Поляризационная модовая дисперсия

Поляризационно-модовая дисперсия (ПМД) возникает вследствие неидеальности геометрии сердцевины оптического волокна, приводящей к различию скоростей распространения двух взаимно-перпендикулярных поляризационных составляющих основной моды. На скоростях передачи до 2,5 Гбит/с величина ПМД остается малой по сравнению с величиной хроматической дисперсии в волокне. Однако, при скоростях передачи 10 Гбит/с и выше, величина ПМД становится сравнимой с величиной хроматической дисперсии. В отличие от хроматической дисперсии, ПМД не удается скомпенсировать, поэтому в современных высокоскоростных системах передачи ПМД становится определяющим фактором, ограничивающим полосу пропускания и максимальную дистанцию передачи.

Ко­эффициент удельной дисперсии Т нормируется в расчете на 1 км и имеет размерность (nc/ ), а т | растет с ростом расстояния по закону .

В одномодовом волокне в действительности может распространяться не одна мода, а две фундаментальные моды - две перпендикулярные поляризации исходного сигнала. В иде­альном волокне, в котором отсутствуют неоднородности по геометрии, две моды распростра­нялись бы с одной и той же скоростью, рис. 2.11 а. Однако на практике волокна имеют не идеальную геометрию, что приводит к различной скорости распространения двух поляриза­ционных составляющих мод, рис. 2.11 б.

Избыточный уровень проявляясь вместе с чирпированныммодулированным сиг­налом от лазера, а также поляризационной зависимостью потерь, может приводить к времен­ным колебаниям амплитуды аналогового видеосигнала. В результате ухудшается качество изображения, или появляются диагональные полосы на телевизионном экране.

Рис. 2.11. Появление поляризационной модовой дисперсии [11]

Главной причиной возникновения поляризационной модовой дисперсии является нециркулярность профиля сердцевины одномодового волокна, возникающая в процессе изготовления или эксплуатации волокна. При изготовлении волокна только строгий контроль позволяет достичь низких значений этого параметра.

Измерение фактического значения ПМД в процессе строительства линии позволяет определить максимальную полосу пропускания данной линии и правильно рассчитать длину регенерационного участка. При модернизации линии с целью повышения пропускной способности измерение фактической ПМД позволяет получить ответ на вопрос, можно ли поднять пропускную способность линии путем повышения скорости передачи или необходимо внедрение системы передачи на основе спектрального уплотнения (DWDM).

39. Втрати однорідних волоконних світловодів.

Затухание

Волокно характеризуется двумя важнейшими параметрами: затуханием и дисперсией. Чем меньше затухание (потери) и чем меньше дисперсия распространяемого сигнала в во­локне, тем больше может быть расстояние между регенерационными участками или повтори­телями.

Рис. 2.6. Основные типы потерь в волокне

Полное затухание в волокне (измеряется в дБ/км) определяется в виде суммы:

(2-12)

Потери на поглощении состоят как из собственных потерь в кварцевом стекле (ультрафиолетовое и инфракрасное поглощение), так и из потерь, связанных с поглощением света на примесях. Примесные центры, в зависимости от типа примеси, поглощают свет на определенных (присущих данной примеси) длинах волн и рассеивают поглощенную световую энергию в виде джоулева тепла. Даже ничтожные концентрации примесей приводят к появле­нию пиков на кривой потерь, рис. 2.7. Следует отметить характерный максимум в районе длины волны 1480 нм, который соответствует примесям ОН". Этот пик присутствует всегда. Область спектра в районе этого пика ввиду больших потерь практически не используется.

Собственные потери на поглощении растут и становятся значимыми в ультрафиолето­вой и инфракрасной областях. При длине волны излучения выше 1,6 мкм обычное кварцевое стекло становится непрозрачным из-за роста потерь, связанных с инфракрасным поглощени­ем, рис. 2.7.

Потери на рассеянии . На длине волны 800 нм затухание составило 1,5 дБ/км. Даль­нейшему уменьшению затухания препятствует так называемое рэлеевское рассеяние света. Рэлеевское рассеяние вызвано наличием неоднородностей микроскопического масштаба в волокне. Свет, попадая на такие неоднородности, рассеивается в разных направлениях. В ре­зультате часть его теряется в оболочке. Эти неоднородности неизбежно появляются во время изготовления волокна.

Кабельные (радиационные) потери обусловлены скруткой, деформациями и изги­бами волокон, возникающими при наложении покрытий и защитных оболочек, производства кабеля, а так же в процессе инсталляции ВОК. При соблюдении ТУ на прокладку кабеля но­минальный вклад со стороны радиационных потерь составляет не больше 20% от полного за­тухания. Дополнительные радиационные потери появляются, если радиус изгиба кабеля ста­новится меньше минимального радиуса изгиба, указанного в спецификации на ВОК.

Дисперсия:

40. Втрати на згибах волоконних світоводів.

Зависимость потерь от диаметра петельки (одиночной) в одномодовом во­локне, измеренная на λ= 1300 нм, приведена на рис. 1.4. При боль­ших значениях диаметров петельки потери не зависят от ее диамет­ра. Однако когда диаметр петельки уменьшается до критического зна­чения (10...20 мм), потери начинают быстро увеличиваться.

Потери при изгибании волокна возникают по двум причинам. Во-первых, потери возникают в месте соединения прямого и изогнутого волокна. Обусловлены они тем, что в изогнутом волокне центр модового пятна смещен относительно оси волокна на некую величину d, зависящую от радиуса изгиба волокна (рис. 1.5). В результате модовые пятна прямого и изогнутого волокна в месте их соединения оказываются смещенными друг относительно друга также на величи­ну d. Поэтому только часть мощности моды «прямого» волокна передается моде изогнутого волокна, а остальная же мощ­ность преобразуется в оболочечные моды и в конечном счете теря­ется.

Во-вторых, мощность теряется и непосредственно в изогнутом во­локне. Происходит это из-за того, что в изогнутом волокне периферийная часть моды распространяется со скоростью больше скорости света в среде (в оболочке). Эта часть моды излучается в оболочку во­локна и в конечном счете теряется (рис. 1.6). Величина этих потерь тем больше, чем больше число витков волокна и чем меньше ради­ус изгиба волокна.

Таким образом, потери в изогнутом волокне возникают из-за двух различных механизмов. В первом случае потери зависят только от ра­диуса изгиба волокна и не зависят от числа витков. А во втором слу­чае они зависят и от радиуса изгиба, и от числа витков.

Рис. 1.4 Рис. 1.5 Рис.1.6

Световоды на изгибах теряют мощность на излучение. Это приводит к дополнительным потерям, которые могут быть малы, если радиус кривизны изгиба достаточно велик.

Рассмотрим основные физические принципы, объясняющие по­явление потерь при изгибе световода. Как известно, часть мощ­ности, передаваемой по световоду, распространяется вне области сердечника. Если рабочая частота далека от частоты отсечки мо­ды, то эта же часть мощности будет очень малой. Электромагнит­ное поле вне сердечника спадает по экспоненциальному закону в поперечном направлении от оси световода. Но даже на значи­тельных расстояниях от световода имеет место малое, по конечное значение мощности излучения.

