Вигдорович Е.Н. Физические основы, конструкция и технология оптоэлектронных устройств - МГУПИ 2011 - файл n1.doc

Вигдорович Е.Н. Физические основы, конструкция и технология оптоэлектронных устройств - МГУПИ 2011
скачать (10094 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc10094kb.21.10.2012 15:38скачать

n1.doc

1   2   3   4   5   6
Глава 5. Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС)
Современные системы электросвязи (телеграф, теле­фон и радио) достигли высокого уровня развития. Даль­нейшее их совершенствование, как отмечалось во введе­нии, требует огромных средств, усилий, времени и может привести лишь к некоторым количественным улучшениям. В то же время назрела необходимость качественного из­менения состояния современной связи.

Вся история развития радио и других методов связи показывала, что с уменьшением длины волны информа­ционного сигнала улучшается качество связи: увеличива­ется число возможных каналов связи и повышается поме­хоустойчивость. Это объясняется тем, что с уменьшением длины волны падает уровень атмосферных и промышлен­ных помех.

С появлением лазеров появилась возможность продви­жения в область более коротковолнового электромагнит­ного излучения и начались интенсивные разработки опти­ческих линий связи. Однако с течением времени стало ясно, что открытые линии лазерной связи недостаточно надежны. Даже на расстоянии в несколько километров сильный дождь, снегопад или туман могут нарушить связь. Поэтому потенциальные возможности оптической связи долгое время оставались практически не реализованными из-за отсутствия оптического аналога электрического кабе­ля. Лишь в середине шестидесятых годов появились во­локонные световоды—основа современных ВОЛС. Волоконно-оптические кабели не восприимчивы к помехам со стороны электромагнитных полей радиодиапазонов, и сами не создают таких помех. Поэтому в плане электромагнитной совместимости - это идеальные средства передачи информации. Столь же совершенны они и по электробезопасности, поскольку переносимые в них мощности очень малы.
5.1.Структурная схема ВОЛС.

Структурная схема волоконно-оптической линии связи изображена на рис.5.1. Она включает в себя следующие основные элементы: вход­ное кодирующее устройство КУ, передатчик, оптический кабель, ретранслятор Р, приемник, выходное декодирую­щее устройство ДКУ. Кодирующее устройство преобразует исходную инфор­мацию в форму, удобную для передачи. Главная часть передатчика — это обычно полупроводниковый лазер Л. Закодированная в электрическом сигнале информация по­ступает на модулятор М, который управляет интенсивно­стью излучения лазера. Модулированный оптический сиг­нал передается далее по оптическому кабелю. В месте приема с помощью фотоприемника ФП оптический сигнал будет вновь преобразован в электрический и усилен в уси­лителе слабых фотосигналов У. Ретранслятор служит для восстановления уровня передаваемого на большие расстоя­ния сигнала.


Рис. 5.1. Структурная схема волоконно-оптической линии связи
В зависимости от назначения ВОЛС, ее протяженности, быстродействия, качества используемых элементов струк­турная схема ВОЛС рис.1 может изменяться. Иногда нет необходимости в ретрансляторе. В простейшем случае, если ВОЛС очень короткая, она может состоять лишь из излучателя, кабеля и фотоприемника.

Рассмотрение структуры ВОЛС позволяет выделить основные отличительные особенности таких линий связи:

1) высокая помехозащищенность от внешних электро­магнитных воздействий и от межканальных взаимонаво­док; это особенно важно при повышенной плотности ком­муникаций и при их размещении вблизи источников помех;

2) малые габариты и масса из-за низкой плотности всех исходных материалов .и отказа от тяжелых экрани­рующих оболочек; по сравнению с линиями проводной свя­зи выигрыш по этим показателям в 3—5 раз и более; это качество ВОЛС особое значение имеет для бортовой ап­паратуры;

  1. широкий диапазон рабочих частот (вплоть до 1 ГГц и более). В результате по одной линии оптической связи может одновременно передаваться 1010 телефонных разго­воров или 106 телепрограмм;

  2. секретность передачи информации: излучения в окружающее пространство ВОЛС почти не дает, а изго­товление отводов оптической энергии без разрушения ка­беля практически невозможно;

5) потенциально низкая стоимость, обусловленная как заменой дорогостоящих цветных металлов (медь, свинец) материалами с неограниченным сырьевым ресурсом (стек­ло, кварц, полимеры), так и простотой изготовления про­кладки и эксплуатации ВОЛС.

