Сұйық сәуле өткізгіштің спектралдық қасиеттері
КІРІСПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 4
1 СӘУЛЕ ӨТКІЗГІШ ЖӘНЕ СӘУЛЕ ӨТКІЗГІШТІҢ ТҮРЛЕРІ ... ... 5
1.1 Сәуле өткізгіш, талшықты сәуле өткізгіштің сипаттамалары ... ... .. 5
1.2 Екі диэлектрлі ортаның бөлінген шегіндегі жарықтың сыну көрсеткіші мен шағылысуы және толық ішкі шағылысу ... ... ... ... ..
8
1.3 Сандық апертура ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 12
1.4 Сыну көрсеткішінің жиіліктік және кеңістіктік өзгерісі ... ... ... ... ... 13
1.5 Сатылы профильді, градиентті профильді және көпсатылы профильді сыну көрсеткішінің оптикалық талшығы ... ... ... ... ... ...
16
1.6 Оптикалық талшық және оптикалық талшықтың түрлері ... ... ... ... 21
1.7 Сұйықтықпен толтырылған шыны жүрекшелі микроқұрылымды талшықтың оптикалық қасиеттері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
25
1.8 Талшықты.оптикалық байланыс жүйесінің структурасы ... ... ... ... . 29
1.9 Талшықты.оптикалық байланыс және оптикалық жүйенің артықшылықтары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
31
1.10 Оптикалық сигналдардың таралуын волноводты талдау ... ... ... ... . 33
1.11 Оптикалық кабельдердегі ортақ функция мен әлсіреу классификациялары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
36
1.12 Өзіндік әлсіреу, әлсіреуді өлшеу әдісі, жарық өткізгіш әдіс және кері шашырау әдісі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
39
2 СҰЙЫҚ СӘУЛЕ ӨТКІЗГІШТІҢ СПЕКТРАЛДЫҚ ҚАСИЕТТЕРІ. 43
ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 49
ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 50
1 СӘУЛЕ ӨТКІЗГІШ ЖӘНЕ СӘУЛЕ ӨТКІЗГІШТІҢ ТҮРЛЕРІ ... ... 5
1.1 Сәуле өткізгіш, талшықты сәуле өткізгіштің сипаттамалары ... ... .. 5
1.2 Екі диэлектрлі ортаның бөлінген шегіндегі жарықтың сыну көрсеткіші мен шағылысуы және толық ішкі шағылысу ... ... ... ... ..
8
1.3 Сандық апертура ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 12
1.4 Сыну көрсеткішінің жиіліктік және кеңістіктік өзгерісі ... ... ... ... ... 13
1.5 Сатылы профильді, градиентті профильді және көпсатылы профильді сыну көрсеткішінің оптикалық талшығы ... ... ... ... ... ...
16
1.6 Оптикалық талшық және оптикалық талшықтың түрлері ... ... ... ... 21
1.7 Сұйықтықпен толтырылған шыны жүрекшелі микроқұрылымды талшықтың оптикалық қасиеттері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
25
1.8 Талшықты.оптикалық байланыс жүйесінің структурасы ... ... ... ... . 29
1.9 Талшықты.оптикалық байланыс және оптикалық жүйенің артықшылықтары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
31
1.10 Оптикалық сигналдардың таралуын волноводты талдау ... ... ... ... . 33
1.11 Оптикалық кабельдердегі ортақ функция мен әлсіреу классификациялары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
36
1.12 Өзіндік әлсіреу, әлсіреуді өлшеу әдісі, жарық өткізгіш әдіс және кері шашырау әдісі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
39
2 СҰЙЫҚ СӘУЛЕ ӨТКІЗГІШТІҢ СПЕКТРАЛДЫҚ ҚАСИЕТТЕРІ. 43
ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 49
ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 50
Опто-талшықты зерттеудің бастапқы стадиясында, алғаш зерттелген материалдардың бірі әр түрлі сұйықтықтар болды. Көп жылдар бойы кварцты талшық технологиясын жасауды зерттеу, әр түрлі аз шығынды опто-талшықтар құрылуына алып келді. Опто-талшық нөлдік дисперсиясымен, аралас дисперсиясымен, бірмодалы, аз модалы және көпмодалы талшықтар құрылды. Талшық сатылы немесе градиентті профилді сыну көрсеткішті. Жаңадан түрлі опто-талшықтарды жасау мен зерттеу мұнымен тоқталған жоқ.
Талшықтардың дамуы бойынша жаңа бағыттар солитонды байланыс жүйесін құру үшін, бейсызықты эффектілер тарта отырып байланыстырады. Кварцты талшықта бейсызықты эффектілер әлсіз болып келеді. Фотонды-кристалды немесе тесік волноводтарда бейсызықты эффектілер күштірек болады. Микроқұрылымды талшық немесе екі өлшемді фотонды кристалдар негізіндегі опто-талшық, оптикалық материалдардың жаңа бөлімін қарастырады, яғни геометрия құрылымының өзгеруі есебінен, оның қасиеттері үлкен шекте өзгеруі мүмкін.
Келесі қызығы тесік құрылымды толықтыру мүмкіндігі сұйықтықтар болып табылады. Әр түрлі сұйықтықтармен толтыру тесік волноводтың параметрлерін өзгертуі мүмкін. Егер сыну көрсеткіші үлкен болса, онда жарық сұйықтыққа енеді. Егер сұйықтықтың сыну көрсеткіші аз болса, онда сұйық оптикалық барьер болады. Сұйықтықтың сыну көрсеткішін өзгерту арқылы, бірмодалық режимде үлкен диаметрде тесік волноводтарды жүзеге асыру үшін шарттар құруға болады. Шыны талшық пен сұйықтықтың спектралды және бейсызықты қасиеттерін біріктіруге болады.
Опто-талшықта қолдану үшін маңызды болатын сұйықтықтың негізгі оптикалық параметрлеріне жұтылудың спектралды тәуелді коэффициенттері және сыну көрсеткіштің бейсызықтығы жатады.
Осы жұмыста сұйық сәуле өткізгіштің спектралдық қасиеттерін зерттеу бойынша тәжірибелік зерттеулер жүргізілген.
Талшықтардың дамуы бойынша жаңа бағыттар солитонды байланыс жүйесін құру үшін, бейсызықты эффектілер тарта отырып байланыстырады. Кварцты талшықта бейсызықты эффектілер әлсіз болып келеді. Фотонды-кристалды немесе тесік волноводтарда бейсызықты эффектілер күштірек болады. Микроқұрылымды талшық немесе екі өлшемді фотонды кристалдар негізіндегі опто-талшық, оптикалық материалдардың жаңа бөлімін қарастырады, яғни геометрия құрылымының өзгеруі есебінен, оның қасиеттері үлкен шекте өзгеруі мүмкін.
Келесі қызығы тесік құрылымды толықтыру мүмкіндігі сұйықтықтар болып табылады. Әр түрлі сұйықтықтармен толтыру тесік волноводтың параметрлерін өзгертуі мүмкін. Егер сыну көрсеткіші үлкен болса, онда жарық сұйықтыққа енеді. Егер сұйықтықтың сыну көрсеткіші аз болса, онда сұйық оптикалық барьер болады. Сұйықтықтың сыну көрсеткішін өзгерту арқылы, бірмодалық режимде үлкен диаметрде тесік волноводтарды жүзеге асыру үшін шарттар құруға болады. Шыны талшық пен сұйықтықтың спектралды және бейсызықты қасиеттерін біріктіруге болады.
Опто-талшықта қолдану үшін маңызды болатын сұйықтықтың негізгі оптикалық параметрлеріне жұтылудың спектралды тәуелді коэффициенттері және сыну көрсеткіштің бейсызықтығы жатады.
Осы жұмыста сұйық сәуле өткізгіштің спектралдық қасиеттерін зерттеу бойынша тәжірибелік зерттеулер жүргізілген.
1. Быстров, Ю.А. Оптоэлектронные приборы и устройства: Учеб. пособие/ Ю.А. Быстров. – М.: ИП РадиоСофт, 2001. – 256 с.1
2. Листвин А. В., Листвин В. Н., Швырков Д. В. Оптические волокна для линий связи. М.: ЛЕСАРарт, 2003
3.Иванов А.Б. Контроль соответствия в телекоммуникациях и связи. Часть 1 – М.: Компания САЙРУС СИСТЕМС, 2000г. – 376с.
4.Гюнтер Мальке, Петер Гёссинг «Волоконно-оптические кабели», 2001 Новосибирск, Издательский дом «Вояж»
5. Дудник, П. И. Многофункциональные радиолокационные системы: учеб. пособие для вузов / П. И. Дудник, А. Р. Ильчук [и др.]. — М.: Дрофа, 2007. — 283с.
6. Иванов А.Б. Волоконная оптика: компоненты, системы передачи, измерения – М: Компания САЙРУС СИСТЕМС, 1999г. – 672с. 1.10
7. "Волоконно-оптические системы передачи и кабели" Справочник. под ред. Гроднева И.И., Мурадяна А.Г., Шарафутдинова Р.М. и др.,М., Радио и связь, 1993
8. Коробейников А. Г., Гатчин Ю. А., Дукельский К. В., Тер-Нерсесянц Е. В.//Проблемы производства высокопрочного оптического волокна.- Статья. - УДК 681.7.- Научно-технический вестник ИТМО. - выпуск 2(84). - март-апрель 2013
9. Иоргачев Д.В. Бондаренко О.В. Волоконно-оптические кабели и линии связи. – М.: Эко-трендз, 2002 г. – 284 с. 1.12 блоксхема
10. Козелев А.И. "Анализ состояния и перспектив развития цифровых сетей связи на основе наземных и подводных волоконно-оптических систем передачи с учетом строительства ТСЛ", Зарубежная радиоэлектроника, 1993
11. Гитин В.Я., Кочановский Л.Н. Волоконно-оптические системы передачи.Учебное пособие для техникумов связи. – М.: Радио и связь, 2003. – 128с.: ил.
12. Портнов Э.Л. Оптические кабели связи: Конструкции и характеристики. – М.: Горячая линия – Телеком, 2002. – 232 с.: ил.
13. Слепов Н.Н. Современные технологии цифровых оптоволоконных систем связи. – М.: Радио и связь, 2000. – 486 с.: ил.
14. K.K. Svidzinskiy. «Silicon-based optical integrated circuits for terabit-rate optical networks» - Microelectronic Engineering, p.221-227, №69, 2003.
15. С.К. Турицын. «Распределенное усиление с использованием сверхдлинныхволоконных лазеров: передающая среда с незатухающим сигналом» LightwaveRussianEdition, с. 8-10, №2, 2007.
16. Скляров О.К. Современные волоконно-оптические системы передачи, аппаратура и элементы.-М.: «Солон-Р», 2001г. – 240с.
18. Мальке Г., Гессинг П. Волоконно-оптические кабели (Основы, проектирование кабелей, планирование систем). Перевод с немецкого. Издание второе, переработанное и дополненное, 2001г. – 352с
20. Мальке Г., Гессинг П. Волоконно-оптические кабели. Планирование систем. Siemens Aktiengesellscaft. Перевод с англ. – Novosibirsk, 1997г. – 228с.
2. Листвин А. В., Листвин В. Н., Швырков Д. В. Оптические волокна для линий связи. М.: ЛЕСАРарт, 2003
3.Иванов А.Б. Контроль соответствия в телекоммуникациях и связи. Часть 1 – М.: Компания САЙРУС СИСТЕМС, 2000г. – 376с.
4.Гюнтер Мальке, Петер Гёссинг «Волоконно-оптические кабели», 2001 Новосибирск, Издательский дом «Вояж»
5. Дудник, П. И. Многофункциональные радиолокационные системы: учеб. пособие для вузов / П. И. Дудник, А. Р. Ильчук [и др.]. — М.: Дрофа, 2007. — 283с.
6. Иванов А.Б. Волоконная оптика: компоненты, системы передачи, измерения – М: Компания САЙРУС СИСТЕМС, 1999г. – 672с. 1.10
7. "Волоконно-оптические системы передачи и кабели" Справочник. под ред. Гроднева И.И., Мурадяна А.Г., Шарафутдинова Р.М. и др.,М., Радио и связь, 1993
8. Коробейников А. Г., Гатчин Ю. А., Дукельский К. В., Тер-Нерсесянц Е. В.//Проблемы производства высокопрочного оптического волокна.- Статья. - УДК 681.7.- Научно-технический вестник ИТМО. - выпуск 2(84). - март-апрель 2013
9. Иоргачев Д.В. Бондаренко О.В. Волоконно-оптические кабели и линии связи. – М.: Эко-трендз, 2002 г. – 284 с. 1.12 блоксхема
10. Козелев А.И. "Анализ состояния и перспектив развития цифровых сетей связи на основе наземных и подводных волоконно-оптических систем передачи с учетом строительства ТСЛ", Зарубежная радиоэлектроника, 1993
11. Гитин В.Я., Кочановский Л.Н. Волоконно-оптические системы передачи.Учебное пособие для техникумов связи. – М.: Радио и связь, 2003. – 128с.: ил.
12. Портнов Э.Л. Оптические кабели связи: Конструкции и характеристики. – М.: Горячая линия – Телеком, 2002. – 232 с.: ил.
13. Слепов Н.Н. Современные технологии цифровых оптоволоконных систем связи. – М.: Радио и связь, 2000. – 486 с.: ил.
14. K.K. Svidzinskiy. «Silicon-based optical integrated circuits for terabit-rate optical networks» - Microelectronic Engineering, p.221-227, №69, 2003.
15. С.К. Турицын. «Распределенное усиление с использованием сверхдлинныхволоконных лазеров: передающая среда с незатухающим сигналом» LightwaveRussianEdition, с. 8-10, №2, 2007.
16. Скляров О.К. Современные волоконно-оптические системы передачи, аппаратура и элементы.-М.: «Солон-Р», 2001г. – 240с.
18. Мальке Г., Гессинг П. Волоконно-оптические кабели (Основы, проектирование кабелей, планирование систем). Перевод с немецкого. Издание второе, переработанное и дополненное, 2001г. – 352с
20. Мальке Г., Гессинг П. Волоконно-оптические кабели. Планирование систем. Siemens Aktiengesellscaft. Перевод с англ. – Novosibirsk, 1997г. – 228с.