На рис. 2.19 схематически показан изогнутый участок светово­да, где штриховые линии являются плоскостями постоянной фа­зы. Скорость распространения волны на этом участке меньше скорости плоских волн в среде, окружающей сердечник. Можно изобразить движение фазовых фронтов изогнутого участка свето­вода так, как если бы их плоскости пересекались в центре кри­визны и вращались вокруг этого центра. Естественно, что ско­рость движения фазового фронта на топ границе световода, ко­торая ближе к центру кривизны, будет меньше фазовой скорости моды в прямом волноводе, а по другую границу световода • больше и по мере увеличения расстояния от центра кривизны фа­зовая скорость возрастает. На некотором расстоянии от центра кривизны скорость фазового фронта будет равняться скорости плоской волны в среде, окружающей световод. Так как электро­магнитная волна не может распространяться со скоростью, пре­вышающей скорость плоской волны в окружающей среде, то эта часть поля отделяется от ноля направляемой моды и излучается в окружающее пространство. Таким образом, изгибы световодов вызывают увеличение электромагнитной связи между направляе­мыми модами и модами излучения, изменяя модовое распределе­ние, в результате чего увеличиваются потери на излучение.

Для оценки потерь аи, дБ, па изгибе радиуса R в многомодо-вом световоде можно воспользоваться приближенной формулой

где g=1 и 2 для световодов со степенным и ступенчатым профи­лями показателя преломления соответственно. Так, при 2а = 50

и дельта=0,01 и R =22 см получаем ан=0,1 и 0,2 дБ для светово-дов со степенным ступенчатым профилями показателя преломления

В процессе покрытия световода различными защитными обо-дочками, а также при изготовлении и прокладке оптических ка-белей возникают малые отклонения оси световода от прямой ли-линии, которые называют микроизгибами.

Потреи альфа дБ, вызванные хаотическими изгибами с экспонеп-поненциальной корреляционной функцией

Кабельные потери существенно зависят от при­нятой технологии производства, конструкции кабеля и качества из­готовления. Их можно классифицировать примерно по следующей схеме:

a1 — вследствие микроизгибов оптических волокон;

a2— вследствие макроизгибов волокон и других нарушений их прямолинейности;

Микроизгибы (рис. 2.16, а) представляют собой мелкие локаль­ные нарушения прямолинейности волокна, характеризующие сме­щение его оси в поперечных направлениях на участке микроизгиба. Микроизгибы обусловлены конструктивно-технологическими неоднородностями, возникающими при изготовлении как кабеля, так и самого волокна и в процессе его хранения и транспортировки. Дополнительное затухание за счет потерь при микроизгибах определяется формулой, дБ,

где h — высота (радиус) микроизгиба; a—радиус сердечник световода; b — диаметр световода; N — число микроизгибов. При достаточно хорошо отработанной технологии производства оптических кабелей потери на микроизгибы сравнительно невелики.

Макроизгибы (рис. 2.16,б) обусловлены скруткой оптических волокон по длине кабеля, а также наличием изгибов и нерегулярностей по длине кабеля. Здесь радиус изгиба существенно больше диаметра волокна. Дополнительное затухание за счет потерь на макроизгибах может быть определено по формуле, дБ,

где R = Rиз/(2а), Rиз — радиус изгиба кабеля; а — радиус сердечника волокна; n1,n2 — показатели преломления сердечника и оболочки волокна.

41. Втрати що виникають при стиковці одномодових волоконних світловодів. Роз'ємні та нероз'ємні з'єднання волоконних світловодів.

Соединение отрезков ВОК может быть выполнено неразъемным или разъемным. Неразъемное соединение – это постоянное сращивание, при котором два ВС или кабеля жестко фиксируются друг с другом. Разъемное соединение допускает многократное соединение и разъединение и имеет в своей конструкции некоторый механизм соединений.

Для соединения ВС с близкими поперечными разъемами и ППП достаточно совместить их оси к торцу сердцевины одного ВС подвести торец сердцевины второго ВС. При значительном рассогласовании параметров между ВС необходимо расположить специальный переход.

Ослабления сигнала при соединении ВС вызывается потерями из-за различия их параметров и несовершенства стыковки. К первой группе причин ослабления относится различие числовых апертур, диаметров сердцевин и оболочек, соединяемых ВС, неконцентричность и эллиптичность сердцевины, отражение Френеля. Ко второй группе причин ослабления относятся нарушения взаимного положения ВС (радиальное и продольное смещение торцов, угол между осями) и некачественное обработка поверхности торцов.

При боковом (поперечном) смещении осей ВС площадь пересечения их сердцевин уменьшается. При условии что все моды многомодового ВС со ступенчатым ППП переносят одинаковую мощность, можно считать, что возникающие в стыке потери могут быть определены отношением площади пересечения к полной площади сердцевины: ,

Где х – линейное смещение осей, а – радиус сердцевины. Потери на стыках градиентных ВС из-за поперечного смещения осей выше, чем потери, наблюдаемые для однородных ВС (т.к. при смещении в каждой точке апертуры будут различны). Если локальная апертура передающего ВС больше, чем приемного, то последний не сможет принимать излучение, падающее вне его локальной апертуры). Потери, вызванные боковым смещением осей одномодовых ВС, зависят от протяженности поля в поперечном сечении. Зависимость этих потерь от бокового смещения в одномодовом ВС со ступенчатым ВС приведена на рис.3. Потери в стыках ВС существенно зависят от поперечного смещения (сдвиг 30% - потери 0.5 дБ).

Потери при угловом рассогласовании стыкуемых однородных двухслойных ВС можно наблюдать на рис.4 для световодов с ПП сердцевины равной 1.5, относительная разность ПП ∆=0.005 и 0.03. Потери растут с ростом ∆.

На потери в соединении ВС влияет также зазор между торцами. Это связано с расходимостью излучаемого ВС пучка. Однако это влияние менее существенно по сравнению с поперечным и угловым рассогласованиями.

Потери, вызванные различием стыкуемых ВС, не зависит от конструкции соединения. Они уменьшаются по мере усовершенствования технологии.

Соединение отрезков ВОК может быть выполнено неразъемным или разъемным. Неразъемное соединение – это постоянное сращивание, при котором два ВС или кабеля жестко фиксируются друг с другом. Разъемное соединение допускает многократное соединение и разъединение и имеет в своей конструкции некоторый механизм соединений.

Ослабления сигнала при соединении ВС вызывается потерями из-за различия их параметров и несовершенства стыковки. К первой группе причин ослабления относится различие числовых апертур, диаметров сердцевин и оболочек, соединяемых ВС, неконцентричность и эллиптичность сердцевины, отражение Френеля. Ко второй группе причин ослабления относятся нарушения взаимного положения ВС (радиальное и продольное смещение торцов, угол между осями) и некачественное обработка поверхности торцов.

