Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 119
Текст из файла (страница 119)
Конструкция волоконного световода представлена на рис. 4.6. В приближении геометрической оптики лучи, входящие на границу "оболочка — сер!шенина» волокна по Углам 0 < Оч» испытывают полное внУтРеннее отРажение на повеРхности раздела двух оптических сред (рис. 4.6, 6). Величина критического угла О, определяется из соотношения: Часть !Н.
Квантовая н оптическая электронн, ббб а) б! Рис. 4.6, Конструкция волоконного световода (а) н траектория распространения лучей (б) Свет распространяется по световоду по зигзагообразной траектории. Величина Угла п,бч, =,~п, — п, ЯвлЯетсЯ меРой способности захватить световУю знеРгию Синус угла Ом называется числовой апертурой сеегпоеолокпо Характер распространения оптического излучения по световолокну зависит от его попе речных размеров и профиля показателв преломления по сечению. Число мод, которые могут распространяться по световолокпу, зависит от квалрата лнаметра сердцевины н разности показателей преломления Лп = п, — пз.
Число мод У, которое можно передать по световолокну, в первом приближении определяется из соотношения йл г~ 2 ( ! 2)' )2 1а рис. 4.7 приведены типичные поперечные сечения и профиль распределения показатезя преломления по сечению. Материалом для оптических саетоводов обычно служит кварцевое стекло.
различные показатели преломления достигаются путем легирования ,текла фтором, германием, фосфором и др. а) б) е! Рнс. 4.7. Сечение н профиль показателя преломления по сечению многомодового ступенчатОго ОО одномодового (б) н многомодового градиентного (е) световодов цгя кварцевого стекла полоса пропускания световодов имеет максимальное значен нне на лине волны 1,3 мкм и составляет — 10 Гц км. область 'вменением профиля показателя преломления можгю сместить нуль дисперсии в об. лин волн 1,55 лкклц где расположен минилгум оптических потерь.
а рис. 4.8,а приведена схема изготовления оптических волокон. Стекло цлавят в в кремневых тиглях с отверстиями в нижней части. В каждом тигле находится стекло с с соот 4 Оптические волноводы бб7 ветствуюгцнм показателем преломления. Волокно вытягивается из тигля и наматывается на барабан. На основе оптических волокон изготовляются кабели для оптоволоконной связи (рис. 4.8, б, в). в) Рис. я.в, схема изготовления оптического волокна по методу кернинга (а) и структура оптического кабеля с одним (б) н многими (е) волокнамн Контрольные вопросы 1. Что такое волновод? х.
Что такое групповая и фазовая скорости распространенна сигнш1а? 5 Как происходит канализация алек громагннтной волны в плоском вояноводс? 4. Какие продольные элементы связи вы знаете? !'асскажнте о прнзменном элементе связи. Какие у него достоинства и недостатки'? б Расскажите о решетчатом элементе связи. Какие у нс~ о достоцнства н недостатки'? Что ~акое активные волноволы? Я Что такое вояоконныгэ световод? Онишгпс его консзрукциш. Как получить волоконный свстовоа? !б. Какими сяойсзвамн облядаег ваяокошгый световол, определившие его широкое в системах связи н зеяекоммуннкацнн.
прпменение При производстве светового волокна используются также материалы, прозрачные в видимой н ИК-областях спектра: бескислородные стекла и полимеры. Однако онн все уступают кварцевому стеклу по прочностным характеристикам. Разработанные зрбиевые волоконные стекла работают в спектральной области вблизи 1,55 мкм, т. е. в области минимальных оптических потерь. Потери при передаче информации по световому волокну незначительны н составляют доли дб?км в области длин волн ! — — 1,5 мкм. В мировой практике используютсл волоконные линии дальней связи со скоростью передачи сигналов более 10 Гбит/с.
Часть Нб Квантовая и оптическая электроника 568 Рекомендуемая литература 1, Интегральная оптика. Под ред. Т.'1'амира, — Мс Мир, 1978. э Курбатов Л, Н. Оптоэлектроника видимого и ннбгракрасного диапазона спектра, — М; Иэ МФТИ, 1999. З, Клэр Ж. Ж. Введение в интегральную о~ггыку, — Мс Советское радио, 1980. 4 ПихтинА. Н.
Физические основы квантовой электроники и оптоэлектроники. Учебное пос . бис. — Мл Высшая школа, 1933. Свечников Г. С. Интегральная оптика. — Киев, Наукова думка, 1938. 5. Устройства управления световыми потоками Световой пучок становится информативным, если им можно управлять во времени и в пространстве, а также если можно ввести информацию в световую волну. Управление световым пучком путем механического переключения инерционно и ненадежно. Возможен процесс детектирования, электронного переключения и восстановления пучка. Такой процесс связан с потерями и дополнительными искажениями информации, а также уменьшением отношения сигнал!шуьь В настоящее время разработаны методы управления световыми потоками иа основе электро- и магнитооптических явлений и эффектов: эффект Керра, эффект Штарке, эффект Ноккельса, эффект Фарадея, явление образования фазовых дифракционных решеток в интерференционном поле интенсивных когерентных потоков и др.