Пән: Автоматтандыру, Техника
Жұмыс түрі: Дипломдық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 45 бет
Таңдаулыға:
Жұмыс түрі: Дипломдық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 45 бет
Таңдаулыға:
Қaзaқстaн Рeспубликaсының бiлiм жәнe ғылым министрлiгi
Әл - Фaрaби aтындaғы Қaзaқ ұлттық унивeрситeтi
Калымбек Ш.Б.
СҰЙЫҚ СӘУЛЕ ӨТКІЗГІШТІҢ СПЕКТРАЛДЫҚ ҚАСИЕТТЕРІ
ДИПЛOМДЫҚ ЖҰМЫС
5B071900 - Радиотехника, электроника және телекомуникациялар
мамандығы
Aлмaты 2015
Қaзaқстaн Рeспубликaсының бiлiм жәнe ғылым министрлiгi
Әл - Фaрaби aтындaғы Қaзaқ ұлттық унивeрситeтi
Физика-техникалық факультеті
Қатты дене физикасы және бейсызық физика кафедрасы
Қoрғaуғa жiбeрiлдi
______________ Кaфeдрa мeңгeрушiсi Приходько О.Ю.
ДИПЛOМДЫҚ ЖҰМЫС
Тақырыбы: СҰЙЫҚ СӘУЛЕ ӨТКІЗГІШТІҢ СПЕКТРАЛДЫҚ ҚАСИЕТТЕРІ
5B071900 - Радиотехника, электроника және телекомуникациялар мaмaндығы бoйыншa
Oрындaғaн
Калымбек Ш.Б.
Ғылыми жeтeкшi
ф.-м.ғ.к., доцент
Сванбаев Е.А.
Нoрмa бaқылaушы
Толегенова А.А
Aлмaты, 2015
РEФEРAТ
Диплoм жұмысы 51 бeттeн, 22 сурeттeн, 4 кeстeдeн, 27 әдeбиeт көздeрiнeн тұрaды.
Кiлт сөздeр: сәуле өткізгіш, сұйық сәуле өткізгіш, сыну көрсеткіші, бірмодалы профилі, көпмодалы профилі.
Жұмыстың мaқсaты: сұйық сәуле өткізгіштің спектралдық қасиетін анықтау.
Жұмыстың мiндeттeрi:
1. Сәуле өткізгіш арқылы өткен жарықтың спектрін зерттеу.
2. Сұйық сәуле өткізгіш арқылы өткен жарықтың спектрін зерттеу.
РEФEРAТ
Диплoмнaя рaбoтa излoжeнa нa 51 стрaницaх и сoстoит из 22 рисункoв,4 тaблиц и сoдeржит 27 списoк испoльзуeмoй литeрaтуры.
Ключeвыe слoвa: световод, жидкий световод, показатель преломления, одномодовый профиль, многомодовый профиль.
Цeль рaбoты: измерить спектральные характеристики жидкого световода.
Зaдaчи исслeдoвaния:
1. измерить спектр света проникающий через световод;
2. измерит спектр света проникающий через жидкого световода.
ABSTRACT
The diploma project is presented on 51 pages and consists of 22 figures, 4 tables and contains 27 list of literature.
Keywords: emergency situation, psychology, human, temperant, psychology preparation, psychological assistance.
The purpose of work: ways to reduce impact emergencies situation on psychological state of human.
The research of tasks:
1. Familiarity with psychological activities of the Ministry emergencies of RK.
2. Identify general psychological action and human behavior in emergency situations.
МАЗМҰНЫ
КІРІСПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
4
1
СӘУЛЕ ӨТКІЗГІШ ЖӘНЕ СӘУЛЕ ӨТКІЗГІШТІҢ ТҮРЛЕРІ ... ...
5
1.1
Сәуле өткізгіш, талшықты сәуле өткізгіштің сипаттамалары ... ... ..
5
1.2
Екі диэлектрлі ортаның бөлінген шегіндегі жарықтың сыну көрсеткіші мен шағылысуы және толық ішкі шағылысу ... ... ... ... ..
8
1.3
Сандық апертура ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
12
1.4
Сыну көрсеткішінің жиіліктік және кеңістіктік өзгерісі ... ... ... ... ...
13
1.5
Сатылы профильді, градиентті профильді және көпсатылы профильді сыну көрсеткішінің оптикалық талшығы ... ... ... ... ... ...
16
1.6
Оптикалық талшық және оптикалық талшықтың түрлері ... ... ... ...
21
1.7
Сұйықтықпен толтырылған шыны жүрекшелі микроқұрылымды талшықтың оптикалық қасиеттері ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ..
25
1.8
Талшықты-оптикалық байланыс жүйесінің структурасы ... ... ... ... .
29
1.9
Талшықты-оптикалық байланыс және оптикалық жүйенің артықшылықтары ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
31
1.10
Оптикалық сигналдардың таралуын волноводты талдау ... ... ... ... .
33
1.11
Оптикалық кабельдердегі ортақ функция мен әлсіреу классификациялары ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
36
1.12
Өзіндік әлсіреу, әлсіреуді өлшеу әдісі, жарық өткізгіш әдіс және кері шашырау әдісі ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
39
2
СҰЙЫҚ СӘУЛЕ ӨТКІЗГІШТІҢ СПЕКТРАЛДЫҚ ҚАСИЕТТЕРІ.
43
ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
49
ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... .
50
КІРІСПЕ
Опто-талшықты зерттеудің бастапқы стадиясында, алғаш зерттелген материалдардың бірі әр түрлі сұйықтықтар болды. Көп жылдар бойы кварцты талшық технологиясын жасауды зерттеу, әр түрлі аз шығынды опто-талшықтар құрылуына алып келді. Опто-талшық нөлдік дисперсиясымен, аралас дисперсиясымен, бірмодалы, аз модалы және көпмодалы талшықтар құрылды. Талшық сатылы немесе градиентті профилді сыну көрсеткішті. Жаңадан түрлі опто-талшықтарды жасау мен зерттеу мұнымен тоқталған жоқ.
Талшықтардың дамуы бойынша жаңа бағыттар солитонды байланыс жүйесін құру үшін, бейсызықты эффектілер тарта отырып байланыстырады. Кварцты талшықта бейсызықты эффектілер әлсіз болып келеді. Фотонды-кристалды немесе тесік волноводтарда бейсызықты эффектілер күштірек болады. Микроқұрылымды талшық немесе екі өлшемді фотонды кристалдар негізіндегі опто-талшық, оптикалық материалдардың жаңа бөлімін қарастырады, яғни геометрия құрылымының өзгеруі есебінен, оның қасиеттері үлкен шекте өзгеруі мүмкін.
Келесі қызығы тесік құрылымды толықтыру мүмкіндігі сұйықтықтар болып табылады. Әр түрлі сұйықтықтармен толтыру тесік волноводтың параметрлерін өзгертуі мүмкін. Егер сыну көрсеткіші үлкен болса, онда жарық сұйықтыққа енеді. Егер сұйықтықтың сыну көрсеткіші аз болса, онда сұйық оптикалық барьер болады. Сұйықтықтың сыну көрсеткішін өзгерту арқылы, бірмодалық режимде үлкен диаметрде тесік волноводтарды жүзеге асыру үшін шарттар құруға болады. Шыны талшық пен сұйықтықтың спектралды және бейсызықты қасиеттерін біріктіруге болады.
Опто-талшықта қолдану үшін маңызды болатын сұйықтықтың негізгі оптикалық параметрлеріне жұтылудың спектралды тәуелді коэффициенттері және сыну көрсеткіштің бейсызықтығы жатады.
Осы жұмыста сұйық сәуле өткізгіштің спектралдық қасиеттерін зерттеу бойынша тәжірибелік зерттеулер жүргізілген.
1. СӘУЛЕ ӨТКІЗГІШ ЖӘНЕ СӘУЛЕ ӨТКІЗГІШТІҢ ТҮРЛЕРІ
1.1 Сәуле өткізгіш, талшықты сәуле өткізгіштің сипаттамалары
Сәуле өткізгіш - бағытталған жарықты жіберу үшін арналған жабық құрылғы. Ашық кеңістікте жарықтың жіберілуі тура бағытталу көрінісінде мүмкін және бастапқы сәуленің таратылуымен, жұтылуымен және атмосферада таратылуымен шектеледі. Сәуле өткізгішке өту оны үлкен қашықтыққа жіберу кезіндегі сәуле өткізгіш энергиясының шығынын әлде қайда төмендетеді, сонымен қатар қисық сызықты трасса бойынша сәуле өткізгіш энергиясын жібереді.
Сәуле өткізгіштің бірнеше түрлері жасалған, олардың ішіндегі линзалы сәуле өткізгіш, ол трубада бекітілген жүйені және белгілі бір қашықтықта орналасқан линзаларды түсіндіреді. Бірақ бұл кең қолданыс таппады.
Қазіргі уақытта кең қолданыс тапқан сәуле өткізгіштің бір түрі майысқақ диэлектрлі талшықты сәуле өткізгіш, бұл оптикалық шығыны аз, үлкен қашықтықта жарықты жіберуге мүмкіндік бере алады. Қарапайым жағдайда ол оптикалық көрінетін материалдан жасалған жіңішке жіп тәрізді болады, оның жүрекшесі a1 сыну көрсеткішін көрсетеді n1, ал а2 радиусының қабықшасы сыну көрсеткіші келесідей болады п2п1 (Сурет 1.1).
Сәуле өткізгіш өсіне жеткілікті аз бұрышпен жүрекшеге кіретін оптикалық жарықтар жүрекшенің үстіңгі бөлігінде толық ішкі шағылыс болады және жүрекше бойынша ғана таратылады.
Сурет 1.1. Талшықты сәуле өткізгіштің көлденең қимасы
Сәуле өткізгіштің мәніне байланысты жүрекшенің диаметрі 2a1 бірнеше мкм ден жүздеген мкм құрайды, ал 2а2 бірнеше ондаған мыңдаған мкм кұрайды.
2a1 және п1 - п2 шамаларын берілген толқын ұзындығы шамалары бойынша сәуле өткізгіште таратылатын толқын түрлерінің санымен анықталынады. 2a1 және п1-п2 таңдағанда сәуле өткізгіш бірмодалық режимде жұмыс істетуге болады. Оптикалық сәуле өткізгіштер оптикалық байланыс жүйелерінде кең қолданыс тапқан.
Сәуле өткізгіштердің маңызды сипаттамаларының бірі оптикалық шығындар және топтық жылдамдық дисперсиясы болып табылады, оптикалық бейсызық және механикалық тығыздық. Жиырмасыншы ғасырдың жетпісінші жылдары ИҚ аумақты спектрге жақын ~1 дБкм өшу сигналымен кварцы шыны негізінде талшықты сәуле өткізгіш жасалған.
Осындай сәуле өткізгіштің спектрінің оптикалық шығыны 1.2, а суретте келтірілген. 1,55 мкм толқын ұзындығында минималды болатын шығын ≈0,16 дБкм құрайды. Осындай сәуле өткізгіштердің материалдары кварцты шыны болады.
Бірмодалы талшықты сәуле өткізгіштің екінші маңызды сипаттамасы, оптикалық байланыс жүйесінд кеңінен қолданылатын топтық жылдамдық дисперсиясы болып табылады. 1.2, б суретте кварцты шыны негізіндегі сәуле өткізгіш дисперсиясының спектрі көрсетілген. Мұнда көрініп тұрғаны қисық дисперсия л≈1,3 мкм жақын 0 мен өтеді. Бұл дегеніміз осындай спектральды аумақта бір модалық талшықты сәуле өткізгіштің өткізу жолағы кварцты шыны негізінде ≈1011 Гц*км максималды болады.
Сурет 1.2. Оптикалық шығын спектрі (а) және (б) топтық жылдамдық дисперсиясы d v0dλ
Талшықты сәуле өткізгіштің сыну көрсеткішінің профилінің өзгерісін, абсолютті минимум оптикалық шығын орналасқан 1,55 мкм-ге жақын аумақтағы нөлдік дисперсиямен араластыруға болады. Мұндай талшықты сәуле өткізгіш (дисперсиясы араласқан) жасалған және алдағы оптикалық байланыстағы кең жолақты жүйелерде үлкен қолданыс тапқан. Талшықты сәуле өткізгіштер әлде қайда күрделі конструкциясымен жасалған, мысалы, көпқабатты сәуле өткізгіш. Бірмодалы сәуле шығарғыштың соңғы түрі, таралатын жарықтың поляризациясын сақтау үшін қолдануға жақсы болып табылады.
Негізінен шыны талшықты сәуле өткізгіштер оптикалық байланыстар жүйесіне арналған сызықты ортада жіберуге жасалған, кейінірек, бейсызықты материалдарға жарамды екендігі белгілі болды. Шыны талшықты сәуле өткізгіштерде оптикалық бейсызықтық n сыну көрсеткішінің лазерлі сәулелену интенсивтілігіне I: n = n0+ п'l, тәуелділігінің нәтижесінде пайда болады, мұнда n0- интенсивтілік мәні төмен болған кездегі сыну көрсеткішінің сызықты бөлігі және интенсивтілікке тәуелді емес; п'I - бейсызықты қосынды, п' - кварцты шыны 3,2*10-16 см2Вт тең болғандағы шама коэффициенті. Аз шамалы п' үшін кварцты шыны, оның жақсы бейсызықты материал емес екендігін көрсетеді. Бірақта, шыныны талшықты сәуле өткізгіш түрінде қолданғанда, 10-16 см2 бірмодалы талшықты сәуле өткізгіштің жүрекшесінің кішкентай киылысымен байланысты болатын бейсызықтық үлкен эффектте болуы мүмкін. Бұл дегеніміз, қуаты 1Вт болатын лазерлі сәулеленуді сәуле өткізгішке енгізгенде, интенсивтілігі I~1МВтсм2 болады. Мұндай жоғары интенсивтілік, жоғары интенсивті сәулелену затымен бірнеше км-ге дейін өзара әрекеттерімен ұзындықты қамтамасыз ету арқылы, оның төмен оптикалық шығынының нәтижесінде үлкен ұзындықта сақталады. Шыны талшықты сәуле өткізгіш нәтижесінде деңгейлі қуаты 1-10мВт болатын әртүрлі бейсызықты процесстер эффективті түрде өтеді.
