Współczynnik załamania ćw 4 - Wyższa Szkoła Biznesu w Dąbrowie
Transkrypt
Współczynnik załamania ćw 4 - Wyższa Szkoła Biznesu w Dąbrowie
WYŻSZA SZKOŁA BIZNESU W DĄBROWIE GÓRNICZEJ WYDZIAŁ ZARZĄDZANIA INFORMATYKI I NAUK SPOŁECZNYCH Instrukcja do laboratorium z przedmiotu: Nowoczesne sieci komputerowe Instrukcja nr 4 Dąbrowa Górnicza, 2010 Cwiczenia laboratoryjne przygotowane na podstawiemateriałów Industrial Fiber Optics Ćwiczenie IV. Współczynnik załamania w połączeniach światłowodów Opis Najczęściej spotykaną metodą redukcji strat spowodowanych przesunięciem rdzeni jest minimalizowanie odległości między światłowodami. Nie zapobiega to jednak powstawaniu strat w linii przesyłowej. W złączach rozłączalnych miedzy czołami łączonych światłowodów powstaje szczelina, przez co światło napotyka dwa skoki współczynnika załamania – odbicia Fresnela. Rysunek IV-1 Odbicia Fresnela Im większa jest różnica współczynników załamania obu ośrodków, tym więcej energii optycznej jest odbijane z powrotem do ośrodka z którego wychodzi światło. Dla jednakowo spolaryzowanego światła którego kąt padania na granicę ośrodków jest bliski 90O, równanie opisujące zjawisko odbicia Fresnela jest następujące: % − + Gdzie nl – rdzeń światłowodu, nw – ośrodek wypełniający przerwę miedzy czołami światłowodów Gdy nw=1 (powietrze), a nl=1.46 (szkło kwarcowe) a=0.31 dB. Straty te redukuje się tworząc mikroskopijną szczelinę pomiędzy czoła światłowodów i wprowadzając w nią ciecz immersyjną o współczynniku załamania bliskim współczynnikowi załamania materiału rdzenia światłowodu. W połączeniach światłowodowych występują dwa odbicia Fresnela. Pierwsze przy przechodzeniu światła z pierwszego odcinka do przerwy powietrznej, drugie przy przechodzeniu światła z przerwy powietrznej do drugiego odcinka. Przy założeniu niewielkich strat, współczynnik strat dla łącza można wyliczyć mnożąc przez dwa wyliczony współczynnik ϕ. Jednak w bardziej złożonych przypadkach, szczególnie przy wielu złączach, bardziej adekwatnym sposobem jest wyliczenie według wzoru: =1− 1 1 − % Gdzie N – liczba połączeń, ϕ% - współczynnik Fresnela Materiały Czerwona dioda LED (IF-E96-niebieska z różową plamką) Fototranzystor LPT80A Dwa odcinki światłowodu o długości 1 i 2 metry połączone złączem tulejowym Podczerwona dioda LED (IF-E91C-niebieska z mosiężną plamką) Opornik 390 Ω Woda lub gliceryna Multimetr Źródło napięcia o z możliwością regulacji Płytka stykowa Cwiczenia laboratoryjne przygotowane na podstawiemateriałów Industrial Fiber Optics Procedura #1: Dopasowanie współczynnika załamania 1. 2. 3. 4. 5. Wykonaj obwód elektryczny według schematu pokazanego na rysunku IV-2 używając czerwonej diody LED. Ustaw zakres pomiarowy multimetru na 2 mA. Diodę LED i fototranzystor połącz kablem światłowodowym z połączeniem tulejowym. Włącz zasilanie ustawiając napięcie zasilania +5 V DC. Wykonaj 10 pomiarów natężenia prądu fototranzystora za każdym razem obracając światłowód w złączce o 90o. Wylicz wartość średnią z przeprowadzonych pomiarów oraz odchylenie standardowe σ według wzoru: ∑ x − x σ = n gdzie xi to kolejne wartości pomiaru, ̅ to wartość średnia, n to liczba pomiarów. Wpisz wyliczone wartości w tabeli IV-1. Rysunek IV-2 Obwód testowy do pomiaru natężenia prądu fototranzystora z użyciem złącza światłowodowego. 6. Wyłącz zasilanie. Tabela IV-1 Pomiar prądu fototranzystora Dioda LED czerwona Izłączka σ Iredukcja współczynnika σ podczerwona 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. Wyłącz zasilanie. Wyjmij czerwoną diodę LED z płytki stykowej i zastąp ją diodą podczerwoną. Zamocuj światłowód w obudowie diody. Włącz zasilanie. Wykonaj 10 pomiarów natężenia prądu fototranzystora za każdym razem obracając światłowód w złączce o 90o. Wylicz wartość średnią z przeprowadzonych pomiarów oraz odchylenie standardowe σ tak jak w punkcie 5. Zapisz wyniki w tabeli IV-1. Wyjmij jeden koniec kabla ze złączki tulejowej. Umieść kroplę gliceryny w centralnym punkcie rdzenia światłowodu i umieść koniec światłowodu w połączeniu tulejowym. Wykonaj 10 pomiarów natężenia prądu fototranzystora za każdym razem obracając światłowód w złączce o 90o. Wylicz wartość średnią z przeprowadzonych pomiarów oraz odchylenie standardowe σ tak jak w punkcie 5. Zapisz wyniki w tabeli IV-1. Wyłącz zasilanie. Wyjmij podczerwoną diodę LED z płytki stykowej i zastąp ją diodą czerwoną. Zamocuj światłowód w obudowie diody. Wykonaj 10 pomiarów natężenia prądu fototranzystora za każdym razem obracając światłowód w złączce o 90o. Wylicz wartość średnią z przeprowadzonych pomiarów oraz odchylenie standardowe σ tak jak w punkcie 5. Zapisz wyniki w tabeli IV-1. Wyłącz zasilanie i multimetr. Rozmontuj układ pomiarowy i schowaj elementy do odpowiednich pojemników. Opracowanie wyników Cwiczenia laboratoryjne przygotowane na podstawiemateriałów Industrial Fiber Optics Przepisz dane z tabeli IV-1 do tabeli IV-2 i wylicz procentowy wzrost mocy sygnału. IV-2 Porównanie transmisji przy zastosowaniu redukcji współczynnika załamania Dioda LED czerwona Izłączka Iredukcja współczynnika %wzrost podczerwona Wylicz wielkość współczynnika odbicia Fresnela przyjmując współczynnik odbicia dla rdzenia 1,49 oraz dla powietrza 1,00 używając wzorów podanych w opisie ćwiczenia. Cwiczenia laboratoryjne przygotowane na podstawiemateriałów Industrial Fiber Optics Fotodioda 1. Anoda 2. Katoda Fototranzystor 1. Emiter 2. Kolektor Fotodarlington 1. Emiter 2. Kolektor Typowy opornik Wzmacniacz operacyjny LM741 Inwertery 74LS05oraz 4096 Cwiczenia laboratoryjne przygotowane na podstawiemateriałów Industrial Fiber Optics