При боковом (поперечном) смещении осей ВС площадь пересечения их сердцевин уменьшается. При условии что все моды многомодового ВС со ступенчатым ППП переносят одинаковую мощность, можно считать, что возникающие в стыке потери могут быть определены отношением площади пересечения к полной площади сердцевины:

Где х – линейное смещение осей, а – радиус сердцевины. Эта зависимость представлена на рис.1.

Потери на стыках градиентных ВС из-за поперечного смещения осей выше, чем потери, наблюдаемые для однородных ВС (т.к. при смещении в каждой точке апертуры будут различны). Если локальная апертура передающего ВС больше, чем приемного, то последний не сможет принимать излучение, падающее вне его локальной апертуры).

Потери, вызванные боковым смещением осей одномодовых ВС, зависят от протяженности поля в поперечном сечении. Потери в стыках ВС существенно зависят от поперечного смещения (сдвиг 30% - потери 0.5 дБ).

Потери при угловом рассогласовании стыкуемых однородных двухслойных ВС можно наблюдать на рис.4 для световодов с ПП сердцевины равной 1.5, относительная разность ПП ∆=0.005 и 0.03. Потери растут с ростом ∆.

На потери в соединении ВС влияет также зазор между торцами. Это связано с расходимостью излучаемого ВС пучка. Однако это влияние менее существенно по сравнению с поперечным и угловым рассогласованиями.

Потери, вызванные различием стыкуемых ВС, не зависит от конструкции соединения. Они уменьшаются по мере усовершенствования технологии

42. Мультиплексори, демультиплексори та делителі міцності.

Оптические мультиплексоры предназначены для объединения оптических сигналов, передаваемых на нескольких длинах волн. Основными их функциональными элементами являются частотно-селективные элементы:

1) дифракционные решетки (рис. а) представляют собой систе­мы с большим числом профилированных штрихов, обеспечивающих концентрацию энергии, которая отражается от решетки, в направле­нии главного максимума. С помощью дифракционных решеток обеспечи­вается параллельное разделение (объединение) несущих.

2) Интерференционные фильтры (рис. б) состоят из набора тонких диэлектрических слоев, который (в результате суперпозиции) является прозрачным для одних частот и непрозрач­ным — для других; посредством интерфе­ренционных фильтров выполняется последовательное объединение несущих.

3) Призма (рис. в) 4) Поглощающие фильтры (рис. г)

На рисунках (а,б,в,г): 1-градиентная цилиндрическая линза; 2-дифракционная решетка; 3-хроматический фильтр; 4-призма; 5-отражающее покрытие; 6-селективные фотодетекторы.

Демультиплексор. Параллельное разделение возможно осуществить как для малого так и для большого. Параллельные делители представляют собой мини спектрометры. Такое устройство представлено на рис. 1. Последовательное разделение применяется при небольшом количестве каналов так как с увеличением их количества пропорционально увеличивается число элементов схемы (светофильтров, делительных пластин, зеркал, фокусующих элементов) и соответственно растут потери на излучение.

Оптические делители мощности

Неселективные разветвители подразделяются на два основных типа- Т-образные, построенные по принципу ответвления оконечных устройств от главного ствола линии (рис. 1а) и звездообразные (рис.1б). Потери при разделении мощности излучения в системе с Т-образными соединителями возрастают пропорционально числу абонентов, а в системе с звездообразными ответвителями пропорционально логарифму числа оконечных устройств. Поэтому необходимо применять в системах с большим числом абонентов звездообразные соединительные устройства.

По своей конструкции разветвители разделяют на две основные группы – биконические, в которых излучение передается через боковую поверхность, и торцевые, в которых излучение передается через торец. В обеих группах передача излучения может осуществляться либо при непосредственном контакте ВС, либо через вспомогательные элементы – зеркала, линзы, смесители.

В биконических разветвителях свет может быть извлечен через боковую поверхность при преобразовании направляемой моды в моду излучения или при связи со вторым ВС через исчезающее поле (рис.2). Биконические разветвители легко изготовить, однако они обладают плохой воспроизводимостью параметров (вносимые потери – 0,2..1дБ).

Рис.3 Разветвитель торцевого типа: 1- входной ВС; 2,3,4-выходные ВС.

Из разветвителей торцевого типа наиболее распространены такие, в которых торцы выходных ВС непосредственно состыковываются с торцом входного ВС и закрепляются каким-либо механическим способом или заливаются капли клея. Изменяя взаимное положение торцов ВС и подбирая их поперечное сечение (рис.3), можно изменять в широких пределах отношение мощностей в разных выходных каналах (вносимые потери составляют 0,3..1.2дБ). Для их уменьшения, а также для снижения возбуждения мод оболочки стравливают или сошлифовывают.

43. Розрахунок довжини регенераційних участків.

Длина регенерационного участка для выбранной аппаратуры передачи и заданном качестве связи определяется харак­теристиками оптического кабеля: затуханием и дисперсией. Зату­хание лимитирует длину участка по потерям в тракте передачи. Дисперсия приводит к расширению передаваемых импульсов, в результате чего сигнал на приеме получается размытым, искажен­ным (рис. 6,5). Причем с увеличением длины линии сигнал иска­жается больше.

Характеристики передачи оптической кабельной линии показа­ны на рис. 6.6. С ростом расстояния от начала регенерационного участка уровень оптического сигнала p_пр падает плавно на отрезках кабеля и скачками в точках соединений. Мощность сигна­ла на входе фотоприемника должна превышать заданную мини­мально допустимую мощность p_{пр доп}, при которой обеспечивается требуемое качество связи, т. е. вероятность ошибки при ИКМ. Указанная мощность p_{пр доп} может быть рассчитана и зависит от типа приемника, уровня шума, вида линейного сигнала, заданной вероятности ошибки.

Обозначив уровень сигнала на входе р_пер, получим

p_пер - a_с - n_pa_p – n_нa_н - aL ³ p_{пр доп} (6.1)

где a_с - потери при вводе и выводе излучения в волокно; a_p и a_н - потери в разъемных и неразъемных соединениях отрезков кабеля; n_p и n_н - число разъемных и неразъемных соединений на длине L; L — длина регенерационного участка.

Соотношение (6.1) удобно представить в виде

aL + n_pa_p + n_нa_н £ Q, (6.2)

где Q = p_пер - a_с - p_{пр доп} - так называемый энергетический по­тенциал аппаратуры

Рис. 6.6. Определение длины регенерационного участка

Рис 6.7. Длины регенерационных участков оптических и коаксиальных кабелей

Из (6.2) получаем длину регенерационного участка по зату­ханию. С другой стороны, длина регенерационного участка, как сказано ранее, ограничивается дисперсионными искажениями в оптическом кабеле.

