Optyczny przełącznik światłowodowy MEMS

MIKROSYSTEMY - laboratorium
Ćwiczenie 5
Optyczny przełącznik światłowodowy MEMS
Zadania i cel ćwiczenia.
W ćwiczeniu zostaną określone parametry optycznego przełącznika światłowodowego
MEMS OSW12-633-SM - Vis MEMS 1x2 Switch, 633 nm, SMF (dokumentacja
przełącznika dostępna na www.thorlabs.com).
Celem ćwiczenia jest wyznaczenie parametrów elektrycznych optycznego przełącznika
światłowodowego MEMS, a w szczególności: wyznaczenie minimalnego napięcia polaryzacji
przełącznika, wyznaczenie częstotliwości granicznej pracy przełącznika, wyznaczenie
parametrów sygnału wyjściowego: czas narastania, czas opadania, opóźnienie sygnału.
Opis stanowiska.
Rys. 1. Schemat stanowiska pomiarowego
Stanowisko pomiarowe składa się z następujących elementów (Rys. 1):
1. optyczny przełącznik światłowodowy MEMS,
2. elektroniczny obwód sterujący i zasilający,
3. monochromatyczne źródło światła i sprzęgacz światłowodowy,
4. oscyloskop cyfrowy,
5. generator funkcyjny.
UWAGA:
Na stanowisku znajdują się bardzo precyzyjne i delikatne elementy. Całkowita
wartość stanowiska oszacowana jest na 2 500 Eur.
Zwracać szczególną ostrożność na światłowody: nie zginać, nie przemieszczać.
O wszystkich niezgodnościach powiadamiać prowadzącego.
________________________________________________________________________
www.memslab.pl
1
Przebieg ćwiczenia.
Przygotowanie stanowiska do pomiarów:
1. włączyć oscyloskop cyfrowy,
2. włączyć generator funkcyjny; przyciskiem WAVEFORM ustawić sygnał wyjściowy
na prostokąt, operując przyciskami FREQ BAND oraz pokrętłem FINE ustawić
częstotliwość na 100 Hz, operując pokrętłem Range ustawić wartość napięcia
wyjściowego na 5,0 V,
UWAGA:
Wyświetlanie wartości na generatorze następuje z opóźnieniem, dlatego nastawy,
szczególnie napięcia sygnału wyjściowego należy robić powoli.
Nie przekraczać napięcia 5.0 V sygnału wyjściowego.
3. ustawianie parametrów sygnału pobudzającego z generatora funkcyjnego:
a. na oscyloskopie wyłączyć kanał 2 dwukrotnie naciskając klawisz „CH2” lub
do momentu aż przestanie być podświetlony; na ekranie oscyloskopu powinien
być widoczny jedynie przebieg sygnału na kanale 1 oscyloskopu – dobrać
odpowiednią stałą czasową (horizontal) oraz podziałkę napięciową (vertical)
oscyloskopu,
b. jednokrotnie nacisnąć klawisz „CH1” – działanie to powinno wywołać po
prawej stronie ekranu MENU,
c. wcisnąć klawiszem MENU funkcję Coupling i ustawić na GND – zapamiętać
poziom GND,
d. wcisnąć klawiszem MENU funkcję Coupling i ustawić na DC – pokrętłem
DC Level na generatorze funkcyjnym przesunąć prostokątny sygnał wyjściowy
tak, aby poziom niski tego sygnału znajdował się na poziomie GND,
4. włączyć kanał 2 oscyloskopu jednokrotnie naciskając klawisz „CH2”; dobrać
odpowiednią napięciową (vertical) oscyloskopu,
Wyznaczenie parametrów elektrycznych optycznego przełącznika światłowodowego:
1. Wyznaczanie minimalnego napięcia sygnału pobudzającego:
Zmieniać wartość napięcia sygnał pobudzającego pokrętłem Range na generatorze
funkcyjnym do momentu, aż zaniknie sygnał wyjściowy; następnie zwiększyć wartość
napięcia sygnał pobudzającego do minimalnej wartości dla której widoczny jest
stabilny sygnał wyjściowy – zanotować wartość minimalnego napięcia prostokątnego
sygnału pobudzającego.
