Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Карих Е.Д. -> "Оптоэлектроника" -> 4

Оптоэлектроника - Карих Е.Д.

Карих Е.Д. Оптоэлектроника — Мн.: БГУ, 2002. — 107 c.
Скачать (прямая ссылка): optoelektronika2002.pdf
Предыдущая << 1 .. 2 3 < 4 > 5 6 7 8 9 10 .. 41 >> Следующая

Поглощение в сердцевине волокна связано с присутствием в кварце неконтролируемых примесей железа (Fe), меди (Cu), хрома (Сг), никеля (Ni), кобальта (Co), ванадия (V), магния (Mg), а также следов воды в виде гидроксильных групп OH-. В результате улучшения очистки кварца потери, связанные с наличием металлов и воды, сведены к минимуму. Неустранимой причиной потерь остается поглощение в самом кварце, которое резко возрастает с увеличением длины волны излучения. При X > 2 мкм кварцевое волокно практически непрозрачно.
По природе стекло является аморфной структурой. Поэтому в нем имеются инородные включения, микрополости и другие неоднородности с размерами порядка X. Эти неоднородности приводят к локальным изменениям показателя преломления, на которых свет испытывает рассеяние, называемое рассеянием Ми. Однако и в тех волокнах, где эти неоднородности устранены, остается рассеяние обусловленное замороженными флуктуациями плотности, а следовательно, и показателя преломления самого кварцевого стекла. Эти неустранимые флуктуации обуславливают собственное, или рэлеевское, рассеяние. Рэлеевское
рассеяние резко (пропорционально 1/ X4 ) возрастает с уменьшением X поэтому оно является основной причиной потерь в кварцевых волокнах на длинах волн короче 1,5 - 1,6 мкм. Минимум потерь приходится на область 1,2 - 1,7 мкм. К настоящему времени получены волокна с коэффициентом затухания 0,16 дБ/км на длине волны 1,57 мкм.
61
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
Дисперсионные свойства волокна. Если на вход волокна подать короткий световой импульс, то на его выходе вместо одного импульса будет наблюдаться целая серия импульсов или один импульс, но уширенный относительно исходного. Эти явления обусловлены дисперсионными свойствами волокна. Существуют четыре основные вида дисперсии: межмодовая, материальная, внутримодовая и поляризационная.
Межмодовая дисперсия. Как известно, различные моды распространяются под разными углами к оси волокна. Поэтому на языке лучевой оптики уширение импульса можно объяснить неодинаковостью путей, проходимых различными модами, при заданной длине волокна l.
Для времени распространения по волокну осевого луча имеем:
ti = ^. (10.1)
c
Из рис. 9.1 и формулы (9.2) следует, что для наиболее наклоненного луча время распространения равно:
nJ ni l
t2 =----г— = — • (Ю.2)
c • sin 6c n 2 c
Таким образом, для разности времен прохождения двух лучей получаем:
. щ Anl Anl At An
At = 12 - tY = —--------------------------------------------»-, или —»—, (10.3)
n 2 c c l c
где щ/n2 »1, An = щ - n2. При An = 0,01 и l = 1 км уширение импульса At составит приблизительно 33 нс.
При тех же щ и п2 межмодовая дисперсия в градиентном волокне
меньше, чем в ступенчатом. Это объясняется тем, что скорость распро-
странения внеосевых лучей в градиентном волокне выше, чем в ступенчатом из-за меньшего показателя преломления в периферийных слоях сердцевины, где проходят траектории внеосевых лучей (рис. 9.2).
Материальная дисперсия. Поскольку передаваемое по волокну излучение имеет конечную ширину спектра AX, проявляется так называемая материальная дисперсия, обусловленная зависимостью показателя преломления волокна от длины волны распространяющегося излучения. Время распространения осевого луча в сердцевине равно:
l ng1l
t = — = -^ , (10.4)
c
где ng1 - групповой показатель преломления, определяемый формулой
c c dB d(m nJc) _ dn1 ^
ng1 = — =------------= c— = c—----= nY + m—1 . (10.5)
и dm dp dm dm dm
62
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
Здесь в - постоянная распространения волны, m - частота, n1 - фазовый показатель преломления сердцевины. Перейдем в (10.5) от производной по частоте к производной по длине волны:
dn1 dn1 dX
dm dX dm
Учитывая связь между m и X, можно записать:
2nc dm 2пс
m =
X
dX
X2
(10.6)
(10.7)
Выполняя соответствующие подстановки из (10.6) и (10.7) в формулу (10.5), для группового показателя преломления получаем:
n
g1
= n1 - X
dn1
dX
(10.8)
Подставляя ng1 из (10.8) в (10.4), для времени распространения света по волокну будем иметь:
t =
n
dX
c
Теперь легко определить уширение импульса |At|:
dt l d f „ dn, ^ X 1 l d 2 n1
II < • AX = -• n1 V • AX = — • X •
dX c dX dX 0 c dX2
(10.9)
• AX . (10.10)
Для кварца точка нулевой дисперсии соответствует X = 1,27 мкм. Введением легирующих добавок эту точку можно сдвигать в пределах
1,2 - 1,4 мкм. В частности, при введении в кварцевое стекло примеси GeO2 эта точка сдвигается к длине волны 1,3 мкм.
Волноводная дисперсия. Этот вид дисперсии обусловлен тем, что часть энергии волноводной моды распространяется в оболочке. Доля излучения, проникающего в оболочку, зависит от X . Это приводит к зависимости постоянной распространения и скорости распространения света в данной моде от X. Поскольку световой импульс всегда имеет конечную ширину спектра, он испытывает уширение даже в том случае, когда переносится одной модой. Этот механизм уширения и называют волноводной дисперсией. Величина уширения равна:
Предыдущая << 1 .. 2 3 < 4 > 5 6 7 8 9 10 .. 41 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed