3.6.3. Многоканальные волоконно-оптические линии связи

Структурная схема волоконно-оптической системы передачи информации со спектральным уплотнением каналов представлена на рис. 3.18. В зарубежной литературе подобные системы называются системам с разделением по длинам волн (WDM -waive division multiplexing).

Схема включает следующие элементы:

И - источники сообщений,

Л - полупроводниковый лазер,

М - модулятор,

МП - мультиплексор,

ДМП - демультиплексор,

ОУ - оптический усилитель,

МОУ - мощный оптический усилитель,

ОК - оптические кабели,

Д (ФП) - фотоприемные модели,

ПС - получатели сообщений.

ПОМ - передающий оптический модуль

ПРОМ - приёмный оптический модуль

Стоимость МП и ДМП в среднем составляет от 1000 $ до 20000 $.

Благодаря высокой частоте света каждая длина волны позволяет вести передачу до 10 Гбит/с (в лабораториях до 20 Гбит/с). Это позволяет передавать в режиме временного уплотнения до 120000 телефонных каналов и 100 телевизионных.

Рис.3.18.Структурная схема многоканальной волоконно-оптической системы передачи со спектральным уплотнением (WDM)

Сейчас в основном в волоконно-оптических линиях связи используется один спектральный канал в одном волокне. Переход на 100 каналов позволяет увеличить пропускаемую способность в 100 раз и не прокладывать новые кабели.

4. Электрооптические, магнитооптические и акустооптические устройства

4.1. Электрооптические эффекты

Продольный линейный электрооптический эффект

(эффект Поккельса), характеризуется тем, что показатель преломления кристалла зависит от внешнего электрического поля.

В однородном и изотропном кристалле распространение света во все стороны равноправно и индикатриса имеет вид сферы:

,

где n₀ – коэффициент преломления материала.

При подаче продольного напряжения U на кристалл толщиной L вдоль оси z (см. рис.4.1), получим поле с напряженностью: .

Под воздействием электрического поля вдоль оси z в кристалле меняется показатель преломления, и оптическая индикатриса приобретает следующий вид:

, (4.1)

где r₆₃ - компонента тензора упругости.

Структурная схема испытательного стенда с электрооптическим модулятором в приведена на рис.4.1. На рисунке приняты следующие обозначения: 1- источник излучения, 2 и 7 – линзы, 3 и 6 – поляризаторы, 5 - электрооптический кристалл с прозрачными электродами, 8 - фотоприемник.

Стенд работает следующим образом. Свет от источника 1 коллимируется линзой 2 и параллельный пучок подают на модулятор, состоящий из поляризатора 3, кристалла с прозрачными электродами 5 и поляризатора-анализатора 6. Далее выходящий пучок света фокусируют на окно фотодиода 8. Под действием напряжения U(t) в кристалле создается анизотропия и поворот плоскости поляризации, приводящей к изменению амплитуды на выходе поляризатора-анализатора 6 и интенсивности тока на выходе фотодиода 8.

Таким образом, при приложении поля, одноосный кристалл превращается в двуосный, а индикатриса из круговой превращается в эллипс с разными показателями преломления для поляризационных компонент по осям y и x (n_y и n_x):

.

Фазовую и поляризационную модуляцию можно получить за счет изменения скоростей распространения поляризационных компонент по х и y:

(4.2)

Рис. 4.1. Структурная схема испытательного стенда с продольным электрооптическим модулятором (а) и ориентация осей в кристалле (б)

где Е - напряженность электрического поля.

При этом возникает двулучепреломление (ДЛП):

. (4.3)

Фазовая задержка поляризационных компонент по оси x и по оси y:

(4.4)

Разность фаз поляризационных компонент на выходе кристалла составит:

. (4.5)

Таким образом, на выходе изменяется состояние поляризации как в анизотропной среде.

Полуволновое напряжение для кристалла, соответствующее набегу фазы будет:

. (4.6)

Дляв кристалле гидрофосфата калия (КДП) - (KH₂PO₄) .

Для кристалла дигидрофосфата калия (ДКДП) - (NH₄H₂PO₄): . ДляSr_0,75Ba_0,25Nb₂O₆: .