- •Часть 1:
- •1.1. Структурная схема волоконно-оптической системы передачи.
- •1.2. Конструкции плоских световодов.
- •1.3. Конструкции волоконных световодов.
- •1.4. Принцип действия волоконного световода. Типы лучей. Понятие моды.
- •1.5. Типы волокна.
- •1.6. Лучевой принцип распространения электромагнитной энергии по ступенчатому мм, градиентному мм и ступенчатому ом волокну.
- •1.7. Ход лучей в волоконном световоде со ступенчатым профилем показателя преломления.
- •1.8. Классы волн.
- •1.9. Типы волн. Пояснение к понятию «тип волны».
- •1.11. Дисперсионные характеристики ступенчатого волоконного световода для нескольких первых мод.
- •Часть 2:
- •2.1. Структура основных типов потерь в ов.
- •2.2. Механизм основных потерь в ов.
- •2.3. Обобщённая спектральная зависимость собственных потерь в кварцевом ов.
- •2.4. Потери на изгибах волокна.
- •2.5. Уширение импульсов из-за дисперсии в ов.
- •2.6. Структура видов дисперсии в ов.
- •2.7. Явление временного запаздывания лучей разных мод в вс.
- •2.8. Характер распространения света в вс с различным профилем показателя преломления и дисперсия.
- •2.9. Материальная дисперсия. Скорости распространения света разной длины волны.
- •2.10. Зависимость удельной материальной дисперсии объёмного кварцевого стекла от длины волны.
- •2.11. Зависимость удельной волноводной дисперсии кварцевого волокна от длины волны.
- •2.12. Профиль показателя преломления одномодового волокна со смещённой в область длин волн 1550нм ненулевой дисперсией.
- •2.13. Появление поляризационной модовой дисперсии.
- •Часть 3:
- •3.1. Искажение импульса из-за повторного отражения.
- •3.2 Способ ввода излучения в вс с помощью оптического конуса.
- •3.3 Способ соединение волокна с помощью трубки.
- •3.4 Способы соединения волокна с помощью пластин.
- •3.5 Виды дефектов при торцевом соединении вс.
- •3.6 Схематическое изображение разветвителя х-типа.
- •3.7 Схематическое изображение древовидного разветвителя.
- •3.9 Устройство разветвителя торцевого типа.
- •3.10 Устройство разветвителя с ветвящейся структурой.
- •3.11 Устройство разветвителя с расщеплением пучка.
- •3.14 Схематическое изображение ответвителя.
- •3.15 Устройство биконического сварного ответвителя и ход лучей.
- •3.16 Схематическое изображение звёздообразного разветвителя.
- •Часть 4:
- •4.1. Схематическое представление процессов поглощения и излучения.
- •4.2 Зонная диаграмма уровней энергии электронов двойной гетероструктуры при помощи смещения u.
- •4.5 Структура продольного сечения сид с торцевым и боковым излучением.
- •4.6 Ватт-амперные характеристики сид.
- •4.8 Спектральная характеристика сид.
- •4.9 Форма импульса и время нарастания.
- •4.10 Упрощённая физическая модель лазера.
- •4.11 Структура поперечного сечения полоскового лазера типа n-p-p.
- •4.13 Диаграмма направленности и характер оптического излучения лд.
- •4.14 Спектральная характеристика многомодового и одномодового лд.
- •4.15 Структурная схема пом.
- •4.16 Принципиальная схема простейшего пом.
- •Часть 5:
- •5.1. Процесс перехода электрона в зону проводимости.
- •5.2 Зонная диаграмма энергетических уровней электронов для р-n-перехода при обратном смещении u.
- •5.4 Вольт – амперные характеристики фотодиода.
- •5.5 Процесс образования носителей тока в p-n фотодиоде.
- •5.7 Процесс образования носителей тока в p-I-n фотодиоде и распределение электрического поля в структуре.
- •5.9 Структура продольного сечения лфд.