2. Wyznaczanie
granicznej
częstotliwości
pracy
optycznego
przełącznika
światłowodowego oraz parametrów czasowych sygnału wyjściowego dla wybranego
napięcia zasilania:
Pokrętłem Range na generatorze funkcyjnym ustawić wartość napięcia prostokątnego
sygnału pobudzającego na 3,3 V.
________________________________________________________________________
www.memslab.pl
2
a. Wyznaczyć graniczną częstotliwość pracy optycznego przełącznika
światłowodowego MEMS – operując przyciskami FREQ BAND oraz
pokrętłem FINE na generatorze funkcyjnym, ustawić częstotliwość graniczną
pracy. Graniczna częstotliwość pracy osiągnięta zostaje w momencie
zmniejszania się amplitudy sygnału wyjściowego.
b. Dla wyznaczonej granicznej częstotliwości pracy optycznego przełącznika
światłowodowego MEMS, wykorzystując możliwości oscyloskopu cyfrowego,
to jest funkcji kursorów (przycisk Cursors, opcje menu kursorów: Mode:
manual, Type: Time (pomiar czasu, częstotliwości), Type: Voltage (pomiar
napieć), Source: wybór przebiegów z kanału CH1 lub CH2 na którym
dokonywane będzie pomiar kursorami, CurA: wybór kursora A, CurB: wybór
kursora B), wyznaczyć:
i. czas narastania sygnału wyjściowego, mierzony pomiędzy wartościami
10% i 90% amplitudy sygnału wyjściowego,
ii. czas opadania sygnału wyjściowego, mierzony pomiędzy wartościami
90% i 10% amplitudy sygnału wyjściowego,
iii. opóźnienie sygnału wyjściowego w stosunku do prostokątnego sygnału
pobudzającego:
- na zboczu narastającym sygnału wyjściowego, mierzone w połowie
amplitudy sygnału wyjściowego,
- na zboczu opadającym sygnału wyjściowego, mierzone w połowie
amplitudy sygnału wyjściowego.
Uwaga: sygnał wyjściowy jest odwrócony w stosunku do prostokątnego
sygnału pobudzającego. Sygnałem odniesienia jest sygnał wyjściowy. Dlatego
też, opóźnienie sygnału mierzone powinno być pomiędzy zboczem
narastającym sygnału wyjściowego a poprzedzającym go zboczem opadającym
prostokątnego sygnału pobudzającego oraz pomiędzy zboczem opadającym
sygnału wyjściowego a poprzedzającym go zboczem narastającym
prostokątnego sygnału pobudzającego.
c. W kolejności, operując przyciskami FREQ BAND oraz pokrętłem FINE na
generatorze funkcyjnym, ustawić częstotliwośc sygnału pobudzającego na
1 kHz oraz 100 Hz. Dla każdej nastawy częstotliwości parametry czasowe
sygnału wyjściowego.
Po zakończonych pomiarach zmienić pokrętłem Range na generatorze funkcyjnym
ustawić wartość napięcia prostokątnego sygnału pobudzającego na 5,0 V i powtórzyć
cykl pomiarowy pisany w punktach od 2a do 2c.
________________________________________________________________________
www.memslab.pl
3
Opracowanie wyników:
Otrzymane wyniki zestawić w tabelach lub/i wykresach. Parametrami grupującymi powinny
być: napięcia zasilania (napięcie prostokątnego sygnału pobudzającego) oraz częstotliwość
pracy.
Zagadnienia do samodzielnego przygotowania:
1. Przełączniki optyczne MEMS – przykłady konstrukcji, wyjaśnienie sposobu
kierowania wiązki światła, sposobu aktuacji mechanicznej.
2. Podać przykłady sprzętu, w którym optyczne przełączniki światłowodowe mają
zastosowanie: przykład sprzętu rozumiany jako konkretny model, realizowane przez
niego funkcje.
3. Parametry światłowodów: podać wymiary rdzenia i płaszcza światłowodu jedno- oraz
wielomodowego.
4. Widmo światła widzialnego – wskazać zakres widmowy dla światła widzialnego oraz
przypisać kolor dla danego zakresu długości fali elektromagnetycznej.
5. Obróbka sygnałów - wyjaśnić, w jaki sposób wyznacza się parametry: czas narastania
sygnału, czas opadania sygnału, opóźnienie sygnału.
________________________________________________________________________
www.memslab.pl
4