Цель данной работы – экспериментальное исследование характеристик как оптической линии связи (ОЛС) в целом (частотная характеристика и нелинейные искажения), так и основного ее элемента – электрооптического модулятора (модуляционная характеристика, выбор рабочей точки), а также сравнение результатов полученных экспериментальным путем с результатами полученным расчетом. Для этого предполагается проводить исследование характеристик ОЛС и ее компонентов по следующей программе:
1. Аналитический расчет и построение статической модуляционной характеристики модулятора.
2. Экспериментальное получение модуляционной характеристики модулятора. Сравнение расчетной и экспериментальной кривой.
3. Выбор рабочего участка модулятора по кривым модуляционной характеристики, полученной в пункте 2.
4. Определение рабочего участка модулятора по минимуму нелинейных искажений, вносимых им в ОЛС. Сравнение результатов аналитического и экспериментального поиска рабочего участка.
5. Субъективная оценка качества передачи речевых сигналов по ОЛС.
Далее указывается более подробная методика проведения
эксперимента по каждому пункту.
1. Расчет модуляционной характеристики модулятора Model 13.
Зависимость между интенсивностью потока излучения на выходе
Модулятора и постоянным напряжением смещения, приложенными к модулятору, называется статической модуляционной характеристикой модулятора.
Эта характеристика, представленная в общем виде
где no - показатель преломления кристалла,
r22 - электрооптический коэффициент,
u - электрическое напряжение,
l - длина кристалла,
d - толщина кристалла
не совсем пригодна для практических расчетов, т.к. требует значительной априорной информации о кристалле (no, r22, l, d), а экспериментальные измерения этих параметров довольно сложные. Гораздо более проще эта характеристика может быть представлена с использованием понятия полуволнового напряжения модулятора 
.
В этом случае можно записать модуляционную характеристику в относительных единицах.
Параметр определяет величину рабочих напряжений модулятора и указывается в его паспорте. Для данного модулятора Model 13 = 97 В. Поэтому задавая значения u можно рассчитать модуляционную характеристику модулятора.
Вычислите аналитическую модуляционную характеристику с помощью этой зависимости, задаваясь величиной напряжения u в диапазоне от ноля до 100 вольт с шагом 15 вольт. Результаты вычислений можно представить в виде графика.
2.Экспериментальное определение модуляционной характеристики модулятора.
а) Собрать установку по следующей схеме
|
 |
Рис. 6
б) Вращая ручку «BIAS ADJ» драйвера модулятора 5 и меняя тем самым величину постоянного напряжения смещения подаваемого на модулятор 4, добиться минимального сигнала, используя вольтметр 14. Записать показания вольтметра 14 и вольтметра драйвера 12, соответствующие данной точке. Затем, изменяя величину подаваемого смещения определить максимальные показания вольтметра. Записать показания микроамперметра 14 и вольтметра 12 для данной точки. Вычитая первое значение показаний вольтметра из второго определить значение полуволнового напряжения данного модулятора и сравнить с паспортным значением.
в) Установить напряжение смещения соответствующее минимуму пропускания модулятора и определить промежуточные точки модуляционной характеристики путем ступенчатого увеличения напряжения смещения с шагом 15 в и фиксации показаний вольтметра после каждого изменения напряжения смещения.
г) Построить по точкам экспериментальную модуляционную кривую и сравнить ее с расчетной.
3.Определить на кривой построенной в пункте 2 рабочий участок, так чтобы отклонение от линейности на нем не превышали 5%.
4.Экспериментальное определение рабочего участка модуляционной характеристики по минимум нелинейных искажений.
а) собрать установку по схеме рис. 7.
|
 |
Рис. 7
б) Вращая ручку «BIAS ADJ» драйвера модулятора 5 установить смещение, соответствующее началу модуляционной кривой и подать на вход драйвера модулятора 5 сигнал с звукового генератора 13 с частотой 1000 Гц. Подключив на выход фотоприемника осциллограф 9, зарисовать форму принимаемого сигнала (можно сохранить снимок экрана в памяти осцилографа). Переключив осциллограф в режим спектроанализатора, изучить спектр выходного сигнала ОЛС для данной точки модуляционной характеристики. Замерить амплитуду гармоник относительно амплитуды основной частоты и вычислить коэффициент нелинейных искажений для данной точки по формуле
в) Изменить напряжение смещения на 1/2 и зарисовать форму сигнала и вычислить коэффициент нелинейных искажений.
г) Изменить напряжение смещения на относительно напряжения в пункте 4б. Зарисовать форму сигнала и вычислить коэффициент нелинейных искажений.
д) По вычислительным элементам коэффициента выбрать рабочую точку модулятора.
е) Установив смещение на модуляторе 1/2 , повышая амплитуду переменного напряжения подаваемого на модулятор определить
коэффициент нелинейных искажений в случае uг = 0,1 , 0,25 ,
0,5 .
Пропускная способность непрерывного канала, как известно, может быть записана как
,
откуда видно, что решающую роль в увеличении количества пропускаемой по каналу информации играет его полоса пропускания и соотношение сигнал/шум, которое также определяется полосой пропускания. Теоретически полоса пропускания ОЛС может доходить до величины 10 ГГц. Но практически получение полосы пропускания в ОЛС в сотни Мегагерц сопряжено со значительными трудностями из-за несовершенства применяемых компонентов. В общем случае полоса пропускания ОЛС определяется ее наиболее инерционным узкополосным элементом. В зависимости от конкретных физических реализаций устройств и диапазона используемого излучения полоса пропускания может определяться типом используемого модулятора, атмосферными и фоновыми помехами, видом фотоприемника и последующими схемами электронной обработки. Используемый в макете модулятор имеет полосу пропускания до 1 ГГц, используемый электронный усилитель фотоприемника пропускают сигналы с полосой до 50 МГц, а драйвер модулятора – 15 МГц, частотная характеристика фотоприемника имеет спад на частоте 1-2 ГГц. Поэтому определяющим элементом будет являться драйвер модулятора.
5.Субъективная оценка качества передаваемого по ОЛС речевого сигнала.
При использовании ОЛС например, в малогабаритных поративных речевых системах небольшой дальности решающую роль играет субъективный показатель качества ее работы – разборчивость принимаемых слов. Для качественной оценки этого показателя соберем следующую схему:
|
 |
Рис. 8
Произнося в микрофон отдельные звуки, буквы и фразы можно субъективно определить качество работы ОЛС.
П Р А В И Л А
ТЕХРИКИ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ С МАКЕТОМ ОПТИЧЕСКОЙ ЛИНИИ СВЯЗИ
1. Прежде чем приступить к работе внимательно и полностью знакомиться с содержанием описания лабораторной работы.
2. Не трогать, не включать и не выключать без разрешения руководителя занятий или лаборанта рубильники, тумблеры или вилки приборов.
3. Выполнение лабораторной работы ведется в соответствии с описанием; включение и выключение установки производится только в указанной последовательности.
4. Перед началом работы каждого студента на лабораторной установке необходимо, чтобы лаборант проверил ее техническое состояние и исправность.
5. По окончании экспериментальной части работы, доложить об этом руководителю или лаборанту и выключить установку с их разрешения.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. В чем заключаются основные отличительные особенности оптических систем связи?
2. Назовите основные причины возникновения нелинейных искажений при передаче сигналов лазерными линиями связи.
3. Каковы преимущества и недостатки гетеродинного метода приема оптических сигналов по сравнению с методом прямого фотодетектирования.
4. Как определяется временной спектр гармонического сигнала, продемонстрируйте на имеющейся аппаратуре.
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. А.Г. Шереметьев, Р.П. Толпорев. Лазерная оптика, М, Связь. 1972г.
2. В. Пратт. Лазерные системы связи. М., Связь. 1972г.
3. ТИИЭР, т. 58, 1970, № 10. Оптическая связь.
4. Е.Р. Мустель, Парыгин. Методы модуляции и сканирования света. М., Наука, 1970г.
Лабораторная работа рассмотрена и утверждена на заседании кафедры «Лазерные и оптико-электронные системы».
Описание составили:
Д.т.н., профессор КАРАСИК В.Е.
Вед. инж. САХАРОВ А.А.
