1. З’єднання тривимірних оптичних хвилеводів на загальній підложці

При формуванні елементів волоконного тракту на основі тривимірних оптичних хвилеводів (ОХ) на загальній підложці виникає проблема оптимального з’єднання різних хвилеводних структур та проектування основних елементів хвилеводного тракту. Аналіз і розрахунок їх викликають великі труднощі, пов’язані з появою хвиль випромінювання в місцях нерегулярності.

На рисунку показані основні типи простіших з’єднань тривимірних хвилеводів (а- з'єднання ОХ різної ширини, б – з’єднання зі зміщенням, в – з’єднання зі зломом, г – з’єднання через зазор).

де W – ширина ОХ; ∆y – величина зміщення осей; Θ – кут перетину осей.

Розрахунок ефективності збудження мод та коефіцієнта передачі потужності Т_m в даних ОХ оснований на обчисленні одновимірних інтегралів перекриття полів Ψ_nm(x,y) відповідних мод:

,

де Ψ¹_nm(x,y) та Ψ²_nm(x,y) – функції, що відносяться до збуджуючого і збуджуваного хвилеводів.

Для ОХ різної ширини: ,

де , , , b_m відповідає E_nm – модам хвилевода, V≈0.95.

Для ОХ зі зміщенням: .

Для ОХ зі зломом: , де , ω₀ – на півширина гаусової функції.

Для з’єднання ОХ через зазор: .

2 . Функції і роль датчиків в ІВС. Класифікація датчиків. Волоконно-оптичні датчики.

Для перетворення інформації про фізичні явища в форму електроного сигналу в інформаційно-вимірювальних та інформаційно-обчислювальних системах застосовуються спеціальні чутливі пристрої – датчики.

Роль датчика не менша ніж роль компютера. Якщо система не може точно сприйняти і перетворити інформацію, то вона не зможе забезпечити свого призначення.

Існують 2-і форми перетворення зовнішньої інформації про досліджувані явища в електр. сигнал:

1. Коли давачем є не активний елемент, тоді під дією зовнішніх впливів змінюються характеристики датчика. Оскільки при цьому живлення датчика здійснюється від електр. джерела, то при зміні його характеристик в колі живлення виникає електр. сигнал, який відповідає зовнішній інформації. Такі датчики називаються датчиками обємного типу. Наприклад, фоторезистор, зміна опору якого викликає зміну освітлення. Датчики такого типу не можуть існувати при відсутності джерела напруги. Для них характерна висока точність перетворення в межах малої чутливості.

2. Для підвищення чутливості датчиків формується труктура іншого типу на основі діодних та транзисторних переходів з можливістю підсилення сигналів. Такі датчики називаються датчиками на переходах.

Якщо порівняти структуру обємних датчиків та датчиків на переходах, які використовують однакові напівпровідникові матеріали, для одного і того ж вигляду зовнішньої інформації, то видно, що залежність між вхідними і вихідними сигналами для структ. обємного типу є лінійною, а для структури на переходах не лінійною. Тому якщо зовнішні сигнали змінюються в широкому динамічному діапазоні, то застосовуються обємні датчики, а коли необхідна висока чутливість і формування на виході цифрового сигналу, то застосовують датчики на переходах. За формою перетворення розрізняють датчики перетворення сигналів та датчики перетворення енергії.

Волоконно-оптичні датчики.

Їх принцип дії заснований на перетворенні вимірювальної фізичної величини в модульований світловий сигнал з наступною передачею по ВОЛЗ, розшифруванням і використанням.

За характером використов. характеристик ОВ вони поділяються:

1. зовнішні

2. внутрішні.

Зовнішні датчики – використовують ВОЛЗ лише в якості пасивного елементу для передавання опт.сигнала із пункта в пункт, від джерела світла до датчика, і від датчика до детектора. Результат оцінки величин, які вимірюють сприймання зовнішніми оптоволоконними приладами сам по собі і не залежить від особливостей волокна. Вимірювальну інформацію несуть такі явища: переривання світлового потоку, відбитя світла, фільтрація довжини хвилі світла та передавання на різних довжинах хвиль і змінювання енергії випромінювання, що подається на ОВ.

П риклад датчика на основі переривання світлового потоку, який передається між двома ділянками ОВ представлено на рис.

1. промінь від лазера

2. відбите світло, частина якого сприймається

фотоприймачем

3. траєкторія контрольованого компонента

4. зона перетворень положення деталі

5. діагностична зона.

При проходжені деталі між

випромінювачем та приймачем промінь світла

переривається. Число переривань фіксується

вимірювальним механізмом. Перпривання

може бути не повним і може здійснюватися

за допомогою шторки або лінзи, яка

відхиляє промінь під різним кутом в

залежності від характристик деталі.

На недостатню освітленість фотоприймача

чи не правильну освітленість щілини датчик сигналізує

про необхідність корекції положення деталі. Вказаний тип датчиків реагує на відносну зміну освітленості. Тому точність роботи таких датчиків не залежить від самої величини інтенсивності світла, а від її відносної зміни.

Внутрішні датчики. В них активним елементом є оптичне волокно(все або частина). Опртоволокно змінює передавальний характер. Оптична лінія або її ділянка є одночасно датчиком. Вимірювання параметрів (температури, тиску) впливає на характер волокна, і, таким чином, на характер свіитлового променя, що прроходить по ньому. При цьому можуть змінюватися групова чи фазова швидкість розповсюдження, оптична потужність, яка поглинається в оптоволокні, характерна поляризація світла, роззсіювання світла, яке проходить по оптичним матеріалам та матеріалам оболонки кабеля, а також чатота переривання світла в оптичному каналі під дією контрольованого фізичного процесу.