- •5.10 Процесс образования носителей тока в лфд, возникновение фототока и распределение электрического поля в структуре
- •5.11 Зависимость квантовой эффективности от длины волны для германиевого и кремниевого фотодиодов.
- •5.12 Структурные схемы аналогового и цифрового приёмных оптоэлектронных модулей.
Часть 1:
1.1. Структурная схема волоконно-оптической системы передачи.
Используемая в таких системах несущая частота на несколько порядков выше, чем в системах радиосвязи и радиорелейных линиях. Электрический сигнал после аппаратуры передачи преобразуется в световой. Затем он передаётся по волоконно-оптическому кабелю (ВОК). Волоконно-оптический кабель –совокупность оптических волокон, имеющая защитное покрытие и предназначенная для передачи оптических сигналов. Ретранслятор ведёт себя как оптический усилитель. Переданный сигнал попадает на фотоприёмник, преобразующий световые импульсы в электрические, которые усиливаются и демодулируются.
Рисунок В2 – Структурная схема волоконно-оптической системы передачи
1.2. Конструкции плоских световодов.
Световод – устройство, ограничивающее область распространения оптических колебаний и направляющее поток световой энергии в заданном направлении.
а – плёночного; б – канального
Рисунок 1.1 – Конструкции плоских световодов
Плоские (планарные) световоды подразделяют на плёночные (рисунок 1.1,а) и канальные (рисунок 1.1,б).
1.3. Конструкции волоконных световодов.
Световод – это устройство, ограничивающее область распространения оптических колебаний и направляющее поток световой энергии в заданном направлении.
а – однослойного; б – двухслойного; в – трёхслойного
Рисунок 1.2 – Конструкции волоконных световодов
Волоконный световод (ВС) – это направляющая система, выполненная в виде тонкого стеклянного волокна цилиндрической формы, состоящая из сердцевины и оболочки, по которой осуществляется передача световых волн.
Показатель преломления материала сердцевины n1= √ε1, а оболочки – n2= √ε2, где ε1 и ε2 – относительные диэлектрические проницаемости. Относительная магнитная проницаемость материала (μ) и Показатель преломления вакуума (n0) равны единице.
Типичный волоконный световод - длинная нить диаметром 100…1000 мкм в зависимости от применений, состоит из цилиндрической сердцевины, окружённой одной или несколькими оболочками из материалов с меньшими показателями преломления. Показатель преломления оболочки постоянен, а у сердцевины является функцией поперечной координаты (например, радиуса в случае круглого световода). Эта функция - профиль показателя преломления (ППП).
1.4. Принцип действия волоконного световода. Типы лучей. Понятие моды.
Для передачи электромагнитной энергии по световоду используется известное явление полного внутреннего отражения на границе раздела двух диэлектрических сред, поэтому необходимо, чтобы n1>n2. Разность показателей преломления на границе «сердцевина – оболочка» составляет 1–0,1%. Оболочка защищает распространяющийся по сердцевине свет от любых внешних воздействий и помех.
В зависимости от величины угла θ (тета), который образует с осью лучи, выходящие из точечного источника в центре торца световода, возникают лучи излучения 1, лучи оболочки 2 и лучи сердцевины 3:
Рисунок 1.3 – Принцип действия волоконного световода
Типы лучей. В сердцевине существуют два типа лучей: меридиональные - пересекаются в некоторой точке с осью световода и косые - с осью световода не пересекаются. На рисунке 1.3 есть меридиональные лучи.
Направляемые лучи - траектории которых полностью лежат в оптически более плотной среде. Поскольку энергия в направляемых лучах не рассеивается наружу, такие лучи могут распространяться на большие расстояния.
Моды - световые волны, которые образуются направляемыми лучами, многократно отражаясь от границы "сердцевина – оболочка", накладываются сами на себя и образуют направляемые волны (моды). Т.е., мода - вид траектории, вдоль которой распространяется свет.