемника в соответствии с пунктом 7.

    Величину тока I₀ определять с помощью цифрового индикатора на лицевой панели ИОС в окне «ток лазерного диода, мА».

    Измерения проводить изменяя I₀ с шагом, который определяется преподавателем.

    Данные измерений занести в строки 1 и 2 таблицы 2.

    После окончания измений повернуть ручку потенциометра регулировки I₀ на лицевой панели ИОС в крайнее положение против часовой стрелки.

 

 

    Таблица 2. Результаты исследования зависимости фототока от тока накачки лазерного диода.

 

I0 (мА)
Iф (мА)

 

    9.По экспериментальным данным таблиц 1 и 2 построить следующие графики зависимостей:

              -ватт-амперную характеристику лазерного диода – зависимость Р_аб (мВт) от I₀ (мА). На характеристике отметить величину порогового тока I_п(мА), значение которого соответствует началу генерации;

              -зависимость I_ф от I₀;

              -с помощью первых двух графиков построить зависимость фототока I_ф от уровня оптической мощности Р_аб. Электическая схема фотоприемника линейна, поэтому значения фототока прямопропорционально току фотодиода. Отметить линейность этой характеристики.

        

 

    Лабораторная работа №2. «Измерение вольт-амперной характеристики фотодиода  и уровня темнового тока».

    Цель работы:

    -измерение темнового тока фотодиода;

    -измерение вольт-амперной характеристики фотодиода.

 

Порядок выполнения работы.

     При выполнении работы используются следующие элементы установки:

    -электронный блок «Источник оптического сигнала» -ИОС;

    -оптический тестер с блоком питания от сети 220v/50Hz - ОТ;

    -электронный блок «Фотоприемник» -ФП;

    -соединительный одномодовый волоконный шнур FC/UPS-SM-3m- FC/UPS длиной 3 метра –ВШ.

    Внимание! Перед каждым использованием в измерениях волоконных шнуров необходимо снять защитные колпачки с их торцов. После окончания работы с волоконным шнуром обязательно установить на его торцы снятые защитные колпачки.

    Перед каждым использованием в измерениях оптического тестера необходимо отвернуть защитный колпачок с торца его коннектора и немедленно соединить его с коннектором волоконного шнура. После окончания измерения обязательно установить защитный колпачок на прежнее место.

    Перед каждым соединением волоконного шнура с оптическими розетками необходимо снять защитный колпачок с торца коннектора и немедленно соединить его с коннектором волоконного шнура. После окончания измерения обязательно установить защитный колпачок на прежнее место.

    1.Установите органы управления электронного блока «Источник оптического сигнала» ИОС в исходное положение:

              -ручки всех пяти потенциометров – в крайнее положение против часовой стрелки;

              -включить тумблер «сеть». При этом загорается его подсветка;

              -кнопочные переключатели «вкл.ОС», «модуляция», «дисперсия», «шум» – отжаты. При этом контрольные светододы над соответствующими кнопками не горят;

              -с помощью кнопочного переключателя «выбор источника» в окне «оптический выход» включить по указанию преподавателя один из лазеров, излучающих на длине волны 1,3 или 1,5 мкм. При этом над соответствующей оптической розеткой загорается контрольный светодиод.

    Данное положение органов управления электронного блока обеспечивает непрерывное немодулированное оптическое излучение на выбранном оптическом выходе. Его мощность регулируется потенциометром «I₀».

 

    2.С помощью одномодового (желтый цвет защитной оболочки) оптического шнура с коннекторами типа FC соедините оптический выход электронного блока ИОС со входом оптического тестера ОТ (рис.Л2.1).

 

 

                                          Рис. Л2.1.

 

    3. Включите оптический тестер и переведите его в режим измерения абсолютных значений мощности  нажимая кнопку mvt, dbm, db на его лицевой панели. Установите тестер в режим измерений на выбранной длине волны, нажимая кнопку λ на его лицевой панели. При необходимости используйте описание прибора.  

    4.Изменяя величину тока I₀ с помощью потенциометра на лицевой панели ИОС в окне «ток лазерного диода, мА», установить по указанию преподавателя значение оптической мощности на выходе ИОС. После этого значение оптической мощности не изменять.