Для уменьшения межсимвольной интерференции необходимо, чтобы выполнялось следующее условие

В £ 0,25/s, (6.3)

где В — скорость передачи информации; s - среднеквадратичная ширина импульсной характеристики в кабеле длиной L км. Из равенства (6.3) следует, что длина регенерационного участка

L£ 0,25/s₀В (6.4)

Целью расчета является определение максимальной длины регенерационного участка L при условии одновременного выполне­ния неравенств (6.2) и (6.4).

На рис. 6.7 приведены значения допустимых расстояний между регенераторами в оптических системах передачи (ОК) и при пере­даче по коаксиальному кабелю (КК). Графики иллюстрируют су­щественные преимущества оптической связи. В коаксиальных кабелях регенерационные участки составляют 1,5—6 км, а в опти­ческих кабелях — 10—30 км.

44. Джерела випромінювання ВС. Параметри світловипромінювальних діодів та лазерів.

К базовым элементам ВОЛС относятся источники оптического излучения. При­менение тех или других источников из­лучения в ВОЛС обусловливается их на­дежностью, технологической интеграци­ей с другими компонентами, микроми­ниатюризацией, реализацией одномодового режима генерации в широком диапа­зоне рабочих мощностей, высоким бы­стродействием.

Наилучшим образом этим условиям соответствуют полупроводниковые ис­точники излучения — светоизлучающие диоды (СИД) и инжекционные лазеры (ИЛ). Они и представляют собой основ­ной вид излучателей в волоконно-опти­ческой связи.

Практически во всех ВОЛС, рассчитанных на широкое приме­нение, используются в качестве источни­ков света полупроводниковые светоизлучающие устройства, в которых механиз­мом излучения служит излучательная рекомбинация инжектированных в ак­тивную область носителей. Длина волны излучаемого света при этом зависит от ширины запрещенной зоны (E_g) актив­ной области полупроводника и опреде­ляется выражением =1,239/ E_g

где E_g измеряется в электрон-вольтах, — в микрометрах.

По характеру рекомбинационного из­лучения источники делят на когерентные и некогерентные. К когерентным относятся полупроводниковые ИЛ, ра­ботающие по принципу вынужденно­го излучения. Для некогерентных — СИД — излучательная рекомбинация но­сит спонтанный характер.

Основное преимущество ИЛ по сравнению с другими состоит в том, что они с допускают непосредственную модуляцию простым изменением тока возбуждения. Это в значительной степени уп­рощает структуру передающего модуля ВОЛС, так как не требует введения блока модулятора.

В соответствии с длиной волны излу­чения источники для ВОЛС подразде­ляют на «коротковолновые», работаю­щие в диапазоне 0,8...0,9 мкм, и «длин­новолновые», излучающие на длинах волн от 1,2 до 1,7 мкм.

Светоизлучающие диоды — это источ­ники для многомодовых ВОЛС длиной до нескольких десятков километров со скоростью передачи информации до 200 Мбит/с. ИЛ по своим параметрам наиболее полно удовлетворяют большин­ству требований, предъявляемых к ис­точникам ВОЛС. Они могут обеспечивать безретрансляционную передачу данных на расстояния более сотен километров со скоростью, превышающей 1 Гбит/с.

Лазер — устройство, усиливающее вынужденное излучение активной среды. Для усиления излучения в лазере используется специальная оптическая система, называемая резонатором Фабри-Перо. Она представляет собой полированные строго параллельные противоположные грани кристалла для получения отражающих поверхностей, похожих на зеркала.

При слабых управляющих токах лазер работает подобно СИД, и излучение света носит характер спонтанного. По мере усиления тока лазер достигает порога генерации, выше которого начинается вынужденное излучение и нормальная работа лазера. Таким образом, для начала работы лазера требуется достаточно высокая плотность тока (наличие большого числа электронов в не­большой рабочей области чипа). Спонтанно излученные фотоны захватываются резонатором Фабри-Перо, отражаясь от полированных боковых граней, и делают несколько проходов от одного зеркала к другому. Данные фотоны несут с собой энергию, соответствующую ширине щели полупроводникового вещества, используемого в лазере. При взаимодействии этих фотонов с электронами, находящимися в возбужденном состоянии, происходит немедленная рекомби­нация последних, сопровождающаяся излучением света.. Поскольку энергия фотонов вы­нужденного излучения равна энергии первоначальных спонтанных фотонов, то их длины волн также равны. Таким образом, спонтанные фотоны рождают подобные себе вынужденные фотоны: они имеют те же длины волн, фазы и направление распространения. Другими словами, падающий фотон приводит к излучению еще одного такого же фотона. При многократном повторении этого процесса число фотонов растет лавинообразно, и излучение усиливается.

Для работы лазера требуется достижение определенного уровня инверсной населенности, определяемого пороговым значением тока.. Инверсная населенность представляет собой состояние, в котором основная часть невозбужденных электронов переходит в возбуж­денное состояние.

Итак, отличия лазерного излучения от излучения СИД следующие:

Высокая монохромность: излучение имеет узкую спектральную ширину
Идеальная монохромность означает наличие только одной длины волны в
выходном излучении. В отличие от СИД лазерное излучение не имеет
непрерывного спектра, а представляет собой дискретный набор длив
волн вокруг центральной длины волны.

Когерентность: излучение синхронизировано, фазы излучаемых фотоновсовпадают.

Узкая направленность: свет излучается в узкий диапазон углов и пучов
света имеет малую поперечную дисперсию. Поперечной дисперсией
называется увеличение диаметра пучка света по мере распространенш
от источника.

Параметр СИД Лазер

Выходная мощность Низкая Высокая

Скорость Низкая высокая

Выходная апертура (№) Высокая Низкая

Спектральная характеристика Широкая Узкая

Совместимость с одномодавым волокном Нет Да

Применение Простое Сложное

Период эксплуатации Очень длинный Длинный

Стоимость Низкая Высокая

Как лазеры, так и диоды не являются идеально монохромными, они излучают в некотором конечном диапазоне длин волк Этот диапазон известен как спектральная ширина источника. На рис. 8.9 видно, что спектральная ширина лазера существенно уже п сравнению со спектральной шириной светоизлучающего диода.

Скорость включения и выключения источника должна быть достаточно высокой, чтобы соответствовать требованиям ширины рабочей полосы про­пускания оптической системы. Скорость источника определяется временем нарастания и спада сигнала. Лазеры имеют время нарастания менее 1 нс, в то время как время нарастания СИД — несколько наносекунд.

Длительность эксплуатации

Гарантируемое время эксплуатационной службы источника измеряется миллионами часов. После этого выходная мощность источника начинает уменьшаться из-за увеличивающегося числа дефектов в кристаллической структуре полупроводникового кристалла. Гарантируемое время службы ис­точника определяется уровнем 50% (3 дБ) уменьшения выходной мощности. Считается, что СИД, имеющий первоначальную выходную мощность 1 мВт, заканчивает свою службу при уровне мощности в 500 мкВт.

