Выполнила : Кременецкая Ольга, гр. 21611. Определения Оптоэлектроника раздел физики и техники, связанный с преобразованием электромагнитного излучения. - презентация

1 Выполнила : Кременецкая Ольга, гр

2 Определения Оптоэлектроника раздел физики и техники, связанный с преобразованием электромагнитного излучения оптического диапазона в электрический ток и обратно. Оптическое волокно нить из оптически прозрачного материала, используемая для переноса света внутри себя посредством полного внутреннего отражения. Волоконная оптика раздел прикладной науки и машиностроения, описывающий такие волокна.

3 Преимущества и недостатки ВОЛС Преимущества оптоволокна : Высокая частота передачи сигнала широкая полоса пропускания высокая скорость передачи информации ( теоретически – до 1 Тбит / с ); Увеличение скорости в 2 раза : передача сигнала одновременно в двух направлениях, использование волн двух перпендикулярных поляризаций. Частотное уплотнение по оптоволоконным линиям связи - передача разных сигналов на разных длинах волн. Низкие потери (0,2-0,3 дБ / км при =1,55). Потери не зависят от частоты передачи сигнала ; Нечувствительность к электромагнитным помехам отсутствие искажений ; Малый вес и размер ; Пожаро - и взрывобезопасность ; Сложность прослушки сигнала без нарушения приема / передачи информационная безопасность (???). Недостатки ВОЛС : Хрупкость ; Сложность изготовления ; Снижение эффективности с течением времени ; Дороговизна оборудования, монтажа и обслуживания. Электроника отстает от оптики по частотам.

4 Устройство оптоволокна 2 слоя : сердцевина оболочка + защитная оболочка. Строение подводного оптоволоконного кабеля : 1. Полиэтилен. 2. Лавсановая плёнка. 3. Витые стальные провода. 4. Алюминиевый " водный барьер ". 5. Поликарбонат. 6. Медная или алюминиевая трубка. 7. Углеводородный гель. 8. Оптоволокно.

5 Устройство оптоволокна Передача света в оптоволокне – эффект полного внутреннего отражения n 2 > n 1. Например : n 1 = 1.474, n 2 = Разница между n 1 и n 2 ~ 1% В стеклянном волокне n меняется с помощью легирования : B 2 O 3, F – уменьшают n; GeO 2, P 2 O 5 – увеличивают n. По материалу оптоволокно делится на : стеклянные волокна ; стеклянные волокна с пластиковой оптической оболочкой (PCS); пластиковые волокна. Стандартные диаметры сердцевины и оболочки ( мкм ): Обозначения : 8/125, 62.5/125… диаметр человеческого волоса 100 мкм. ЯдроОболочка , Материал Длина волны в вакууме Показатель преломления Стекло 8501, , ,4440 GaAlAs8503,6 Пластик6501,4-1,5

6 1. Одномодовое диаметр сердцевины 7-9 мкм. 1)ступенчатое ( SF ) 2) со смещенной дисперсией (DSF) 3)с ненулевой смещенной дисперсией (NZDSF) 2. Многомодовое : 1) Ступенчатое d сердцевины 100 – 970 мкм. Типы оптоволокна Иногда - более сложная структура профиля. 4)с сохранением поляризации напрягающие оболочки 2) Градиентное d сердцевины 50, 62.5, 85 мкм.

7 Дисперсия сигналов в оптоволокне Одномодовое Волокно со сглаженным индексом Стекло со ступенчатым индексом Пластиковые, PSC Качество оптоволокна : 1. Модовая Причина : лучи с разными углами падения проходят различные расстояния. Только в многомодовых системах. 2. Хроматическая : 1) Материальная ( молекулярная ) Причина : зависимость n световода от 2) Волноводная Причина : ~20% энергии распространяется по оболочке. Зависит от геометрических и др. свойств волновода. Дисперсия – расплывание светового импульса по мере его движения по оптоволокну. Качество : Потери Полоса пропускания Информационная емкость 3. Поляризационная Причина: различная скорость двух взаимно перпендикулярных поляризационных составляющих моды Проявляется в одномод. системах при >2,4 Гбит/с.

8 Закон Бугера:, W 0 – сигнал на входе, - коэффициент затухания (дБ/км), L – длина волокна. Одномодовое волокно: ~0.2 дБ/км, пластиковое: ~ 300 дБ/км. Затухание сигнала Причины потерь мощности : Поглощение собственное поглощение в материале световода Причины : в УФ - области – переходы между энергетическими уровнями атомов, в ИК - области – многофотонные и колебательные возбуждения молекул ; SiO 2 : = 9.2 мкм, гармоники : 2.2, 3.8, 4.4 мкм. примесное концентрация примеси вес. ч.: потери на дефектах атомной решетки. Примесный ионПотери, дБ/км пика поглощения Fe Fe Cu Cr V OH OH OH

9 Затухание сигнала Причины потерь мощности : Рассеяние : рассеяние Релея ( на микрочастицах с размерами d> λ ) минимальный теоретический предел затухания : 2.5 дБ при 820 нм 0.24 дБ при 1300 нм дБ при 1550 нм Потери при изгибах : угол падения луча становится меньше критического, не наблюдается полного внутреннего отражения. уменьшение прочности волокна. микроизгибные макроизгибные

10 Затухание сигнала Причины : Ионизирующее излучение Причина - разрыв связей в молекулах появление свободных связей появление неоднородностей усиление поглощения. Зависит от : типа легирующей добавки, диаметра сердцевины, типа оболочки. Технологические разбросы параметров световода эллиптичность сердцевины, флуктуации ее диаметра, нарушения закона распределения n по сечению … рассеяние энергии. Появление и рост микротрещин. Причины : при вытягивании волокна, под воздействием механических напряжений, химических реагентов ( влаги, кислорода ). Влияние температуры : изменение n сердцевины и оболочки перераспределение энергии между модами потеря мощности основного сигнала. разные коэффициенты теплового расширения увеличение числа микроизгибов. Потери на стыках Потери на входе и выходе Причина : рассогласование численных апертур волокна и источника / приемника - максимальный угол ввода света в волокно.

11