На их основе созданы переключатели и сканеры световых потоков, различного типа модуляторы и дефлекторы, детекторы светового потока. Дефлекшор (от латинского пеу7гсго — отклоняю, отвожу) представляет собой устройство, предназначенное для изменения по заданному закону направления распространения луча в пространстве. Вопрос переключения световых потоков в пространстве успешно решается с помощью электронна-оптических и акустооптических дефлекторов различной конструкции. Наибольшее распространение получили акустооптические дефлекторы, работа которых основана на явлении дифракции света на фазовой ультразвуковой решетке.
Эти конструкции будут рассмотрены ниже. Пгрекяюченяе оптлческого потока является операцией, с помощью которой целенаправленно изменяется пространственное пололгение когерентной световой волны. Сканирование есть расширение понятия переключения, цри котором осуществляется целенаправленное непрерывное или дискретное движение луча. Непрерывная световая волна практически не несет информационного сигнала, равно как и Регулярные импульсы света. зтодулялия является операцией, с помощью которой осуществляется ввод информации в световую волну.
ЛГогзулятор представляет собой устройство, которое управляет параметрами светового ~стока и изменяет детектируемые свойства световой волны в соответствии с приложенным электрическим сигналом. яуогуляшор ишлеисивносши представляет собой устройство, позволяющее изменять интенсивность когерентной световой волны в соответствии с изменяющимся во времени сигналом Например. плоская волна в форме А =Аоехры~шз Ф)1 Часть ///. Квантовая и оптическая алвкгроника б70 имеет интенсивность / = Аз(/).А,'(/)=А„' Величина ',А4' являе~ся функцией приложенного сигнала. Действие амплитудных модуляторов основывается на физических эффектах, связанных с изменением фазы, а не поглощением света, проходягцего через модулятор.
Наведенное изменение фазы обуславливает эквивалентное изменение интенсивности. гразовую задержку можно потучнть различными путями, например, поляризовав свето вую волну и пропустив ее через анизотропный элемент. Анизотропным элементом служа~ два идентичных кристалла, между которыми расположена полуволновая пластина. Ори ентация полуволновой пластины такова, что поляризация проходящего через нее света поворачивается на угол я / 2. Разность фаз за счет естественной анизотропии на выходе равна нулю.
Меняя знак управляющего электрического поля при переходе от первого кристалла ко второму, можно навести сдвиг фазы в крисгыглах (рис. 5.1). Разработано более 100 типов амплитудных модуляторов поляризационного типа. Рис. 5.1. Амплитудный модулятор света поляриззционнаго типа г — поляризатор и анализатор; 2 — электрооптическив элементы 3 — электроды; 4 — полуволновая пластина; д — световой пучок В качестве электрооптических элементов обычно используют в световом диапазоне кристаллы АДР(ХН,Н,РО„), КДР(КН РО„), ДКДП (КОгРО,), 1лНЬОг В(ТаОь ВапЯОгз, а в ИК-диапазоне арсенид галлия (ОаАз) и теллурит кадмия (СбТе).
Полуволновые напряжения этих материалов лежат в пределах 90 — 4000 В, полоса модуляции от 1 МГц до 1 ГГц. Фазоеые тодигяторы используют явление линейного изменения показателя преломлени~ крисгаллов в зависимости от величины электрического поля Е, приложенного к крнстал лу.
Это явление носит название эффекта //оккеяьса. Изменение показателя преломления можно выразить формулой: и ггзч по гЕ/и, где и„— показатель преломления крнсттшла в отсутствии полн Е, г — злектрооптическ скип коэффициент. Фазовый сдвиг зависит от длины крису ыгла /, полн Е, длины волны света )г и имеет вид: 2гги/ кп,',г'Е/ 'р= =гро+ /.
' /. где В,— начатьный сдвиг фаз, приобретенный световым пучком прн прохождении Р нн кРи еским сталла в азсутствии поля. Наличие фазового сдвига, вызванного внешним электрнческ полем, н означает фазовую модуляцию сне~а. В качестве материалов для фазовых мод ляторов используют крнсгаллы Адр, Кдр, дКдр, ннобаз лития, титанат лития, Напр яже 5, Устройства управления световыми потоками 571 нне на модуляторах находится в пределах 100 — 5000 В. Фазовые модуляторы обычно применяются в гетеродинном приеме, а также в качестве переключателя света. 11аяяризицяоииия .иидузяция также основана на использовании электрооптнческого эф- фекта.
Вектор электрического поля волны можно записать в виде: Е=хЕ, ехр~/(азг+яз )]+уГт ехр~у~гиге~р,)], (5.1) где х и у — орты. Если Е„=- Е, то плоскость поляризации расположена под углом 45' к оси. При приложении сигнала амплитуда волны примет вид: Е=хрэ ехр(/(гаге<р„->~р,)]~-уЕ акр~у(аггее,е~р )], (5.2) где д„и ф, — добавочные фазы от приложенного сигнала. Сдвиг фаз Лд составит: ЛФ Е 'Ь В общем случае речь идет об эллиптически поляризованной волне, у которой углы между глввлымн осями эллипса и осью х зависят от Ляь Если Лд =-я, то речь идет о линейно поляризованной волне. При прохождении волны, описываемой выражением (5.2), через аначизатор, ее интенсивность пропорциональна э)п (Лср12). Ранее рассматривался пример использования поляризационной модуляции в модуляторах на основе электрооптическнх эффектов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