Простота использования

Лазер имеет лучшие оптические характеристики по сравнению с СИД но он сложнее, дороже и менее надежен в эксплуатации. Срок эксплуатационной службы лазеров, по сравнению с СИД, меньше.

45.Параметри фотодіодів.

Ключевыми параметрами фотодиодов являются время отклика, линейность, уровень шумов и чувствительность.

Ø Чувствительность: , где -оптическая мощность.(рис.1)

Подбирается так, чтобы макс приходился на заданный интервал длин волн.

Ø Темновой ток – ток, который протекает по фотодиоду, когда на него ничего не падает.

Ø мин. детектированная мощность – мин. сигнал, который можно зафиксировать.

Ø Время отклика , где изменяется от 0,2 – 5 нс.(рис.2)

Ø Квантовая эффективность . Чем выше, тем лучше работает светодиод.

Напряжения подбираются для обеспечения макс. излучения.

Фотодиоды обладают наилучшим сочетанием фотоэлектрических параметров, основные с точки зрения использования в оптоэлектронике: высокие значения чувствительности и быстродействия, малые значения паразитивных параметров (например, ток утечки). Простота их устройства позволяет достигнуть физического и конструкционного оптимума и обеспечить наиболее полное использование падающего света. В сопоставлении с другими, они обладают наибольшей стабильностью температурных характеристик и лучшими эксплуатационными свойствами. Напримет, параметры p-i-n фотодиода ФД-110:

область спектральной чувствительности, 0,41,9,токовая чувствительность, 0,4,темновой ток не более, 65, время отклика, 10, емкость перехода, 4, рабочее напряжение, 8В

Фотодиоды предназначены для использования в спектрометрии, фотометрии для измерения параметров оптического излучения низкой интенсивности.

46. Класифікація оптичних кабелів.

Оптические кабели (ОК) состоят из скрученных по определенной системе оптических волокон из кварцевого стекла (световодов), заключенных в общую защитную оболочку. При необходимости кабель может содержать и силовые (упрочняющие) и демпфирующие элементы.

Существующие ОК по своему назначению могут быть классифицированы на три основные группы: магистральные, зоновые и городские. В отдельные группы выделяются также подводные, объектовые и монтажные ОК.

Магистральные ОК предназначаются для передачи информации на большие расстояния и значительное число каналов. Они должны обладать малыми затуханием и дисперсией и большой информационно-пропускной способностью. В этих кабелях используется одномодовые волокна с размерами сердцевины и оболочки 8/125 мкм. Длина волны 1,3...1,6 мкм.

Зоновые ОК служат для организации многоканальной связи между областным центром и районами с дальностью связи до 250 км. Используются градиентные волокна с размерами 50/125 мкм. Длина волны 1,3 мкм.

Городские ОК применяются в качестве соединительных между городскими АТС и узлами связи. Они рассчитаны на короткие расстояния (до 10 км) и большое число каналов. Волокна в таких кабелях - градиентные (50/125 мкм). Длина волны 0,85 и 1,3 мкм. Эти линии, как правило, работают без промежуточных линейных регенераторов.

Подводные ОК предназначаются для осуществления связи через большие водные преграды. Они должны обладать высокой механической прочностью на разрыв и иметь надежные влагостойкие покрытия. Для подводной связи также важно иметь малое затухание и большие длины регенерационных участков.

Объектовые ОК служат для передачи информации внутри объекта. Сюда относятся учрежденческая и видеотелефонная связь, внутренняя сеть кабельного телевидения, а также бортовые информационные системы подвижных объектов (самолет, корабль и др.). Монтажные ОК используются для внутри- и межблочного монтажа аппаратуры. Они выполняются в виде жгутов или плоских лент.

47. Типові конструкції оптичних кабелів.

Конструкции ОК в основном определяются их назначением. При этом, все многообразие существующих типов кабелей можно подразделять на три группы:

1) кабели повивной концентрической скрутки (а)

2) кабели с фигурным сердечником (б)

3) плоские кабели ленточного типа (в).

1— волокно; 2— силовой элемент; 3— демпфирующая оболочка; 4—защитная оболочка; 5—профилированный сердечник; 6— ленты с волокнами

Кабели первого типа имеют традиционную повивную концентрическую скрутку сердечника по аналогии с электрическими кабелями. Известны такие кабели преимущественно с числом волокон 7, 12, 19. Чаще всего волокна располагаются в отдельных пластмассовых трубках, образуя модули.

Кабели второй группы имеют в центре фигурный пластмассовый сердечник с пазами, в которых размещаются ОВ. Пазы и соответственно волокна располагаются по геликоиде, и поэтому они не испытывают продольного воздействия на разрыв. Такие кабели могут содержать 4, 6, 8 и 10 волокон.

Кабели ленточного типа состоят из плоских пластмассовых лент, в которые вмонтировано определенное число ОВ. Чаще всего в каждой ленте располагается по 12 волокон, а число лент составляет 6, 8 и 12.

48. Прокладка оптичних кабелів.

При прокладке кабеля в пределах города сооружается кабельная канализация, а в полевых условиях кабель кладется непосредственно в землю на глубину 1,2 м.

Подготовка к строительству: входной контроль кабеля и группирование строительных длин ОК (производится в соединительных муфтах регенерационного участка ВОЛС и заключается в поиске такого варианта соединения волокон в этих муфтах, при котором достигается максимальное ослабление случайных составляющих).

Основные способы прокладки ОК:

Прокладка в грунт:

Бестраншейная прокладка с помощью кабелеукладчика является наиболее распространенным способом и широко применяется на трассах в различных условиях местности. В этом случае ножом кабелеукладчика в грунте прорезается узкая щель и кабель укладывается на ее дно.

Траншейная прокладка: кабель укладывается в заранее отрытую траншею. Ширина траншеи наверху 0,3 м, на дне 0,1 – 0,2 м., глубина 1,2 м. Прокладка кабеля производится с барабанов, установленных на кабельные транспортеры, или автомашины. По мере движения транспорта и вращения барабана кабель разматывается и укладывается непосредственно в траншею или вдоль нее по бровке, а затем в траншею. Засыпка траншеи осуществляется специальными траншее засыпщиками или вручную.

Прокладка кабеля в пластмассовой трубе проводится для чисто диэлектрических ОК без металлических оболочек. Достоинством таких кабелей является стойкость против электромагнитных воздействий, Но они уязвимы против грызунов и менее механически прочны. В этом случае применяются два способа прокладки:

- протяжка ОК через предварительно проложенный в земле пластмассовый трубопровод.

- прокладка ОК, встроенного в пластмассовую трубу в заводских условиях и образующих единое целое.

Прокладка кабеля по проводам высоковольтной линии передачи также проводится для чисто диэлектрических ОК без металлических оболочек. В этом случае ОК навивается на провод высоковольтной линии специальным укладчиком. Этот способ исключает необходимость проведения трудоемких земляных работ. Способ может с успехом использоваться и в городской черте, и за ее пределами, так как оптоволоконный кабель подвешивается на уже существующие опоры линий традиционных коммуникаций. Это могут быть:

- опоры телефонных и телеграфных линий;

- опоры линий электропередач (ЛЭП);

- опоры контактной электросети железных дорог.