Тәжірибеде үлкен рөл атқаратын, әлдеқайда қызығырақ бейсызықты эффектілер, спектральды аумақта кері дисперсиямен топтық жылдамдықпен талшықты сәуле өткізгіште оптикалық импульстерді таратудың солитонды режимі болып табылады (λ1,3 мкм, 1.2, б сурет). Идеалды сәуле өткізгіш шығынсыз оптикалық солитон өзінің формасын өзертпей таралады. Сондықтан, солитондар кеңжолақты және талшықты-оптикалық байланыс жүйелерінде ақпарат тасушы ретінде қолданған ыңғайлы. Лабораторияда солитонды байланыс жүйелері жасалған, яғни коммерциялы желі байланысында қолданылуы мүмкін.
Практикада талшықты сәуле өткізгіштерді қолданудың маңызды сипаттамаларының бірі механикалық беріктік болып табылады. Теорияда кварцты шыныдан жасалған жіптерді үзуге беріктігі 20-25 ГПа құрайды, сәуле өткізгіштің максимум беріктігі, кварцты шыны негізінде, қорғалған полимерлі пленкаларда 5-6 ГПа тең. Жоғары сапалы талшықты сәуле өткізгіштердің беріктілігі шыны ақауларының үстіңгі бетіне байланысты, яғни сәуле өткізгіш әрекетіне дымқыл түскенде, сәуле өткізгіштің бұзылуына алып келетін деңгейге жеткенде кернеу жоғарылайды. Сәуле өткізгіштің беріктілігін жоғарылатудың эффективті тәсілдерінің бірі сәуле өткізгішке герметикалық жабынмен келтіріп, оларды жасау. Металды герметикалық жабынмен жабу лабораторияда беріктігі 12-ден 15 ГПа аралығында болатын сәуле өткізгіш түрлерін алды. 1.3-ші суретте полимерлі (а) және металды (б) жабынмен талшықты сәуле өткізгіштердің беріктілігінің орналасу функциялары көрсетілген
Сурет 1.3. Талшықты сәуле өткізгіштердің беріктілігінің орналасу функциясы [1].
1.2 Екі диэлектрлі ортаның бөлінген шегіндегі жарықтың сыну көрсеткіші мен шағылысуы және толық ішкі шағылысу
Жарықтың шағылысуы. Егер екі ортаның бөлінген шегіне жарық түскенде, белгілі бір бөлігі шағылысады. Шағылысқан жарықтың шамасы құлайтын жарық көзі мен жарық құлайтын үстіңгі бет нормалі арасындағы α1 бұрышына байланысты. Мұндағы термин жарық көзі жарық энергиясы өтетін жолды анықтау үшін қолданылады. Шағылысқан жарық көзі мен жарық құлайтын үстіңгі бет нормалі арасында түзілген, α2 бұрышы мен шағылысқан жарық көзі үшін (Сурет 1.4), келесі талаптар күшіне енеді.
Сурет 1.4. Жарықтың шағылысуы [2].
Шағылысқан жарық көзі:
˗құлайтын жарық көзі мен жарық көзі құлайтын үстіңгі бет нормалі арасында түзілетін, жазықтықта калып кояды;
-құлайтын жарық көзіне қатысты жарық көзі құлайтын үстіңгі бет нормаліне қарама-қарсы бетте жатады;
-жарық көзі құлайтын үстіңгі бетке қатысты шағылысу бұрышы болады, құлау бұрышына тең.
, (1.1)
Жарық көзінің сынуы. Оптикасы төмен тығыз ортадан (мысалы, ауа) оптикасы жоғары тығыз ортаға (мысалы, шыны немесе су) өткендегі α құлау бұрышына жарық көзі кіргенде, онда оның таралу бағыты жарық көзі құлайтын үстіңгі бет нормаліне байланысты өзгереді, ол басқа бұрыш β сынады.
Изотропты орта үшін, яғни бағыттары бойынша қасиеттері бірдей материалда немесе затта, Снеллиустың сыну заңын қолданамыз: құлау бұрышының сыну бұрышының синусына қатынасы тұрақты шама болып табылады және с1с2 жарық жалдамдығының қатынасына тең, мұнда с1 бірінші орта және с2 екінші орта жылдамдығы (Сурет 1.5).
, (1.2)
Мұнда,α - құлау бұрышы; с1 - бірінші жарық жылдамдығы; β - сыну бұрышы; с2 - екінші жарық жылдамдығы.
Сурет 1.5. Жарықтың сынуы
Екі оптикалық орта ішінен тығызырағы деп, жарық жылдамдығы азын айтамыз.
С0 жылдамдықпен таралатын жарық вакуумнан ортаға с жылдамдықпен өткен кезде келесі қатынас болады:
, (1.3)
Вакуумдағы с0 жарық жылдамдығының ортадағы жарық жылдамдығына қатынасы ортаға байланысты n сыну көрсеткіші деп аталады (толығырақ, фазалық сыну көрсеткіш). Вакуумның (ауа) сыну көрсеткіші no=1 тең.
Әртүрлі екі орта n1 және n2 сыну көрсеткіштерімен және сәйкесінше С1 және С2 жылдамдықтармен келесі қатынас болады:
, (1.4)
Бұдан Снеллиустың тағы бір заңы шығады ─ құлау бұрышының синусы сыну бұрышының синусына қатынасы сыну көрсеткішіне сәйкес кері қатынасқа тең:
, (1.5)
Егер жарық n1 сыну көрсеткішімен орта арасының үстіне, және жаймен төмендететін бұрыштың n2n1 сыну көрсеткіші ортасымен немесе жаймен жоғарылайтын бұрыш a құлауында, анықталынған aо құлау бұрышында сыну бұрышы (Сурет 1.6) тең болады.
Сурет 1.6. Толық ішкі шағылысу
1'- толығымен шағылған жарық көзі;
2'- сыну бұрышында сынған жарық көзі;
3'- сынған жарық көзі.
Бұл жағдайда жарық көзі екі орта бөлігінің үстінде параллель таралады. Құлау бұрышы aо екі орта арасындағы критикалық бұрыш деп аталады.
Критикалық бұрыш aо үшін келесі теңдік болады:
, (1.6)
яғни критикалық бұрыш n1 және n2 екі орталарының сыну көрсеткіштеріне тәуелді болады.
Мысалы, критикалық бұрыш үшін сумен және ауамен шығады және ; шыны арасымен және ауамен ол тең болады және [3].
Құлау бұрышы а критикалық бұрыштан aо үлкен жағдайда барлық жарықтар үшін тығыз ортада оптикада сәулелердің сыну көрсеткіштеріне сәйкес емес.
Толық ішкі шағылысу дегеніміз осы жарық көздері оптикалық тығыз ортаға кері шағылысуын айтамыз.
Толық ішкі шағылысу ортаның үстіңгі қабатында тек оптикасы көбірек тығыз ортадан (мысалы, шыны ) оптикасы азырақ тығыз ортаға (мысалы, ауа ) таралғанда шағылысады, және кері жағдайда болмайды [4].
1.3 Сандық апертура
Толық ішкі шағылысу эффектісі оптикалық волноводтарда түзіледі, яғни сәуле өткізгіш ортасында сыну көрсеткіші шыны жүрекше болады және оның айналасында сыну көрсеткіші шыны қабыршақ болады, сонымен бірге -ден бірнеше жоғары болады (Сурет 1.7).
Сурет 1.7. Талшықты сәуле өткізгіште жарық көзінің таралуы
теңдігінен келесідей, яғни сәуле өткізгіш өсінен көп емес бұрышқа қарай тебілетін барлық сәулелер жүрекшеде таралады.
Сәулені сырттан жүрекшеге енгізу үшін (ауаның сыну көрсеткіші ), жарық көзімен сәуле өткізгіш oсі арасында енгізу бұрышы арқылы сыну заңымен сәйкесінше анықтауға болады:
, (1.7)
және сәйкесінше,
, (1.8)
критикалық бұрышқа қатысты нәтижесі келесідей болады:
, (1.9)
Максималды мүмкін енгізу бұрышы, (сәуле өткізгіш соңындағы сәуле) деп сәуле өткізгіштің апертуралы кіріс бұрышы айтылады. Ол тек қана екі сыну көрсеткіштеріне байланысты: және Апертуралы кіріс бұрышының синусы деп NA сәуле өткізгіштің сандық апертурасы айтылады:
, (1.10)
Талшықты сәуле өткізгіште сәуле енгізу үшін бұл шама өте маңызды болып табылады [5].
1.4 Сыну көрсеткішінің жиіліктік және кеңістіктік өзгерістері
Толқындық пакеттер ішінде әр түрлі ұзындықтарына байланысты бөлек толқындар әр түрлі жылдамдықтармен таралады. Мұндай толқындық пакеттің таралу жылдамдығы деп топтық жылдамдықты айтады. Анықталынған және топтық сыну көрсеткіші сәйкесінше, сыну көрсеткішінің келесідей түрімен сәйкестендырыледі:
, (1.11)
1.8-ші суретте l толқын ұзындығына байланысты таза кварцты шыны үшін, және үшін қисықтары көрсетілген.
Сурет 1.8. Сыну көрсеткіші және толық сыну көрсеткіші (100% SiO2)
1.1-ші кестеде кварц үшін және бірнеше сандық мәндері келтірілген.
Кесте 1.1. Сыну көрсеткіш және топтық сыну көрсеткіш .
Толқын ұзындығы l, нм
Сыну көрсеткіші n
Топтық сыну көрсеткіші ng
600
1,4580
1,4780
700
1,4553
1,4712
800
1,4533
1,4671
900
1,4518
1,4646
1000
1,4504
1,4630
1100
1,4492
1,4621
1200
1,4481
1,4617
1300
1,4469
1,4616
1400
1,4458
1,4618
1500
1,4446
1,4623
1600
1,4434
1,4629
1700
1,4422
1,4638
1800
1,4409
1,4648
теңдігі сыну көрсеткішінің көлбеу қисығын береді, яғни қарастырылып отырған толқын ұзындығының диапазонында кері болып табылады. Сондықтан кез келген толқын ұзындығында топтық сыну көрсеткіші сыну көрсеткіші n-нен көп. Оптикалық сигналдарды жіберу уақытын есептеу үшін, тек қана топтық сыну көрсеткішін қолдану қажет [6].
Маңыздысы, толқын ұзындығы 1300 нм жақындағанда, топтық сыну көрсеткіші өзінің минимумына түседі. Мұндай толқын ұзындығының диапазоны әсіресе оптикалық байланыс үшін қызықты емес болып табылады.
Талшықты сәуле өткізгіште мода таралуы, осы профильдің сыну көрсеткішінің таралуының үлгісіне байланысты (Сурет 1.9).
Сурет 1.9. Талшықты сәуле өткізгіштің сыну көрсеткішінің профилі
Тәжірибелерде қолдану үшін маңыздысы Қуат заңы бойынша суреттелетін, сыну көрсеткішінің таралу профилі болып табылады. Бұл сыну көрсеткішінің профилі радиус бойынша қисықтың өзгерісі радиустың қуат функция суреттеледі:
үшін (жүрекшеде) (1.12)
және
, үшін (қабыршақта) (1.13)
мұндағы,
─ жүрекше ортасындағы сыну көрсеткіші;
─ оптикалық талшық осі бойындағы сыну көрсеткіші;
─ сыну көрсеткішінің нормаланған айырмашылығы;
r ─ оптикалық талшық осінен қашықтық, мкм;
a ─ жүрекше радиусы, мкм;
u ─ қуат профилінің көрсеткіші;
─ қабыршақтың сыну көрсеткіші [7].
Сыну көрсеткіштерінің нормаланған айырмашылағы NA сандық апертурасымен немесе және сыну көрсеткіштерінің келесі түрімен сәйкестендіріледі:
, (1.14)
Ерекше жағдайларды белгілейік (Сурет 1.9):
- үшбұрышты профиль
- параболоидты профиль
u(R)Yen - сатылы профиль (n шамасының шегі шексіз).
Тек соңғы жағдайда ғана ─ сатылы профиль кезінде, шыны жүрекшесіндегі сыну көрсеткіші тұрақты болып тұрады. Барлық басқа профильдер үшін шыны жүрекшедегі сыну көрсеткіші талшықты сәуле өткізгіш осімен n2-ден шыны қабыршақтың n1-ге дейін біртіндеп өседі.
Сондықтан мұндай профильдерді сыну көрсеткіштерін таратудың градиентті профильдері деп атайды. Мұндай атау әсіресе шамасы болатын параболоидты профильге жақсы айтылған, мұндай профилі бар оптикалық талшық жарық көзін жіберуде өте жақсы сипаттамаларға ие болады [8].
1.5 Сатылы профильді,градиентті профильді және көпсатылы профильді сыну көрсеткішінің оптикалық талшығы
Сатылы профильді сыну көрсеткішінің талшықты сәуле өткізгіштегі шыны жүрекшеде жарық көзі бағытталуы үшін, толық ішкі шағылысу, яғни шыны жүрекшенің сыну көрсеткіші n1 екі шынылы орта шегіндегі шыны қабыршақтың сыну көрсеткішінен көбірек болуы қажет. Егер сыну көрсеткіші n1 жүрекшенің көлденең қимасы бойынша бірдей болса, онда сыну көрсеткіші сатылы профильді болады, себебі шыны қабыршақтан шыны жүрекшеге өткен кезде сыну көрсеткіші сатылы түрде өседі және сол жерде өзгеріссіз қалып кояды. 1.10-шы суретте сатылы профильді сыну көрсеткішінің талшықты сәуле өткізгіші көрсетілген, сонымен бірге жарық көзі сәйкестендірілген бұрыштармен таралуы көрсетілген. Мұндай талшықты волновод сатылы профильді сыну көрсеткіш сәуле өткізгіші немесе сатылы сәуле өткізгіш деп аталады. Мұндай талшықты сәуле өткізгішті дайындау оңай болып табылады. Бірақта бұл түрі қазіргі уақытта жиі қолданылмайды. Мұндай сәуле өткізгіште жарықты жақсы тарату үшін, төменде үлгісі көрсетілген (Сурет 1.10).
Сурет 1.10. Көпмодалы оптикалық талшықта сәулелердің таралу жолдары
Сатылы профильді көпмодалы сәуле өткізгіштің сыну көрсеткішінің өлшемдері:
─ жүрекше диаметрі мкм;
─ қабыршақ диаметрі мкм;
─ жүрекшенің сыну көрсеткіші ;
─ қабыршақтың сыну көрсеткіші [9].
Критикалық бұрышы aо үшін толық ішкі шағылыс теңдеуі, яғни құлау нормалінің аз бұрышы, жарық көзі шыны жүрекшеде бағытталады және шыны қабыршақта сынбайды:
; , (1.15)
Талшықты сәуле өткізгіш осімен Pound(90о-aо) бұрыш түзетін барлық жарық көздері, шыны жүрекшеде таралады.
Шыны жүрекшеге жарық сырттан енгенде (ауа ), сыну заңын ескеру керек, себебі оптикалық талшыққа анықталынған апертуралы бұрыш q арқылы ене алады. Мұндай жағдайда:
, , (1.16)
Мұндай талшықты сәуле өткізгіш көпмодалы болып табылады. Мұнда таралатын жарық импульсі, сәуле өткізгіштің бөлек модаларында таралатын, көптеген құраушылардан құралады. Осы модалардың әрқайсысы волноводқа енерде өздерінің анықталынған ену бұрыштарында оянады және сәйкесінше сәулелердің әртүрлі таралу жолдарымен шыны жүрекше шегінде бағытталады. Модалардың әрқайсысы әр түрлі жағдайдағы оптикалық жолдармен өтеді, сондықтан сәуле өткізгіштің шығысына түрлі уақытта жетеді. Шыны жүрекше мен қабыршақтың сыну көрсеткіштері сәйкес сияқты, көп уақытта өтуі мен аз уақытта өтуі сәйкес болып келеді, сондықтан мұндай қатынас D сыну көрсеткішінің нормаланған айырмашылығы сияқты шамада болады, яғни 1%-тен жоғары.
Егер сатылы сәуле өткізгіш параметрлері келесі түрде болса, яғни оның бойында тек бір ғана мода бағытталса, яғни нақтысы фундаменталды (негізгі) мода HE11, бұл модалық дисперсия толығымен өшірілуі мүмкін [10].
Бірақта негізгі мода мұндай сәуле өткізгіштің өту шамасында уақыт бойынша кеңейеді. Мұны хроматикалық дисперсия деп атайды, себебі материал қасиеті болып табылады, ережеге сәйкес кез келген оптикалық сәуле өткізгіште орны болады. Хроматикалық дисперсиямен салыстырғанда толқын ұзындығы 1200-ден 1600 нм болатын диапазонда қатысты аз болады немесе жоқ болады. Фундаменталды моданың өлшемін суреттеу үшін (аумақтың радиалды амплитудасы), мода аумағының диаметрі 2wo термині енгізілген. Толқын ұзындығы 1200 нм көп болатын диапазонда фундаменталды моданы бағыттайтын, аз өшуімен сатылы талшықты сәуле өткізгішті жасау үшін, мода аумағының диаметрі 2wo 10 мкм-ге дейін азайтылуы керек. Мұндай сатылы талшықты сәуле өткізгіш бірмодалы оптикалы талшық деп аталады.
Мұнда маңыздысы, жүрекше диаметрі ғана емес, сонымен бірге сандық апертура және кіріс апертура бұрышы көпмодалы сатылы сәуле өткізгіш параметрлерімен салыстырғанда әлде қайда аз болып табылады, ол бірмодалы сәуле өткізгішке жарық көзін енгізуді қиындатады.
Егер бірмодалы сәуле өткізгіштерде иілуі немесе байланысы болса, өшу сипаттамаларына әсер ететін мода аумағының диаметрінің өлшемі маңызды фактор болып табылады. Сонымен мода аумағының диаметрін үлкейту иілгенде сәуленің өтуін нашарлатады, бірақ бөлінген және бөлінбеген байланыстарда шығындарды төмендетеді [11].
Көпмодалы сатылы сәуле өткізгіште модалар ұзындықтары әр түрлі оптикалық жолдармен таралатындықтан, сәуле өткізгіштің соңына әр түлі уақытта жетеді. Егер шыны жүрекшенің сыну көрсеткіші сәуле өткізгіш осінде максималды шама n0 - ден, үстіңгі шек пен қабыршықтың сыну көрсеткішінің шамасы n2-ге дейін параболоидты кішірейсе, онда бұл қалаусыз модалық дисперсия кішіреюі мүмкін. Мұндай градиентті профилді сыну көрсеткіш немесе профиль деңгейінің көрсеткіші u=2 болатын қуат заңы бойынша профильдің сыну көрсеткіші келесідей теңдеулермен сипатталады:
, жүрекшеде үшін (1.17)
, қабыршақта үшін (1.18)
Мұндай градиентті профильді сыну көрсеткіші болатын оптикалық волновод, сонымен бірге градиентті сәуле өткізгіш деп атайды.
Сыну көрсеткіші градиентті профильді сәуле өткізгіштің өлшемдері:
─ жүрекше диаметрі мкм;
─ қабыршақ диаметрі мкм;
─жүрекшенің максималды сыну көрсеткіші ;
─ сыну көрсеткіштерінің айырмашылығы .
1.11-ші суретте жарық толқындарының әр түрлі тәртіп жолдары және сыну көрсеткіші градиентті сәуле өткізгіш профилі келтірілген.
Сурет 1.11. Сыну көрсеткіші градиентті профильді оптикалық талшық
Оптикалық талшықта жарық көздері толқын және бұранда тәріздес бұрандалы (спираль) траектория бойымен өтеді. Сатылы профильді сыну көрсеткішінен айырмашылығы, олар ирек болып таралмайды. Шыны жүрекшеде сыну көрсеткіштері үздіксіз өзгеретіндіктен сәулелер үздіксіз сынады, сондықтан олар толқындық траектория бойымен таралатындықтан таралу бағыттары өзгереді. Волновод осінің айналасында тербелетін сәулелер, сәуле өткізгіш осімен өтетін сәулелерге қарағанда, ұзын жолмен өтеді. Бірақта, оптикалық талшық осімен бөлек сыну көрсеткіштерінің аз болуына байланысты, бұл сәулелер ұзын оптикалық жолдарда аз уақытта өтуіне байланысты, сәйкесінше тез таралады. Нәтижесінде әр түрлі сәулелердің әртүрлі уақытта кешігулері мүмкіндігінше жойылады. Сыну көрсеткішінің дәл параболоидты профильді жасау кезінде градиентті сәуле өткізгіште кешігу уақытының айырмашылығын өлшеу нәтижесінде 1 км қашықтықта 5мкс жарықтың өту уақытысы кезінде 0,1 нс шамасынан көп құрайды [12].
Градиентті сәуле өткізгіштерде бұл кешігу уақытының мәнсіз айырмашылығы материал дисперсиясымен байланысады. Жүрекшенің және қабыршақтың сыну көрсеткіштері толқын ұзындығының l түрлілігіне байланысты өзгеруі, ол пайда болады. Сондықтан сыну көрсеткішінің айырмашылығы D және профиль деңгейінің көрсеткіші u толқын ұзындығына тәуелді. Параболоидты градиентті профильдің оптималды деңгей көрсеткіші теориялық түрде келесі формуламен есептеледі:
, (1.19)
параметрі сияқты, сыну көрсеткішінің айырмашылығы D толқын ұзындығына l тәуелді, сондықтан профиль деңгейінің көрсеткішіде u толқын ұзындығына тәуелді.
кезінде градиентті сәуле өткізгіштердің сыну көрсеткішінің профилі ─ модалар толқын ұзындығының шектелген диапазонында ғана кешігу уақытының бірдей болуын мүмкін етеді [13].
Градиентті талшықты сәуле өткізгіштің сыну көрсеткіші сәуле өткізгіш осінен r қашықтыққа тәуелді болғандықтан, жүрекшеге енетін жарық көзі үшін маңызды рөл атқаратын сандық апенртура r функциясы болып табылады.
, (1.20)
Кәдімгі сыну көрсеткішінің градиентті профилімен сәуле өткізгіш үшін, сандық апертура тең болады:
, (1.21).
және сәуле өткізгіш өсіндегі максималды кіріс апертуралық бұрыш :
; , (1.22)
Бірмодалы талшықты сәуле өткізгіштегі дисперсия, дисперсияның екі түрінен құралады. Бір жағынан сыну көрсеткішіне тәуелділікті шақыратын материал дисперсия болады және сәйкесінше, толқын ұзындығына жарық жылдамдығы тәуелді (Сурет 1.11), . Екінші жағынан, шыны жүрекше мен қабыршақ бойынша фундаменталды мода НЕ11 жарығын таратылуының тәуелділігінің нәтижесінде волноводты дисперсия пайда болады және сәйкесінше толқын ұзындығынан сыну көрсеткішінің айырмашылығына байланысты: . Бірге алынған екі дисперсияны хроматикалық дисперсиясы деп аталады. Кварцты шыныда 1300 нм-ден көпболатын диапазонда дисперсияның осы екі түрі қарама-қарсы шегі де болады. Материал дисперсиясы тек басқа легірленген қоспалардың көмегімен ғана кішкене ғана өзгеруі мүмкін. Керісінше, волноводты дисперсия сыну көрсеткіші профилінің басқа структураларын қолданғанда қатты әсерге ұшырауы мүмкін [14].
Қарапайым бірмодалы сәуле өткізгіш сыну көрсеткішінің профилі сыну көрсеткішінің айырмашылығының D сатылы түрінде болады. Мұндай қарапайым дисперсия материалы волноводты дисперсия структура профилінің шамасы, толқын ұзындығы l=1300 нм кезінде нөлге тең болады.
Егер басқа да толқын ұзындығы кезінде, нөлдік дисперсия болса, онда волноводты дисперсияны және, сәйкесінше талшықты сәуле өткізгіш профилінің структурасын өзгерту қажет. Бұл сыну көрсеткішінің көпсатылы немесе сегментті профильге алып келеді. Осы профильдерді қолдану арқылы , талшықты сәуле өткізгішті жасауға болады, егер олардың нөлдік дисперсиядан 1550 нм-ге дейін жылжыса (жылжымалы дисперсиясымен талшықты сәуле өткізгіш деп аталатын) немесе дисперсия шамасы 1300-ден 1550 нм толқын ұзындығы диапазоны аралығында өте аз (жұмсартылған дисперсиясымен талшықты сәуле өткізгіш немесе өтелетін дисперсиясымен талшықты сәуле өткізгіш деп аталатын) болуы керек [15].
1.6 Оптикалық талшық және оптикалық талшықтың түрлері
Опто-талшықты сызықты байланыстың маңызды компоненті - оптикалық талшық. Сигналды жіберу үшін екі түрлі талшық қолданылады: бірмодалық және көпмодалық. Көптеген елдердің өнеркәсіптері шығарылған өнімнің кең номенклатурасын және опто-талшықты сызықты байланыстың компоненттерін меңгерген. Байқау тиіс опто-талшықты сызықты байланыстың компоненттерін өндіруші, бірінші кезекте опто-талшықтың жоғары деңгейде шоғырлануымен ерекшеленеді. Кәсіпорындардың көпшілігі АҚШ-та орналасқан. Америкалық фирмалар негізгі патент иелері болғандықтан (бірінші кезекте "CORNING" фирмасына қатысты). Басқа фирмалармен лицензиялық келісім жасауының және кәсіпорындарды бірігіп құрудың арқасында өндірушілерге және әлемдегі опто-талшықты сызықты байланыс компоненттерінің нарығына ықпал етеді. Талшық өзінің атын ішіндегі сәулеленудің таралу әдісіне байланысты алды. Талшық өзектен және әр түрлі сыну көрсеткіші бар n1 және n2 қабықтан тұрады.
Сурет 1.12. Бірмодалық және көпмодалық талшық
Бірмодалық талшықта жарық өндіруші желінің диаметрі шамамен 8-10 мкм, яғни жарықтық толқын ұзындығымен салыстырамыз. Мұндай геометрияда талшық ішінде тек бір ғана сәуле (бірмода) тарала алады. Көпмодалық талшықта жарық өндіруші желінің диаметрі шамамен 50-60 мкм болғандықтан көп мөлшердегі сәуленің таралуына (көпмода) мүмкіндік береді. Талшықтың екі типі де екі маңызды параметрлермен сипатталады: сөну және дисперсиямен. Сөну әдетте дБкм-мен өлшенеді. Ол жұтылуға кеткен шығынмен және оптикалық талшықта сәуленің шашырауымен анықталады.Жұтылуға кеткен шығын материалдың тазалығына байланысты. Шашырауға кеткен шығын материалдық біркелкі сыну көрсеткішіне тәуелді.
Сурет 1.13. Опто-талшықтағы терезе
Сөну - талшыққа енгізілетін сәулелік толқын ұзындығына байланысты болады. Қазіргі кезде талшықтан сигнал жіберу үш диапазонда іске асырылады және дәл осы диапазондарда кварц жоғары түссіздік қасиетке ие болады: 0.85 мкм, 1.3 мкм, 1.55 мкм [16].
Оптикалық талшықтың басқа бір маңызды параметрі - дисперсия. Дисперсия дегеніміз - бұл спектраль және модалардан құралған оптикалық сигналдың уақыт бойынша шашырауы. Дисперсияның үш түрі бар: модалы, материалды және волноводты.
Модалы дисперсия көпмодалы талшыққа тән және таралу уақыты әр түрлі болатын көп мөлшерде модалардың есебінен болады.
Материалды дисперсия - моданың сыну көрсеткішінің толқын ұзындығына тәуелділігіне байланысты.
Волноводты дисперсия - моданың ішкі процесстеріне байланысты және модалардың таралу жылдамдығының толқын ұзындығына тәуелділігімен сипатталады [17].
Сәуле өткізгіш немесе лазер толқын ұзындығынан бірнеше спектр шығаратындықтан, талшық бойынша таралу кезінде, дисперсия импульстерді кеңейтуге әкеледі және сонымен бірге сигналдардың бұрмалануын жасайды. Өткізу жолағы термині - бұл құн, 1 км қашықтықтағы оптикалық талшық бойынша өту кезіндегі импульстің кеңеюінің кері шамасы. Өткізу жолағы анықтамасынан байқалғаны, дисперсия жіберілген сигналдың жоғарғы жиілігіне және жіберудің ұзақтылығының шегіне қойылады.
