18140

Методы стыковки световода с источником излучения (прямая стыковка, применение фоконов)

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Лекция 6. Методы стыковки световода с источником излучения прямая стыковка применение фоконов Существенный вклад в потери излучения вносит несоответствие параметров излучателя и входных характеристик световода. Основными факторами определяющими потери явля

Русский

2013-07-06

214.29 KB

18 чел.

Лекция 6.

Методы стыковки световода с источником излучения

(прямая стыковка, применение фоконов)

Существенный вклад в потери излучения вносит несоответствие параметров излучателя и входных характеристик световода.

Основными факторами, определяющими потери, являются:

  1.  несоответствие геометрических размеров излучающей площадки и торца световода;
  2.  несоответствие угловых размеров индикатрисы излучения и числовой апертуры световода.

Если, например, источником излучения является люминесцентный светоизлучающий диод (СИД), то излучающая площадка может составлять:

(мм2)

Площадь входного торца сердцевины световода в тоже время составляет:

(мм2)

СИД могут быть использованы при вводе излучения в жгуты, включающие тысячи световодов. В устройствах ввода излучения в ВОЛС применяются полупроводниковые лазеры с плоской излучающей поверхностью или со встроенной линзой. Размер перетяжки лазерного пучка в таких излучателях составляет 0.8 … 0.3 мкм. Для полупроводниковых лазеров геометрическое виньетирование отсутствует и остаётся только угловое виньетирование, определяемое несоответствием апертур.

Индикатрисы СИД имеет следующую конфигурацию (рис. 6.1):

Рис. 6.1. Индикатриса СИД:

А – без встроенной линзы; В – со встроенной линзой.

Эффективность ввода излучения в световод от СИД и лазеров можно оценить, пользуясь следующим соотношением:

  (6.1)

где:

мощность излучения, вводимая в световод; 

– коэффициент заполнения индикатрисы излучения; 

– показатель степени, характеризующий форму индикатрисы излучения источника;

площадь сердцевины волоконного световода; 

активная площадь излучения источника; 

– числовая апертура;

мощность излучения источника. 

Для СИД показатель степени составляет , для лазеров – .

Для повышения эффективности ввода излучения в световод применяются следующие устройства:

  1.  фоконы;
  2.  микролинзы;
  3.  градиентные линзы;
  4.  сферические линзы;
  5.  оплавление торца световода;
  6.  различные комбинации сферических и градиентных линз.

Оценка эффективности прямой стыковки источника и световода

При оценке потерь при методе прямой стыковки необходимо учитывать геометрическое и угловое виньетирование.

Методика расчета потерь для многомодового световода включает следующие пункты:

  1.  определение размеров перетяжки лазерного пучка по осям ХУ:

     (6.2)

     (6.3)

где:

, – угловые размеры индикатрисы излучения лазера в горизонтальной и вертикальной плоскостях;

– длина волны излучения.   

  1.  определение коэффициента геометрического виньетирования:

     (6.4)

     (6.5)

где:

– радиус сердцевины световода.

  1.  определение числовой апертуры световода:

    (6.6)

  1.  определение коэффициента углового виньетирования:

     (6.7)

     (6.8)

  1.  определение с помощью номограммы коэффициентов пропускания при геометрическом и угловом виньетировании:

    (6.9)

В случае одномодового световода необходимо учитывать, что поскольку размер световода соизмерим с длиной волны, часть электромагнитной энергии распространяется за пределами сердцевины. Поэтому вводят понятие эффективного радиуса одномодового световода, который всегда больше реального.

Для определения этого радиуса используется следующее соотношение:

   (6.10)

где:

– диаметр сердцевины световода.

– нормированная частота;

  1.  определение коэффициента линейного виньетирования с учетом эффективного радиуса:

    (6.11)

    (6.12)

  1.  определение  коэффициента пропускания при линейном виньетировании:

        (6.13)

  1.  определение по номограмме  определяют и .
  2.   определение коэффициента пропускания устройства ввода:

      (6.14)

Номограмма зависимости i от коэффициента виньетирования i (при i>1,37-i=1)

i

0,00

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

0,09

0,0

0,000

20

020

21

041

20

061

20

081

20

101

20

121

20

141

20

161

20

181

20

0,1

0,201

20

221

19

240

19

259

19

278

19

297

19

316

19

335

18

353

18

371

18

0,2

0,389

18

407

18

425

17

442

17

458

17

475

17

492

17

508

16

524

16

540

15

0,3

0,555

15

570

15

585

14

599

14

613

14

627

14

641

13

654

13

667

12

679

12

0,4

0,691

12

703

12

715

11

726

11

737

11

748

11

759

10

769

10

778

9

787

10

0,5

0,797

9

806

8

814

8

822

9

831

8

839

7

846

7

853

7

860

7

867

6

0,6

0,873

6

879

6

885

5

891

5

896

6

902

5

907

5

912

4

916

5

921

4

0,7

0,925

3

928

4

932

4

936

4

940

4

944

3

947

3

950

3

953

2

955

3

0,8

0,958

3

961

2

963

2

965

2

967

3

970

2

972

2

974

1

975

1

976

1

0,9

0,978

2

980

1

981

1

982

1

983

1

984

1

985

1

986

1

987

1

988

1

1,0

0,989

1

990

1

991

0

991

1

992

0

992

1

993

1

994

0

994

0

994

1

1,1

0,995

0

995

1

996

0

996

0

996

1

997

0

997

0

997

0

997

1

998

1

1,2

998

0

998

0

998

0

998

0

998

1

999

0

999

0

999

0

999

0

999

0

Устройство ввода излучения в световод с применением фокона

Схема устройства ввода показана на рис.6.2.

