- •Введение. Особенности оптического диапазона эмв. Достоинства волс.
- •2.1.1. Достоинства и область применения волс.
- •Волоконно-оптическая система передачи
- •Структурная схема волоконно-оптической системы передачи сигналов
- •1. Передача оптических сигналов.
- •Диапазоны эмв.
- •1. Особенности оптического излучения. Диапазон оптических длин волн.
- •Лекция 2. Основные положения и понятия волновой, квантовой и геометрической оптик
- •Параметры оптического излучения. Поляризация, монохроматичность и когерентность оптического излучения
- •Преломление света. Полное внутреннее отражение.
- •Волоконный световод (оптоволокно)
- •Параметры оптических волокон
- •2.1.3 Дисперсия
- •2.3. Межмодовая дисперсия
- •2.4. Материальная дисперсия и информационная емкость
- •Задача № 1
- •Задача № 2
- •2.5. Информационные параметры волс
- •Задача №3
- •2.6. Особенности работы и режимы волоконных световодов
- •2.7. Особенности расчетов и применения многомодовых волоконных световодов
- •2.8. Разновидности и применение одномодовых световодов (омвс)
- •Задача№4
- •2.10. Технология и материалы вс
- •2.11. Геометрические и механические характеристики вс
- •2.13. Разновидности и поколения волс
- •3. Оптические волноводы
- •3.1. Парамeтры оптических волноводов
- •3.2. Потери в оптических волноводах. Методы изготовления оптических волноводов
- •,Где – усредненная глубина шероховатостей.
- •3.2.2. Методы изготовления планарных и полосковых ов заимствованы из технологии пп электроники. Их можно условно разделить на три категории:
- •3.3. Связанные волны в оптических волноводах
- •Задача №5
- •Задача №6
- •Задача №7
- •Лекция 3
- •3.4. Пассивные элементы интегрально-оптических схем
- •4. Пассивные элементы волс
- •4.1. Оптические разветвители (ответвители)
- •4.2. Оптические аттенюаторы
- •4.3. Оптические мультиплексоры/демультиплексоры и фильтры
- •4. Управление временными параметрами оптического излучения
- •4.1. Модуляция лазерного излучения
- •4.2 Физические эффекты в кристаллах
- •4.3. ЭлектрОоптические модуляторы (эом)
- •Задача n9.
- •4.4. Акустооптические модуляторы (аом)
- •4.5. Магнитооптические модуляторы (мом)
- •5. Управление пространственными характеристиками оптического излучения
- •5.1. Основные определения
- •5.2. Электрооптические дефлекторы (эод)
- •Задача №10.
- •5.3 Акустооптические дефлекторы (аод)
- •Задача №11
- •6. Особенности источников оптического излучения для волс и ов.
- •7. Приемники оптического излучения
- •7.1. Принцип действия фотоприемников
- •7.2. Классификация, параметры и характеристики фотоприёмников
- •7.3 Фотодиоды с обычным p-nпереходом
- •7.4. Специальные типы фотодиодов
- •7.5. Фототранзисторы
- •7.6. Многоэлементные ФотоПриёмники
- •Задача №12.
- •8. Интегрально-оптические схемы
- •8.1. Основные определения
- •8.2. Примеры реализации Интегрально-оптических схем
- •9. Волоконноотические датчики (вод)
- •Принцип работы, классификация и параметры вод
- •9.2. Вод амплитудной модуляции
- •9.3. Вод фазовой модуляции.
- •9.4. Поляризационные вод.
- •9.5. Вод с управляемой связью в коаксиальных оптических волноводах.
- •10. Оптические методы обработки информации.
- •10.1 Основы голографии.
- •10.2 Элементы оптической памяти оптических и электронных процессоров.
- •10.3. Оптическая фильтрация.