Егер көпмодалы твалшық бойынша жарық таралған кезде, ережеге сәйкес модалық дисперсия болады, онда бірмодалы талшыққа дисперсияның соңғы екі түрі ғана тән 1,3 мкм толқын ұзындығында бірмодалы талшықтағы материалды және волноводты дисперсиялар бірін - бірі толтырады, ол өткізу қабілетінің жоғарылығымен қамтамасыз етеді [18].
Оптикалық талшықтың әр түрлі түрлерінің әлсіреуі бойынша және өткізу жолағы бойынша сипаттамалары өте жақсы болады, себебі онда тек бір ғана сәуле таралады. Бірақта көпмодалыға қарағанда бірмоданың сәулелену көздері бірнеше есеге қымбат. Бірмодалы талшықта сәуле өткізгіш сымдарының өлшемдерінің аздығына байланысты сәулеленуді енгізу қиынырақ, осы себептенде бірмодалы талшықтарды аз шығындармен қосу қиын. Бірмодалы кабельдерді оптикалық коннекторлармен аяқтау қымбатқа түседі.
Көпмодалы талшықтар монтаждау кезінде ыңғайлы, себебі сәуле өткізгіш сымдары бірмодалы талшыққа қарағанда бірнеше есеге үлкен. Көпмодалы кабельдерді аз шығындарымен оптикалық коннекторларды тоғысында аяқтау оңайырақ (0,3 dB - ге дейін). Көпмодалы талшықта толқын ұзындығы 0,85 мкм-де сәулелер есептелінген үлкен ассортиментте шығарылатын ең қолжетімді және арзан сәулелер. Бірақ осы толқын ұзындығында көпмодалы талшықтар 3-4 dBкм шектерінде болады және айтарлықтай жақсаруы мүмкін емес. Көпмодалы талшықта өткізу жолағы 800 МГц*км болады, ол жергілікті желі байланысы үшін рұқсат етілген, бірақ магистральды сызығы үшін жеткілікті емес.
Оптикалық талшықтарды мынадай түрлерге бөлуге болады: кварцты - полимерлі және полимерлі.
Кварцты оптикалық талшықтар жоғарғы тазалықтағы кварц шыныдан жасалады (жүрекше және жарық шағылыстырғыш қабықша) және алшақ, ішкі және объекті аралық байланыс жүйелері үшін пайдаланылады.
Кварц - полимерлік оптикалық талшықтар - кварц жүрекшесі мен полимерлі жарық шағылыстырушы қабықшадан жасалады, ішкі және объекті аралық байланыс үшін пайдаланылады.
Полимер оптикалық талшықтар - жоғары оптикалық қасиеттері бар полимерлік материалдардан жасалады, кейбір ішкі объектілер байланыс жүйесі үшін, жарықтандыру, безендіру және медицинада пайдаланады.
Ұзақ қашықтыққа сигналдарды беруге арналған оптикалық талшықтарды дайындау үшін, аз шығынды және жоғарғы көрінетін қасиетке ие материалдар қолданылады. Жүрекше материалы жұту мен шашырау кезінде ең аз шығынға ие болу керек. Бұл талапқа тазалығы және сапасы жоғары біртекті шынылар сәйкес келеді [19].
Шыны - элементтер мен химиялық қосылыстардан тұратын аморфты қатты зат, бұл кристалдық күйде болады. Бұл компоненттер кристалда тұрақты массив (мыс, балқытылған кремний тетраэдрдан тұрады - SiO4), ал шыныда тұрақты емес каркас түзеді.
Көптеген шыныларда көрінетін аумақ және жақын инфрақызыл толқын ұзындығы ең төменгі сіңіру қасиетіне балқытылған кварц жоғары тазалығымен біртектілігі береді. Кварц ішкі төмен шығындар дисперсиясымен басқа шыны түрлерімен ерекшеленеді. Кварцтың жоғары балқу нүктесі оптикалық талшықты өндіру үшін арнайы технологиясын талап етеді және төменгі температурада буланып түрлі қоспалардан арылуға мүмкіндік береді.
Кремний балқымасының шағын сыну көрсеткіші N=1,4585 рефлексиялық жүрекшесі мен кварц өндірісінде активтендірілген кварц шыныны құрайды. Таза кварц сипаттамаларын деңгейінде басқа да сипаттамаларын сақтай отырып, қажетті мәнге сыну индекс мәнін қоспаларды арттыру немесе азайту үшін қолданады. Балқытылған кремний шынының сыну көрсеткішін азайту үшін - бор тотығын фтор қоспаларын пайдалануға болады, ал арттыру үшін кремний, фосфор, аллюминий және титан.
Оптикалық талшықтар өндірісінде бейорганикалық материалдардан басқа, жоғарғы молекулалық бойлық бағдарлы бейорганикалық полимерлік материалдар пайдаланылады, ол талшықтарға иілгіштік қасиет береді. Бұл материалдарға полиметилметакрилат, полистрол, фторополимер және басқалары жатады.
Жарық шағылдырғыш кварц - полимер оптикалық талшықтар қабықшасы ретінде полимерлі материалдар қолдануға болады, балқыған полимердің балқу сыну көрсеткішісінен төмен. Бұл материалдар инфрақызыл сәуле аймағында төмен сіңіру қасиетімен сипатталады. Оларға, кейбір силиконды полимерлер және тефлон жатады.
Сыртқы ортаның химиялық және физикалық әсерінен оптикалық талшықтарды қорғау үшін, полимерлік материалдар жасалған қорғаныс жабындылары қолданылады.
Полимер жабыны үшін қойылатын негізігі талаптар келесідей:
Жабын материалы жеткілікті дәрежеде қатты болу керек, механикалық зақымнан қорғау үшін;
Шағын деформациялардан талшықты қорғау үшін, жабын қалың, серпімді және талшық ұзындығы бойынша біркелкі болуы шарт;
Оптикалық талшық қабықшасындағы механикалық тербелістердің таралуын ұстап қалу үшін арнайы материал қолданылады;
Талшықты тартып шайбаны жеткенше жабу, тез бекітілуі тиіс.
Барлық талаптарға жауап беретін полимерлі материалды табу практика жүзінде мүмкін емес болып отыр.
Бірінші қабат, эпоксидті лакпен тефлон немесе полимер балқымасының негізінде жүзеге асырылады.
Екінші немесе негізгі қабат, фторопласт, полипропиленнен, нейлон, капрон, жоғары немесе төмен қысымда полиэтилен жасалады. Іс жүзінде нейлон - 12 жиі қолданылады, оптикалық талшықта микроиілгіштік туғызбайды.
Соңғы кездері біріншілік пен негізгі қабаттар арасына жұмсақ полимерлі материалдан жасалған демпферлік қабатты қолданады, мысалы, полиуретан. Демпферлік қабат микроиілуді болдыратын беткі қысым мен температураның әсерлерін минимумға түсіреді, себебі опто-талшық демпферлейтін қабат ішінде араласуы мүмкін.
Көбірек таралған бірмодалы және көпмодалы кварцты талшықтардың бірнеше сипаттамаларын және ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Әл - Фaрaби aтындaғы Қaзaқ ұлттық унивeрситeтi
Калымбек Ш.Б.
СҰЙЫҚ СӘУЛЕ ӨТКІЗГІШТІҢ СПЕКТРАЛДЫҚ ҚАСИЕТТЕРІ
ДИПЛOМДЫҚ ЖҰМЫС
5B071900 - Радиотехника, электроника және телекомуникациялар
мамандығы
Aлмaты 2015
Қaзaқстaн Рeспубликaсының бiлiм жәнe ғылым министрлiгi
Әл - Фaрaби aтындaғы Қaзaқ ұлттық унивeрситeтi
Физика-техникалық факультеті
Қатты дене физикасы және бейсызық физика кафедрасы
Қoрғaуғa жiбeрiлдi
______________ Кaфeдрa мeңгeрушiсi Приходько О.Ю.
ДИПЛOМДЫҚ ЖҰМЫС
Тақырыбы: СҰЙЫҚ СӘУЛЕ ӨТКІЗГІШТІҢ СПЕКТРАЛДЫҚ ҚАСИЕТТЕРІ
5B071900 - Радиотехника, электроника және телекомуникациялар мaмaндығы бoйыншa
Oрындaғaн
Калымбек Ш.Б.
Ғылыми жeтeкшi
ф.-м.ғ.к., доцент
Сванбаев Е.А.
Нoрмa бaқылaушы
Толегенова А.А
Aлмaты, 2015
РEФEРAТ
Диплoм жұмысы 51 бeттeн, 22 сурeттeн, 4 кeстeдeн, 27 әдeбиeт көздeрiнeн тұрaды.
Кiлт сөздeр: сәуле өткізгіш, сұйық сәуле өткізгіш, сыну көрсеткіші, бірмодалы профилі, көпмодалы профилі.
Жұмыстың мaқсaты: сұйық сәуле өткізгіштің спектралдық қасиетін анықтау.
Жұмыстың мiндeттeрi:
1. Сәуле өткізгіш арқылы өткен жарықтың спектрін зерттеу.
2. Сұйық сәуле өткізгіш арқылы өткен жарықтың спектрін зерттеу.
РEФEРAТ
Диплoмнaя рaбoтa излoжeнa нa 51 стрaницaх и сoстoит из 22 рисункoв,4 тaблиц и сoдeржит 27 списoк испoльзуeмoй литeрaтуры.
Ключeвыe слoвa: световод, жидкий световод, показатель преломления, одномодовый профиль, многомодовый профиль.
Цeль рaбoты: измерить спектральные характеристики жидкого световода.
Зaдaчи исслeдoвaния:
1. измерить спектр света проникающий через световод;
2. измерит спектр света проникающий через жидкого световода.
ABSTRACT
The diploma project is presented on 51 pages and consists of 22 figures, 4 tables and contains 27 list of literature.
Keywords: emergency situation, psychology, human, temperant, psychology preparation, psychological assistance.
The purpose of work: ways to reduce impact emergencies situation on psychological state of human.
The research of tasks:
1. Familiarity with psychological activities of the Ministry emergencies of RK.
2. Identify general psychological action and human behavior in emergency situations.
МАЗМҰНЫ
КІРІСПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
4
1
СӘУЛЕ ӨТКІЗГІШ ЖӘНЕ СӘУЛЕ ӨТКІЗГІШТІҢ ТҮРЛЕРІ ... ...
5
1.1
Сәуле өткізгіш, талшықты сәуле өткізгіштің сипаттамалары ... ... ..
5
1.2
Екі диэлектрлі ортаның бөлінген шегіндегі жарықтың сыну көрсеткіші мен шағылысуы және толық ішкі шағылысу ... ... ... ... ..
8
1.3
Сандық апертура ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
12
1.4
Сыну көрсеткішінің жиіліктік және кеңістіктік өзгерісі ... ... ... ... ...
13
1.5
Сатылы профильді, градиентті профильді және көпсатылы профильді сыну көрсеткішінің оптикалық талшығы ... ... ... ... ... ...
16
1.6
Оптикалық талшық және оптикалық талшықтың түрлері ... ... ... ...
21
1.7
Сұйықтықпен толтырылған шыны жүрекшелі микроқұрылымды талшықтың оптикалық қасиеттері ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ..
25
1.8
Талшықты-оптикалық байланыс жүйесінің структурасы ... ... ... ... .
29
1.9
Талшықты-оптикалық байланыс және оптикалық жүйенің артықшылықтары ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
31
1.10
Оптикалық сигналдардың таралуын волноводты талдау ... ... ... ... .
33
1.11
Оптикалық кабельдердегі ортақ функция мен әлсіреу классификациялары ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
36
1.12
Өзіндік әлсіреу, әлсіреуді өлшеу әдісі, жарық өткізгіш әдіс және кері шашырау әдісі ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
39
2
СҰЙЫҚ СӘУЛЕ ӨТКІЗГІШТІҢ СПЕКТРАЛДЫҚ ҚАСИЕТТЕРІ.
43
ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
49
ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... .
50
КІРІСПЕ
Опто-талшықты зерттеудің бастапқы стадиясында, алғаш зерттелген материалдардың бірі әр түрлі сұйықтықтар болды. Көп жылдар бойы кварцты талшық технологиясын жасауды зерттеу, әр түрлі аз шығынды опто-талшықтар құрылуына алып келді. Опто-талшық нөлдік дисперсиясымен, аралас дисперсиясымен, бірмодалы, аз модалы және көпмодалы талшықтар құрылды. Талшық сатылы немесе градиентті профилді сыну көрсеткішті. Жаңадан түрлі опто-талшықтарды жасау мен зерттеу мұнымен тоқталған жоқ.
Талшықтардың дамуы бойынша жаңа бағыттар солитонды байланыс жүйесін құру үшін, бейсызықты эффектілер тарта отырып байланыстырады. Кварцты талшықта бейсызықты эффектілер әлсіз болып келеді. Фотонды-кристалды немесе тесік волноводтарда бейсызықты эффектілер күштірек болады. Микроқұрылымды талшық немесе екі өлшемді фотонды кристалдар негізіндегі опто-талшық, оптикалық материалдардың жаңа бөлімін қарастырады, яғни геометрия құрылымының өзгеруі есебінен, оның қасиеттері үлкен шекте өзгеруі мүмкін.
Келесі қызығы тесік құрылымды толықтыру мүмкіндігі сұйықтықтар болып табылады. Әр түрлі сұйықтықтармен толтыру тесік волноводтың параметрлерін өзгертуі мүмкін. Егер сыну көрсеткіші үлкен болса, онда жарық сұйықтыққа енеді. Егер сұйықтықтың сыну көрсеткіші аз болса, онда сұйық оптикалық барьер болады. Сұйықтықтың сыну көрсеткішін өзгерту арқылы, бірмодалық режимде үлкен диаметрде тесік волноводтарды жүзеге асыру үшін шарттар құруға болады. Шыны талшық пен сұйықтықтың спектралды және бейсызықты қасиеттерін біріктіруге болады.
Опто-талшықта қолдану үшін маңызды болатын сұйықтықтың негізгі оптикалық параметрлеріне жұтылудың спектралды тәуелді коэффициенттері және сыну көрсеткіштің бейсызықтығы жатады.
Осы жұмыста сұйық сәуле өткізгіштің спектралдық қасиеттерін зерттеу бойынша тәжірибелік зерттеулер жүргізілген.
1. СӘУЛЕ ӨТКІЗГІШ ЖӘНЕ СӘУЛЕ ӨТКІЗГІШТІҢ ТҮРЛЕРІ
1.1 Сәуле өткізгіш, талшықты сәуле өткізгіштің сипаттамалары
Сәуле өткізгіш - бағытталған жарықты жіберу үшін арналған жабық құрылғы. Ашық кеңістікте жарықтың жіберілуі тура бағытталу көрінісінде мүмкін және бастапқы сәуленің таратылуымен, жұтылуымен және атмосферада таратылуымен шектеледі. Сәуле өткізгішке өту оны үлкен қашықтыққа жіберу кезіндегі сәуле өткізгіш энергиясының шығынын әлде қайда төмендетеді, сонымен қатар қисық сызықты трасса бойынша сәуле өткізгіш энергиясын жібереді.
Сәуле өткізгіштің бірнеше түрлері жасалған, олардың ішіндегі линзалы сәуле өткізгіш, ол трубада бекітілген жүйені және белгілі бір қашықтықта орналасқан линзаларды түсіндіреді. Бірақ бұл кең қолданыс таппады.
Қазіргі уақытта кең қолданыс тапқан сәуле өткізгіштің бір түрі майысқақ диэлектрлі талшықты сәуле өткізгіш, бұл оптикалық шығыны аз, үлкен қашықтықта жарықты жіберуге мүмкіндік бере алады. Қарапайым жағдайда ол оптикалық көрінетін материалдан жасалған жіңішке жіп тәрізді болады, оның жүрекшесі a1 сыну көрсеткішін көрсетеді n1, ал а2 радиусының қабықшасы сыну көрсеткіші келесідей болады п2п1 (Сурет 1.1).
Сәуле өткізгіш өсіне жеткілікті аз бұрышпен жүрекшеге кіретін оптикалық жарықтар жүрекшенің үстіңгі бөлігінде толық ішкі шағылыс болады және жүрекше бойынша ғана таратылады.
Сурет 1.1. Талшықты сәуле өткізгіштің көлденең қимасы
Сәуле өткізгіштің мәніне байланысты жүрекшенің диаметрі 2a1 бірнеше мкм ден жүздеген мкм құрайды, ал 2а2 бірнеше ондаған мыңдаған мкм кұрайды.
2a1 және п1 - п2 шамаларын берілген толқын ұзындығы шамалары бойынша сәуле өткізгіште таратылатын толқын түрлерінің санымен анықталынады. 2a1 және п1-п2 таңдағанда сәуле өткізгіш бірмодалық режимде жұмыс істетуге болады. Оптикалық сәуле өткізгіштер оптикалық байланыс жүйелерінде кең қолданыс тапқан.
Сәуле өткізгіштердің маңызды сипаттамаларының бірі оптикалық шығындар және топтық жылдамдық дисперсиясы болып табылады, оптикалық бейсызық және механикалық тығыздық. Жиырмасыншы ғасырдың жетпісінші жылдары ИҚ аумақты спектрге жақын ~1 дБкм өшу сигналымен кварцы шыны негізінде талшықты сәуле өткізгіш жасалған.
Осындай сәуле өткізгіштің спектрінің оптикалық шығыны 1.2, а суретте келтірілген. 1,55 мкм толқын ұзындығында минималды болатын шығын ≈0,16 дБкм құрайды. Осындай сәуле өткізгіштердің материалдары кварцты шыны болады.
Бірмодалы талшықты сәуле өткізгіштің екінші маңызды сипаттамасы, оптикалық байланыс жүйесінд кеңінен қолданылатын топтық жылдамдық дисперсиясы болып табылады. 1.2, б суретте кварцты шыны негізіндегі сәуле өткізгіш дисперсиясының спектрі көрсетілген. Мұнда көрініп тұрғаны қисық дисперсия л≈1,3 мкм жақын 0 мен өтеді. Бұл дегеніміз осындай спектральды аумақта бір модалық талшықты сәуле өткізгіштің өткізу жолағы кварцты шыны негізінде ≈1011 Гц*км максималды болады.
Сурет 1.2. Оптикалық шығын спектрі (а) және (б) топтық жылдамдық дисперсиясы d v0dλ
Талшықты сәуле өткізгіштің сыну көрсеткішінің профилінің өзгерісін, абсолютті минимум оптикалық шығын орналасқан 1,55 мкм-ге жақын аумақтағы нөлдік дисперсиямен араластыруға болады. Мұндай талшықты сәуле өткізгіш (дисперсиясы араласқан) жасалған және алдағы оптикалық байланыстағы кең жолақты жүйелерде үлкен қолданыс тапқан. Талшықты сәуле өткізгіштер әлде қайда күрделі конструкциясымен жасалған, мысалы, көпқабатты сәуле өткізгіш. Бірмодалы сәуле шығарғыштың соңғы түрі, таралатын жарықтың поляризациясын сақтау үшін қолдануға жақсы болып табылады.
Негізінен шыны талшықты сәуле өткізгіштер оптикалық байланыстар жүйесіне арналған сызықты ортада жіберуге жасалған, кейінірек, бейсызықты материалдарға жарамды екендігі белгілі болды. Шыны талшықты сәуле өткізгіштерде оптикалық бейсызықтық n сыну көрсеткішінің лазерлі сәулелену интенсивтілігіне I: n = n0+ п'l, тәуелділігінің нәтижесінде пайда болады, мұнда n0- интенсивтілік мәні төмен болған кездегі сыну көрсеткішінің сызықты бөлігі және интенсивтілікке тәуелді емес; п'I - бейсызықты қосынды, п' - кварцты шыны 3,2*10-16 см2Вт тең болғандағы шама коэффициенті. Аз шамалы п' үшін кварцты шыны, оның жақсы бейсызықты материал емес екендігін көрсетеді. Бірақта, шыныны талшықты сәуле өткізгіш түрінде қолданғанда, 10-16 см2 бірмодалы талшықты сәуле өткізгіштің жүрекшесінің кішкентай киылысымен байланысты болатын бейсызықтық үлкен эффектте болуы мүмкін. Бұл дегеніміз, қуаты 1Вт болатын лазерлі сәулеленуді сәуле өткізгішке енгізгенде, интенсивтілігі I~1МВтсм2 болады. Мұндай жоғары интенсивтілік, жоғары интенсивті сәулелену затымен бірнеше км-ге дейін өзара әрекеттерімен ұзындықты қамтамасыз ету арқылы, оның төмен оптикалық шығынының нәтижесінде үлкен ұзындықта сақталады. Шыны талшықты сәуле өткізгіш нәтижесінде деңгейлі қуаты 1-10мВт болатын әртүрлі бейсызықты процесстер эффективті түрде өтеді.
Тәжірибеде үлкен рөл атқаратын, әлдеқайда қызығырақ бейсызықты эффектілер, спектральды аумақта кері дисперсиямен топтық жылдамдықпен талшықты сәуле өткізгіште оптикалық импульстерді таратудың солитонды режимі болып табылады (λ1,3 мкм, 1.2, б сурет). Идеалды сәуле өткізгіш шығынсыз оптикалық солитон өзінің формасын өзертпей таралады. Сондықтан, солитондар кеңжолақты және талшықты-оптикалық байланыс жүйелерінде ақпарат тасушы ретінде қолданған ыңғайлы. Лабораторияда солитонды байланыс жүйелері жасалған, яғни коммерциялы желі байланысында қолданылуы мүмкін.
Практикада талшықты сәуле өткізгіштерді қолданудың маңызды сипаттамаларының бірі механикалық беріктік болып табылады. Теорияда кварцты шыныдан жасалған жіптерді үзуге беріктігі 20-25 ГПа құрайды, сәуле өткізгіштің максимум беріктігі, кварцты шыны негізінде, қорғалған полимерлі пленкаларда 5-6 ГПа тең. Жоғары сапалы талшықты сәуле өткізгіштердің беріктілігі шыны ақауларының үстіңгі бетіне байланысты, яғни сәуле өткізгіш әрекетіне дымқыл түскенде, сәуле өткізгіштің бұзылуына алып келетін деңгейге жеткенде кернеу жоғарылайды. Сәуле өткізгіштің беріктілігін жоғарылатудың эффективті тәсілдерінің бірі сәуле өткізгішке герметикалық жабынмен келтіріп, оларды жасау. Металды герметикалық жабынмен жабу лабораторияда беріктігі 12-ден 15 ГПа аралығында болатын сәуле өткізгіш түрлерін алды. 1.3-ші суретте полимерлі (а) және металды (б) жабынмен талшықты сәуле өткізгіштердің беріктілігінің орналасу функциялары көрсетілген
Сурет 1.3. Талшықты сәуле өткізгіштердің беріктілігінің орналасу функциясы [1].
1.2 Екі диэлектрлі ортаның бөлінген шегіндегі жарықтың сыну көрсеткіші мен шағылысуы және толық ішкі шағылысу
Жарықтың шағылысуы. Егер екі ортаның бөлінген шегіне жарық түскенде, белгілі бір бөлігі шағылысады. Шағылысқан жарықтың шамасы құлайтын жарық көзі мен жарық құлайтын үстіңгі бет нормалі арасындағы α1 бұрышына байланысты. Мұндағы термин жарық көзі жарық энергиясы өтетін жолды анықтау үшін қолданылады. Шағылысқан жарық көзі мен жарық құлайтын үстіңгі бет нормалі арасында түзілген, α2 бұрышы мен шағылысқан жарық көзі үшін (Сурет 1.4), келесі талаптар күшіне енеді.
Сурет 1.4. Жарықтың шағылысуы [2].
Шағылысқан жарық көзі:
˗құлайтын жарық көзі мен жарық көзі құлайтын үстіңгі бет нормалі арасында түзілетін, жазықтықта калып кояды;
-құлайтын жарық көзіне қатысты жарық көзі құлайтын үстіңгі бет нормаліне қарама-қарсы бетте жатады;
-жарық көзі құлайтын үстіңгі бетке қатысты шағылысу бұрышы болады, құлау бұрышына тең.
, (1.1)
Жарық көзінің сынуы. Оптикасы төмен тығыз ортадан (мысалы, ауа) оптикасы жоғары тығыз ортаға (мысалы, шыны немесе су) өткендегі α құлау бұрышына жарық көзі кіргенде, онда оның таралу бағыты жарық көзі құлайтын үстіңгі бет нормаліне байланысты өзгереді, ол басқа бұрыш β сынады.
Изотропты орта үшін, яғни бағыттары бойынша қасиеттері бірдей материалда немесе затта, Снеллиустың сыну заңын қолданамыз: құлау бұрышының сыну бұрышының синусына қатынасы тұрақты шама болып табылады және с1с2 жарық жалдамдығының қатынасына тең, мұнда с1 бірінші орта және с2 екінші орта жылдамдығы (Сурет 1.5).
, (1.2)
Мұнда,α - құлау бұрышы; с1 - бірінші жарық жылдамдығы; β - сыну бұрышы; с2 - екінші жарық жылдамдығы.
Сурет 1.5. Жарықтың сынуы
Екі оптикалық орта ішінен тығызырағы деп, жарық жылдамдығы азын айтамыз.
С0 жылдамдықпен таралатын жарық вакуумнан ортаға с жылдамдықпен өткен кезде келесі қатынас болады:
, (1.3)
Вакуумдағы с0 жарық жылдамдығының ортадағы жарық жылдамдығына қатынасы ортаға байланысты n сыну көрсеткіші деп аталады (толығырақ, фазалық сыну көрсеткіш). Вакуумның (ауа) сыну көрсеткіші no=1 тең.
Әртүрлі екі орта n1 және n2 сыну көрсеткіштерімен және сәйкесінше С1 және С2 жылдамдықтармен келесі қатынас болады:
, (1.4)
Бұдан Снеллиустың тағы бір заңы шығады ─ құлау бұрышының синусы сыну бұрышының синусына қатынасы сыну көрсеткішіне сәйкес кері қатынасқа тең:
, (1.5)
Егер жарық n1 сыну көрсеткішімен орта арасының үстіне, және жаймен төмендететін бұрыштың n2n1 сыну көрсеткіші ортасымен немесе жаймен жоғарылайтын бұрыш a құлауында, анықталынған aо құлау бұрышында сыну бұрышы (Сурет 1.6) тең болады.
Сурет 1.6. Толық ішкі шағылысу
1'- толығымен шағылған жарық көзі;
2'- сыну бұрышында сынған жарық көзі;
3'- сынған жарық көзі.
Бұл жағдайда жарық көзі екі орта бөлігінің үстінде параллель таралады. Құлау бұрышы aо екі орта арасындағы критикалық бұрыш деп аталады.
Критикалық бұрыш aо үшін келесі теңдік болады:
, (1.6)
яғни критикалық бұрыш n1 және n2 екі орталарының сыну көрсеткіштеріне тәуелді болады.
Мысалы, критикалық бұрыш үшін сумен және ауамен шығады және ; шыны арасымен және ауамен ол тең болады және [3].
Құлау бұрышы а критикалық бұрыштан aо үлкен жағдайда барлық жарықтар үшін тығыз ортада оптикада сәулелердің сыну көрсеткіштеріне сәйкес емес.
Толық ішкі шағылысу дегеніміз осы жарық көздері оптикалық тығыз ортаға кері шағылысуын айтамыз.
Толық ішкі шағылысу ортаның үстіңгі қабатында тек оптикасы көбірек тығыз ортадан (мысалы, шыны ) оптикасы азырақ тығыз ортаға (мысалы, ауа ) таралғанда шағылысады, және кері жағдайда болмайды [4].
1.3 Сандық апертура
Толық ішкі шағылысу эффектісі оптикалық волноводтарда түзіледі, яғни сәуле өткізгіш ортасында сыну көрсеткіші шыны жүрекше болады және оның айналасында сыну көрсеткіші шыны қабыршақ болады, сонымен бірге -ден бірнеше жоғары болады (Сурет 1.7).
