Elektronika 2009-11.pdf - Instytut Systemów Elektronicznych
Elektronika 2009-11.pdf - Instytut Systemów Elektronicznych
Elektronika 2009-11.pdf - Instytut Systemów Elektronicznych
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
W jednomodowym szklanym włóknie transmisyjnym nie<br />
tyle istotny jest wymiar rdzenia optycznego (zdefiniowany przy<br />
pomocy profilu refrakcyjnego), ile efektywna średnica modowa.<br />
Zazwyczaj jest ona nieco (światłowody o dużym kontraście<br />
refrakcyjnym) lub znacznie większa (włókna o małym<br />
kontraście) od średnicy rdzenia. Średnica modu podstawowego<br />
i kontrast określają odporność włókna na mikrozgięcia,<br />
straty łączenia oddzielnych odcinków włókna. Duża efektywna<br />
średnica modu podstawowego pozwala na upakowanie większej<br />
ilości kanałów WDM w takim włóknie z powodu zmniejszenia<br />
gęstości mocy optycznej w rdzeniu.<br />
Światłowody izotropowe<br />
W praktyce takie światłowody idealne - dokładnie izotropowe<br />
- nie istnieją. Każda technologia wprowadza rezydualną niejednorodność<br />
kształtu, anizotropię refrakcyjną, optyczną, niejednorodności<br />
mechaniczno-termiczne, chemiczne, gęstości<br />
i składu lokalnego szkła, itp. Tego typu niejednorodności dotyczą<br />
w znacznym stopniu światłowodów jednomodowych, na<br />
ogół przeznaczonych dla celów telekomunikacyjnych, tzn.<br />
o znacznej długości. Niejednorodności wprowadzane we<br />
włókno szklane przez rzeczywistą technologię w różny sposób<br />
przekładają się na użytkowe parametry światłowodu. Rezydualna<br />
eliptyczność rdzenia powoduje rozdzielenie dwóch polaryzantów<br />
modu podstawowego. Przypadkowy rozkład<br />
eliptyczności wzdłuż włókna (lub innego rodzaju zaburzeń<br />
średnicy) powoduje fluktuacje polaryzacji fali optycznej. Fluktuacje<br />
polaryzacji z kolei są powodem dalszych zjawisk we<br />
włóknie jednomodowym, jak polaryzacyjnie zależne straty<br />
transmitowanej fali. Inne niejednorodności np. naprężeń mechanicznych<br />
i indukowanych termicznie przekładają się na<br />
fluktuacje anizotropii refrakcyjnej i w rezultacie na szum fazowy<br />
transmitowanej fali.<br />
Światłowody instrumentalne<br />
Coraz większą grupę pod względem ekonomicznym stanowią<br />
szklane włóknowe światłowody instrumentalne. Wiele z tych<br />
rodzajów włókien szklanych służy do transmisji sygnałów analogowych<br />
w odróżnieniu od transmisji wyłącznie sygnałów cyfrowych<br />
w światłowodach telekomunikacyjnych. Obejmują one<br />
trzy główne grupy światłowodów: aktywne, przeznaczone do<br />
budowy elementów funkcjonalnych fotoniki światłowodowej<br />
oraz czujnikowe. Te trzy grupy szklanych włókien optycznych<br />
podlegają intensywnemu rozwojowi pod względem technologicznym,<br />
stosowanych materiałów, konstrukcji i możliwości zastosowań.<br />
Szklane światłowody instrumentalne, w odróżnieniu<br />
od w miarę jednorodnych włókien telekomunikacyjnych, posiadają<br />
zupełnie odmienne parametry pomiędzy różnymi typami<br />
przeznaczonymi dla różnych celów. Następuje ich ciągła<br />
dywersyfikacja typów, rodzajów i konstrukcji. Wiele z nich jest<br />
uczulanych na pewne rodzaje fizykochemicznych oddziaływań<br />
zewnętrznych podczas, gdy inne są znieczulane na pewne<br />
grupy oddziaływań zewnętrznych.<br />
Światłowody polaryzujące<br />
Jednym z ważnych i powszechnie stosowanych w układach<br />
optycznych rodzajów światłowodów instrumentalnych są<br />
szklane włókna optyczne polaryzujące. Są to szklane włókna<br />
optyczne jednomodowe, w których poprzez zamrożone nie izotropowe<br />