- •11. Радиооптические антенные решетки (роар)
- •11.1. Основные понятия
- •11.2. Оптическое управление задержками свч - сигналов
- •11.3. Оптическое управление фар на основе оптического процессора
- •11.4 Фар с “экзотическими” методами управления.
9.3. Вод фазовой модуляции.
9.3.1. ВОД фазовой модуляции (ФМ) являются наиболее чувствительными. В общем случае изменение фазы = L, обусловленное внешним воздействием на ВС, складывается из изменения коэффициента фазы и изменения его длины L
~LL (9.4)
В свою очередь зависит от n=n1n2 и диаметра сердцевины 2,а, т.е.
=n/n+a/a. (9.5)
Иногда, кроме этого, под действием механического напряжения происходит изменение коэффициента преломления, но основной вклад определяет L.
ВОД ФМ строятся по одной из следующих схем: 1на основе гомодинного или гетеродинного интерферометра МахаЦандера; 2на основе межмодового интерферометра; 3на основе одноволоконного интерферометра Саньяка с двунаправленной оптической связью. Известно использование и других схем интерферометра.
Наиболее часто используются интерферометр Маха-Цандера, в котором фотодетектор регистрирует мощность сигнала
. (9.6)
Функция Рвых() практически линейна вблизи = /2. Это одно из основных условий работы гомодинных ВОД. От этого ограничения свободны гетеродинные ВОД, в которых для гетеродинирования используется брэгговский АОМ в одном из плеч интерферометра и регистрируется разностная частота. Рассмотрим несколько примеров.
9.3.2. Гомодинный ВОД-акселерометр (ВОД ускорений и вибраций) имеет два канала BС, один из которых является эталонным–1, а другой–2 закреплён в двух точках на станине–3 и имеет закреплённый грузик–4 массой m (рис. 9.6,а). На входе и выходе используются два разветвителя–5. Под действием ускорения aу=F/m груз растягивает BС-2, что и вызывает . Максимальная рабочая частота определяется низшей частотой механического резонанса, причем, чем ниже частота механического резонанса, тем выше чувствительность.
Для компенсации температурных воздействий грузик закрепляется на обоих каналах 1 и 2, находящихся при одинаковой температуре. В этом случае воздействие ускорения вызывает растяжение одного канала и сжатие другого, что приводит к увеличению чувствительности (рис. 9.6,б). При массе грузика m=0,4 г, L=1,6 см регистрируется ускорение ay0,510-6 g в диапазоне частот вибраций F=(30200) Гц.
Рис. 9.6. ВОД фазовой модуляции
Для увеличения чувствительности BС в измерительном плече интерферометра наматывается на упругий резиновый цилиндр–6 (рис. 9.6,в), а груз –4 приклеен к резиновому цилиндру. Под действием ускорения груз сжимает цилиндр, диаметр которого при этом увеличивается и растягивает BС. При m=660 г ВОД регистрирует ау=10-9 g в диапазоне частот F=(0,0110) кГц.
9.3.3. Если ВС намотан на магнитострикционный материал, например, никель, или если нанести плёнку никеля на ВС, то получим датчик магнитного поля. Возможно также использование датчика температуры (за счёт изменения L) или электрического поля (изменение n за счёт электрооптического эффекта).
На таком же принципе создаются гидрофоны (ВОД давления), в которых измерительное плечо интерферометра представляет собой ВС длиной несколько метров. Под действием давления изменяется n и анизотропные свойства ВС. Такой гидрофон регистрирует акустические частоты F=(0,1100)кГц. Чувствительность таких гидрофонов намного выше пьезоэлектрических.
ВОД интерферометрического типа не обязательно должен иметь 2 плеча. Возможно применение одного ВС, например в двух модовом режиме. В этом случае используется межмодовая интерференция. Внешнее воздействие по разному влияет на разные моды. Достоинствами таких ВОД являются их простота и то, что обе моды находятся в одной среде при одной температуре и давлении. Недостатком является необходимость устранения паразитной чувствительности к не измеряемому воздействию.