Сурет 1.7. Талшықты сәуле өткізгіште жарық көзінің таралуы
теңдігінен келесідей, яғни сәуле өткізгіш өсінен көп емес бұрышқа қарай тебілетін барлық сәулелер жүрекшеде таралады.
Сәулені сырттан жүрекшеге енгізу үшін (ауаның сыну көрсеткіші ), жарық көзімен сәуле өткізгіш oсі арасында енгізу бұрышы арқылы сыну заңымен сәйкесінше анықтауға болады:
, (1.7)
және сәйкесінше,
, (1.8)
критикалық бұрышқа қатысты нәтижесі келесідей болады:
, (1.9)
Максималды мүмкін енгізу бұрышы, (сәуле өткізгіш соңындағы сәуле) деп сәуле өткізгіштің апертуралы кіріс бұрышы айтылады. Ол тек қана екі сыну көрсеткіштеріне байланысты: және Апертуралы кіріс бұрышының синусы деп NA сәуле өткізгіштің сандық апертурасы айтылады:
, (1.10)
Талшықты сәуле өткізгіште сәуле енгізу үшін бұл шама өте маңызды болып табылады [5].
1.4 Сыну көрсеткішінің жиіліктік және кеңістіктік өзгерістері
Толқындық пакеттер ішінде әр түрлі ұзындықтарына байланысты бөлек толқындар әр түрлі жылдамдықтармен таралады. Мұндай толқындық пакеттің таралу жылдамдығы деп топтық жылдамдықты айтады. Анықталынған және топтық сыну көрсеткіші сәйкесінше, сыну көрсеткішінің келесідей түрімен сәйкестендырыледі:
, (1.11)
1.8-ші суретте l толқын ұзындығына байланысты таза кварцты шыны үшін, және үшін қисықтары көрсетілген.
Сурет 1.8. Сыну көрсеткіші және толық сыну көрсеткіші (100% SiO2)
1.1-ші кестеде кварц үшін және бірнеше сандық мәндері келтірілген.
Кесте 1.1. Сыну көрсеткіш және топтық сыну көрсеткіш .
Толқын ұзындығы l, нм
Сыну көрсеткіші n
Топтық сыну көрсеткіші ng
600
1,4580
1,4780
700
1,4553
1,4712
800
1,4533
1,4671
900
1,4518
1,4646
1000
1,4504
1,4630
1100
1,4492
1,4621
1200
1,4481
1,4617
1300
1,4469
1,4616
1400
1,4458
1,4618
1500
1,4446
1,4623
1600
1,4434
1,4629
1700
1,4422
1,4638
1800
1,4409
1,4648
теңдігі сыну көрсеткішінің көлбеу қисығын береді, яғни қарастырылып отырған толқын ұзындығының диапазонында кері болып табылады. Сондықтан кез келген толқын ұзындығында топтық сыну көрсеткіші сыну көрсеткіші n-нен көп. Оптикалық сигналдарды жіберу уақытын есептеу үшін, тек қана топтық сыну көрсеткішін қолдану қажет [6].
Маңыздысы, толқын ұзындығы 1300 нм жақындағанда, топтық сыну көрсеткіші өзінің минимумына түседі. Мұндай толқын ұзындығының диапазоны әсіресе оптикалық байланыс үшін қызықты емес болып табылады.
Талшықты сәуле өткізгіште мода таралуы, осы профильдің сыну көрсеткішінің таралуының үлгісіне байланысты (Сурет 1.9).
Сурет 1.9. Талшықты сәуле өткізгіштің сыну көрсеткішінің профилі
Тәжірибелерде қолдану үшін маңыздысы Қуат заңы бойынша суреттелетін, сыну көрсеткішінің таралу профилі болып табылады. Бұл сыну көрсеткішінің профилі радиус бойынша қисықтың өзгерісі радиустың қуат функция суреттеледі:
үшін (жүрекшеде) (1.12)
және
, үшін (қабыршақта) (1.13)
мұндағы,
─ жүрекше ортасындағы сыну көрсеткіші;
─ оптикалық талшық осі бойындағы сыну көрсеткіші;
─ сыну көрсеткішінің нормаланған айырмашылығы;
r ─ оптикалық талшық осінен қашықтық, мкм;
a ─ жүрекше радиусы, мкм;
u ─ қуат профилінің көрсеткіші;
─ қабыршақтың сыну көрсеткіші [7].
Сыну көрсеткіштерінің нормаланған айырмашылағы NA сандық апертурасымен немесе және сыну көрсеткіштерінің келесі түрімен сәйкестендіріледі:
, (1.14)
Ерекше жағдайларды белгілейік (Сурет 1.9):
- үшбұрышты профиль
- параболоидты профиль
u(R)Yen - сатылы профиль (n шамасының шегі шексіз).
Тек соңғы жағдайда ғана ─ сатылы профиль кезінде, шыны жүрекшесіндегі сыну көрсеткіші тұрақты болып тұрады. Барлық басқа профильдер үшін шыны жүрекшедегі сыну көрсеткіші талшықты сәуле өткізгіш осімен n2-ден шыны қабыршақтың n1-ге дейін біртіндеп өседі.
Сондықтан мұндай профильдерді сыну көрсеткіштерін таратудың градиентті профильдері деп атайды. Мұндай атау әсіресе шамасы болатын параболоидты профильге жақсы айтылған, мұндай профилі бар оптикалық талшық жарық көзін жіберуде өте жақсы сипаттамаларға ие болады [8].
1.5 Сатылы профильді,градиентті профильді және көпсатылы профильді сыну көрсеткішінің оптикалық талшығы
Сатылы профильді сыну көрсеткішінің талшықты сәуле өткізгіштегі шыны жүрекшеде жарық көзі бағытталуы үшін, толық ішкі шағылысу, яғни шыны жүрекшенің сыну көрсеткіші n1 екі шынылы орта шегіндегі шыны қабыршақтың сыну көрсеткішінен көбірек болуы қажет. Егер сыну көрсеткіші n1 жүрекшенің көлденең қимасы бойынша бірдей болса, онда сыну көрсеткіші сатылы профильді болады, себебі шыны қабыршақтан шыны жүрекшеге өткен кезде сыну көрсеткіші сатылы түрде өседі және сол жерде өзгеріссіз қалып кояды. 1.10-шы суретте сатылы профильді сыну көрсеткішінің талшықты сәуле өткізгіші көрсетілген, сонымен бірге жарық көзі сәйкестендірілген бұрыштармен таралуы көрсетілген. Мұндай талшықты волновод сатылы профильді сыну көрсеткіш сәуле өткізгіші немесе сатылы сәуле өткізгіш деп аталады. Мұндай талшықты сәуле өткізгішті дайындау оңай болып табылады. Бірақта бұл түрі қазіргі уақытта жиі қолданылмайды. Мұндай сәуле өткізгіште жарықты жақсы тарату үшін, төменде үлгісі көрсетілген (Сурет 1.10).
Сурет 1.10. Көпмодалы оптикалық талшықта сәулелердің таралу жолдары
Сатылы профильді көпмодалы сәуле өткізгіштің сыну көрсеткішінің өлшемдері:
─ жүрекше диаметрі мкм;
─ қабыршақ диаметрі мкм;
─ жүрекшенің сыну көрсеткіші ;
─ қабыршақтың сыну көрсеткіші [9].
Критикалық бұрышы aо үшін толық ішкі шағылыс теңдеуі, яғни құлау нормалінің аз бұрышы, жарық көзі шыны жүрекшеде бағытталады және шыны қабыршақта сынбайды:
; , (1.15)
Талшықты сәуле өткізгіш осімен Pound(90о-aо) бұрыш түзетін барлық жарық көздері, шыны жүрекшеде таралады.
Шыны жүрекшеге жарық сырттан енгенде (ауа ), сыну заңын ескеру керек, себебі оптикалық талшыққа анықталынған апертуралы бұрыш q арқылы ене алады. Мұндай жағдайда:
, , (1.16)
Мұндай талшықты сәуле өткізгіш көпмодалы болып табылады. Мұнда таралатын жарық импульсі, сәуле өткізгіштің бөлек модаларында таралатын, көптеген құраушылардан құралады. Осы модалардың әрқайсысы волноводқа енерде өздерінің анықталынған ену бұрыштарында оянады және сәйкесінше сәулелердің әртүрлі таралу жолдарымен шыны жүрекше шегінде бағытталады. Модалардың әрқайсысы әр түрлі жағдайдағы оптикалық жолдармен өтеді, сондықтан сәуле өткізгіштің шығысына түрлі уақытта жетеді. Шыны жүрекше мен қабыршақтың сыну көрсеткіштері сәйкес сияқты, көп уақытта өтуі мен аз уақытта өтуі сәйкес болып келеді, сондықтан мұндай қатынас D сыну көрсеткішінің нормаланған айырмашылығы сияқты шамада болады, яғни 1%-тен жоғары.
Егер сатылы сәуле өткізгіш параметрлері келесі түрде болса, яғни оның бойында тек бір ғана мода бағытталса, яғни нақтысы фундаменталды (негізгі) мода HE11, бұл модалық дисперсия толығымен өшірілуі мүмкін [10].
Бірақта негізгі мода мұндай сәуле өткізгіштің өту шамасында уақыт бойынша кеңейеді. Мұны хроматикалық дисперсия деп атайды, себебі материал қасиеті болып табылады, ережеге сәйкес кез келген оптикалық сәуле өткізгіште орны болады. Хроматикалық дисперсиямен салыстырғанда толқын ұзындығы 1200-ден 1600 нм болатын диапазонда қатысты аз болады немесе жоқ болады. Фундаменталды моданың өлшемін суреттеу үшін (аумақтың радиалды амплитудасы), мода аумағының диаметрі 2wo термині енгізілген. Толқын ұзындығы 1200 нм көп болатын диапазонда фундаменталды моданы бағыттайтын, аз өшуімен сатылы талшықты сәуле өткізгішті жасау үшін, мода аумағының диаметрі 2wo 10 мкм-ге дейін азайтылуы керек. Мұндай сатылы талшықты сәуле өткізгіш бірмодалы оптикалы талшық деп аталады.
Мұнда маңыздысы, жүрекше диаметрі ғана емес, сонымен бірге сандық апертура және кіріс апертура бұрышы көпмодалы сатылы сәуле өткізгіш параметрлерімен салыстырғанда әлде қайда аз болып табылады, ол бірмодалы сәуле өткізгішке жарық көзін енгізуді қиындатады.
Егер бірмодалы сәуле өткізгіштерде иілуі немесе байланысы болса, өшу сипаттамаларына әсер ететін мода аумағының диаметрінің өлшемі маңызды фактор болып табылады. Сонымен мода аумағының диаметрін үлкейту иілгенде сәуленің өтуін нашарлатады, бірақ бөлінген және бөлінбеген байланыстарда шығындарды төмендетеді [11].
Көпмодалы сатылы сәуле өткізгіште модалар ұзындықтары әр түрлі оптикалық жолдармен таралатындықтан, сәуле өткізгіштің соңына әр түлі уақытта жетеді. Егер шыны жүрекшенің сыну көрсеткіші сәуле өткізгіш осінде максималды шама n0 - ден, үстіңгі шек пен қабыршықтың сыну көрсеткішінің шамасы n2-ге дейін параболоидты кішірейсе, онда бұл қалаусыз модалық дисперсия кішіреюі мүмкін. Мұндай градиентті профилді сыну көрсеткіш немесе профиль деңгейінің көрсеткіші u=2 болатын қуат заңы бойынша профильдің сыну көрсеткіші келесідей теңдеулермен сипатталады:
, жүрекшеде үшін (1.17)
, қабыршақта үшін (1.18)
Мұндай градиентті профильді сыну көрсеткіші болатын оптикалық волновод, сонымен бірге градиентті сәуле өткізгіш деп атайды.
Сыну көрсеткіші градиентті профильді сәуле өткізгіштің өлшемдері:
─ жүрекше диаметрі мкм;
─ қабыршақ диаметрі мкм;
─жүрекшенің максималды сыну көрсеткіші ;
─ сыну көрсеткіштерінің айырмашылығы .
1.11-ші суретте жарық толқындарының әр түрлі тәртіп жолдары және сыну көрсеткіші градиентті сәуле өткізгіш профилі келтірілген.
Сурет 1.11. Сыну көрсеткіші градиентті профильді оптикалық талшық
Оптикалық талшықта жарық көздері толқын және бұранда тәріздес бұрандалы (спираль) траектория бойымен өтеді. Сатылы профильді сыну көрсеткішінен айырмашылығы, олар ирек болып таралмайды. Шыны жүрекшеде сыну көрсеткіштері үздіксіз өзгеретіндіктен сәулелер үздіксіз сынады, сондықтан олар толқындық траектория бойымен таралатындықтан таралу бағыттары өзгереді. Волновод осінің айналасында тербелетін сәулелер, сәуле өткізгіш осімен өтетін сәулелерге қарағанда, ұзын жолмен өтеді. Бірақта, оптикалық талшық осімен бөлек сыну көрсеткіштерінің аз болуына байланысты, бұл сәулелер ұзын оптикалық жолдарда аз уақытта өтуіне байланысты, сәйкесінше тез таралады. Нәтижесінде әр түрлі сәулелердің әртүрлі уақытта кешігулері мүмкіндігінше жойылады. Сыну көрсеткішінің дәл параболоидты профильді жасау кезінде градиентті сәуле өткізгіште кешігу уақытының айырмашылығын өлшеу нәтижесінде 1 км қашықтықта 5мкс жарықтың өту уақытысы кезінде 0,1 нс шамасынан көп құрайды [12].
Градиентті сәуле өткізгіштерде бұл кешігу уақытының мәнсіз айырмашылығы материал дисперсиясымен байланысады. Жүрекшенің және қабыршақтың сыну көрсеткіштері толқын ұзындығының l түрлілігіне байланысты өзгеруі, ол пайда болады. Сондықтан сыну көрсеткішінің айырмашылығы D және профиль деңгейінің көрсеткіші u толқын ұзындығына тәуелді. Параболоидты градиентті профильдің оптималды деңгей көрсеткіші теориялық түрде келесі формуламен есептеледі:
, (1.19)
параметрі сияқты, сыну көрсеткішінің айырмашылығы D толқын ұзындығына l тәуелді, сондықтан профиль деңгейінің көрсеткішіде u толқын ұзындығына тәуелді.