Прокладка кабеля в телефонной канализации состоит из двух этапов: подготовительного и собственно прокладки.

Подготовительный этап включает в себя входной контроль кабеля, группирование строительных длин и подготовку канализации.

Прокладка ОК в кабельную канализацию может осуществляться непосредственно в канале или в полиэтиленовых трубах, предварительно затянутых в кабельную канализацию.

Прокладка кабеля по морскому дну. Для укладки кабеля в этом случае используются специально оборудованные судна. Кабель прокладывается за один раз: от берега до берега. Если требуемый для этого кабель не помещается на одном судне, то используют целую эскадру кораблей. Особые проблемы связаны с устранением неисправностей кабеля, проложенного по морскому дну. После того как кабель пролежит на дне не один месяц, его зачастую трудно бывает найти. Особенности донного рельефа и подводные течения могут отнести кабель на десятки километров.

50 Загальні характеристики джерел випромінювання.

Перечислим основные требова­ния, которым должен удовлетворять источник излучения, применяемый в ВОЛС:

• излучение должно вестись на длине волны одного из окон прозрачности волокна. В тра­диционных оптических волокнах существует три окна, в которых достигаются меньшие потери света при распространении: 850, 1300, 1550 нм;

• источник излучения должен выдерживать необходимую частоту модуляции для обеспе­чения передачи информации на требуемой скорости;

• источник излучения должен быть эффективным, в том смысле, что большая часть излу­чения источника попадала в волокно с минимальными потерями;

• источник излучения должен иметь достаточно большую мощность, чтобы сигнал можно было передавать на большие расстояния, но и не на столько, чтобы излучение приводи­ло к нелинейным эффектам или могло повредить волокно или оптический приемник;

• температурные вариации не должны сказываться на функционировании источника излу­чения;

• стоимость производства источника излучения должна быть относительно невысокой. Два основных типа источников излучения, удовлетворяющие перечисленным требовани­ям, используются в настоящее время - светодиоды (LED) и полупроводниковые лазерные диоды (LD).

Также важными характеристиками источников излучения являются: быстродействие ис­точника излучения; деградация и время наработки на отказ.

Быстродействие источника излучения. Экспериментально измеряемым параметром, от­ражающим быстродействие источника излучения, является максимальная частота модуляции. Предварительно устанавливаются пороги на уровне 0,1 и 0,9 от установившегося значения мощности светового излучения при низкочастотной модуляции прямоугольными импульсами тока. По мере роста частоты модуляции, т.е. при переходе на меньшие масштабы по временной шкале, форма световых фронтов становится более пологой. Для описания фронтов вво­дят времена нарастания и спада мощности излучения, определяемые как временные интервалы, за которые происходит нарастание от 0,1 до 0,9 и, наоборот, спад светового сиг­нала от 0,9 до 0,1. Максимальная частота модуляции определяется как частота входных электрических импульсов, при которой выходной оптический сигнал перестает пересекать поро­говые значения 0,1 и 0,9, оставаясь при этом во внутренней области. Для светодиодов эта частота может достигать до 200 МГц, а у лазерных диодов - значительно больше (несколько ГГц). Времена нарастания и спада предоставляют информацию о полосе пропускания W.

Деградация и время наработки на отказ. По мере эксплуатации оптического передатчи­ка его характеристики постепенно ухудшаются - падает мощность излучения, и, в конце кон­цов, он выходит из строя. Это связано с деградацией полупроводникового слоя. Надежность полупроводникового излучателя определяется средней наработкой на отказ или интенсивно­стью отказов. Лазерные диоды, выпускаемые десять лет назад, обладали значительно мень­шей надежностью по сравнению со светодиодами. Однако в настоящее время, благодаря со­вершенствованию конструкций и технологии изготовления, удалось значительно повысить на­дежность лазерных диодов и приблизить их к светодиодам по времени наработки на отказ, которое составляет до 50000 часов и более (5-8 лет).

51.Світлодіоди.

В основе СИД (светоизлучающие диоды) находится полупроводник р-n типа, излучающий свет в условиях, когда отрицательная клемма электрической батареи подсоединяется к участку полупроводника n-типа (прямое напряжение, положительный наклон энергетических зон). При этом электроны инжектируются в полупроводник п-типа и вытягиваются из полупроводника р-типа. (Вытягивание электронов полностью совпадает с инжекцией дырок в полупроводник р-типа.)

Положительный наклон энергетических зон приводит к движению электронов и дырок навстречу друг другу и миграции их через обедненную но­сителями зону перехода. В результате захвата электронов дырками происходит излучение света. Для постоянного повторения данного процесса и уравно­вешивания процесса рекомбинации требуется подпитка перехода новыми носителями заряда, осуществляемая при пропускании тока. При отключении тока рекомбинация приводит к восстановлению обедненной зоны в области перехода и излучение прекращается.

Описанный выше СИД — устройство с гомогенным переходом, то есть с переходом, образованным единственным полупроводниковым материалом. СИД с гомогенным переходом излучает свет как с боковой границы перехода, так и со всей его плоской поверхности. Излучение при этом имеет широкую диаграмму и малую интенсивность, что не совсем пригодно для использования в оптических волокнах. В этом случае только малая часть из­лученного света может быть направлена в ядро волокна.

Использование гетерогенной структуры перехода позволяет решить данную проблему. Носители заряда оказываются ограниченными активной областью кристалла. Гетерогенный переход является переходом р-n типа, образованным материалами с аналогичной кристаллической структурой, но с отлича­ющимися энергетическими уровнями и показателями преломления. Эти различия обеспечивают пространственную локализацию носителей заряда и более направленное излучение света.

Используемые в СИД вещества определяют длину волны выходного излу­чения. Обычно используются СИД на основе арсенида галлия с добавками алюминия (GaAlAs), имеющего окно прозрачности в диапазоне от 820 до 850 нанометров. Длины волн, соответствующие данному окну, удобны и с точки зрения распространения по оптическому волокну. Одна из причин выбора этого диапазона, изначально используемого в волоконной оптике, в том, что приборы, работающие в этом диапазоне, более надежные и дешевые, легко производятся. Таким образом, технология, основанная на использовании 820-микронного излучения, является родоначальной. В настоящее время все более значимой становится 1300-нм технология. Переход с 1300 на 1550 нм зависит, в частности, от развития технологии изготовления источников

Светодио́д или светоизлучающий диод (СИД) — полупроводниковый прибор, излучающий некогерентный свет при пропускании через него электрического тока. Излучаемый свет лежит в узком участке спектра, его цветовые характеристики зависят от химического состава использованного в СИД полупроводника. Как и в нормальном полупроводниковом диоде, в светодиоде имеется p-n переход. При пропускании электрического тока в прямом направлении, носители заряда — электроны и дырки рекомбинируют с излучением фотонов.

