21.10.13 Лекція
Оптичні хвилеводи
Коли було відкрите явище повного внутрішнього відбивання ДЗ
У 1854 році британський фізик Джон Тіндалл (John Tyndall) продемонстрував передачу світла вздовж струменя води за рахунок повного внутрішнього відбивання на границі “вода-повітря”. Він показав, що світло може огинати будь-яку траєкторію.
На початку XX століття були проведені теоретичні і експериментальні дослідження діелектричних оптичних хвилеводів.
(
ф1)
Рис 1.
За умови коли гама 900 то гама перестає переходити з більш густого в більш рідке. Звідси
(ф2)
кут при якому спостерігається явище повного внутрішнього відбивання називається граничним кутом і вся енергія падаючого променя залишається у більш густому середовищі.
Рис
2.
(ф3-апертурний
кут)
Числова апертура
(ф4)
Поширення світла в хвилеводі є лише кут падіння на торець хвилевода.
Уявімо,
що у нас два промені існує хвильова
теорія поширення світла в хвилеводі,
яка говорить що різниця фаз, що утворюється
після відбивання одного променя і
декілька разового відбивання іншого
променя в цій самій точці повинна бути
кратною 2
.
Всі інші довжини хвиль для даного
діаметра хвилевода непоширюватимуться.
(ф5)
різниця
фаз, що виникає на границі серцевина
оболонка. Зменшення або збільшенні де
міняється число можливих мод. Для
критичного
оптоволокно існувати не буде. Спектр
пропускання волокна
Рис 3.
Дисперсія оптичного волокна. Явище різної швидкості поширення оптичних променів в залежності від кутів падіння довжини хвилі випромінювання та інших чинників називається дисперсією оптичного волокна. Для різних довжин хвиль середовище володіє різним показником заломлення.
(ф6)
Різні моди поширюються з різною швидкістю. Ці чинники є обмежуючими для довжини передачі оптичного сигналу з даною частотою модуляції.
Як уникнути між модової дисперсії?
Як понизити величину між модової дисперсії? З метою зменшення дисперсії показник заломлення серцевини формують таким чином, що його величина є максимальною і спадає за квадратичним законом до межі серцевина оболонка. З метою уникнення серцевина оболонка. В цьому випадку швидкість поширення основної моди менша ніж бокових і у вузлових точках всі моди зустрічаються з нульовою різницею фаз, такі оптичні волокна носять назву градієнтних або селфоків.
Рис 4.
Рис 5.
Коефіцієнт передачі
Речовини, які змінюють показник заломлення кварцу відповідно до малої величини, яка потрібна
(ф7)
виготовлення оптичного волокна.
Рис 6.
Діаметри серцевин 125мкм, 62,5, 50, 5.
28.10.13 Лекція
Модуляція оптичного випромінювання.
Під модуляцією мається на увазі зміна, відповідно до інформаційного сигналу певних характеристик оптичного випромінювання (амплітуди, інтенсивності, фази, поляризації, частоти)
За способом модуляції ділиться на 3 групи
аналогову
імпульсну
цифрову
У аналогової модуляції неперервній зміні інформаційного сигналу відповідає неперервна зміна певної характеристики оптичного випромінювання. При імпульсній модуляції неперервній зміні інформаційного сигналу відповідає зміна амплітуди, частоти, шпаруватості, послідовності імпульсів.
Принцип модуляції неперервна зміна сигналу відповідно дискретна за часом та амплітудою (цифровий код) зміна певного параметру оптичного випромінювання.
Рис 1.
Фізичні принципи модуляції оптичного випромінювання.
Електрооптична модуляція.
Це зміна оптичних характеристик випромінювання під дією прикладеного до середовища електричного поля. Електрооптичні ефекти . Спостерігається два види лінійний (Покельса) та квадратичний (Керра) обидва ефекти полягають у зміні показника заломлення пропорційно величини прикладеного електричного поля
(ф1)
Ефект Покельса спостерігається лише у анізотропних середовищах. Ефект Керра у всіх середовищах, рідинах газах а був відкритий у виді скла.
Зв'язок
між величиною показника заломлення та
напруженістю електричного поля задається
коефіцієнтом
(ф2)
Показники напрямок та поширення поляризації .
Показник поширення поля.
Рис 2.
При дії електричного поля міняються всі показники заломлення.
В загальному випадку ефекті Керра індукується двопромене заломлення величина цього двопромене заломлення.
(ф3)
це
стала керра
За своєю фізичною суттю обидва ефекти полягають у зміні дипольного моменту середовища за рахунок деформації молекул чи молекулярних комплексів. Типовими електрооптичними матеріалами є ніобат літію, ортогалат лантену, калій дегідро сульфат.
(ф4)
На основі цих фектів будуються такі прилади
Електромодулятор
Рис 3.
(ф5)
Рис 4.
Пристрій що під дією електричного поля змінює напрямок поширення оптичного випромінювання за рахунок зміни показника заломлення. переваги електрооптичних пристроїв.
Висока швидкодія
можливість використання традиційних п’єзоелектричних кристалів.
недоліки: висока керуюча напруга.
Акусто-оптична модуляція світла полягає у зміні параметрів оптичного випромінювання пі впливом акустичної хвилі що формує у активному середовищі деформацію його а отже зміну показника заломлення (фотопружний ефект) 1816р. був відкрити Земана і Бреггом. згідно них
(ф6)
якщо у кристалі запустити акустичну хвилю то вона стане стоячою.
Рис 5.
Та структура є граткою.
(ф7)
прилад називається акустооптичний дифлектор.
Є два види дифлекторів
Рис 6.
переваги; використання традиційних п’єзоелектричних матеріалів, низькі потужності керування випромінюванням. Магнітофон оптична модуляція полягає у зміні оптичного випромінювання під дією електричного поля прикладеного до оптичного середовища базуються на ефектах фарадея та Котона-Бутона.
Ефект Фарадея полягає у повертанні площини поляризації світла у активному середовищі що знаходиться у повздовжньому магнітному полі.
Рис 7.
(Ф8)
стала
Верде.
Ефект Кутона-Бутона полягає у індукуванні двозаломлення під дією прикладеного магнітного поля.
(ф9)
Переваги: відносно велика величина ефекту.
Недоліки: висока напруженість поля, використання високих струмів, матеріало і енергомісткість.
Цей ефект застосовується для збереження інформації у комп’ютерах. магнітооптичні диски на, які записували інформацію магнітним полем.