12.3. Компоненты волоконно-оптических линейных трактов

Д ля ввода излучения в световод используются линзы. Наиболее эффективны линзы с малым фокусным расстоянием, однако у таких линз велики искажения. В связи с этим вместо обычных линз применяются так называемые градиентные линзы, в которых фокусное расстояние уменьшается не за счет геометрии, а за счет использования материалов с плавно изменяющимся показателем преломления. В градиентных стержневых линзах, называемых также граданами или селфоками, луч, вошедший в линзу, распространяется по криволинейной траектории.

На рис. 12.5 показано распространение лучей в градиентной стержневой линзе с изменением показателя преломления по параболическому закону.

В зависимости от длины граданы могут быть много-, одно-, полу- и чевертьшаговыми. Последние два изображены на рис. 12.6.

Наиболее часто применяются четвертьшаговые градиентные стержневые линзы, которые, как видно из рис. 12.6, позволяют превратить расходящийся пучок в параллельный, либо наоборот - сфокусировать параллельный пучок.

Г радиентные стержневые линзы используются для соединения отдельных волокон, источника или приемника излучения с волокном, в различных разветвителях световых потоков, оптических переключателях и т. д.

Д ля примера на рис. 12.7 представлен разъемный соединитель. Каждый из двух соединяемых световодов 1 соединен с четвертьшаговой градиентной стержневой линзой 2. При соосном расположении свет из одного волокна попадает в другое. Поместив между градиентными линзами светофильтр или ослабитель мощности 3 можно получить элемент, называемый аттенюатором.

На рис. 12.8 показана схема направленного ответвителя. В нем между градиентными линзами 2 помещено полупрозрачное зеркало 3, которое часть излучения пропускает, а часть направляет в линзу 4, связанную с еще одним световодом. Потери света в таких ответвителях минимальны.

Г радиентные стержневые линзы можно с успехом использовать и для создания мультиплексоров и демультиплексоров.

На рис. 12.9 изображена схема мультиплексора, предназначенного для введения в световод двух колебаний с различной длиной волны. Он состоит из двух градиентных стержневых линз, с одной из которых соединены два световода, а с другой - один. Между линзами помещается интерференционный светофильтр 3 (он может быть изготовлен и непосредственно на торце одной из линз), который обладает высоким коэффициентом отражения для длины волны λ₁ и хорошим пропусканием для длины волны λ₂. Если по световоду 2 направить в такую систему излучение с длиной волны λ₁, а по световоду 4 - с длиной волны λ₂, то система направит оба излучения в световод 1 и по нему будут распространяться оба колебания. Систему, изображенную на рис. 12.9, можно использовать и как демультиплексор. Для этого надо по световоду 1 направить излучение с длиной волны λ₁ и λ₂, тогда по световоду 2 будут распространяться колебания с длиной волны λ₁, а по световоду 4 - с длиной волны λ₂.

Д емультиплексоры на основе градиентных линз могут содержать отражательную дифракционную решетку (рис. 12.10). Если по световоду 1 направить на решетку 5 колебания с длиной волны λ₁, λ₂ и λ₃, то дифрагированные решеткой под различными углами они будут сфокусированы линзой на торцах световодов 2, 3 и 4 соответственно.

Можно выделить три основные области применения волоконных линий связи - телефонию, кабельное телевидение, высокоскоростной обмен информацией между компьютерами и периферийными устройствами.

При проектировании и изготовлении волоконных линий основное внимание уделяется тщательному согласованию волокна с передатчиком и приемником и оптимальному выбору излучателя, оптического волокна и фотоприемника в зависимости от требований к каналу связи.

Специфика проводных, кабельных и волоконных линий связи большой протяженности состоит в том, что в процессе трансляции от передатчика к приемнику длительность информационных импульсов увеличивается. Характерно, что при заданной длине волокна существует оптимальная длительность входного импульса, обеспечивающая минимальное его уширение по мере трансляции. Кроме того, амплитуда импульса уменьшается из-за затухания. Поэтому линии большой протяженности содержат ретрансляторы - приемопередающие устройства, модулирующие, усиливающие и регенерирующие оптический импульс соответствующей длительности и формы.