Основными материалами являются кристаллический кварц и кварцевое стекло - различные формы оксида кремния (SiO2). В кварцевом стекле оксид кремния находится в аморфной форме и поэтому он не растрескивается при резком перепаде температур, как кристаллический кварц, имеет чрезвычайно низкий коэффициент температурного расширения и теплопроводности. В отличие от обычного стекла, которое состоит из смеси различных компонент, кварцевое стекло состоит только из оксида кремния, а количество примесей других химических элементов чрезвычайно мало. Это приводит к тому, что кварцевое стекло обладает широким спектром пропускания (через стёкла из кварца можно даже загорать), малым поглощением света (обычное оконное стекло поглощает столько же света, сколько и кварцевое стекло толщиной в 100 метров), высокой оптической однородностью, стойкостью к ионизирующим излучениям и лазерному излучению высокой интенсивности, низким коэффициентом температурного расширения (примерно в 20 раз меньше по сравнению с обычным стеклом), высокой рабочей температурой (более 1200 оС, что в 4 раза больше, чем для обычного стекла).
5.2.Получение световодов

Современную основу волоконно-оптиче­ских линий связи составляют оптические кабели, изготав­ливаемые из отдельных световодов. Изготовление оп­тических волокон обычно осуществляется одним из двух наиболее распространенных методов.

Метод осаждения из паровой фазы (рис.5.2) основан на высокотемпературной реакции получения чистого квар­ца Si02 из газовой смеси SiCl4 и 02 при 1200—1600°С:

SiCl42 - Si02+2Cl2

Рис.5.2. Изготовление двухслойных волокон методом осаждения

кварца из паровой фазы:

a — осаждение; б — схлопывание; в — вытяжка; 1— исходная кварцевая трубка; 2 — оболочка; 3 — жила


Через нагретую кварцевую трубку пропускают указан­ную смесь с добавкой B2О3 (или BCI3), при этом оседает слой кварца, легированного бором; затем осаждают чистый кварц.

После получения слоев требуемой толщины трубку нагревают сильнее и обжимают до «схлопывания», из по­лученной заготовки вытягивают тонкое волокно. В обра­зовавшейся трехслойной структуре (рис.5.3) чистый кварц образует внутреннюю световедущую жилу; слой кварца, легированного бором, имея несколько меньший показатель преломления, образует светоотражаюшую обо­лочку; третий слой из материала исходной кварцевой труб­ки в светопередаче не участвует. Необходимая световедущая структура получается и в том случае, если начальный слой (оболочку) изготавливать из чистого кварца, а для сердцевины использовать легирование примесями, повы­шающими показатель преломления, например GeO2 Аl2О3; ТiO2; Р2O5.

Рис.5.3. Изменение по­казателя преломления п вдоль радиуса для квар­цевого волокна, получен­ного осаждением из па­ровой фазы:I—исходная трубка; 2— оболочка; 3 — жила
Метод двойного тигля (рис.5.4) используется для по­лучения волокон из многокомпонентных стекол с более низкой температурой размягчения, чем у кварца. Стеклян­ные заготовки, предназначенные для создания световедущей сердцевины и оболочки, непрерывно поступают во внутренний и наружный тигли сверху, а снизу из тонкого сопла вытягивается двухслойное волокно. Для обеспече­ния высокой чистоты тигли изготавливают из платины или кварца, а вытягивание ведут в условиях, приближенных к герметичным.

К описанному методу близок и такой процесс, при ко­тором отдельно изготавливаются трубка из материала обо­лочки и стержень из материала сердечника; стержень вставляют в трубку, и из полученной заготовки вытяги­вают волокно. Основным недостатком данного метода является трудность удаления загрязнений с поверхностей заготовок, образующих впоследствии границу раздела сер­дечник — оболочка.

Рис.5.4. Схема изготовления двухслойных волокон методом двой­ного тигля:1- внутренний тигель; 2- наружный тигель; 3- двухслойное волокно
Метод двойного тигля пригоден и для селфоков: необ­ходимый закон изменения показателя преломления п обес­печивается диффузионным перераспределением легирую­щих примесей в процессе высокотемпературного вытягива­ния волокна. Другой распространенный метод заключается в том, что однородный стеклянный стержень в течение длительного времени выдерживают в горячем соляном расплаве, а затем из образованной таким образом заго­товки вытягивают волокно.