Рис.6.2. Схема устройства ввода излучения в световод с применением фокона

Для фокона необходимо определять оптимальное значение продольного увеличения, которое при использовании многомодового световода равно:

       (6.15)

Поперечное увеличение фокона определяется соотношением:

    (6.16)

где:

– продольное увеличение.

На основании геометрических размеров фокона его поперечное увеличение может быть определено соотношением:

   (6.17)

Коэффициент геометрического виньетирования определяют следующим соотношением:

       (6.18)

     (6.19)

Между коэффициентом углового и геометрического виньетирования существует следующая зависимость:

         (6.20)

         (6.21)

По номограмме определяют коэффициент пропускания, а суммарные коэффициенты пропускания узла ввода равны:

        (6.22)

При вводе излучения в одномодовый световод с применением фокона оптимальное продольное увеличение равно:

    (6.23)

Далее определяется поперечное увеличение фокона и радиус малого торца фокона.

Коэффициенты геометрического виньетирования определяются по формулам:

     (6.24)

     (6.25)

Коэффициенты  углового виньетирования определяются по формуле:

     (6.26)

     (6.27)

Коэффициент пропускания при геометрическом виньетировании определяется по формуле:

                  (6.28)

Коэффициенты пропускания при угловом виньетировании определяются по номограмме.

Общий коэффициент пропускания устройства ввода излучения определяется соотношением:

       (6.29)

 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

69127. Робота у середовищі Borland Pascal 7.0 202.5 KB
  Інтегроване середовище розробки Borland Pascal 7.0 - далі IDE (Integrated Development Environment) Borland Pascal 7.0 - складається з текстового редактора, компілятора, компонувальника, налагоджувача і довідкової системи. Стандартна поставка IDE Borland Pascal 7.0 являє собою...
69128. Словник мови та загальна структура програми. Алфавіт та словник мови 58 KB
  У будь-якій мові програмування програма — це набір зрозумілих компілятору команд. Для створення програм треба знати синтаксис мови, тобто правила запису команд і використання лексичних одиниць мови. Знайомство з мовою розпочнемо з алфавіту.
69129. Прості типи даних. Операції над даними 93 KB
  Поняття типу даних є одним із фундаментальних понять програмування. Тип даних визначає: множину допустимих значень яких може набувати змінна або константа зазначеного типу; множину допустимих операцій що застосовуються до даних певного типу; спосіб зображення даних...
69130. Константи, змінні, вирази. Найпростіші оператори. Процедури введення, виведення 126.5 KB
  Будь-які значення, що використовуються у програмі, - це або значення змінних, або константи. Принципова відмінність між змінними і константами полягає у тому, що для зберігання значень змінних під час виконання програми відводяться ділянки...
69131. Алгоритмічний вибір альтернатив. Вкладеність конструкцій вибору 48 KB
  Під час програмування деяких розгалужень виникає потреба у використанні операторних блоків що розглядатимуться у розділі 3. У цьому ж розділі буде пояснено як орієнтуватися в коді великих програм що містять численну кількість конструкцій вибору та операторних блоків.
69132. Алгоритмічна конструкція повторення. Цикл з передумовою, постумовою, лічильником. Переривання циклу 83.5 KB
  У заголовку циклу зазначається умова завершення циклу а тіло циклу являє собою блок операторів що повторюються. Кожне виконання операторів тіла циклу супроводжується перевіркою умови завершення циклу і називається його ітерацією.
69133. Підпрограми, їх різновиди та способи використання. Процедури та функції користувача. Стандартні процедури та функції 83.5 KB
  Одним із найпростіших і найважливіших застосувань циклічних структур є генерування рекурентних послідовностей. Ефективність розв’язання деяких математичних задач цілком залежить від вибору рекурентної послідовності та способу її обчислення. До таких задач належать, зокрема...
69134. Полевые транзисторы. Их основные параметры и характеристики 44.5 KB
  Различают три основных разновидности транзисторов: Полевой транзистор с управляемым pnпереходом: з затвор с – сток и исток Входная характеристика: Выходная характеристика: МДП-транзисторы металл диэлектрик полупроводник транзисторы с встроенным каналом:...
69135. Транзисторы нового поколения: MOSFET, IGBT, SET 66 KB
  МДП-транзисторы металл диэлектрик полупроводник P=I2 R чем меньше сопротивление канала тем больше потери. Вольтамперные характеристики этих транзисторов близки к характеристикам полевых транзисторов: Входная характеристика...