Реферат: Использование лазеров в информационных технологиях
Оптические волноводы . Оптический волновод - это стекловолокно, состоящее из сердцевины и оболочки, причем сердцевина имеет более высокий показатель преломления (nK ) по сравнению с показателем преломления оболочки (nM ). Вследствие полного внутреннего отражения свет распространяется в пределах сердцевины волокна, при этом необходимо использовать стекла с малым затуханием и дисперсией.
В зависимости от структуры световода рассматривают различные механизмы распространения (рис.10).
1. Многомодовые световоды со ступенчатым профилем показателя преломления. Полное внутреннее отражение имеет место, если излучение падает на границу под углом меньшим, чем 2amax (угол ввода световых лучей в волновод).
2. Одномодовые световоды со ступенчатым профилем показателя преломления. Диаметр сердцевины 5-10 мкм обусловливает распространение только одной моды, при этом теоретически ширина полосы передачи В>100 ГГц. Изготовление крайне малого диаметра сердцевины требует очень большой точности, при этом возникает проблема ввода излучения в оптическое волокно.
3. Многомодовые световоды с градиентным профилем показателя преломления. Показатель преломления в области сердцевины непрерывно уменьшается от середины к краю. Излучение за счет преломления волнообразно распространяется около оси оптического волокна. Поскольку все лучи имеют примерно одинаковые времена распространения, то градиентные волокна имеют очень большую ширину пропускания.
Существенными требованиями к оптическому световоду являются необходимость слабого затухания и большой ширины полосы пропускания.
Затухание в оптических волокнах обусловлено поглощением и рассеянием, в частности, на примесях. Дополнительные потери возникают из-за неоднородностей в поперечном сечении волокна и из-за его кривизны. Само затухание зависит от применяемого стекла для сердцевины и оболочки, от различных примесей, а также от длины волны (рис. 11).
|
Рис. 10. Некоторые типы световодов: а - ступенчатый профиль показателя преломления; б - градиентный профиль показателя преломления; в - одномодовый световод. |
Световые лучи, распространяющиеся под различными углами к оси стекловолокна (моды), проходят различные длины путей, что приводит к различным временам распространения. Разброс во времени распространения приводит за счет межмодовой дисперсии к ограничению ширины полосы пропускания. Для конечной ширины спектра Dl источников света дисперсия материала световода приводит также к дополнительному ограничению ширины полосы передачи (рис. 12).
|
Рис. 11. Спектральная характеристика затухания кварцевого волокна, слабо легированного Ge. |
Вследствие высокой несущей частоты светового пучка можно использовать для модуляции практически очень высокие частоты. Используемую для передачи информации полосу частот называют шириной полосы частот сигнала, она может достигать несколько гигагерц. Тем самым возможна одновременная передача очень большого объема информации.
Для достижения хороших характеристик передачи оптического волновода существенными являются:
- малые изменения геометрических размеров, а также хорошая центровка сердцевины;
- малые изменения профиля показателя преломления.
|
Рис. 12. Затухание и дисперсия одномодового стандартного световода. |
Для применения в оптических системах передачи информации световоды должны быть выполнены в виде оптических кабелей. Существует большое количество конструкций кабеля.
ИстоЧники света длЯ волоконно-оптиЧеских систем свЯзи
Для оптической передачи информации в диапазоне длин волн от 0,4 до 30 мкм в качестве источников света применяют светодиоды, лазеры во всем диапазоне длин волн.
Для выбора источника света главный критерий - длина волны, на которой получается минимальное затухание. В качестве источников света применяются
|
He-Ne-лазер, CO2 - лазер, Nd-ИАГ- лазер | для передачи в свободном пространстве; |
| светодиоды, полупроводниковые инжекционные лазеры | для оптических волноводов. |
Источники света для оптической связи в свободном пространстве .
He-Ne-лазер, l=0,63 мкм - излучение лежит в видимом оптическом диапазоне, что сильно облегчает юстировку линии передачи;
CO2 - лазер, l=10,6 мкм - пригоден для более протяженных линий передач, поскольку с помощью этих лазеров достигаются более высокие выходные мощности в непрерывном режиме (10-15 Вт).
Недостатками обоих лазеров являются их низкий КПД, а также их большие размеры.