Типы оптических волокон

October 1, 2011 by admin Комментировать »

 

Светодиоды используются в системах связи, работающих с низкими и средними скоростями передачи данных (менее 1 Гбит/с) и передающих информацию на короткие и средние расстояния (менее 10 км). Такие системы основаны либо на световых волнах, распространяющихся по волноводам(Reiser, 1999; Neyeretal., 1999; Hecht, 2001; Mynbaev, Scheiner, 2001; Kibleretal., 2004), либо на световых волнах, распространяющихся в свободном пространстве(Carruthers, 2002; Heatleyetal., 1998; Kahn, Barry, 2001). В волоконно-оптических системах связи в качестве среды передачи используются отдельные световоды кварцевые или полимерные жгуты из них. Данные в таких системах передаются на расстояния нескольких километров. Передача информации беспроводными системами связи обычно ограничивается пределами комнаты, хотя возможна передача и на большие расстояния. В этой главе будут обсуждаться характеристики передающей среды систем связи на основе светодиодов.

Оптические волокна состоят из круглой сердцевины, окруженной оболочкой. Показатель преломления сердцевины всегда выше, чем у оболочки (приблизительно на 1%). Свет распространяется по сердцевине волокна благодаря явлению полного внутреннего отражения. Условия полного внутреннего отражения выводятся из закона Снеллиуса. При соблюдении этих условий луч света, падающий на границу сердцевина — оболочка, не может выйти за пределы сердцевины, т.е. будет распространяться внутри сердцевины по зигзагообразной траектории.

В системах связи используют несколько типов оптических волокон: волокно со ступенчатым профилем показателя преломления, многомодовое волокно с градиентным профилем показателя преломления и одномодовое волокно. На рис. 22.1 показаны все три типа оптических волокон и их профили показателя преломления.

Многомодовые волокна со ступенчатым профилем показателя преломления обладают сравнительно большими диаметрами сердцевины. Например, диаметры сердцевин кварцевых волокон, используемых в си-

Рис. 22.1. Многомодовое волокно со ступенчатым профилем показателя преломления, поддерживающее распространение нескольких оптических мод (а). Многомодовое волокно с параболическим профилем показателя преломления, поддерживающее распространение нескольких оптических мод с одинаковыми константами распространения (б). Такие волокна обладают меньшей межмо- довой дисперсией, чем волокна предыдущего типа. Одномодовое волокно со ступенчатым профилем показателя преломления (в). Такие волокна отличаются

малыми диаметрами сердцевины и отсутствием межмодовой дисперсии

 

стемах связи, обычно составляют 50 мкм, 62,5 мкм и 100 мкм. Диаметры сердцевины полимерных волокон, как правило, еще больше — около 1 мм. Достоинством многомодовых волокон является простота сопряжения с источниками света. Для таких волокон с диаметрами ~ 50 мкм обычно достаточно точности выравнивания а — ±Ъ мкм. Основным недостатком многомодовых волокон является значительная межмодовая дисперсия.

Поскольку диаметры сердцевины многомодовых волокон намного превышают рабочую длину волны, в волноводе одновременно могут распространяться несколько оптических мод. Эти моды имеют разные константы распространения^ света, и при одновременном вводе в волновод им требуется разное время для достижения конца волновода, что приводит к уширению оптического импульса и ограничению максимальной скорости передачи данных при заданной длине волновода.

В многомодовых волокнах с параболическим профилем показателя преломления межмодовая дисперсия значительно меньше, чем в случае ступенчатого профиля.

Диаметр сердцевины одномодовых волокон так мал (5-10 мкм), что в них может распространяться только одна оптическая мода. Достоинством таких волокон является отсутствие межмодовой дисперсии, а недостатком — сложность сопряжения с источниками света. Из-за малого диаметра сердцевины волокна яркость источников света должна быть сравнима с яркостью лазеров. Поэтому для работы с одномо- довыми волокнами используются светодиоды с торцевым излучением и суперлюминесцентные светодиоды. Точность выравнивания светодиодов с такими волокнами должна составлять несколько микрометров.

Для повышения оптической мощности передаваемого сигнала диаметр сердцевины волокна и разность показателей преломления сердцевины и оболочки должны быть как можно больше. В настоящее время выпускаются специальные волокна, диаметр сердцевины которых превышает 1 мм. Но такие волокна из-за большой межмодовой дисперсии не пригодны для использования в системах связи.

Источник:

 Шуберт Ф. Светодиоды / Пер. с англ. под ред. А.Э. Юновича. — 2-е изд. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. – 496 с. – ISBN 978-5-9221-0851-5.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты