Конструктивные элементы световодных систем

К основным конструктивным элементам световодных систем относятся устройства ввода и вывода излучения, соединения волоконных световодов и переключения, модулирования и демодулирования светового потока. Устройства ввода и вывода излучения:

Подобно электрическим проводам, волоконные световоды могут соединяться разъемными и неразъемными соединениями. Однако соединение световодов технологически значительно сложнее из-за больших потерь, возникающих в месте соединения. На конструкцию разъемных соединителей накладываются также требования сохранять свои характеристики при многократной разборке и сборке, не менять своих характеристик при изменении параметров окружающей среды, легко и просто изготавливаться и соединяться. Обычно один конец световода соединяют с излучателем или приемником неразъемно, а второй снабжают стандартным разъемом. Для уменьшения потерь, связанных с отражением на границах среда—воздух, воздух—световод, световод — фотоприемник, пространство между сопрягаемыми элементами заполняют иммерсионной жидкостью. Эффективно также нанесение на поверхности источника излучения и приемника просветляющих покрытий, как это делают в фотообъективах. Фотоприемники соединяют с волоконным световодом встык. Зазор при этом может составлять до десятков микрометров. Наибольшее распространение получила конструкция разъема на основе капилляра. Конец волокна закрепляют в стеклянном капилляре с допуском не более ±2 % внутреннего диаметра. Затем капилляр с волокном помещают в пластмассовую или металлическую муфту. В эту муфту часто вводят линзовые согласующие устройства. Наиболее технологичны и хорошо фокусируют свет шариковые линзы. Капилляр с волокном и линзовое устройство закрепляют в муфте с помощью клея или геля стекла. Затем торец образовавшегося наконечника шлифуют. Стыковку двух наконечников с волоконными световодами целесообразно выполнять с помощью адаптера, внутренняя плоскость которого при необходимости может быть заполнена иммерсионной жидкостью. Для обеспечения сносности наконечников, вставляемых в цилиндрическое отверстие адаптера, выполняется дополнительная доводка поверхностей наконечников. При этом добиваются, чтобы центр светового пятна (ось волокна) совпадал с центром наконечника (осью разъема). Потери в разъемах (порядка 1 дБ) приблизительно соответствуют потерям в волоконном световоде длиной 1 км, поэтому увеличение числа разъемов в оптической линии нежелательно. Неразъемные соединения волоконных световодов проще и обеспечивают меньшие (до 0,2 дБ) потери. Используют следующие методы неразъемных соединений: сварку, склеивание, пайку легкоплавкими стеклянными припоями. Сварка может быть электродуговой, лазерной, газовой, с радиационным нагревом и нагревом электрическим дуговым разрядом. Наибольшее распространение получила электродуговая сварка встык. Склеивание волокон осуществляют теми же методами, что и в разъемных соединениях.

Переключатели, модуляторы и демодуляторы.

Функции переключения, модуляции и демодуляции в принципе могут выполняться одним и тем же устройством, в зависимости от взаимодействия между оптическими колебаниями и управляющим сигналом, а также структуры входа и выхода. Переключением обычно называют изменение пространственного положения светового пучка, а основная функция модулирования и обратная ей функция—демодулирование состоит во введении информации в световой сигнал. Механические переключатели оптического излучения часто выполняют на основе пружинящих и магнитоуправляемых (по принципу геркона) контактов. При этом закрепленное на контакте волокно состыковывается с приемным световодом (свет проходит) или отводится от его торца (сигнал отсутствует). В большинстве электрооптических модуляторов и переключателей используется свойство веществ изменять свой показатель преломления под действием приложенного электрического поля. В общем случае этот эффект является анизотропным и имеет как линейную (эффект Поккельса), так и нелинейную (эффект Керра) составляющие. В устройствах автоматики наиболее удобной, дающей хорошие результаты, является прямая модуляция — изменение интенсивности излучения путем амплитудной модуляции тока инжекции источника света. При этом может быть получена частота переключения, превышающая сотни мегагерц.