Не всякие полупроводниковые материалы эффективно испускают свет при рекомбинации. Хорошими излучателями являются, как правило, прямозонные полупроводники типа AIIIBV (например, GaAs или InP) и AIIBVI (например, ZnSe или CdTe). Варьируя состав полупроводников, можно создавать светодиоды для всевозможных длин волн от ультрафиолета (GaN) до среднего инфракрасного диапазона (PbS).

Обозначение светодиода в электрических схемах

Диоды, сделанные из непрямозонных полупроводников (например, кремниевый Si или германиевый Ge диоды, а также сплавы SiGe, SiC) свет практически не излучают. Впрочем, в связи с развитостью кремниевой технологии, активно ведутся работы по созданию светоизлучающих диодов на основе кремния. Последнее время большие надежды связывают с технологией квантовых точек и фотонных кристаллов.

Светодиоды используются в сигнальных и осветительных приборах, например, в «твердотельных лампах».

Светодиоды (LED) - являются одним из основных типов источников излучения, использующ. в настоящее время.(другой тип- полупроводниковые лазерные диоды (LD))

Благодаря своей простоте и низкой стоимости, светодиоды распространены значитель­но шире, чем лазерные диоды. Принцип работы светодиода основан на излучательной рекомбинации носителей заряда в активной области гетерогенной структуры при пропускании через нее тока. Но­сители заряда - электроны и дырки - проникают в активный слой (гетеропереход) из приле­гающих пассивных слоев (р- и n-слоя) вследствие подачи напряжения на р-n структуру и за­тем испытывают спонтанную рекомбинацию, сопровождающуюся излучением света.

Характеристики светодиода:

- спектральная плотность излучения- зависимость мощности от λ:

Излучение~1-2мВт

Анигиляция имеет случайный характер. Нельзя выделить поляризационные волны, излучаемые светодиодом.

Принято описывать не в амплитудах, а в мощностях.

52.Пристрої узгодження активних елементів з оптичним кабелем.

В СИД, излучающем через боковую поверхность, размер этой по­верхности достаточно велик. При этом лишь малая часть излучения передается волокну. Выходная мощность полупроводникового кристалла и мощность, передаваемая оптическому во­локну, могут существенно различаться.

Модернизация структуры полупроводникового кристалла (использование диодов, излучающих через узкую боковую грань, или лазеров) приводит к улучшению выходной картины излучения, и крайне важным является хороший контакт источника с оптическим волокном

Используются источники с микролинзами, приклеенными с помощью эпок­сидного клея непосредственно к кристаллу. Линза фокусирует свет в практи­чески однородное пятно на выходе источника. Обычно размер этого пятна превосходит размер волокна. Волокно может помещаться в любом месте све­тового пятна, принимая при этом одну и ту же оптическую мощность.

Линза может также размещаться на некотором расстоянии от поверхности кристалла и фокусировать свет. Линза на рис. 8.11 является компонентом приемной части источника и служит для подключения соединителя. При этом линза фокусирует свет непосредственно в волокно, закрепленное в корпусе соединителя.

Параболическая форма приемной части источника и линза позволяют коллимировать пучок света, сужая размер излучающего пятна и угловую диа­грамму излучения. При коллимации световые лучи становятся однонаправ­ленными и перестают расходиться.

В устройствах, называемых пигтейлами (pigtail), используется короткий от­резок оптического волокна, В светодиоде Барра волокно клеевым способом за­крепляется непосредственно на полированной поверхности кристалла. Преимущество данного способа заключается в максимальном приближении волокна к поверхности активной среды кристалла. В других устройствах ус­танавливают пигтейл в непосредственной близости от поверхности кристалла. закрепление пигтейла вблизи кристалла позволяет вводить свет в волокно до того, как пучок света успеет расшириться.

Источники очень часто укомплектовываются выходными разъемами в виде приемных частей для разного типа оптических соединителей. К каждому виду распространенных оптических соединителей могут быть подобраны соответствующие приемные части.

53. Характеристики инжекционных(светоизлучающих) лазеров

К недостаткам излучающих диодов можно отнести сравнительно малую мощность излучения (порядка 10 мВт) и большую спектральную ширину полосы излучения (100-500 А). Этих недостатков лишены инжекционные лазеры. Инжекционным или полупроводниковым лазером называется генератор когерентного во времени и в пространстве рекомбинационного излучения, которое возникает в базе диода при плотности тока, протекающего через р – n переход, превышающей некоторое пороговое значение.

В настоящее время инжекционные лазеры изготавливаются на основе ряда прямозонных полупроводниковых соединений (GaAs, PbTe, PbSe и др.) и твердых растворов, и они перекрывают диапазон длин волн когерентного излучения от 0,9 до 28 мкм. Инжекционные лазеры позволяют получать монохроматическое излучение (ширина спектральной линии 0,1-1 А) большой мощности. Лазеры такого типа имеют высокие значения КПД преобразования электрической энергии в энергию излучения. КПД может достигать 50-80%.

Кроме того, имеется возможность управления длиной волны излучения лазера за счет изменения тока, протекающего через р - n переход, или изменения температуры теплоотвода, а также с помощью магнитного поля или давления. Все эти достоинства полупроводниковых лазеров открывают широкие перспективы их применения в промышленности и в научных исследованиях. Благодаря малым размерам и возможности высокочастотной модуляции излучаемой мощности полупроводниковый лазер представляет собой один из перспективных источников излучения для волоконно-оптических систем связи.

ИЛ - это лазеры, выполненные на основе светодиодов (p-n переходов). Величина дисперсии определяется полосой излучения. Отличие лазера от светодиода - наличие внешнего стабилизирующего резонатора. В ИЛ обеспечивается преобладание вынужденного излучения над поглоще­нием света за счет резонансного контура — резонатора.

Основные разновидности резонаторов, используемых в ИЛ:

- плоский резонатор (Фабри — Пе­ро) и его простые модификации, включая составные резонаторы и внешние резо­наторы. Обычно плоский резонатор образован сколотыми торцами лазерной структуры.

- резонаторы с распределенной обратной связью (РОС-резонатор) и рас­пределенным брэгговским отражателем (РБО-резонатор).

Иногда используют комбинацию резонаторов.

РОС- и РБО-резонаторы основаны на принципе когерентного отражения при дифракции на периодических неоднородностях среды. Распределенные отра­жатели имеют вид диэлектрического волновода с гофрированной границей, так что периодической неоднородностью служит вариация толщины волновода. РБО- резонатор в отличие от плоского резонатора характеризуется только одним резонан­сом в полосе усиления, что обеспечивает его более высокую спектральную селек­тивность.

