RELAZIONE LABORATORIO DI FIBRE OTTICHE

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1 RELAZIONE LABORATORIO DI FIBRE OTTICHE 1.1 DATA: 20 maggio COMPOSIZIONE DEL GRUPPO: CALIFANO Alessio Pagina 1

2 1.3 STRUMENTI UTILIZZATI: Strumento Marca e modello Caratteristiche Laser Diode Controller Lightwave multimeter Laser Fusion Splicers Fiber Optic Equipment Fiber Cleaver ILX LIGHT WAVE LDC3744B AGILENT 8163A Lucent Technologies D2555G Alcoa Fujikura FSM 40S Fujikura CT 07BS 1.4 DESCRIZIONE SINTETICA DEGLI OBIETTIVI Gli obiettivi dell esperienza di laboratorio sono: High Stability, Low Noise Laser Current Source Operating in Constant Power or Constant Current Modes Analog Modulation Capability to 1 MHz 4 Wire Laser Forward Voltage Measurement and Adjustable Voltage Limit Temperature Stability ± 0,004 C Graphical display 190 x 300 points visible, monochrome Display resolution: 0,0001 db/dbm, 0,01 pw to 10 pw up to 6 ½ digits Operating temperature 0 C 45 C Lunghezza d onda centrale: 1550 nm Peak Power: 2 Dispersion Performance: 3000 ps/nm (170 km) Splice loss: 0,02 db for SM Fiber Splice sleeve compatibility: both 40 mm to 60 mm sleeves as well as micro sleeves Operating temperature: 10 C 50 C It has two v grooves, one for 250 micron o.d. coating over 125 micron bare fiber, and the other is for 900 micron o.d. coating over 125 micron bare fiber. This cleaver delivers consistent splices of less than 0.5 db loss. caratterizzazione di un laser a semiconduttore, al variare della temperatura e della corrente di pilotaggio; creazione di un cavo in fibra ottica tramite fusion splice e misura delle relative prestazioni. 2. SCHEMA A BLOCCHI Lo schema a blocchi si compone di: LASER DIODE CONTROLLER: è un apparecchiatura che permette di pilotare il laser in corrente e in temperatura. Questo avviene tramite una manopola che consente di impostare i parametri di corrente e temperatura, a seconda del tasto selezionato: o TEC abilita l inserimento della temperatura operativa; o LASER abilita l inserimento della corrente operativa. Pagina 2

3 LASER: è una sorgente ottica in grado di generare una radiazione elettromagnetica alla lunghezza d onda centrale di 1550 nm. È un dispositivo a semiconduttore caratterizzato da una banda ottica di emissione stretta di circa 0,01 nm attorno alla lunghezza d onda centrale. SONDA: è un dispositivo formato da un fotorilevatore in grado di ricevere la potenza ottica della radiazione elettromagnetica ed emettere una corrente proporzionale ad essa. LIGHTWAVE MULTIMETER: è un apparecchiatura che rileva la corrente elettrica fornita dalla sonda, restituendo in uscita sul display il valore corrispondente di potenza ottica. 3. MISURE E RISULTATI L obiettivo è quello di tracciare la caratteristica P I del laser a semiconduttore per valori di temperatura e corrente variabili. Si considera un passo di variazione della temperatura di 4 C, all interno del range [20 40] C. Per ciascuno di questi valori di temperatura s impostano valori di corrente di pilotaggio del laser, variabili all interno del range [0 60], con passo di 4. Per impostare il valore di temperatura della misura si attiva il comando TEC della sezione di ADJUST che permette, tramite la manopola, di variare la temperatura visualizzata sul display che andrà a pilotare il laser. Dopo quest operazione si passa ad impostare il valore di corrente di pilotaggio, attivando il comando LASER. Tramite la manopola di ADJUST è, infatti, possibile variare la corrente visualizzata sul display. A questo punto, attivando le sezioni TEC e LASER tramite il comando ON di ogni sezione, per ogni coppia di valori temperatura corrente, si acquisisce la misura della potenza ottica. È quindi possibile tracciare la caratteristica P I del laser. Osservando la caratteristica si evince che, raggiunto un certo valore di corrente, detto corrente di soglia I th, il laser passa in conduzione e la potenza cresce linearmente all aumentare della corrente. Per stimare con maggior precisione la corrente di soglia del laser si è diminuito il passo d incremento della corrente di pilotaggio, nella zona di passaggio dalla condizione di sottosoglia (non conduzione) a quella di soprasoglia (conduzione). Il comando ON deve essere disattivato ogni qual volta si debba modificare un valore di corrente o temperatura di pilotaggio del laser. Pagina 3

4 Tutti i dati acquisiti sono riportati di seguito: T = 20 C T = 24 C T = 28 C T = 32 C T = 36 C T = 40 C I [] P [] I [] P [] I [] P[] I [] P [] I [] P [] I [] P [] 0 0,00 0 0,00 0 0,00 0 0,00 0 0,00 0 0,00 4 0,77 4 0,37 4 0,32 4 0,28 4 0,25 4 0,22 6 1,24 6 1,03 8 1,79 8 1,46 8 1,21 8 1,00 7 1,88 7 1,55 9 2,44 9 1, , ,61 8 2,75 8 2, , , , ,75 9 5,97 9 3, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , Pagina 4