Ионный обмен, происходящий между стеклом и соля­ным расплавом, уменьшает показатель преломления в пе­риферийных областях стержня, что и дает необходимый градиент показателя преломления п.

Сопоставим два основных метода получения волоконно-оптических световодов.

При осаждении из паровой фа­зы может быть достигнуто наивысшее светопропускание, в то же время имеются ограничения в отношении исполь­зуемого материала световода (только кварц) и длины непрерывного отрезка волокна. Метод двойного тигля ли­шен этих недостатков — непрерывность процесса и воз­можность использования любых стекол и их сочетаний вы­текают из самой сути метода. В то же время по мере повышения чистоты исходных материалов и совершенство­вания технологии светопропускание стеклянных светово­дов все более приближается к светопропусканию кварца.

Передача оптической энергии по волоконно-оптическо­му световоду обеспечивается с помощью эффекта полного внутреннего отражения.


Рис. 5.5. Распространение излучения и изменение показателя прелом­ления в волоконных световодах:

а — в двухслойном волокне; б—в селфоке
5.3. Потери в световодах

Рассмотрим, как проявляется этот эффект в цилиндрическом двухслойном световоде (рис.5.5,а). Пусть материал внутренней жилы имеет по­казатель преломления n1, а материал внешнего слоя (обо­лочки) n2. При этом n1>n2, т. е. материал жилы оптиче­ски более плотный, чем материал оболочки. Для излуче­ния, входящего в световод под малыми углами по отно­шению к оси цилиндра, выполняется условие полного вну­треннего отражения: при падении излучения на границу с оболочкой вся энергия излучения отражается внутрь жи­лы световода. То же самое происходит и при всех после­дующих отражениях; в результате излучение распростра­няется вдоль оси световода, не выходя через оболочку. Максимальный угол отклонения от оси, при котором еще имеется полное внутреннее отражение, определяется вы­ражением

(1)

Величина Ао называется числовой апертурой световода и учитывается при согласовании световода с излучателем. Излучение, падающее на торец под углами ?>?0 (вне-апертурные лучи), при взаимодействии с оболочкой не только отражается, но и преломляется; часть оптической энергии уходит из световода. В конечном итоге после мно­гократных встреч с границей жила — оболочка такое излу­чение полностью рассеивается из световода.

Излучение распространяется вдоль световода и в том случае, если уменьшение показателя преломления от цен­тра к краю происходит не ступенчато, а постепенно. В та­ких световодах лучи, входящие в торец, преломляясь, фо­кусируются вблизи осевой линии (рис. 4.22,6). Любой отрезок такого световода действует как короткофокусная линза, вызывая эффект самофокусировки. Эти световоды называют селфоками (от англ. слов self сам и focusфокус) или градиентными световодами.

Потери излучения при прохождении через световод должны быть минимальными. Количественно эти потери, которые называют потерями пропускания, определяются значением ослабления оптического сигнала В:

(2)

где Рвх—мощность входного оптического сигнала; Рвых— мощность выходного оптического сигнала (на выходе из световода); L—длина световода.

Распространение света в волоконном световоде характери­зуется множеством параметров, но самыми важными из них являются параметры, характеризующие потери на распростра­нение и спектральную полосу пропускания. Потери при рас­пространении характеризуются величиной затухания световой энергии на единичной длине световода (дБ) и зависят от дли­ны волны излучения (рис.3.). На самом первом этапе иссле­дований волоконных световодов (до 1975 г.) использовались светоизлучающие и фотоприемные элементы только для ближ­ней ИК-области около 0,8 мкм. Хотя из-за наличия примесей поглощение в световоде было довольно большим, минимум потерь излучения приходится на эту область спектра. По этой причине самая первая система оптической связи действовала в спектральной области вблизи 0,8 мкм. Позже в более длин­новолновой части спектра была обнаружена область волн, в которой можно получить крайне низкие потери и широкую полосу пропускания. Благодаря развитию технологии был из­готовлен почти не содержащий примесей волоконный световод с очень низкими потерями 0,2 дБ/км на длине волны 1,55 мкм (рис. 5.6).

Рис.5.6. Спектральные характеристики потерь излучения в кварцевом во­локонном световоде.
Единицей измерения ослабления оптического сигнала служит децибел на километр (дБ/км). Современные све­товоды имеют высокую чистоту волокна — ослабление сиг­нала составляет 0,5 дБ/км при длине волны ?==1,2 мкм, что близко к теоретическому пределу для кварцевых све­товодов. Для сравнения укажем, что такой световод кило­метровой длины прозрачнее чисто вымытого оконного стекла.

