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 了解光隔离器的工作原理及基本结构； 利用法拉第效应，搭建自组光隔离器； 测量自组光隔离器的正向插入损耗； 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： 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） 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： 正向插入损耗测试 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。 反向隔离度测试 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