Й.Янсен Курс цифровой электроники. Том 2. Проектирование устройств на цифровых ИС (1987) (1092082), страница 8
Текст из файла (страница 8)
1.37. Зависимость потерь от отношения диаметров сердцевин Аз/сй 1или от гула/гтАг — различия апертур на стыках световодов). ф ~ф гд Уд дд Ю Удд Угд Зазор мвжду едвтоЯдоми, мвм Рис, 1.38. Зависимость потерь от величины зазора между волокнами. Различие в показателят преломления материала сердечника и примыкающей среды (чаще всего воздуха) также приводит к потерям.
Их можно уменьшить, если на стыках световодов сделать прокладки из жидкости, сглаживающей разницу йоказателей пре. ломленнл. в результате чего легче ломаются. Пористость увеличивает и затухание света. Следует учитывать, что срок службы стеклянных волокон значительно больше пластмассовых. 1.16. Устройства для соединения световодов Проблемы соединения оптических волокон световодов могут стать содержанием отдельной главы. Дело в том, что при соединении оптических волокон требуется не только обеспечить х Л о о о д а о. ооо 'о (о э' о ' а о а а ооо а $ ло Но аоооо Ю М о~,о~ Я о~ оо о д (оа 5 с а ао~~о а Ио~о оооо ~~ о оо о~ \ о,й ~ТВ О.
о оя и '" о ф д Ю ооо й,йо В (, ~ Глава ! хороший контакт, как в электрических системах, но и строгую ориентацию сочлепяемых стыков волокон относительно их оси. О зеркальности поверхности торцов сочленяемых элементов мы уже говорили. Лишь при этих условиях можно обеспечить оптимальную светопередачу по световоду. Проблемы соединения еще больше усложняются, если сочленяемые волокна имеют разную апертуру и разные показатели преломления, что почти всегда имеет место на практике.
Так же сложны проблемы присоединения к волокнам источников и приемников света. На рис. 1.37 приведена кривая зависимости потерь от отношения диаметров сочленяемых волокон и числовых апертур. Несмотря на то что механический контакт между торцами волокон (как в электрических цепях) не обязателен, его всетаки стараются обеспечить, чтобы избежать дополнительных потерь из-за различия показателей преломления воздуха и во.локна. Кривые зависимости потерь от величины зазора между .волокнами приведены на рис.
1.38. Потери на стыках можно уменьшить, если между торцами волокон поместить соединительную втулку, наполненную специальной жидкостью, сглаживающей разницу показателей преломления. Улучшения, которых можно достичь этим приемом, также иллюстрируются на рис. 1.38. На рис. 1.39 показаны неправильные соединения световодов и зависимости возникающих при этом дополнительных потерь от значений боковых смещений осей световодов и угла между осями.
Соединения волокон световодов могут быть неразъемными. Такие соединения осуществляются с помощью сварных муфт (электродуговой сваркой) и т. д. Соединения волокон могут быть н разъемными, для чего используются специальные соединительные устройства — разъемы, Обеспечить минимум потерь на стыках волокон можно лишь при грамотном их соединении, которое должно проводиться в надлежащих условиях.
Прн прокладке волоконно-оптических линий связи в полевых условиях выполнить соединение практически невозможно. В та,ких случаях соединения должны быть выполнены заранее. Сувцествующие в настоящее время способы соединений нельзя считать совершенными, поиски путей улучшения способов соединения волокон световодов продолжаются. 1.17. Источники и приемники света В качестве источников света, поддающихся модуляции для передачи информации по оптическому световоду, используют инфракрасные светодиоды и лазеры. Оба вида источников света обладают примерно одинаковым быстродействием, т. е.
способностью быстро реагировать на управляющие сиг- Техника монтажа палы, Лазер, кроме того, позволяет в течение очень короткого промежутка времени излучать импульсы света большой мощности, намного большей, чем излучает светодиод, однако срок службы лазера намного меньше срока службы светодиода. Для нормальной работы волоконно-оптических линий связи очень важно, чтобы частота излучения светодиодов или лазера приходилась на область амплитудно-частотной характеристики световода с минимальным затуханием. Наиболее благоприятными с этой точки зрения являются длины волн в области от О,? до 0,9 мкм.
В соответствии с амплитудно-частотными характеристиками оптических волокон минимум потерь прихо- Рис. 1.40. Соединение световода со светодиодом. дится на область длин волн от 0,8 до 1,2 мкм. Стандартные светодиоды из арсенида галлия излучают свет в диапазоне длин волн от 800 до 900 нм, их технология освоена, они весьма надежны, поэтому их используют в качестве источников света в волоконно-оптических линиях связи. После того как были разработаны оптические волокна с затуханием около 1 дБ/км при длине волны 1,1 мкм, потребовались новые светодиоды. Их удалось получить благодаря использованию вместо двух- компонентного материала трехкомпонентного: галлий — алюминий — мышьяк.
Разработаны светодиоды и для других длин волн. Как уже говорилось выше, проблема соединения волокон в световодах потребовала бы целой главы. Так же сложны проблемы соединения оптических волокон с электронно-оптическими устройствами на входе и выходе волоконно-оптических линий связи. Световоды излучают свет р-п-переходами. Если оптическое волокно просто соединить с плоскостью излучения светодиода, то в волокне будет распространяться свет. Однако для оптимального согласования источника света со световодом необходимо удовлетворить определенным требованиям конст- Глава ! руктивного характера. Схематически один из вариантов конструктивного решения соединения светодиода со световодом показан на рис.
1.40. Угол входа лучей света в волокно можно регулировать, изменяя радиус сферы среза волокна. Для увеличения угла входа лучей торцу придается сферическая форма. При этом радиус сферы зависит от отношения диаметра сердцевины световода О к расстоянию с1 между сферой и пло- а'~7 еюла аА5 и- ВаА1Аз Щглееетрил. Иезоегпруетура р-ааИАз Рис. 1.41. Соединение световода со светодиодом, излучающим свет с одной стороны р-п-слоя. скостью светодиода 1рис. 1.40).
Угол приема лучей можно рассчитать по формуле л, з)п~р=л з)п1агсз1п — +агссоз — ' — — ), 2т п 2т )' где лз — показатель преломления оболочки; лз — показатель преломления сердцевины; г — радиус сферы. При г, стремящемся к бесконечности (плоский срез), формула упрощается и принимает вид ейп ~р = л, з)п (агссоз — '1 = 3~ я,а — ла', л у где з)пу — числовая апертура волокна световода. Часто светодиоды для волоконно-оптических линий связи имеют встроенную линзу из арсенида галлия; прошедший через нее свет представляет собой пучок параллельных световых 55 Техника монтажа Таблица 1.2.
Некоторые светоприеыиики-диоды и их основные свойства Бремя уста- ковлення прн нагрузке 50 Ом, нс Ем- кость, пФ Квантовый выход 1КПД1. ея Площадь. ммг Темновой ток, А длнва пол- ны, мкм Тнп двода 1О е 5.10-в ц1-ав 1О ' 1О"' 0,5 — 0,7 0,4 — 1,1 0,38 — 0,8 0,4 — 1,1 0,6 — 1,65 0,002 2 0,2 0,03 0,002 >90 =90 =75 =90 =50 О,1 3 0,5 0,12 1 3 1,8 0,8 31 Р1И 51 Р1М Агр5 1-1и ал-3! а+р-бе в качестве светоприемника используют генераторы Ганна. Разработки таких светоприемников, а также светоприемников на полевых светочувствительных транзисторах, которые, по-видимому, смогут работать на частотах модуляции микроволнового диапазона 120 ГГц), находятся в начальной стадии.
1.18. Направленные ответвители волоконно-оптических линий связи Направленное разветвление сигналов в волоконно-оптических линиях связи можно осуществить электрическим способом, Для этого оптический сигнал преобразуется обратно в электрический; он в свою очередь возбуждает излучатель инфракрасного света, соединенный с ответвляющим световодом. Такой способ, называемый активным способом разветвления, довольно дорог. Разработаны более дешевые способы пассивного разветвления. Один из способов пассивного разветвления с использованием Т-образного ответвителя показан на рис.
1.42. В таком разветвителе одиночный волоконный световод сочленен с двумя другими, воспринимающими и передающими даль- лучей, который можно непосредственно направлять на срез оптического волокна. Поверхностно-излучающие светодиоды можно соединять со световодом так, как показано на рис. 1.41. Чисто технологические приемы, например травление плоскости излучения, позволяют уменьшить поглощение света, а значит, увеличить мощность излучения светодиода. Светоприемником в принципе может служить фотодиод или фототранзистор, оптически соединенный с волокном световода на его торце. Наиболее подходящим оказался кремниевый Р)Х-фотодиод, у которого максимум чувствительности приходится на область длин волн 0,7 — 0,95 мкм. Основные технические данные для нескольких типов светоприемников приведены в табл, 1.2, При работе на очень высоких частотах модуляции Глава 1 Рис. 1Лй.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