Потери пропускания в световоде обусловлены абсорб­цией и рассеянием оптического излучения. Абсорбционные потери связаны прежде всего с поглощением излучения на ионах примесей, главным образом на ионах металлов груп­пы медь—хром. Интенсивность поглощения на ионах ме­таллов зависит от спектра передаваемого сигнала, а также многих других факторов (от заряда ионов и др.). Дейст­вие примесей сильно зависит и от той основы, в которой они растворены. Так, в кварце медь дает в 30 раз, а ни­кель в 10 раз меньшие потери, чем в стекле; примеси хро­ма и кобальта, напротив, более опасны в кварце. Сильно поглощающие центры образуют ионы гидроксильной группы ОН, неизбежно присутствующие в мате­риале световода. Потери на рассеяние зависят прежде всего от наличия в материале световода пузырьков, кристаллических вклю­чений и других технологических дефектов. При совершен­ной технологии, когда указанные дефекты устранены, оста­ется рассеяние, вызванное неоднородностью плотности или состава материала по объему. Эти потери, определяющие теоретический нижний предел для световодов, близки к 0,7 дБ/км для кварца (при ?=1 мкм) и несколько больше у многокомпонентных стекол.

Потери пропускания важнейшая характеристика световодов, определяющая возможность их практическо­го применения. Для .их количественной оценки служит затухание светового сигнала [дБ/км], определяемое как



где Pвх и Рвых—мощности сигнала в световоде длиной l [км] у входного и выходного торцов. Иногда—для не очень прозрачных волокон—используется светопро­пускание b, измеряемое в %/м. Эти два показателя связаны следующими соотношениями:



Приближенное равенство справедливо при достаточно малых значениях В «102 дБ/км).

Потери пропускания в оптической среде обусловлены действием механизмов абсорбции и рассеяния. Абсорб­ционные потери связаны прежде всего с поглощением света на красящих центрах—ло'нах примесей, из кото­рых наиболее «неприятными» являются металлы группы медь — хром.


Рис. 5.7. Спектральные ха­рактеристики поглощения света на ионах различных примесей в известково-натриевом стекле.
Интенсивность поглощения на ионах металлов зависит не только от спектрального соста­ва света (рис.5.7), но и от мно­гих других факторов. Так, на­пример, при восстановлении Сu++ до Сu+ максимум спектра поглощения сдвигается от 800 к 200 нм, а значение потерь в максимуме уменьша­ется примерно в 103 раз; ана­логично этому окисление Fe++ до Fe+++ уменьшает потери в 4.103 раз и сдвигает макси­мум спектра поглощения от 1100 до 300 нм. Исходя из этого, оптимизируя действие окислительно - восстановитель­ных процессов и переводя ионы примесей в «нужное» зарядовое состояние, можно достигнуть минимальных по­терь пропускания. Действие примесей сильно зависит и от той основы, в которой они растворены. Так, в кварце медь дает в 30 раз, а никель в 10 раз меньшие потери, чем в стекле; примеси хрома и кобальта, напротив, бо­лее опасны в кварце.

Эффективные абсорбционные центры образуют ионы гидроксильной группы ОН, неизбежно присутствующие в материале световода. Резонансные колебания связи О-Н кроме основного максимума при ?=2,72 мкм имеют много меньших пиков, обусловленных обертонами (табл. 5.1). Особенно значительным поглощение может быть вблизи ?=1,24; 0,94; 0,88 и 0,72 мкм. Эти пики до­статочно остры, поэтому они проявляются и в результи­рующих спектральных характеристиках светодиодов; спектры же поглощения ионов металлов, напротив, размыты, поэтому, повышая величину абсолютных потерь, они .не изменяют вида результирующих характеристик.

Потери на рассеяние зависят, прежде всего от нали­чия в стекле или кварце пузырьков, кристаллических включений, нерастворившейся шихты и т. п. При совер­шенной технологии, когда указанные факторы устране­ны, остается релеевское рассеяние, вызванное флюктуациями плотности или состава материала по объему. Эти потери, определяющие теоретический нижний предел для световодов, близки к 0,7... 1 дБ/км для кварца (при ?=1мкм) и несколько больше у многокомпонентных стекол. Характерная особенность релеевского рассеяния состоит в резкой зависимости потерь от длины волны света (?-4).
Таблица 5.1

Пики поглощения гидроксильных ионов ОН в кварце

?, мкм


0,60


0,68


0,72


0,82


0,88


0,945


1,13


1,24


2,7


B, отн.ед.

6.10-3

4.10-3

7.10-2

4.10-2

9 10-2

1

1,1.10-2

2,8

104


Рассмотренными особенностями потерь световой энер­гии в стекле объясняются спектральные характеристики волокон (рис. 5.5). Общая формула, описывающая ос­лабление светового сигнала при его передаче с помощью волоконно-оптического жгута, имеет вид

Bполн = Bап + Bуп + ВФр + Вотр + Впогл

где Ban - апертурные потери, обусловленные несовпаде­нием апертур излучателя и световодов; Вуп - потери упаковки, связанные с тем, что лишь часть площади торца жгута волокон занята световедущими жилами; ВФр - френелевские потери на отражение от торцев световодов; Вотр-потери отражения на границе жила - оболочка при многократных актах полного 'внутреннего отражения; Впогл - потери поглощения в материале световедущей жилы. Параметры Ban и Вуп связаны с конструкциями кабеля и устройства ввода излучения и рассмотрены в следующем параграфе. Френелевские потери в стекле с п= 1,6 при углах падения лучей вплоть до 60° не превышают 0,4...0,6 дБ. Сумма Вт = (Вап + Вуп + Вфр ) определяет торцевые потери, независящие от длины световода.

Потери отражения на границе жила—оболочка опре­деляются соотношением

Bотр = 0,5(A0/n2)(l/D1)?

где ?—доля потерь энергии при единичном акте отраже­ния.

При 5<10 -6 (что экспериментально наблюдается для достаточно совершенных границ раздела) можно иметь Вотр <0,5 дБ при длине волокна l =1 км.
B,дб/км


Рис.5.8. Спектральная характеристика потерь пропускания кварце­вого световода (---релеевское рассеяние).
Если считать, что потери поглощения в стекле, обус­ловленные различными факторами, независимы друг от друга, то справедливо соотношение



где Вррелеевские потери, дБ/км; ? - удельные потери для данной примеси (см. рис. 5.7), a Niконцентрация этой примеси в %. При использовании этой формулы не­обходимо иметь в виду сильную зависимость Вр и ?, от К. Сумма Вл= (Вотр + Впогл) представляет собой ли­нейные потери, пропорциональные длине волокна.

Потери на внеапертурные потери для плоского ламбертовского источника близки к

Bап=10lgA0-2

Для А0=0,54 Вап =5,4 дБ, а для А0 = 0,14 Вап =17 дБ.
5.4. Конструкция световодных кабелей

В оптических кабелях световоды дополняются элемен­тами, повышающими эластичность и прочность кабеля. Конструктивно оптические кабели достаточно разнообраз­ны, но имеется и ряд общих особенностей (рис.5.9). Световоды покрываются индивидуальной тонкой защитной пленкой, исключающей взаимные наводки между волокна­ми. Затем жгут световодов объединяется общей оболоч­кой, сочетающей эластичность с некоторой жесткостью. Наружная оплетка обеспечивает прочность кабеля и его стойкость к внешним воздействиям в процессе эксплуата­ции. Все защитные оболочки являются полимерными.

1 2 3 4



Рис.5.9. Конструкция оптических кабелей различного применения:

1—волокно; 2 — упрочняющий элемент; 3—внутренняя оболочка; 4—наруж­ная оболочка
Классификация волоконных световодов по диаметру серд­цевины и характеру распределения показателя преломления в ней представлены в табл. 3.1. Ниже обсуждаются их основ­ные характеристики.


Рис. 5.10. Распространение света

а- в волоконном световоде со ступенчатым профилем показателя преломления б- в градиентном световоде в – в одномодовом световоде


Волоконный световод как среда распространения сигнала в связи имеет следующие основные особенности:

1. Низкие потери. Потери на 2 порядка меньше, чем в приме­нявшихся раньше медных линиях, что позволяет удлинить участки между ретрансляторами.

2. Широкая полоса пропускания. Полоса пропускания свыше 1 ГГц-км обеспечивает одновременное увеличение протяжен­ности участков между ретрансляторами и объема передавае­мой информации.

3. Малая толщина и вес. Световодные линии легко проклады­вать.

4. Не подвержены влиянию электромагнитной индукции. Мож­но прокладывать вблизи электрических кабелей и электрифи­цированных железнодорожных путей. Устойчивы к ударам мол­ний.

5.Малые утечки излучения делают возможной высокую степень секретности передачи информации.

Таблица

Характеристики различных ВОЛС


Тип волокна

Макс. затухание (Дб/км)

Мин. полоса пропускания МГк*км

Дисперсия (пс/нм*км)

NA

Коэфициент преломления

850 нм

1300 нм

850 нм

1300 нм

1300 нм

1550 нм

 

850 нм

1300 нм

1310/1500 нм

50/125 (многомод.)

2.8

0.8

400

580

-

0.2

1.481

1.476

-

62.5/125 (многомод.)

3.2

0.8

200

500

-

0.275

1.495

1.490

-

8/125 (одномод.)

1300 нм

1550 нм

-

3.5

18

-

-

-

1.472








ВОЛС - это информационная сеть, связующими элементами между узлами которой являются волоконно-оптические линии связи. Технологии ВОЛС помимо вопросов волоконной оптики охватывают также вопросы, касающиеся электронного передающего оборудования, его стандартизации, протоколов передачи, вопросы топологии сети и общие вопросы построения сетей. Волоконно-оптические кабели, применяемые в СКС, предназначены для передачи оптических сигналов внутри зданий и между ними. На их основе могут быть реализованы все три подсистемы СКС, В подсистеме внутренних магистралей оптические кабели применяются одинаково часто с кабелями из витых пар, а в подсистеме внешних магистралей они играют доминирующую роль (рис.5.11).


Рис. 5.11.Структурированная кабельная система

Соединение оптических кабелей.

Самым распространенным в локальных оптических сетях является ST-тип коннектора. Керамический наконечник имеет цилиндрическую форму диаметром 2.5 мм со скругленным торцом. Фиксация производится за счет поворота оправы вокруг оси коннектора. Пружинный элемент обеспечивает необходимое прижатие.

Рис. 5.12. Вид керамического наконечника
Клеевая технология содержит порядка двух десятков технологических операций и в общих чертах состоит из подготовки оптического волокна, фиксации световода внутри коннектора клеевым составом, удалении излишков волокна, шлифовки и полировки.

Cварка оптических волокн основана на расплавлении световодов электрической дугой, с последующим их соединением. Для выполнения этой операции применяют специальные сварочные аппараты.
Инновационные аспекты

Гибкие световоды производятся с помощью новой технологии, основанной на синтезе и очистке индивидуальных галогенидов металлов и твердых растворов на их основе. Технология используется впервые для одновалентных галогенидов таллия, а также распространяется на галогениды серебра, меди и другие материалы. Данная технология получения обеспечивает гомогенность оптических материалов и выход чистого сырья до 95 – 98%. Высоко чистые кристаллы и световоды на их основе отличаются спектром физико-химических характеристик: точка плавления (410 – 4400С) в зависимости от состава; широкая область пропускания (2 – 40 мкм); показатель преломления (2,2 – 2,3); высокая плотность (5,7 - 6,4 г/см3); чистота 99,999 масс %. Эти световоды нетоксичны, негигроскопичны, обладают высокой пластичностью, хорошими физико-механическими показателями и широким диапазоном пропускания кристаллов. Это единственные нетоксичные гибкие световоды для передачи среднего и дальнего ИК излучения/

По одному волокну можно передавать гигантское количество информации. Порядок величин здесь - 1 терабит в секунду. Но на одной длине волны передавать потоки более 10 Гбит/с практически нецелесообразно. Возникают проблемы с модуляцией сигнала (опять же электроника). Значительно проще передавать 2,5 Гбит/с на одной длине волны, но использовать большое число несущих частот (длин волн). Вот такой путь. Оказывается, реально использовать порядка ста длин волн. В одном из экспериментов вводили 132 длины волны в световод и передавали по 20 Гбит/с на каждой, то есть получалось как раз 2 с лишним терабита в секунду
Принцип голографии.