5 Si riporta ora il grafico relativo alle varie caratteristiche P I del laser al variare della temperatura: Per ciascuna delle caratteristiche riportate nel grafico, si ricava l efficienza del laser tramite il calcolo del coefficiente angolare η della caratteristica P I, per I > I th. In formule: η i = P i+1 P i 1 η i, I i+1 I i n i lin dove con n lin è stato indicato il numero di valori compresi nell intervallo di linearità del laser. Di seguito si riportano i valori di η per le varie temperature, calcolate come media degli η i : I. T = 20 C II. T = 24 C ,5 + 27, , ,5 + 27,5 + 27, Calcolato a partire da I = 24 ; 25,9 + 27, ,5 + 27,5 + 27,5 + 27, , Calcolato a partire da I = 20 ; = 0,028 = 0,026 Pagina 5

6 III. T = 28 C IV. T = 32 C V. T = 36 C VI. T = 40 C 22, , ,3+ 22,3 11 Calcolato a partire da I = 20 ; 23,5 + 22, , , ,5 + 22,5 + 22,5 10 Calcolato a partire da I = 24 ; 22,5 + 22,5 + 22,5 + 22, ,5 + 22, Calcolato a partire da I = 28 ; ,5 8 Calcolato a partire da I = 32. = 0,020 = 0,025 = 0,022 = 0,023 Come si vede dai risultati ottenuti l efficienza ha una forte dipendenza dalla temperatura. Questo si può spiegare col fatto che all aumentare della temperatura, sul grafico, la soglia si sposta verso destra e quindi il laser richiede una maggiore corrente per passare nella zona di conduzione. Come si evince dal grafico, la pendenza della retta soprasoglia diminuisce all aumentare della temperatura. Quindi l efficienza, essendo legata al coefficiente angolare della retta, diminuisce proporzionalmente. Il secondo obiettivo dell esperienza è quello di creare una fusion splice tra i capi di due fibre e calcolarne l attenuazione introdotta. Inizialmente si prende un cavo in fibra ottica e con esso si esegue il collegamento tra laser e sonda. In questo modo, impostando la temperatura a 25 C e la corrente a 36, si misura la potenza ottica ricevuta dalla sonda P 0 = 670. In seguito si taglia a metà la fibra ottica così da poterla giuntare a fusione e misurare le sue prestazioni rispetto alla fibra ottica integra di partenza. La splice a fusione si effettua utilizzando uno strumento che al suo interno presenta un arco elettrico che tramite una scintilla fonde insieme le due fibre ottiche. Inizialmente si rimuove, per circa 1,5 cm, il rivestimento protettivo dalle estremità da giuntare che vengono in seguito pulite con alcool, in modo da togliere residui di plastica e polvere. Le estremità del cavo in fibra ottica vengono poi tagliate con il fiber cleaver che assicura tagli perpendicolari rispetto all asse della fibra ottica. La fase successiva prevede l inserimento delle estremità delle due fibre ottiche da giuntare all interno del Fusion Splicers Fiber Optic Equipment, perpendicolarmente all asse dell arco elettrico. Le due estremità della fibra vengono ispezionate attraverso un dispositivo che mostra sul display se le fibre sono correttamente allineate e preparate alla fusione. Se la procedura, accompagnata inoltre Pagina 6

7 da un tentativo di allineamento automatico, non avviene in modo corretto, il dispositivo fornisce un segnale acustico e un messaggio di errore. Se non si presentano errori, dopo l allineamento automatico, viene scoccata la scintilla tra le due punte dell arco elettrico e le due fibre ottiche vengono fuse insieme. Sul display al termine dell operazione viene mostrata l attenuazione presunta della splice tramite un raffronto con altre splice contenute nella memoria dello strumento. Questa previsione però non è accurata e per valutare l effettiva attenuazione si deve rapportare la potenza ricevuta con la splice P splice con quella ricevuta con la fibra integra P 0. Sono state eseguite quattro misure su quattro splice differenti per far notare come sia difficile ottenere attenuazioni uguali. Tutte le misure e i calcoli effettuati sono riportati di seguito: Misura 1 Misura 2 Misura 3 Misura 4 Attenuazione fornita dallo strumento 0,12 db 0,09 db 0,04 db 0,08 db Potenza ricevuta splice Attenuazione calcolata 0,2 db 0,267 db 0,13 db 0,13 db Per ricavare l attenuazione riportata in tabella si è utilizzata la formula: α db =10 log 10 P splice P 0 4. CONCLUSIONI Gli obiettivi preposti sono stati raggiunti e si è potuto verificare il corretto comportamento del laser, rispetto a quanto previsto dalla teoria. Riassumiamo in breve i risultati ottenuti: I. l efficienza del laser, che misura l andamento della potenza emessa in funzione della corrente di pilotaggio, diminuisce all aumentare della temperatura impostata; II. l applicazione di una splice a fusione comporta un peggioramento nelle prestazioni della fibra ottica, indicato da una potenza ricevuta attenuata rispetto alla condizione di fibra integra; III. ripetendo la giunzione a fusione più volte, è molto difficile ottenere la stessa potenza ricevuta nei vari casi. Pagina 7