Волоконная оптика
Волоконная оптика — под этим термином понимают
- раздел оптики, который изучает физические явления, возникающие и протекающие в оптических волокнах, либо
- продукцию отраслей точного машиностроения, имеющую в своём составе компоненты на основе оптических волокон.
К волоконно-оптическим приборам относятся лазеры, усилители, мультиплексоры, демультиплексоры и ряд других. К волоконно-оптическим компонентам относятся изоляторы, зеркала, соединители, разветвители и др. Основой волоконно-оптического прибора является его оптическая схема — набор волоконно-оптических компонентов, соединённых в определённой последовательности. Оптические схемы могут быть замкнутые или разомкнутые, с обратной связью или без неё
Лазер
На рис.1 показана простейшая схема волоконно-оптического лазера. Буквами обозначены: А — , Д — , М1 и М2 — зеркала. Как и в случае обычных лазеров, здесь мы имеем резонатор с активной средой, образованный активным волокном и зеркалами. Зеркала обеспечивают обратную связь. Одно из зеркал может иметь 100%-ное отражение. Тогда излучение будет выходить только из противоположного конца резонатора. Диодов накачки может быть несколько, а располагаться они могут с разных сторон резонатора.
Усилитель
На рис.2 показана простейшая схема волоконно-оптического усилителя. Она схожа со схемой лазера за тем лишь исключением, что зеркала заменены изоляторами для подавления обратной связи. Изоляторы пропускают свет только в одном направлении.
Устройство волоконно-оптических компонентов
Зеркала и фильтры
Зеркалом называется компонент, отражающий излучение определённой частоты с определённым коэффициентом отражения. Фильтр, в свою очередь, пропускает излучение определённой частоты, как правило, в узком частотном диапазоне, а остальное излучение поглощает или рассеивает. Для изготовления зеркал и фильтров используются дифракционные решётки, нанесенные на участок сердцевины волокна. Аналог штриха выполняет ультрафиолетовая засветка, которая изменяет свойства волокна в месте облучения. Одна и та же дифракционная решётка для разных частот сигнала будет либо зеркалом, либо фильтром. На основе длиннопериодных волоконных решёток могут создаваться широкополосные фильтры, поглощающие в определённом диапазоне длин волн.
Объединители и разветвители
Представляют собой два параллельных волокна, лишённые оболочки и соприкасающиеся между собой. Соприкосновение и фиксация волокон достигается при высоких температурах — выше температуры плавления волокна. Таким образом, участки волокон сплавляются воедино. В зависимости от длины общего участка в результате интерференции волн можно получить произвольный коэффициент деления выходного сигнала по двум выходным волокнам.
Объединители и разветвители могут также строиться на элементах микрооптики, включая микролинзы и частично-прозрачные зеркала с заданным коэффициентом деления.
Известны конструкции 1980-х гг. со сполированными до световедущей жилы и механически соединёнными волокнами. Однако наиболее распространены сплавные.
Активное волокно
Волокно, способное усиливать или генерировать сигнал определённой частоты. Это достигается введением в кварцевое волокно редкоземельных металлов в зависимости от требуемой частоты усиления. Так, иттербиевые (Yb) примеси дают усиление на длине волны 1,06 мкм, а эрбиевые (Er) на длине волны 1,5 мкм. Пик усиления определяется пиком прозрачности той или иной примеси.
Пассивное волокно
Волокно, не обладающее свойствами усиления. Используется для соединения волоконно-оптических компонентов между собой, а также для увеличения общей протяженности оптической схемы, если это необходимо.
Диоды накачки
Как и в случае обычных лазеров для начала усиления и генерации необходима накачка активной среды. Для накачки активных волокон используют полупроводниковые лазерные диоды. На выходе из полупроводникового кристалла лазерный пучок коллимируют и вводят в волокно. Выбор длины волны диодов накачки обусловлен пиками поглощения активных волокон, которые приходятся на узкие диапазоны в районах 0,81 мкм, 0,98 мкм и 1,48 мкм. Для иттербиевых волокон наиболее эффективна накачка в диапазоне 0,95—0,98 мкм.
Глядя на отношение длин волн накачки и сигнала можно определить максимально возможный КПД лазеров и усилителей. Для иттербиевых волокон он будет 0,95 : 1,06 = 90%. На практике, КПД, конечно оказывается ниже.
См. также
- Лазер
- Информационный хайвей
- Волоконно-оптическая линия передачи
Литература
- Бейли Д., Райт Э. Волоконная оптика: теория и практика. Пер. с англ. — М.: «КУДИЦ-ПРЕСС», 2008. — С. 320. — ISBN 978-5-91136-048-1.
Ссылки
- Оптоволокно: неразъёмные соединения
Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер, Информация о Волоконная оптика, Что такое Волоконная оптика? Что означает Волоконная оптика?
