|
Читайте также: |
Структурная схема волоконно-оптического интерферометра Фабри-Перо приведена на рис. 3.15. Волоконно-оптический интерферометр Фабри-Перо работает следующим образом: свет от полупроводникового лазера (ПЛ) вводят в одномодовое оптическое волокно и он идет к сплавному разветвителю Р, разрезанному в месте сплавления. Часть света отражается от торца разветвителя Р и идет к фотоприемнику ФП. Другая часть света отражается от зеркальной поверхности, установленной на расстоянии h от торца разветвителя. Фототок на выходе фотоприемника изменяется по синусоидальному закону в зависимости от расстояния h, как показано в нижней части рисунка справа.
Рис. 3.15. Структурная схема волоконно-оптического интерферометра Фабри-Перо
Малые перемещения зеркального отражателя приводят к изменению фототока на выходе фотоприемника. Таким образом, на линейном участке можно регистрировать перемещение мембраны с отражающим зеркалом на 0,1 мкм и реализовать измеритель малых изменений давления или температуры. Большие перемещения зеркального отражателя можно измерять путем подсчета периодов колебаний, соответствующих количеству длин волн используемого излучения.
Структурная схема волоконно-оптического интерферометра Маха-Цендера приведена на рис. 3.16.
Рис. 3.16. Структурная схема волоконно-оптического интерферометра Маха-Цендера (F(t) - воздействие давления или E(t) -электрического поля)
Интерферометра Маха-Цендера работает следующим образом. Свет от полупроводникового лазера ПЛ вводят в одномодовое оптическое волокно и он идет к сплавному разветвителю, разветвляющемуся на в месте сплавления на два волокна, представляющие два канала - опорный и измерительный. Свет делится в каналах поровну. На выходе интерферометра также имеется сплавной разветвитель. Если сигналы приходят к выходному разветвителю с одной фазовой задержкой, то на выходе двух каналов образуются равные сигналы. Под действием давления F(t) или электрического поля E(t) в измерительном канале формируется задержка по фазе и, в результате интерференции, свет переходит преимущественно в один из двух каналов. На выходе первого канала формируется сигнал I 1 (t), отображающий влияние воздействия, как показано на рис. 3.16 в правом нижнем углу.
Волоконно-оптический интерферометр Маха-Цендера успешно используется в измерительных приборах и в качестве модулятора оптического излучения. Известно применение интерферометра Маха-Цендера в гидрофонах, когда измерительное плечо представлено в виде катушки волокна длиной 1…2 м, которая выполнена герметично и погружается в воду. В качестве модулятора в интерферометре используют катушку, приклеенную к пьезоэлектрическому цилиндру.
Планарные диспергирующие элементы интегральной оптики
Планарные волноводы. Аналогом объемных дисперсионных элементов является их планарная реализация в виде плоских волноводных структур.
В настоящее время во всем мире в устройствах обработки информации широко используются системы, выполненные на основе интегральной оптики. На поверхности подложек из различных материалов от полупроводников и сегнетоэлектриков до кристаллических и аморфных создаются оптические волноводы, распространение света в которых подчиняется тем же законам, что и в волоконных световодах. Причем для случая использования одномодовых оптических волокон в многоканальных системах связи планарная реализация является единственно возможным средством достижения высокой степени уплотнения/разуплотнения каналов.
На основе оптических волноводов различного вида разработано большое количество устройств, в частности, итерферометры.
Интерферометр Маха-Цендера (ИМЦ) в планарном варианте формируют с помощью канальных оптических волноводов, получаемых диффузией титана в ниобате лития. Интерферометр Маха-Цендера может использоваться как переключатель каналов и модулятор.
При подаче напряжения на электроды управляющего плеча изменяется показатель преломления n в волноводе за счет пьезоэлектрического эффекта и происходит задержка по фазе.
В зависимости от фазы на выходе ИМЦ происходит перераспределение интенсивности света в I или II канал.
Переключение и модуляция могут проходить с частотой до 200 МГц.
В современных модуляторах управление подают в обои плечи в противофазе.
Предельная частота модуляции Fмод составляет 500 МГц.
Фазовая задержка составляет:
.
Чем больше длина воздействующих электродов L, тем меньше требуется напряжение U для той же фазовой задержки Δφ. Однако, возрастает емкость и падает Fмод.
На рис.3.17 представлена наиболее перспективная схема интегрально-оптического мультиплексора/демультиплексора.
Рассмотрим принципы работы демультиплексора. По входному одномодовому волокну распространяется свет с информационными каналами на различных длинах волн λ1, λ2… λ п. Диаметр волокна составляет 8-9 мкм и толщина волноводного слоя должна быть такой же. Введенное в плоский волновод излучение расходится. На пути этого расходящегося пучка помещается планарный коллимирующий элемент (2) (геодезическая линза, выполненная дополнительным легированием в волноводе), причем расстояние между торцом волокна и центром линзы равно ее фокусному расстоянию f1. В результате этого, после линзы пучок будет коллимированным, а его ширина W должна быть равной апертуре D дисперсионного элемента демультиплексора. Дисперсионный элементом является упорядоченная волноводная решетка AWG (Arrayed Waveguide Grating).
Пройдя дисперсионный элемент, оптический сигнал разделяется на N каналов, каждый из которых на выходе дисперсионного элемента имеет свое фазовое распределение и распространяется под определенным углом к выходной апертуре. Отметим, что эта и другие конструкции дисперсионных элементов (дифракционная решетка, отражательная дифракционная решетка, эшелон Майкельсона и волноводная дифракционная решетка) осуществляют угловое разделение каналов и являются наиболее перспективными с точки зрения обеспечения максимального числа каналов.
За выходной апертурой дисперсионного элемента располагается фокусирующий элемент (4) (геодезическая линза), который обеспечивает попадание каждого из N каналов на соответствующий элемент линейки фотодетекторов или один из канальных волноводов.
Рис. 3.17. Структурная схема интегрально-оптического мультиплексора/демультиплексора на основе волноводной решетки
Фаза волн на выходе волноводов: 
, где i =1, 2, … п.
Волноводная решетка эквивалентна перевернутой призме или эшелону Майкельсона. На выходе волны одной длины волны интерферируют с одним максимумом и попадают в один из каналов.
Волны с другой длиной волны, вследствие материальной и волноводной дисперсии, приходят с другими фазами и дают максимум сигнала в другом канале.
Таким образом, на выходе сигналы распределяются по каналам.
На основе мультиплексоров (МП) и демультиплексоров (ДМП) строят многоканальные волоконно-оптические линии связи со спектральным уплотнением.
Малое число каналов (грубое разделение по длинам волн) на 8-16 каналов Coarse WDM, Δλ=10 нм.
Среднее число каналов 24-32 канала MWDM,Δλ=1нм.
Плотное деление каналов 64-100 каналов DWDM 
.
Развязка между каналами не менее 20 дБ. Иногда требуется 30 дБ.
В· настоящее время получены мультиплексоры / демультиплексоры с числом каналов деления: n = 8, 16, 32, 64. Для диапазона длин волн 1450…1600 нм интервалы деления каналов по длинам волн достигают 0,5 нм. Теоретически это позволяет использовать одновременно до 150 оптических каналов разделенных по длинам волн.
Приведенные типы демультиплексоров могут быть выполнены как в планарном, так и в объемном виде.
Дата добавления: 2015-07-11; просмотров: 474 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
| Двухлучевые интерферометры | | | Многоканальные волоконно-оптические линии связи |