12. Волоконно-оптические дифракционные решетки.
Такая решетка является полностью волоконно-оптическим устройством и имеет ряд достоинств: низкую стоимость, низкие потери ( 0.1 дБ), простую стыковку с другими волокнами, низкую чувствительность к поляризации, высокую температурную стабильность и простоту конструкции. Свойство заключается в том, что можно получить изменение показателя преломления сердцевины волокна, облучая его ультрафиолетовым излучением (=0.244 мкм). Используя это свойство можно изготовлять оптические фильтры с полосой пропускания 100 ГГц и менее.
Для изготовления ВО решеток могут быть использованы различные методы. При методе внешней записи два ультрафиолетовых пучка пересекаются в области сердцевины ОВ, образуя интерференционную картину (Рис.5.21). В области с высокой интенсивностью ультрафиолетового излучения образуется увеличение показателя преломления сердцевины, а в области с нулевой интенсивностью показатель преломления остается неизменным. Таким образом формируется протяженная отражательная решетка Брэгга в сердцевине ОВ. Когда многоволновый оптический сигнал падает на решетку, излучение с длиной волны, согласованное по фазе с условием брэгговского отражения, не пропускается.
Рис.5.21 Схема записи волоконно-оптической
дифракционной решетки
Изготовленная решетка представляет периодическую структуру, сформированную модуляцией показателя преломления волокна вдоль его сердцевины
где n1 - показатель преломления сердцевины, n - наведенное ультрафиолетовым излучением изменение показателя преломления.
Максимум отражения R решетки имеет место тогда, когда выполняется условие Брэгга для отраженной волны В в виде
В = 2 nэфф
где - период решетки, nэфф –эффективный показатель преломления сердцевины для направляемой моды. Для указанной волны максимум отражения Rmax решетки определяется как
Rmax = th2(kL)
где L - длина решетки и k - коэффициент связи, который для однородной синусоидальной модуляции показателя преломления внутри сердцевины может быть определен как
где 1- V-2 - определяет долю оптической мощности внутри сердцевины ОВ, V- нормированная частота ОВ.
Полная полоса пропускания определяется как
13. Полупроводниковые лазеры. Принцип действия.
Полупроводниковый лазер или лазерный диод (ЛД) представляет собой полупроводниковую двойную гетероструктуру, которая одновременно является оптическим резонатором. В простейшем случае - это резонатор с двумя плоско параллельными зеркальными торцевыми гранями. Ими может служить естественная поверхность полупроводника, сколотая по кристаллической плоскости. Большая величина показателя преломления активной среды (полупроводника) обеспечивает заметное отражение от такой поверхности (30 -40 %), достаточное для создания положительной обратной связи.
В процессе возникновения колебаний устанавливается равновесная плотность оптической мощности на каждой резонансной частоте, соответствующая равенству усиления и потерь за один проход. В понятие «потерь» включена и та часть мощности излучения, которая проходит сквозь полупрозрачное зеркало и образует выходной лазерный пучок. Самовозбуждение в лазере не может начаться, пока усиление не превысит потери. Это условие соответствует пороговой инверсии населенности, ниже которой преобладает спонтанное излучение, а выше - быстро возрастает индуцированное. Пороговая инверсия населенности возникает при некоторой плотности тока, протекающего через переход, называемой пороговой плотностью тока или пороговым током.
Схематическое изображение лазера с двойной гетероструктурой приведено на рис.6.1. Длина активной области составляет сотни микрометров, а в поперечном направлении единицы - десятки мкм вдоль p-n-перехода и доли-единицы мкм перпендикулярно p-n-переходу. В плоскости перехода площадь активной области ограничена с двух сторон слоями с высоким удельным сопротивлением.
Рис. 6.1. Полупроводниковый лазер на двойной гетероструктуре.