Volokonnaya optika pod etim terminom ponimayut razdel optiki kotoryj izuchaet fizicheskie yavleniya voznikayushie i protekayushie v opticheskih voloknah libo produkciyu otraslej tochnogo mashinostroeniya imeyushuyu v svoyom sostave komponenty na osnove opticheskih volokon K volokonno opticheskim priboram otnosyatsya lazery usiliteli multipleksory demultipleksory i ryad drugih K volokonno opticheskim komponentam otnosyatsya izolyatory zerkala soediniteli razvetviteli i dr Osnovoj volokonno opticheskogo pribora yavlyaetsya ego opticheskaya shema nabor volokonno opticheskih komponentov soedinyonnyh v opredelyonnoj posledovatelnosti Opticheskie shemy mogut byt zamknutye ili razomknutye s obratnoj svyazyu ili bez neyo Opticheskie shemy volokonno opticheskogo lazera i usilitelya Lazer Na ris 1 pokazana prostejshaya shema volokonno opticheskogo lazera Bukvami oboznacheny A D M1 i M2 zerkala Kak i v sluchae obychnyh lazerov zdes my imeem rezonator s aktivnoj sredoj obrazovannyj aktivnym voloknom i zerkalami Zerkala obespechivayut obratnuyu svyaz Odno iz zerkal mozhet imet 100 noe otrazhenie Togda izluchenie budet vyhodit tolko iz protivopolozhnogo konca rezonatora Diodov nakachki mozhet byt neskolko a raspolagatsya oni mogut s raznyh storon rezonatora Usilitel Na ris 2 pokazana prostejshaya shema volokonno opticheskogo usilitelya Ona shozha so shemoj lazera za tem lish isklyucheniem chto zerkala zameneny izolyatorami dlya podavleniya obratnoj svyazi Izolyatory propuskayut svet tolko v odnom napravlenii Ustrojstvo volokonno opticheskih komponentovZerkala i filtry Zerkalom nazyvaetsya komponent otrazhayushij izluchenie opredelyonnoj chastoty s opredelyonnym koefficientom otrazheniya Filtr v svoyu ochered propuskaet izluchenie opredelyonnoj chastoty kak pravilo v uzkom chastotnom diapazone a ostalnoe izluchenie pogloshaet ili rasseivaet Dlya izgotovleniya zerkal i filtrov ispolzuyutsya difrakcionnye reshyotki nanesennye na uchastok serdceviny volokna Analog shtriha vypolnyaet ultrafioletovaya zasvetka kotoraya izmenyaet svojstva volokna v meste oblucheniya Odna i ta zhe difrakcionnaya reshyotka dlya raznyh chastot signala budet libo zerkalom libo filtrom Na osnove dlinnoperiodnyh volokonnyh reshyotok mogut sozdavatsya shirokopolosnye filtry pogloshayushie v opredelyonnom diapazone dlin voln Obediniteli i razvetviteli Predstavlyayut soboj dva parallelnyh volokna lishyonnye obolochki i soprikasayushiesya mezhdu soboj Soprikosnovenie i fiksaciya volokon dostigaetsya pri vysokih temperaturah vyshe temperatury plavleniya volokna Takim obrazom uchastki volokon splavlyayutsya voedino V zavisimosti ot dliny obshego uchastka v rezultate interferencii voln mozhno poluchit proizvolnyj koefficient deleniya vyhodnogo signala po dvum vyhodnym voloknam Obediniteli i razvetviteli mogut takzhe stroitsya na elementah mikrooptiki vklyuchaya mikrolinzy i chastichno prozrachnye zerkala s zadannym koefficientom deleniya Izvestny konstrukcii 1980 h gg so spolirovannymi do svetovedushej zhily i mehanicheski soedinyonnymi voloknami Odnako naibolee rasprostraneny splavnye Aktivnoe volokno Volokno sposobnoe usilivat ili generirovat signal opredelyonnoj chastoty Eto dostigaetsya vvedeniem v kvarcevoe volokno redkozemelnyh metallov v zavisimosti ot trebuemoj chastoty usileniya Tak itterbievye Yb primesi dayut usilenie na dline volny 1 06 mkm a erbievye Er na dline volny 1 5 mkm Pik usileniya opredelyaetsya pikom prozrachnosti toj ili inoj primesi Passivnoe volokno Volokno ne obladayushee svojstvami usileniya Ispolzuetsya dlya soedineniya volokonno opticheskih komponentov mezhdu soboj a takzhe dlya uvelicheniya obshej protyazhennosti opticheskoj shemy esli eto neobhodimo Diody nakachki Osnovnaya statya Nakachka lazera Kak i v sluchae obychnyh lazerov dlya nachala usileniya i generacii neobhodima nakachka aktivnoj sredy Dlya nakachki aktivnyh volokon ispolzuyut poluprovodnikovye lazernye diody Na vyhode iz poluprovodnikovogo kristalla lazernyj puchok kollimiruyut i vvodyat v volokno Vybor dliny volny diodov nakachki obuslovlen pikami poglosheniya aktivnyh volokon kotorye prihodyatsya na uzkie diapazony v rajonah 0 81 mkm 0 98 mkm i 1 48 mkm Dlya itterbievyh volokon naibolee effektivna nakachka v diapazone 0 95 0 98 mkm Glyadya na otnoshenie dlin voln nakachki i signala mozhno opredelit maksimalno vozmozhnyj KPD lazerov i usilitelej Dlya itterbievyh volokon on budet 0 95 1 06 90 Na praktike KPD konechno okazyvaetsya nizhe Sm takzheLazer Informacionnyj hajvej Volokonno opticheskaya liniya peredachiLiteraturaBejli D Rajt E Volokonnaya optika teoriya i praktika Per s angl M KUDIC PRESS 2008 S 320 ISBN 978 5 91136 048 1 SsylkiOptovolokno nerazyomnye soedineniya
