58. Многомодовые типы оптических волокон

К многомодовому типу оптических волокон относятся такие волокна, в кото- рых может распространяться одновременно большое число мод - лучей, введенных в него под разными углами.

Основным не- достатком такого волокна является наличие межмодовой дисперсии сигнала, возни- кающей из-за того, что разные моды проходят в волокне разный оптический путь.

Дисперсия – это рассеяние во времени спектральных или модовых составляющих оптического сигнала, которое приводит к увеличению длительности импульса оптического излучения при распространении его по волокну, «размыванию» фронтов импульсов.

С увеличением дисперсии исчезают паузы между соседними импульсами, и передача данных становится невозможной.

Дисперсия определяется разностью квадратов длительности импульсов на выходе τ_вых и на входе τ_вх волокна: ( )

Дисперсия ограничивает частотный диапазон оптического волокна и суще- ственно снижает дальность передачи сигналов, так как чем длиннее волокно, тем больше увеличение длительности оптических импульсов. Дисперсия определяется следующими факторами:

• различие скоростей распространения направляющих мод;

• направляющими свойствами оптического волокна;

• свойствами материала оптического волокна. Причинами возникновения дисперсии являются:

• большое число мод в волокне (межмодовая дисперсия);

• некогерентность источников излучения, имеющих ширину спектра из- лучения ∆λ (хроматическая дисперсия).

Одним из важных параметров, характеризующим оптическое волокно и рас- пространяющееся по нему оптическое излучение, является нормированная частота V, которая определяется как:

где d₁ – диаметр сердечника волокна, n₁ - показатель преломления сердечника, n₂ - показатель преломления оболочки, λ – длина волны оптического излучения. При помощи V можно определить количество мод, распространяющихся в ступенчатом оптическом волокне по следующей формуле:

Для увеличения полосы пропускания многомодовых оптических волокон, необходимо уменьшать их модовую дисперсию. Для этого применяют многомодовые оптических волокна, у которых профиль показателя преломления сердечника изменяется по закону, близкому к параболе.

Рис. 1.Параболический профиль показателя преломления и траектория ме- ридионального луча в градиентном волокне

Применение градиентного профиля показателя преломления позволяет на по- рядок и более уменьшить величину межмодовой дисперсии. В этом случае ограни- чивают полосу пропускания градиентных многомодовых и одномодовых оптиче- ских волокон.

Количество распространяющихся мод в градиентном оптическом волокне определяется по следующей формуле:

59 Явление люминесценции в п/п.

Источники некогерентного излучения могут быть двух основных типов, име- ющих различные свойства. Это тепловые источники излучения, создаваемые нагре- тыми телами, их интенсивность и спектральное распределение излучения определя- ются формулой Планка.И люминесцентные.

Люминесце́нция— нетепловое свечение вещества, происходящее после поглощения им энергии возбуждения.

При люминесценции энергия, необходимая для излучения, может подводиться к телу любым нетепловым способом (облучением фотонами или электронами, дей- ствием электрического поля и т.д.).

Соответственно различают фотолюминесценцию, катодолюминесценцию, электролюминесценцию и другие виды люминесценции.

Обычно люминесценция наблюдается при комнатной и более низкой темпера- туре, при которой тепловое излучение очень мало и все видимое излучение является люминесценцией.

В общем случае при данной температуре излучение может складываться из теплового и люминесцентного.

Рис: энергетическая схема электронных переходов, происходящих при поглощении энергии полупроводником.

Междузонные переходы 1 (рис.) наиболее вероятны в материалах с прямыми зонами.

Излучательные переходы с уча- стием примесных уровней (2, 3, 4) возможны в материалах с прямыми и непрямыми зонами. Примеси, дефекты или их комплексы, которые образуют подобные уровни, называют центрами свечения.

При низких температурах и высоких уровнях возбуждения может проявиться люминесценция, связанная с рекомбинацией через экситонные состояния (переход 5).

Безызлучательные переходы через уровни центров тушения показаны на рис. 2.2 штриховыми линиями (переход 7).

Другой возможностью превращения энергии возбуждения не в энергию излу- чения, а в тепловую энергию, являются так называемые Оже-процессы

Соотношение между числом излучательных и безызлучательных переходов отражается значением внутреннего квантового выхода люминесценции η_к, который является важной характеристикой процесса преобразования подведенной энергии в излучение.

Так как не все фотоны выходят из устройства, излучатель часто характеризу- ют внешним квантовым выходом η_ке = η_кК₀, где множитель К₀ учитывает потери, связанные с отражением и поглощением света

Квантовый выход η_ке уменьшается с ростом температуры

Излучение различных центров люминесценции может происходить самопро- извольно и независимо от других центров.