    5.Отсоедините коннектор оптического шнура от входа ОТ (рис. Л2.1) и соедините его с оптическим входом 1 электронного блока «Фотоприемник» ФП (рис.Л2.2).

                                          Рис. Л2.2.

    6. Установите органы управления электронного блока «Фотоприемник» в исходное положение:

              -включите тумблер «сеть». При этом загорается его подсветка;

              -с помощью кнопочного переключателя «выбор ФД» в окне «оптический вход» включить первый фотодиод. При этом над его оптической розеткой загорается контрольный светодиод. Цифровые табло «Фототок» и «Напряжение смещения, В» при этом включаются. Цифровые табло «Оптическая мощность, отн.ед.» - выключены;

              -ручку потенциометра «Напряжение смещения, В» установить в крайнее против часовой стрелки положение, что соответствует минимальной величине напряжения смещения;

              -проверить, что режим калибровки фотоприемника выключен – контрольный светодиод над кнопкой «Уст. нуля» в левой части лицевой панели не горит. В противном случае нажать на кнопку «Уст. нуля» и добится выключения контрольного светодиода;

              -с помощью кнопочного переключателя «Множитель» в левой части лицевой панели выбрать удобный предел измерений фототока по цифровому индикатору «Фототок». При этом загорается соответствующий контрольный светодиод.

    7.Произвести калибровку фотоприемника на выбранном пределе измерений фототока:

              -перейти в режим калибровки фотоприемника. Для этого нажать на кнопку «Уст. нуля» и добится включения контрольного светодиода;

              -с помощью потенциометра «>0<» добиться нулевых показаний на цифровом индикаторе «Фототок»;

              -повторно нажать на кнопку «Уст. нуля» и добится выключения контрольного светодиода. Прибор при этом переходит в режим измерения фототока.

    8.Изменяя величину напряжения смещения U_см с помощью потенциометра на лицевой панели ФП произвести измерение зависимости значения фототока I_ф от U_см. Измерения проводить изменяя U_см с шагом, который определяется преподавателем.

    Значение напряжения смещения U_см определять по цифровому индикатору «Напряжение смещения, В» на лицевой панели ФП.

    Значение фототока I_ф определять по цифровому индикатору «Фототок» на лицевой панели ФП.

    В ходе измерений своевременно переключать пределы измерений фототока I_ф с помощью кнопочного переключателя «Множитель» на лицевой панели ФП. После каждого изменения предела небходимо выполнять калибровку фотоприемника в соответствии с пунктом 7.

    Данные измерений занести в строки 1 и 2 таблицы1.

 

    Таблица 2. Результаты исследования зависимости фототока от напряжения смещения. Р_аб=

 

Uсм (V)
Iф (мА)

    После окончания измений повернуть ручку потенциометра регулировки I₀ на лицевой панели ИОС в крайнее положение против часовой стрелки.

    9.Повторить измерение значения фототока I_ф от U_см для других значений оптической мощности. Для этого повторить операции, предусмотренные пунктами 2-8.

    10.Првести измерение темнового тока фотодиода I_т и его зависимость от U_см. Для этого:

              -отсоединить волоконный шнур от оптической розетки 1 на лицевой панели ФП;

              -закрыть заглушкой входной торец оптической розетки 1 на лицевой панели ФП. Этим обеспечивается отсутствие оптической мощности на ФД1;

              -повторить операции, предусмотренные пунктом 8.

    11.По экспериментальным данным таблицы 1 построить следующие графики зависимостей:

              -вольт-амперную характеристику фотодиода – зависимость I_ф от U_см для различных значений Р_аб (включая зависимость темнового тока);

              -с этих экспериментальных графиков построить зависимость фототока I_ф от уровня оптической мощности Р_аб для нескольких значений напряжения смещения U_см (по указанию преподавателя);

              -по зависимостям I_ф(Р_аб) вычислить значение спектральной чувствительности фотодиода

        S(А/Вт)={( I _ф ) _max - ( I _ф ) _max}/){( P_аб) _max - ( Р _аб ) _max}.

Здесь: ( I _ф ) _max, ( I _ф ) _max и ( P_аб) _max, ( Р _аб ) _max значения фототока и мощности, соответствующие началу и окончанию линейного участка зависимости I_ф(Р_аб)