В ИЛ используют пространственную и спектральную селекцию типов колеба­ний. Пространственная селекция — по­давление поперечных типов колебаний и получения одномодового излучения, спектральная — подавление продоль­ных мод и получение «одночастотного» излучения. Оптимизированный излуча­тель использует оба вида селекции. Одномодовые лазеры, обладающие одночастотным излучением, подразделяют по принципу создания селекции типов колебаний на:

- лазеры с составным резо­натором: для лазеров с составным резонатором усиливаются лишь те колебания, кото­рые настроены на резонанс с внутреннимтипом колебаний основного и одного (или более) дополнительного резонатора.;

- с РОС или РБО: в ИЛ с РОС и РБО гофрированная поверхность волновода играет роль частотно-селективного зеркала.

- с «запертой» инжекцией: структура с «запертой» инжекцией использует внешний источник излучения на одной длине волны.

- с управляемой геометрией: лазеры с управляемой геометри­ей представляют собой одномодовые приборы с коротким (50 мкм) резонатором.

Излучение ИЛ для ВОЛС с большой скоростью передачи данных должно быть одномодовым. Это, кроме наилучшей частотной характеристики и широкой по­лосы частот, облегчает стыковку источ­ника с волокном.

В обычных ИЛ с по­мощью различных структурных реше­ний можно обеспечить одномодовую ге­нерацию при относительно невысоких частотах модуляции. Однако, если часто­та модуляции близка к f_c спектр лазер­ного излучения стремится к многомодовости или многочастотности, что вызы­вает уширение спектра, характеризуемое динамической шириной спектральной линии — . Величина существенно возрастает на частотах более 500 МГц и достигает 5...10 нм. Срок службы ИЛ составляет в среднем порядка 3*10⁴ ч.

Недостатки ИЛ: низкая температурная стабильность(будет перемещаться резонансная частота). Решили использовать РОС-лазеры.

В ИЛ обеспечивается преобладание вынужденного излучения над поглоще­нием света за счет резонансного контура — резонатора. Основные разновидности резонаторов, используемых в ИЛ — плоский резонатор (Фабри — Пе­ро) и его простые модификации, включая составные резонаторы и внешние резо­наторы; резонаторы с распределенной обратной связью (РОС-резонатор) и рас­пределенным брэгговским отражателем (РБО-резонатор). Иногда используют комбинацию резонаторов,

Обычно плоский резонатор образован сколотыми торцами лазерной структуры. РОС- и РБО-резонаторы основаны на принципе когерентного отражения при дифракции на периодических неоднородностях среды. Распределенные отра­жатели имеют вид диэлектрического волновода с гофрированной границей, так что периодической неоднородностью служит вариация толщины волновода. При этом период модуляции А должен удовлетворять условию Брэгга:

,где т — порядок брэгговского отраже­ния; — эффективный показатель пре­ломления волновода. РБО-резонатор в отличие от резонатора Фабри — Перо характеризуется только одним резонан­сом в полосе усиления, что обеспечивает его более высокую спектральную селек­тивность.

В ИЛ используют пространственную и спектральную селекцию типов колеба­ний. Пространственная селекция — по­давление поперечных типов колебаний и получения одномодового излучения, спектральная — подавление продоль­ных мод и получение «одночастотного» излучения. Оптимизированный излуча­тель использует оба вида селекции.Одномодовые лазеры, обладающие одночастотным излучением, подразделяют по принципу создания селекции типов колебаний на лазеры с составным резо­натором; с РОС или РБО; с «запертой» инжекцяей и с управляемой геометрией.

Для лазеров с составным резонатором усиливаются лишь те колебания, кото­рые настроены на резонанс с внутренним типом колебаний основного и одного (или более) дополнительного резонатора.В ИЛ с РОС и РБО гофрированная поверхность волновода играет роль частотно-селективного зеркала. Структура с «запертой» инжекцией использует внешний источник излучения на одной длиневолны. Лазеры с управляемой геометри­ей представляют собой одномодовые приборы с коротким (50 мкм) резонатором.

Базовой структурой ДГ лазеров является полосковая, характеризующаяся относительно малыми Iпор, возможностью реализации одномодового режима, отсутствием параллельных пространственных каналов генерации. Для придания структуре лазера полосковой конфягурации применяют механические и химические методы, селективное травление, технику фотолитографии, протонную бомбардировку и другие методы.

Излучение ИЛ для ВОЛС с большой скоростью передачи данных должно быть одномодовым. Это, кроме наилучшей частотной характеристики и широкой по­лосы частот, облегчает стыковку источ­ника е волокном, В обычных ИЛ с по­мощью различных структурных реше­ний можно обеспечить одномодовую ге­нерацию при относительно невысоких частотах модуляции. Однако, если часто­та модуляции близка кfc спектр лазер­ного излучения стремится к многомодо-вости или многочастоткости, что вызы­вает уширение спектра, характеризуемое динамической шириной спектральной линии — . Величина существенно возрастает на частотах более 500 МГц и достигает 5...10 нм. Срок службы ИЛ составляет в среднем порядка 3*10⁴ ч

54. Лазери з періодичною структурою зворотнього зв'язку.

К лазерам с периодической модуля­цией оптических характеристик относят­ся РОС- и РБО-лазеры (с распределенной обратной связью и рас­пределенным брэгговским отражателем). Про­странственной периодической модуля­ции могут быть подвергнуты любые па­раметры этих лазеров, влияющие на ус­ловие распространения в них электро­магнитной волны: полупроводниковые среды, коэффициент затухания или уси­ления, размеры сечения волновода, фор­ма граничной поверхности и т. д. В ИЛ периодическая структура может быть или совмещена с усиливающим слоем, или расположена за его пределами, вы­полняя по существу роль селективных по частоте многослойных концевых зеркал обычного резонатора. В первом случае — это РОС-лазеры, во втором — РБО-лазе­ры. Лазерные структуры с периодиче­ской модуляцией оптических характе­ристик различаются порядком дифрак­ции, равным целому числу полуволн ла­зерного излучения, укладывающихся на периоде неоднородности. Наиболее удоб­ным методом осуществления РОС явля­ется создание на границе соответствую­щих монокристаллических слоев ди­фракционных решеток с необходимыми параметрами.

В одномодовых лазерах с резонатором Фабри — Перо при изменении темпера­туры всего на несколько градусов длина волны лазерной генерации скачкообраз­но меняется, причем величина скачка равна межмодовому интервалу (1 — 1,5 нм). Лазеры с периодической струк­турой обратной связи характеризуются более слабой (по сравнению с резонато­ром Фабри — Перо) температурной за­висимостью длины волны излучения. При изменении температуры в РБО-лазерах генерируемая мода скачком смеща­ется в другую РБО-моду, а в РОС — из­лучающая мода остается той же.

Важнейшим преимуществом РОС- и РВО-лазеров является способность со­хранять одномодовость и одночастот-ность излучения при высокоскоростной модуляции (f>1 ГГц) и практически 100 %-ную глубину модуляции — такие ИЛ называются «динамически- одномодовыми», что делает их перспек­тивными для высокоинформативных ВОЛС.

55. Р-i

Дата добавления: 2015-10-16