塔金星

光纖通信基礎(chǔ)實驗

塔金星

為了更好地培養(yǎng)不同專業(yè)本科生的創(chuàng)新意識和理論聯(lián)系實際并適應(yīng)科技發(fā)展的綜合能力，文章探索了適合學生的教學方法。針對實驗中存在的常見問題，引導學生們積極思考，快速找出最佳工作電流值。

隨著電子信息技術(shù)的不斷進步，集成電路芯片的特征尺寸幾乎已經(jīng)達到經(jīng)典物理的極限。眾所周知，集成電路的主要載體是電子，當芯片尺寸越來越小時，電子之間因存在庫侖力的作用會產(chǎn)生熱效應(yīng)，這將使得集成電路的性能大大地降低，能量損耗變得很大，信息傳輸變慢很多。這就是人們熟知的“電子瓶頸”效應(yīng)。該效應(yīng)的存在，嚴重束縛了信息技術(shù)的快速發(fā)展。于是，尋找能突破瓶頸效應(yīng)的新一代材料和技術(shù)的要求刻不容緩。與電子相比，作為信息載體的光子具有很多優(yōu)點：信息傳輸更快、傳輸帶寬更寬、保密性更好、抗干擾性能力更強。更重要的是，光子之間沒有相互作用，具有極低的能量損耗，工作效率將得到巨大提高。與集成電路類似，以光子作為信息載體的新型人工材料的光子晶體，可用于集成光路的制造以及全光通信、光子計算機等很多新型光子產(chǎn)業(yè)。因此，光子晶體的研究開發(fā)和利用越來越受科學研究人員的青睞。光子晶體按其周期性可以分為：一維、二維、三維，光纖屬于二維光子晶體，結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖中符號為對應(yīng)部分的折射率。

實驗原理

光纖通信的原理依據(jù)是光的全發(fā)射，如圖2所示。纖芯為光密介質(zhì)，包層為光疏介質(zhì)。在技術(shù)上通過摻雜的方法來實現(xiàn)。線芯部分摻雜五氧化二磷或二氧化鍺，提高折射率，包層部分摻雜少量的氟或硼，降低折射率。這樣可以保證介質(zhì)條件的要求，光信號從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)。在此基礎(chǔ)之上，入射角度需要滿足大于或等于臨界角。在實驗課堂上，讓學生思考回答的時候，得到的答案經(jīng)常是反射或者折射。按著這個邏輯遞推，將會得出信號在不斷損失的結(jié)論。然而信號傳輸過程中不希望存在損失現(xiàn)象，因此，要嚴格限定只能發(fā)生全反射現(xiàn)象。

圖2 信號傳輸示意圖

實驗結(jié)果與分析

通過“通信方式”按鍵將光發(fā)射機和接收機通信方式設(shè)定為模擬通信方式。光發(fā)射機通過“調(diào)制”按鈕將調(diào)制方式切換至“DIM”檔位。光接收機通過“模擬”按鈕將解調(diào)方式設(shè)定至“DIM”檔位。此時光通信實驗系統(tǒng)工作在模擬信號的直接強度調(diào)制方式。調(diào)節(jié)光發(fā)射機的“輸入”至“MIC”，按下光發(fā)射機的“光源接入”鍵，并利用“光源選擇”將光發(fā)射機光源選擇為LED光源，光接收機用“探測器選擇”將探測器選為PET。通過光發(fā)射機的調(diào)節(jié)光發(fā)射機上的偏置電流調(diào)節(jié)按鍵（▲鍵和▼鍵），從0開始逐漸加大驅(qū)動電流，觀察接收機上光功率P變化，直至變化不明顯為止。實驗數(shù)據(jù)如表1所示，關(guān)系特性曲線如圖3所示，根據(jù)教材的尋找方法，線性部分中點值即為最佳工作電流值Ie=45mA。

圖3 LED光源的I-P 關(guān)系特性曲線

表1

結(jié)束語

將科技發(fā)展進展情況與教學相結(jié)合，得到I-P關(guān)系特性曲線，找到最佳工作電流值。使學生們既可以順利完成課堂學習內(nèi)容，又可以把理論知識和實際生活的應(yīng)用相結(jié)合，拓展了學生們知識結(jié)構(gòu)的深度和廣度。

塔金星

東北林業(yè)大學理學院

塔金星（1980-）男，黑龍江齊齊哈爾人，東北林業(yè)大學理學院，講師，理學博士，主要從事專業(yè)物理和物理實驗教學與科研工作。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.16.013