X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

В настоящее время по всему миру поставщики услуг связи прокладывают за год десятки тысяч километров волоконно-оптических кабелей под землей, по дну океанов, рек, на ЛЭП, в тоннелях и коллекторах. Множество компаний, в том числе крупнейшие: IBM, Lucent Technologies, Nortel, Corning, Alcoa Fujikura, Siemens, Pirelli ведут интенсивные исследования в области волоконно-оптических технологий. К числу наиболее прогрессивных можно отнести технологию сверхплотного волнового мультиплексирования по длине волны WDM (Wavelength Division Multiplexing), позволяющую значительно увеличить пропускную способность существующих волоконно-оптических магистралей.

Многоканальные волоконно-оптические системы передачи (ВОСП) широко используются на магистральных и зоновых сетях связи страны, а также для устройства соединительных линий между городскими АТС. Объясняется это тем, что по одному ОВ может одновременно распространяться много информационных сигналов на разных длинах волн, т.е. по оптическим кабелям (ОК) можно передавать очень большой объем информации. В связи с этим в настоящее время актуальным является вопрос об измерении оптического спектра в электрооптических модуляторах и после инсталляции линий связи, поддерживающих широкополосную передачу, а также важным является стабильность передаваемого спектра при изменении различных внешних факторов.

В системах с волновым уплотнением в качестве источников зачастую используются широкополосные светодиоды с шириной спектра до Δλ=30-50 нм. Спектр подобных источников представлен на рисунке 1.

Рисунок 1. Спектр широкополосного светодиода

При этом в системах передачи информации исходный спектр источника претерпевает управляемое изменение. В системах спектрального уплотнения распространяется набор дискретных длин волн, которые являются несущими для временного моделирования дискретных сигналов. Одним из методов электрооптической модуляции является создание линейчатого спектра с помощью интерференционно-поляризационных фильтров. Эти фильтры основаны на свойствах нелинейно-оптических кристаллов модулировать интенсивность прошедшего излучения в зависимости от конфигурации их поляризаций, которые зависят от длин волн.

Рисунок 2. Электрооптический интерференционно-поляризационный фильтр

Исследования модуляций оптического лазерного излучения в поляризационно- интерференционных структурах традиционно выполнялись для видимой части спектра посредством анализа коноскопических картин. Это объясняется возможностью фиксации результатов на чувствительной фотопленке и их последующего анализа.

Развитие оптических систем связи открывает новые потребности и возможности исследования оптических взаимодействий в цилиндрической структуре оптического волокна. При этом вполне возможно использовать интегрированные технологии и техники нелинейно-кристаллической и волоконной оптики.

Одним из таких примеров является исследование влияния интерференционно-поляризационных фильтров на оптическую волну инфракрасного диапазона. При этом можно проводить исследования с использованием средств анализа волоконно-оптического тракта с точки зрения мощности и спектральных характеристик.

Рисунок 3. Схема исследования взаимодействия нелинейных кристаллов и оптических волокон

До проведения измерений оптического спектра, необходимо выбрать какой диапазон длины или частоты волн будет использован, в зависимости от того, с какими единицами измерения осуществляется работа.

Полный: Использование полного диапазона ОСА (от 1250 нм до 1625 нм, или от 239.8340 ТГц до 181.6924 ТГц).

S: Диапазон S обозначает коротковолновый диапазон и охватывает волны от 1460 нм до 1530 нм или от 205.3373 ТГц до 195.9428 ТГц.

E: Диапазон Е охватывает волны от 1360 нм до 1460 нм или от 220.435 ТГц до 205.337 ТГц.

O: Диапазон О охватывает волны от 1260 нм до 1360 нм или от 237.93 ТГц до 220.435 ТГц.

C: Диапазон С-охватывает волны от 1530 нм до 1565 нм или от 195.943 ТГц до 191.56 ТГц.

C+L: Сочетание диапазонов C и L.

L: Диапазон L-обозначает длинноволновый диапазон и охватывает волны от 1565 нм до 1625 нм или от 191,5607 ТГц до 184,4877 ТГц.

Поскольку в качестве среды передачи используется оптическое волокно, то необходимо проанализировать особенности распространения оптического излучения по цилиндрическому волноводу. Надо отметить, что принцип действия волоконного световода основан на использовании процессов отражения и преломления оптической волны на границе раздела двух сред с различными оптическими свойствами, зависящими от показателя преломления n.

Во всех световодах, через которые проходят световые волны, возникают устойчивые типы колебаний, которые принято называть модами. Мода представляет собой математическое и физическое понятие, которое связанно с процессом распространения электромагнитных волн в среде. Каждая мода в волокне распространяется под своим определенным углом. Синус этого наибольшего угла α, входя под которым, моды ещё удерживаются в сердцевине, называется числовой апертурой .

,

где и α являются важными характеристиками волокна. Распространение мод изображено на рисунке 4.

Рисунок 4 ‑ Распространение мод в волноводе

Моды удерживаются внутри сердцевины и распространяются вдоль оси волокна при условии:

,

где n₁ ‑ показатель преломления сердцевины оптического волокна;

n₂ ‑ показатель преломления оболочки.

В волоконных световодах могут существовать два типа волн: симметричные E_0m, H_0m и несимметричные дипольные EH_nm, HE_nm. В индексе n - число изменений поля по диаметру; m - число изменений поля по периметру. Симметричные волны электрические Е_0m и магнитные H_0m имеют круговую симметрию (n=0).

Раздельное распространение несимметричных волн невозможно. В волоконном световоде они существуют только совместно, т.е. имеются продольные составляющие Е и Н. Эти волны называются смешанными, дипольными и обозначаются через HЕ_nm, если поле в поперечном сечении напоминает поле Н, или EН_nm, если поле в поперечном сечении ближе к волнам Е.

Из всей номенклатуры смешанных волн в оптических волокнах наибольшее применение получила волна типа НЕ₁₁ (или ЕН₁₀). На этой волне работают одномодовые световоды, имеющие наибольшую пропускную способность.

По волоконным световодам возможна передача двух видов лучей: меридиональных и косых. Меридиональные лучи расположены в плоскости, проходящей через ось волоконного световода. Косые лучи не пересекают ось световода. Меридиональным лучам соответствуют симметричные электрические Е_0m и магнитные H_0m волны, косым лучам - несимметричные гибридные EН_nm и HЕ_nm волны.

Если точечный источник излучения расположен по оси световода, то имеются только меридиональные лучи и соответственно симметричные волны Е_0m, H_0m. Если же точечный источник расположен вне оси световода или имеется сложный источник, то появляются одновременно как меридиональные, так и косые лучи и свойственные им симметричные Е_0m, H_0m и несимметричные гибридные (EН_nm и HЕ_nm) волны.

Несимметричные волны типа E_nm и H_nm в волоконных световодах существовать не могут. Эти волны возбуждаются только в металлических волноводах [1].

Итак, среди распространяющихся мод в маломодовом волоконном световоде выделяют: фундаментальную или основную моду, у которой распределение интенсивностей близки к гауссовскому распределению, несколько мод более высокого порядка, и несколько мод более низкого (дипольные моды). Нужно отметить, что не все моды дойдут до противоположного торца волокна.

Каждый тип волны (мода) имеют свою критическую частоту и длину волны. Одним из важнейших обобщающих параметров, используемых для оценки свойств оптического волокна, который связывает его структурные параметры и длину световой волны, распространяемой в волокне, является нормированная частота:

где ‑ расстояние от оси волокна;

‑ длина волны;

‑ числовая апертура;

= 3,14.

Если для некоторой симметричной моды нормированная частота больше ее критического значения (V>V_0m),то она распространяется в ОВ, в противном случае ее нет. Так, при 2,405

Код для цитирования: Скопировать