Optyczny przełącznik światłowodowy MEMS
Transkrypt
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