Попытайтесь, разглядывая фотографию, заглянуть за предметы, находящиеся на переднем плане. Это, конечно, не удается, так как фотография — плоское изображение, полученное из определенной точки наблюдения. Голография же позволяет это сделать. Световые волны, записанные и восстановленные голограммой, создают полную иллюзию реальности наблюдаемых предметов — объемность, цвет, возможность изменения точки наблюдения. Голография — это спо­соб регистрации и последующего восстановления световых волн, полу­чивший развитие благодаря оптоэлектронике и прежде всего созданию лазера.

Для записи информации об объекте необходимо каким-либо обра­зом зафиксировать как амплитуду, так и фазу отраженной от объекта пространственной волны. Наблюдать изменение фазы волны можно только в результате интерференции данной волны с другой, когерент­ной ей волной .

В основе принципа, голографии лежит интерференция когерентных волн: волны, отраженной от объекта, и некоторой вспомогательной (опорной) когерентной ей волной. Фиксируя на фотопластинке ампли­туду результирующей волны, т. е. интерференционную картину, полу­чающуюся при сложении двух когерентных волн, записывают полную информацию (амплитудно-фазовую) об отраженной от объекта волне. Полученную картину называют голограммой. Чтобы восстановить за­писанное на голограмме изображение объекта, надо осветить ее опор­ной световой волной. При этом происходит дифракция опорной волны на интерференционной картине и исходная волна полностью восстанав­ливается. Это означает, что на стадии восстановления (считывания) го­лограмма обеспечивает формирование точно такой же световой волны, которая на стадии записи отражалась от объекта. Таким образом, ко­герентные оптические сигналы позволяют осуществлять обработку мно­гомерной информации, например анализ изображений, графиков, чер­тежей, или одновременную параллельную отработку информации — многоканальную обработку.

Литература
1. Мосс Т., Баррел Г, Эллис Б.. – Полупроводниковая оптоэлектроника. Изд-во "Мир". М. 1976

2.Елисеев П. Г., Инжекционные лазеры на гетеропереходах, «Квантовая электроника», 1972, № 6 (12);

3.Носов Ю.Р. Оптоэлектроника - М.: Советское радио, 1977, 232 с.

4. Кейси Х., Паниш М. Лазеры на гетероструктурах в 2-х томах. М. Мир 1981, 1 том-299с, 2 том- 364

5. Шарупич Л.С., Тугов Н.М. Оптоэлектроника – М.: Энергоатомиздат, 1984. 256 с.

6. Носов Ю.Р. Шилин В.А. Основы физики приборов с зарядовой связью. М. Наука. 1986

7.Основы оптоэлектроники, под ред. Голанта К.М.– М.:Мир,

1988,285 с.

8. Ермаков О.Н., Сушков В.П. Полупроводниковые знако-синтезирующие индикаторы – М.: Радио и связь, 1990, 239 с.

9.К. И. Крылов, В. Т. Прокопенко, В. А. Тарлыков “Основы лазерной техники “. Машиностроение 1990 год.

10. Лебедев А.И. Физика полупроводниковых приборов.-М.Физматлит,2007-420с..

11. Шуберт Ф.Е. Светодиоды. М. Физматлит, 2008, 495 с.
Содержание
Введение

Глава 1. Излучатели

    1. Полупроводниковые излучатели……………………….12

    2. Газоразрядние индикаторы……………………………..28

    3. Жидкокристаллические индикаторы………………….. 32

    4. Электролюминесцентные индикаторы…………………41

    5. Органические светодиоды……………………………… 45

Глава 2. Когерентная электроника. Лазеры.

2.1. Физические основы………………………………………49

2.2. Конструкция, параметры и режимы работы лазеров…..55

2.3. Полупроводниковые лазеры……………………………. 58

2.4. Разновидности лазеров…………………………………...70

2.5. Сравнительные характеристики лазеров………………..73

Глава 3. Приемники излучения

    1. Общие вопросы………………………………………… 75

    2. Фоторезисторы……………………………………………82

    3. Фотодиоды……………………………………………… 89

    4. Фотоприемники на ПЗС…………………………………110

Глава 4. Управление излучением

4.1. Модуляция лазерного излучения………………………..121

4.2. Дефлекторы……………………………………………….128

4.3. Пространственно-временные модуляторы……………...131

Глава 5. Волоконно-оптические линии связи

5.1. Структурная схема ВОЛС………………………………..137

5.2. Получение световодов……………………………………139

5.3. Потери в световодах……………………………………...142

5.4. Конструкция световодных кабелей……………………...147

Литература

Содержание







1   2   3   4   5   6


Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации