 |
Соответствующие компоненты
|
|
|
|
Когда было объяснено явление интерференции в объемной оптике, мы сделали предположение о распространении плоскоской волны в объемных интерферометрах, механически выровненных; то есть ориентации зеркал и разделителей света являются достаточным для получения разности фаз для света на всем фронте волны. На практике это выравнивание являются весьма деликатным и может быть интерференционными полосами или кольцами. Сложную проблему формы и локализации полос, а также пространственной когерентности устраняет переход к одномодовой волоконной оптике, с которой это делается гораздо проще: в принципе, основные моды одномодового волокна пространственно когерентны и в многонаправленном интерферометре нет пространственных полос модуляции. Одномодовая волоконная оптика является идеальной технологией для изготовления интерферометров с длинными траекториями, потому что проблема механического выравнивания ограничена входной мощностью сцепного устройства. Системным способом эффект поперечных размеров может быть забыт, и должно рассматриваться только устройство с одной криволинейной продольной координатой.
Как мы уже видели, использование поляризационно-сохраняющих волокон подходит для избежания проблем управления поляризацией, но чтобы в полной мере воспользоваться этой технологии, желательно дублировать различные компоненты объемного интерферометра, в прочную многонаправленную форму. Основной функцией интерферометра является разделение на вводе волны и перекомпоновка интерферирующих волн света. Такая функция может быть реализована в виде многоволоконных форм с быстрым разделением волны. Свет может разделяться между двумя соседними ядрами, потому что быстрые импульсы колоколообразной основной моды расширяются на оболочке и могут возбуждать моды в других волокнах (Рисунок A2.21). С двумя одинаковыми ядрами мощность сцепления Pc следует закону квадрата синуса от интегральной длины L intи передаваемого дополнительного остатка мощности Pt:
|
|
|
| Связь |
| Ядро |
| Ядро |
| Lcp Lint |
| Рисунок A2.21.Принцип связи быстрых волн |
(A2.98)
где сs – прочность сцепления. Мощность, полностью переходящая во второе волокно для сцепления длиной Lcp, с
(A2.99)
затем начинает возвращаться в первое волокно. Чтобы получить 50-50 или 3 дБ соединитель, прочность сцепления сs должна корректироваться, чтобы длина взаимодействия 
равнялась полудлине сцепления:
(A2.100)
Прочность сцепления регулируется расстоянием от ядра до ядра dcc. Хорошим порядком амплитуды является dcc ≈ 5 a (a – радиус ядра) и 
(т.е., несколько тысяч длин волн в волокне). Обратите внимание, что когда длина волны увеличивается, мода далее расширяется в оболочку, что повышает прочность сцепления. Хорошим порядком амплитуды является относительное изменение Δ cs / cs,равное трем- или четыремкратному относительному изменению длины волны Δλ/λ. Эта зависимость длины волны используется для изготовления многоволоконного мультиплексора-демультиплексора длины волны.
Такие мгновенно-полевые волокна могут быть изготовлены с так называемой техникой односторонней полировки, где волокно закладывается в изогнутый паз, распиленный блок вспомогательного кремния. Ансамбль укладывается и полируется сбоку для удаления оболочки и получения доступа мгновенного поля. Два идентичных блока затем соединяются с уравновешенными коэффициентами склеивания, чтобы получить разделениемощности (Рисунок A2.22). Соединения с односторонней полировкой могут быть сделаны очень маленькими (длиной 10 мм) с отличной износоустойчивостью и хорошей термостабильностью. Может быть использовано практически любое волокно, сохраняющее поляризацию, но это требует ориентация оси напряжения перпендикулярно к поверхности, чтобы свести к минимуму поперечно-поляризационное сцепление (Рисунок A2.23).
|
|
|
Также был разработан альтернативный метод сужающегося соединения. Вместо того, чтобы удалить оболочки, два волокна обуживают и растягивают, что сокращает расстояние между обоими ядрами и также увеличивает диаметр моды, который становится "слабее", поскольку диаметр ядра уменьшается (Рисунок A2.24). Этот метод очень выгоден с одномодовыми телекомовскими волокнами, потому что может быть автоматизирован процесс изготовления и слияние обеспечивает отличная термостабильность. Однако с сохраняющими поляризацию волокнами этот метод требует специфической структуры конкретных волокон для того, чтобы избежать потери, вызванные высоко-легированными напряженными стержнями. Кроме того, длина сплавленного соединения обычно больше (20-40 мм), чем односторонне-полированного
| Рисунок A2.22. Полированный на поверхности соединитель: (а) блок половины соединителя; (b) шлифование и односторонняя полировка; (c) сборка соединителя. |
| Волокно |
| Соединитель |
| Полированная поверхность |
| Ядро |
| Блок |
| Канавка |
| Склеивание |
соединения.
Другой важной функцией является исполнение фазовой модуляции для использования методов обработки сигнала, которые улучшают отношение сигнала к шуму. Это может быть просто реализовано в волоконно-оптических витках вокруг пьезоэлектрической трубки (Рисунок A2.25). Подключение напряжения меняет диаметр трубки и таким образом изменяет длину L волокна. Игнорируя эффекты дисперсии мод, получим изменение фазы
| Ядра |
| Напряженные стержни |
| Блоки |
| Рисунок Л2.23. Вид сечения односторонне полированной поверхности устройства связи с напряженным двулучепреломленным волокном |
| Рисунок А2.24. Плавкий сужающийся соединитель |
| Соединение |
| Выход |
| Вход |
| Расширяющаяся мода |
| Выход |
(A2.101)
с
(A2.102)
где как мы уже видели, р 12 и р 11 – упруго-оптические коэффициенты и v –коэффициент Пуассона кремнезема. У нас есть
|
|
|
| Пьезоэлектри-ческая труба |
| Возбуждение напряжения |
| Волокно |
| Рисунок А2.25. Рядный фазовый модулятор, использующий волокна, намотанные вокруг пьезоэлектрической трубки |
(A2.103)
Такие многоволоконные фазовые модуляторы очень просты в изготовлении, но их эффективность ограничена формами механического резонанса пьезоэлектрических трубок. Могут использоваться три вида резонанса:
• очень эффективный петлевой резонанс, который имеет типичное произведение частоты × диаметр около 50 кГц·см (т.е. полезно для нескольких десятков килогерц);
• высокий резонанс, который имеет среднюю эффективность и типичное произведение частоты × высоту около 150 кГц·см (т.е. полезно для нескольких сотен килогерц);
• плотный резонанс, который имеет низкую эффективность, но может работать в несколько мегагерц, поскольку типичное произведение частоты × толщину составляет около 2 МГц·мм.
Библиография
О волоконной оптике:
• Jeunhomme, л. В., Одномодовая волоконная оптика, Марчел Деккер, 1990.
• Okoshi, Т., Оптические волокна, Academic Press, 1982.
• Дали, J-C, ed., Волоконная оптика, CRC Press, 1984.
• Миллер, С. М., Сшивание оптических кабелей и разъемов, Марсель Деккер, 1986.
О волоконно-оптических компонентах:
• Dakin, С. и б. Culshaw, eds., Оптические волоконные датчики: принципы и компоненты, Artech дом, 1988.
О случайных функциях:
• Papoulis, а., Вероятность, случайные величины и стохастические процессы, McGraw-Hill, 1965.
О волноводной теории:
• Marcuse, д., Теория диэлектриков, оптические волноводы Academic Press, 1974.
• Vassalo, C, Концепции оптических волноводов, Elsevier, 1991.
|
|
|
