Волоконна оптика

 

Волоконна оптика - це розділ оптики, який вивчає фізичні явища, що виникають і протікають в оптичних волокнах, а також продукція галузей точного машинобудування, що має в своєму складі компоненти на основі оптичних волокон.

До волоконно-оптичних приладів відносять: лазери, підсилювачі, мултіплексори, демультіплексори та інші прилади. До волоконно-оптичних компонентів відносять: ізолятори, дзеркала, з'єднувачі, розгалужувачі та інші прилади. Основою волоконно-оптичного приладу є його оптична схема - набір волоконно-оптичних компонент, з'єднаних в певній послідовності. Оптичні схеми можуть бути замкнуті або розімкнуті, зі зворотним зв'язком або без нього.

Оптичні схеми волоконно-оптичних приладів:

Лазер

На малюнку показана найпростіша схема волоконно-оптичного лазера, де А - активне волокно, Д - діод накачування, М1 і М2 - дзеркала. Як і у випадку звичайних лазерів, тут резонатор з активним середовищем, утворений активним волокном і дзеркалами. Дзеркала забезпечують зворотний зв'язок. Одне з дзеркал може мати 100% відображення. Тоді випромінювання буде виходити тільки з протилежного кінця резонатора. Діодів накачування може бути кілька, а розташовуватися вони можуть з різних сторін резонатора.

Підсилювач

На малюнку показана найпростіша схема волоконно-оптичного підсилювача. Вона схожа зі схемою лазера, крім того, що дзеркала замінені ізоляторами для придушення зворотного зв'язку. Ізолятори пропускають світло тільки в одному напрямку.

Пристрій волоконно-оптичних компонент:

Дзеркала і фільтри

Дзеркалом називається компонент, що відображає випромінювання певної частоти з певним коефіцієнтом відображення. Фільтр, в свою чергу, пропускає випромінювання певної частоти, як правило, у вузькому частотному діапазоні, а решта випромінювання поглинає або розсіює. Для виготовлення дзеркал і фільтрів використовуються дифракційні решітки, нанесені на ділянку серцевини волокна. Аналог штриха виконує ультрафіолетова засвічення, яка змінює властивості волокна в місці опромінення. Одна і та ж дифракційна решітка для різних частот сигналу буде або дзеркалом, або фільтром.

Ізолятори

Ізолятори пропускають випромінювання тільки в одному напрямку. В електриці їх аналогом є діоди. Оптичні ізолятори працюють на ефекті Фарадея і не є повністю волоконними. Робоча область ізолятора є два поляризатора і осередок Фарадея (магніт з вкладеним в нього спеціальним кристалом). У порожнині магніту, а отже і в кристалі, створюється магнітне поле, яке повертає поляризацію проходить випромінювання на 45 градусів. Осі поляризаторів також повернені на кут 45 градусів відносно один одного. Завдяки цьому випромінювання в одному напрямку проходить безперешкодно (і при цьому ще стає лінійно поляризованим), а в іншому напрямку не проходить, тому що затримується вихідним поляризатором. Вхід і вихід ізолятора виконані у вигляді ділянок оптичного волокна, щоб даний компонент можна було використовувати в оптичних схемах. Для поліпшення характеристик ізолятора після виходу з волокна і перед входом в інше волокно ставляться лінзи, які роблять пучок паралельних, що значно зменшує втрати.

З'єднувачі і Розгалужувачі

Являють собою два паралельних волокна, позбавлені оболонки і стикаються між собою. Дотик та фіксація волокон досягається при високих температурах - вище температури плавлення волокна. Таким чином, ділянки волокон сплавляються воєдино. Залежно від довжини спільної ділянки в результаті інтерференції хвиль можна отримати довільний коефіцієнт ділення вихідного сигналу по двом вихідним волокнам.

Активне волокно

Волокно, здатне посилювати або генерувати сигнал певної частоти. Це досягається введенням в кварцове волокно рідкоземельних домішок в залежності від необхідної частоти посилення. Так, иттербіеві (Yb) домішки домішки дають посилення на довжинах хвиль 1.06 і 1.3 мкм, а ербіеві (Er) на довжині хвилі 1.5 мкм. Пік посилення визначається піком прозорості тієї чи іншої домішки.

Пасивне волокно

Волокно, що не володіє властивостями посилення. Використовується для з'єднання волоконно-оптичних компонент між собою, а також для збільшення загальної протяжності оптичної схеми, якщо це необхідно.

Діоди накачування

Як і у випадку звичайних лазерів для початку посилення і генерації необхідна накачування активного середовища. Для накачування активних волокон використовують напівпровідникові лазерні діоди. На виході з напівпровідникового кристала лазерний пучок колімуючих і вводять в волокно. Вибір довжини хвилі діодів накачування обумовлений піками поглинання активних волокон, які припадають на вузькі діапазони в районах 0.81 мкм, 0.98 мкм і 1.48 мкм. Для иттербіевих волокон найбільш ефективне накачування в діапазоні 0.95-0.98 мкм. Дивлячись на ставлення довжин хвиль накачування і сигналу можна визначити максимально можливий ККД лазерів і підсилювачів. Для иттербіевих волокон він буде 0.95: 1.06 = 90%. На практиці, ККД, звичайно виявляється нижче.

Нелінійні ефекти в оптичних волокнах

Генерація 2й гармоніки

При достатній потужності випромінювання в оптичному волокні відбувається подвоєння частоти випромінювання. Так, в иттербіевих волокнах, що працюють на довжині хвилі 1.06 мкм генерація другої гармоніки призводить до появи випромінювання з довжиною хвилі 0.53 мкм. Це випромінювання у видимому діапазоні і являє собою смарагдово-зелене світло.

Застосування волоконної оптики

Оптичні волокна можуть застосовувати в медичних цілях, наприклад, введення в тіло пацієнта камери для передачі зображення органу або ураженої ділянки на зовнішню телекамеру, що виключає необхідність дослідження за допомогою хірургічного втручання. В автомобілях вони використовуються для подачі світла від загального джерела до різних приладових панелей. Оптичні волокна пов'язують комп'ютери, роботи, телевізійні установки і телефони на багатьох заводах і в установах.

 

В асортименті компанії «Технології Мереж» присутній оптичний кабель, уточнити всі деталі і замовити ВОК ви можете по телефону +38 (044) 355-53-23 або по e-mail [email protected].