mechaniczne naprężenie wewnętrzne wprowadzono<br />
anizotropię optyczną. Istnienie takiej anizotropii prowadzi do<br />
możliwości usunięcia jednego polaryzanta modu podstawowego.<br />
Światłowód jest jednomodowy jednopolaryzacyjny, w odróżnieniu<br />
od światłowodu jednomodowego izotropowego.<br />
Światłowód jednomodowy izotropowy prowadzi dwa polaryzanty<br />
ortogonalne modu podstawowego lewo i prawoskrętną.<br />
Światłowody dziurawe<br />
Szklane włókno optyczne posiada otwór ciągnący się wzdłuż<br />
włókna, położony osiowo symetrycznie (światłowody kapilarne),<br />
bądź położony niesymetrycznie w pobliżu rdzenia<br />
optycznego (światłowód z bocznym otworem). Światłowód kapilarny<br />
może być wypełniony niskostratnym płynem tworzącym<br />
ciekły rdzeń optyczny. W otworze może być<br />
transmitowana metodą fotoniczną fala optyczna i materialna<br />
fala deBroglia. W otworze bocznym w pobliżu rdzenia można<br />
oddziaływać na propagowaną falę zanikającą.<br />
Światłowody deBroglia<br />
Rodzaj kapilarnych szklanych włókien optycznych, w których<br />
fala materialna koherentnych zimnych atomów jest prowadzona<br />
ciemną wiązką światła. Ciemna wiązka światła posiada<br />
minimum natężenia na osi światłowodu. Wiązka światła jest odstrojona<br />
w częstotliwości od pasm absorpcji transmitowanych<br />
atomów w taki sposób, że atomy są utrzymywane na osi wiązki.<br />
Światłowody aktywne<br />
Światłowody aktywne służą do budowy laserów światłowodowych,<br />
wzmacniaczy optycznych dyskretnych o znacznym<br />
wzmocnieniu jednostkowym [dB/m W] i rozłożonych o niewielkim<br />
wzmocnieniu właściwym, a zatem o znacznej długości.<br />
Szklane włókna aktywne są wykonywane z niskostratnych<br />
szkieł światłowodowych domieszkowanych jonami aktywatorami,<br />
jak jony ziem rzadkich. Dobór szkła osnowy jest podstawą<br />
do budowy efektywnego lasera światłowodowego<br />
bowiem w niektórych szkłach pewne poziomy laserowe nie<br />
mogą być ujawnione ze względu na wpływ struktury energetycznej<br />
osnowy a w szczególności dużą wartość energii fali fononowej<br />
w szkle. Lasery i wzmacniacze światłowodowe<br />
działają z wykorzystaniem następujących dwóch głównych<br />
mechanizmów: samowzmacniania emisji stymulowanej<br />
w określonym paśmie częstotliwości (analogicznie do klasycznych<br />
laserów objętościowych) oraz stymulowanego niezależnego<br />
od pasma nieelastycznego rozpraszania Ramana<br />
(wzmacniacze Ramana). Szklane włókno aktywne musi łączyć<br />
w sobie pod względem technologicznym i konstrukcyjnym jednocześnie<br />
kilka funkcji optycznych. Możliwość sprawnego<br />
pompowania optycznego zapewnia wielomodowa konstrukcja<br />
obszaru pompowanego włókna o niesymetrycznym kształcie<br />
tak, aby jak największa część mocy była sprzęgana do jednomodowego<br />
obszaru generacji lub wzmacniania. Szklane<br />
włókno aktywne o tak skomplikowanej strukturze konstrukcyjnej,<br />
materiałowej, refrakcyjnej i termiczno-mechanicznej musi<br />
posiadać zwierciadła Bragga na obu końcach (lub w pewnych<br />
fragmentach swojej długości) w celu zapewnienia sprzężenia<br />
zwrotnego dla akcji laserowej. Zapisanie siatki Bragga wewnątrz<br />
tak skomplikowanej, wielowarstwowej i niejednorodnej<br />
struktury jest bardzo trudnym zagadnieniem technologicznym.<br />
Światłowody fotoniczne<br />
Włókna optyczne fotoniczne są wykonywane ze szkieł fotonicznych<br />
(nazywanych częściej kryształami fotonicznymi). Są<br />
to materiały o mieszanej strukturze: mikroskopowo amorficz-<br />
120 ELEKTRONIKA 11/<strong>2009</strong>
Change language