кезінде градиентті сәуле өткізгіштердің сыну көрсеткішінің профилі ─ модалар толқын ұзындығының шектелген диапазонында ғана кешігу уақытының бірдей болуын мүмкін етеді [13].
Градиентті талшықты сәуле өткізгіштің сыну көрсеткіші сәуле өткізгіш осінен r қашықтыққа тәуелді болғандықтан, жүрекшеге енетін жарық көзі үшін маңызды рөл атқаратын сандық апенртура r функциясы болып табылады.
, (1.20)
Кәдімгі сыну көрсеткішінің градиентті профилімен сәуле өткізгіш үшін, сандық апертура тең болады:
, (1.21).
және сәуле өткізгіш өсіндегі максималды кіріс апертуралық бұрыш :
; , (1.22)
Бірмодалы талшықты сәуле өткізгіштегі дисперсия, дисперсияның екі түрінен құралады. Бір жағынан сыну көрсеткішіне тәуелділікті шақыратын материал дисперсия болады және сәйкесінше, толқын ұзындығына жарық жылдамдығы тәуелді (Сурет 1.11), . Екінші жағынан, шыны жүрекше мен қабыршақ бойынша фундаменталды мода НЕ11 жарығын таратылуының тәуелділігінің нәтижесінде волноводты дисперсия пайда болады және сәйкесінше толқын ұзындығынан сыну көрсеткішінің айырмашылығына байланысты: . Бірге алынған екі дисперсияны хроматикалық дисперсиясы деп аталады. Кварцты шыныда 1300 нм-ден көпболатын диапазонда дисперсияның осы екі түрі қарама-қарсы шегі де болады. Материал дисперсиясы тек басқа легірленген қоспалардың көмегімен ғана кішкене ғана өзгеруі мүмкін. Керісінше, волноводты дисперсия сыну көрсеткіші профилінің басқа структураларын қолданғанда қатты әсерге ұшырауы мүмкін [14].
Қарапайым бірмодалы сәуле өткізгіш сыну көрсеткішінің профилі сыну көрсеткішінің айырмашылығының D сатылы түрінде болады. Мұндай қарапайым дисперсия материалы волноводты дисперсия структура профилінің шамасы, толқын ұзындығы l=1300 нм кезінде нөлге тең болады.
Егер басқа да толқын ұзындығы кезінде, нөлдік дисперсия болса, онда волноводты дисперсияны және, сәйкесінше талшықты сәуле өткізгіш профилінің структурасын өзгерту қажет. Бұл сыну көрсеткішінің көпсатылы немесе сегментті профильге алып келеді. Осы профильдерді қолдану арқылы , талшықты сәуле өткізгішті жасауға болады, егер олардың нөлдік дисперсиядан 1550 нм-ге дейін жылжыса (жылжымалы дисперсиясымен талшықты сәуле өткізгіш деп аталатын) немесе дисперсия шамасы 1300-ден 1550 нм толқын ұзындығы диапазоны аралығында өте аз (жұмсартылған дисперсиясымен талшықты сәуле өткізгіш немесе өтелетін дисперсиясымен талшықты сәуле өткізгіш деп аталатын) болуы керек [15].
1.6 Оптикалық талшық және оптикалық талшықтың түрлері
Опто-талшықты сызықты байланыстың маңызды компоненті - оптикалық талшық. Сигналды жіберу үшін екі түрлі талшық қолданылады: бірмодалық және көпмодалық. Көптеген елдердің өнеркәсіптері шығарылған өнімнің кең номенклатурасын және опто-талшықты сызықты байланыстың компоненттерін меңгерген. Байқау тиіс опто-талшықты сызықты байланыстың компоненттерін өндіруші, бірінші кезекте опто-талшықтың жоғары деңгейде шоғырлануымен ерекшеленеді. Кәсіпорындардың көпшілігі АҚШ-та орналасқан. Америкалық фирмалар негізгі патент иелері болғандықтан (бірінші кезекте "CORNING" фирмасына қатысты). Басқа фирмалармен лицензиялық келісім жасауының және кәсіпорындарды бірігіп құрудың арқасында өндірушілерге және әлемдегі опто-талшықты сызықты байланыс компоненттерінің нарығына ықпал етеді. Талшық өзінің атын ішіндегі сәулеленудің таралу әдісіне байланысты алды. Талшық өзектен және әр түрлі сыну көрсеткіші бар n1 және n2 қабықтан тұрады.
Сурет 1.12. Бірмодалық және көпмодалық талшық
Бірмодалық талшықта жарық өндіруші желінің диаметрі шамамен 8-10 мкм, яғни жарықтық толқын ұзындығымен салыстырамыз. Мұндай геометрияда талшық ішінде тек бір ғана сәуле (бірмода) тарала алады. Көпмодалық талшықта жарық өндіруші желінің диаметрі шамамен 50-60 мкм болғандықтан көп мөлшердегі сәуленің таралуына (көпмода) мүмкіндік береді. Талшықтың екі типі де екі маңызды параметрлермен сипатталады: сөну және дисперсиямен. Сөну әдетте дБкм-мен өлшенеді. Ол жұтылуға кеткен шығынмен және оптикалық талшықта сәуленің шашырауымен анықталады.Жұтылуға кеткен шығын материалдың тазалығына байланысты. Шашырауға кеткен шығын материалдық біркелкі сыну көрсеткішіне тәуелді.
Сурет 1.13. Опто-талшықтағы терезе
Сөну - талшыққа енгізілетін сәулелік толқын ұзындығына байланысты болады. Қазіргі кезде талшықтан сигнал жіберу үш диапазонда іске асырылады және дәл осы диапазондарда кварц жоғары түссіздік қасиетке ие болады: 0.85 мкм, 1.3 мкм, 1.55 мкм [16].
Оптикалық талшықтың басқа бір маңызды параметрі - дисперсия. Дисперсия дегеніміз - бұл спектраль және модалардан құралған оптикалық сигналдың уақыт бойынша шашырауы. Дисперсияның үш түрі бар: модалы, материалды және волноводты.
Модалы дисперсия көпмодалы талшыққа тән және таралу уақыты әр түрлі болатын көп мөлшерде модалардың есебінен болады.
Материалды дисперсия - моданың сыну көрсеткішінің толқын ұзындығына тәуелділігіне байланысты.
Волноводты дисперсия - моданың ішкі процесстеріне байланысты және модалардың таралу жылдамдығының толқын ұзындығына тәуелділігімен сипатталады [17].
Сәуле өткізгіш немесе лазер толқын ұзындығынан бірнеше спектр шығаратындықтан, талшық бойынша таралу кезінде, дисперсия импульстерді кеңейтуге әкеледі және сонымен бірге сигналдардың бұрмалануын жасайды. Өткізу жолағы термині - бұл құн, 1 км қашықтықтағы оптикалық талшық бойынша өту кезіндегі импульстің кеңеюінің кері шамасы. Өткізу жолағы анықтамасынан байқалғаны, дисперсия жіберілген сигналдың жоғарғы жиілігіне және жіберудің ұзақтылығының шегіне қойылады.
Егер көпмодалы твалшық бойынша жарық таралған кезде, ережеге сәйкес модалық дисперсия болады, онда бірмодалы талшыққа дисперсияның соңғы екі түрі ғана тән 1,3 мкм толқын ұзындығында бірмодалы талшықтағы материалды және волноводты дисперсиялар бірін - бірі толтырады, ол өткізу қабілетінің жоғарылығымен қамтамасыз етеді [18].
Оптикалық талшықтың әр түрлі түрлерінің әлсіреуі бойынша және өткізу жолағы бойынша сипаттамалары өте жақсы болады, себебі онда тек бір ғана сәуле таралады. Бірақта көпмодалыға қарағанда бірмоданың сәулелену көздері бірнеше есеге қымбат. Бірмодалы талшықта сәуле өткізгіш сымдарының өлшемдерінің аздығына байланысты сәулеленуді енгізу қиынырақ, осы себептенде бірмодалы талшықтарды аз шығындармен қосу қиын. Бірмодалы кабельдерді оптикалық коннекторлармен аяқтау қымбатқа түседі.
Көпмодалы талшықтар монтаждау кезінде ыңғайлы, себебі сәуле өткізгіш сымдары бірмодалы талшыққа қарағанда бірнеше есеге үлкен. Көпмодалы кабельдерді аз шығындарымен оптикалық коннекторларды тоғысында аяқтау оңайырақ (0,3 dB - ге дейін). Көпмодалы талшықта толқын ұзындығы 0,85 мкм-де сәулелер есептелінген үлкен ассортиментте шығарылатын ең қолжетімді және арзан сәулелер. Бірақ осы толқын ұзындығында көпмодалы талшықтар 3-4 dBкм шектерінде болады және айтарлықтай жақсаруы мүмкін емес. Көпмодалы талшықта өткізу жолағы 800 МГц*км болады, ол жергілікті желі байланысы үшін рұқсат етілген, бірақ магистральды сызығы үшін жеткілікті емес.
Оптикалық талшықтарды мынадай түрлерге бөлуге болады: кварцты - полимерлі және полимерлі.
Кварцты оптикалық талшықтар жоғарғы тазалықтағы кварц шыныдан жасалады (жүрекше және жарық шағылыстырғыш қабықша) және алшақ, ішкі және объекті аралық байланыс жүйелері үшін пайдаланылады.
Кварц - полимерлік оптикалық талшықтар - кварц жүрекшесі мен полимерлі жарық шағылыстырушы қабықшадан жасалады, ішкі және объекті аралық байланыс үшін пайдаланылады.
Полимер оптикалық талшықтар - жоғары оптикалық қасиеттері бар полимерлік материалдардан жасалады, кейбір ішкі объектілер байланыс жүйесі үшін, жарықтандыру, безендіру және медицинада пайдаланады.
Ұзақ қашықтыққа сигналдарды беруге арналған оптикалық талшықтарды дайындау үшін, аз шығынды және жоғарғы көрінетін қасиетке ие материалдар қолданылады. Жүрекше материалы жұту мен шашырау кезінде ең аз шығынға ие болу керек. Бұл талапқа тазалығы және сапасы жоғары біртекті шынылар сәйкес келеді [19].
Шыны - элементтер мен химиялық қосылыстардан тұратын аморфты қатты зат, бұл кристалдық күйде болады. Бұл компоненттер кристалда тұрақты массив (мыс, балқытылған кремний тетраэдрдан тұрады - SiO4), ал шыныда тұрақты емес каркас түзеді.
Көптеген шыныларда көрінетін аумақ және жақын инфрақызыл толқын ұзындығы ең төменгі сіңіру қасиетіне балқытылған кварц жоғары тазалығымен біртектілігі береді. Кварц ішкі төмен шығындар дисперсиясымен басқа шыны түрлерімен ерекшеленеді. Кварцтың жоғары балқу нүктесі оптикалық талшықты өндіру үшін арнайы технологиясын талап етеді және төменгі температурада буланып түрлі қоспалардан арылуға мүмкіндік береді.
Кремний балқымасының шағын сыну көрсеткіші N=1,4585 рефлексиялық жүрекшесі мен кварц өндірісінде активтендірілген кварц шыныны құрайды. Таза кварц сипаттамаларын деңгейінде басқа да сипаттамаларын сақтай отырып, қажетті мәнге сыну индекс мәнін қоспаларды арттыру немесе азайту үшін қолданады. Балқытылған кремний шынының сыну көрсеткішін азайту үшін - бор тотығын фтор қоспаларын пайдалануға болады, ал арттыру үшін кремний, фосфор, аллюминий және титан.
Оптикалық талшықтар өндірісінде бейорганикалық материалдардан басқа, жоғарғы молекулалық бойлық бағдарлы бейорганикалық полимерлік материалдар пайдаланылады, ол талшықтарға иілгіштік қасиет береді. Бұл материалдарға полиметилметакрилат, полистрол, фторополимер және басқалары жатады.
Жарық шағылдырғыш кварц - полимер оптикалық талшықтар қабықшасы ретінде полимерлі материалдар қолдануға болады, балқыған полимердің балқу сыну көрсеткішісінен төмен. Бұл материалдар инфрақызыл сәуле аймағында төмен сіңіру қасиетімен сипатталады. Оларға, кейбір силиконды полимерлер және тефлон жатады.
Сыртқы ортаның химиялық және физикалық әсерінен оптикалық талшықтарды қорғау үшін, полимерлік материалдар жасалған қорғаныс жабындылары қолданылады.
Полимер жабыны үшін қойылатын негізігі талаптар келесідей:
Жабын материалы жеткілікті дәрежеде қатты болу керек, механикалық зақымнан қорғау үшін;
Шағын деформациялардан талшықты қорғау үшін, жабын қалың, серпімді және талшық ұзындығы бойынша біркелкі болуы шарт;
Оптикалық талшық қабықшасындағы механикалық тербелістердің таралуын ұстап қалу үшін арнайы материал қолданылады;
Талшықты тартып шайбаны жеткенше жабу, тез бекітілуі тиіс.
Барлық талаптарға жауап беретін полимерлі материалды табу практика жүзінде мүмкін емес болып отыр.
Бірінші қабат, эпоксидті лакпен тефлон немесе полимер балқымасының негізінде жүзеге асырылады.
Екінші немесе негізгі қабат, фторопласт, полипропиленнен, нейлон, капрон, жоғары немесе төмен қысымда полиэтилен жасалады. Іс жүзінде нейлон - 12 жиі қолданылады, оптикалық талшықта микроиілгіштік туғызбайды.
Соңғы кездері біріншілік пен негізгі қабаттар арасына жұмсақ полимерлі материалдан жасалған демпферлік қабатты қолданады, мысалы, полиуретан. Демпферлік қабат микроиілуді болдыратын беткі қысым мен температураның әсерлерін минимумға түсіреді, себебі опто-талшық демпферлейтін қабат ішінде араласуы мүмкін.
Көбірек таралған бірмодалы және көпмодалы кварцты талшықтардың бірнеше сипаттамаларын және ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz