Спектрлік тығыздайтын оптикалық демультиплексор конструкциясын есептеу
КІРІСПЕ 4
1.АҚПАРАТ ӨЛШЕУ ЖҮЙЕСІНДЕГІ ОПТИКАЛЫҚ ДЕМУЛЬТИП. ЛЕКСОРДЫ ЖАСАУ ТЕХНОЛОГИЯСЫ ШОЛУ 5
1.1Спектралды тығыздайтын ақпаратты.өлшеуіш жүйесінің жасалуына қойылатын талаптар 5
1.2 Интегралды.оптикалық демультиплексордың түрі және олардың жалпысипаттамасы 9
1.3 Демультиплексорлардың толқын өткізгішті құрылымын қалыптастыру технологиясы 11
1.3.1Оптикалық сигналдарды (каналдар) жүйелі бөлу негізіндегі демультиплексорлар 11
1.4 Қорытпалы талшықты.оптикалық демультиплесорлар 14
1.5 Спектралды тығыздықты ақпараттық.өлшеуіш өнеркәсіптік үлгілердің сипаттамалары 16
2.ОПТИКАЛЫҚ ДЕМУЛЬТИПЛЕКСОРЛАРҒА СПЕКТРАЛДЫ МЕЖЕЛІСИПАТТАМА 18
2.1 Қиылыс кедергілерін (критерий бойынша 30 дБ) есепке ала отырып демултиплексорлардың шектік спектралды сипаттамаларын есептеу 18
2.1.1 Жүйе параматрінен фотодетекторға келіп түсетін қуаттың тәуелділігін есептеу 18
2.2Сигнал/шуылқатынасы 23
2.3 Демультиплексорларды сыртқы факторларғасынау(зерттеу) 26
2.4 Демультиплексорлардың температуралық әсерлерге төзімділігі 29
2.5 Демультиплексордың қиылыс кедергілері мен келетін шығындары 32
2.6 Демультиплексорладың оптикалық сипаттамаларын өлшеу 33
3.СПЕКТРАЛДЫ ТЫҒЫЗДАЙТЫН ОПТИКАЛЫҚ ДЕМУЛЬТИРЛЕК.СОР КОНСТРУКЦИЯСЫН ЕСЕПТЕУ 35
3.1 Ақпараттық.өлшеуіш жүйелер үшін оптикалық демультиплексорлар конструкциясы 35
3.2 Призмалық және бірмодалы спектралды тығыздықты оптикалық демультиплексордың конструкциясын есептеу 37
ҚОРЫТЫНДЫ 42
ҚОЛДАНЫЛҒАНӘДЕБИЕТТЕРТІЗІМІ 43
1.АҚПАРАТ ӨЛШЕУ ЖҮЙЕСІНДЕГІ ОПТИКАЛЫҚ ДЕМУЛЬТИП. ЛЕКСОРДЫ ЖАСАУ ТЕХНОЛОГИЯСЫ ШОЛУ 5
1.1Спектралды тығыздайтын ақпаратты.өлшеуіш жүйесінің жасалуына қойылатын талаптар 5
1.2 Интегралды.оптикалық демультиплексордың түрі және олардың жалпысипаттамасы 9
1.3 Демультиплексорлардың толқын өткізгішті құрылымын қалыптастыру технологиясы 11
1.3.1Оптикалық сигналдарды (каналдар) жүйелі бөлу негізіндегі демультиплексорлар 11
1.4 Қорытпалы талшықты.оптикалық демультиплесорлар 14
1.5 Спектралды тығыздықты ақпараттық.өлшеуіш өнеркәсіптік үлгілердің сипаттамалары 16
2.ОПТИКАЛЫҚ ДЕМУЛЬТИПЛЕКСОРЛАРҒА СПЕКТРАЛДЫ МЕЖЕЛІСИПАТТАМА 18
2.1 Қиылыс кедергілерін (критерий бойынша 30 дБ) есепке ала отырып демултиплексорлардың шектік спектралды сипаттамаларын есептеу 18
2.1.1 Жүйе параматрінен фотодетекторға келіп түсетін қуаттың тәуелділігін есептеу 18
2.2Сигнал/шуылқатынасы 23
2.3 Демультиплексорларды сыртқы факторларғасынау(зерттеу) 26
2.4 Демультиплексорлардың температуралық әсерлерге төзімділігі 29
2.5 Демультиплексордың қиылыс кедергілері мен келетін шығындары 32
2.6 Демультиплексорладың оптикалық сипаттамаларын өлшеу 33
3.СПЕКТРАЛДЫ ТЫҒЫЗДАЙТЫН ОПТИКАЛЫҚ ДЕМУЛЬТИРЛЕК.СОР КОНСТРУКЦИЯСЫН ЕСЕПТЕУ 35
3.1 Ақпараттық.өлшеуіш жүйелер үшін оптикалық демультиплексорлар конструкциясы 35
3.2 Призмалық және бірмодалы спектралды тығыздықты оптикалық демультиплексордың конструкциясын есептеу 37
ҚОРЫТЫНДЫ 42
ҚОЛДАНЫЛҒАНӘДЕБИЕТТЕРТІЗІМІ 43
Ақпарат - өлшеуші жүйесінің дамуының бірден бір түрі ақапарат қабылдайтын оптиклық талшықтарды пайдаланумен байланысты. Электр кабелінің негізінде жасалған жүйелерден гөрі оптикалық талшықты техниканың көп ерекшеліктері бар. Олар: шуылдан қорғалғандығы, жоғары ақпарат жіберу қаблеттілігі және кеңжолақтығы.
Кейінгі кезде талшықты-оптикалық техниканың базасында ақпаратты өлшеуші жүйелердің дамуы кеңейіп жатыр.Адамдардың хабар алмасу қажеттілігінің сұранысы көбею де.Оптикалық талшықтарда арқылы хабар алмасудың жылдамдығы мен географиялық кеністігі ұлғайып жатыр[1]. Ақпарат таратудың нағыз керекті көлемінің ордасы отикалық талшықтар болды .
Талшықты – оптикалық ақпарат жіберу жүйесінің жасау кезінде оптикалық сәулелер бірігуі немесе бөліну міндеттері туындайды.Бұрын үлкен жолақты өткізу талшықтарын байланыс каналына бөлу үшін уақытша мульиплексированиені пайдаланатын [2]. Бірақ құрылғылардың модулация және мультиплексирлеу кезінде қиындықта көбейіп, бұл технологияны пайдаланудың мүмкіндігін шектеді. Бұдан шығу жолының бірі толқын ұзындығына қарай мульиплексирлеу немесе спектралдық мультиплексирлеу жасау болып табылады.
Сенімді мультиплексорлар мен демультиплексорлар жасау бірден бір қиындық туғызып отыр. Себебі олар сыттан әсер ететін факторларға төзімді, жылжымалы объектердін ақпарат өлшеуіш аппаратынық құрамында жұмыс істеу міндетінде: яғни жер асты транспорттық құралдады,аэроғарыштық аппараттар,теңізасты немесе теңізбеті кайықтарда. Бұндай құралдар негізделген стандартқа сәйкес,механикалық соққылардың көпреттік әсер ету үдеуі 150g,жиілік диапазоннында вибация 1 ден 5000Гц бірге вибация үдеуі 40g , жұмысшы температурасы -600С тан +850С болуы тиіс.
Спектралды мультиплексрлеу технологиясы пайдалану кезінде, бірмезетте әртүрлі толқын ұзындығындағы мәліметті бір ғана оптикалық талшық арқылы жіберуге мүмкіндік береді. Және де пайдаланылып тұрған желіден қосымша оптикалық қабатты кабельді алып тастауға мүмкіндік береді. Қазіргі кезде спектралды мультиплексрлеу технолоиясы көпнесе үлкен қашықтықтағы байланыс желілерінде пайдаланылады. Осы технологияның кең тараған аумақтарына қалалық желілер, облыстық маштабтағы желілер және кабельдік телевидение жүйелері кіреді.
Теориялық түрде ақпаратты кез келген толқы ұзындығының диапазонында жіберуге болады, алайда көп жағдайда спектрлі мультиплексрлеу төменгі диапазонда, яғни толқын ұзындығы 1550-1310 нм аралығында қалады. Бірақ осы дапазондардың өзі де жіберілген ақпараттың көлемінің ұлғаюына мүмкіндік бере алады.
Кейінгі кезде талшықты-оптикалық техниканың базасында ақпаратты өлшеуші жүйелердің дамуы кеңейіп жатыр.Адамдардың хабар алмасу қажеттілігінің сұранысы көбею де.Оптикалық талшықтарда арқылы хабар алмасудың жылдамдығы мен географиялық кеністігі ұлғайып жатыр[1]. Ақпарат таратудың нағыз керекті көлемінің ордасы отикалық талшықтар болды .
Талшықты – оптикалық ақпарат жіберу жүйесінің жасау кезінде оптикалық сәулелер бірігуі немесе бөліну міндеттері туындайды.Бұрын үлкен жолақты өткізу талшықтарын байланыс каналына бөлу үшін уақытша мульиплексированиені пайдаланатын [2]. Бірақ құрылғылардың модулация және мультиплексирлеу кезінде қиындықта көбейіп, бұл технологияны пайдаланудың мүмкіндігін шектеді. Бұдан шығу жолының бірі толқын ұзындығына қарай мульиплексирлеу немесе спектралдық мультиплексирлеу жасау болып табылады.
Сенімді мультиплексорлар мен демультиплексорлар жасау бірден бір қиындық туғызып отыр. Себебі олар сыттан әсер ететін факторларға төзімді, жылжымалы объектердін ақпарат өлшеуіш аппаратынық құрамында жұмыс істеу міндетінде: яғни жер асты транспорттық құралдады,аэроғарыштық аппараттар,теңізасты немесе теңізбеті кайықтарда. Бұндай құралдар негізделген стандартқа сәйкес,механикалық соққылардың көпреттік әсер ету үдеуі 150g,жиілік диапазоннында вибация 1 ден 5000Гц бірге вибация үдеуі 40g , жұмысшы температурасы -600С тан +850С болуы тиіс.
Спектралды мультиплексрлеу технологиясы пайдалану кезінде, бірмезетте әртүрлі толқын ұзындығындағы мәліметті бір ғана оптикалық талшық арқылы жіберуге мүмкіндік береді. Және де пайдаланылып тұрған желіден қосымша оптикалық қабатты кабельді алып тастауға мүмкіндік береді. Қазіргі кезде спектралды мультиплексрлеу технолоиясы көпнесе үлкен қашықтықтағы байланыс желілерінде пайдаланылады. Осы технологияның кең тараған аумақтарына қалалық желілер, облыстық маштабтағы желілер және кабельдік телевидение жүйелері кіреді.
Теориялық түрде ақпаратты кез келген толқы ұзындығының диапазонында жіберуге болады, алайда көп жағдайда спектрлі мультиплексрлеу төменгі диапазонда, яғни толқын ұзындығы 1550-1310 нм аралығында қалады. Бірақ осы дапазондардың өзі де жіберілген ақпараттың көлемінің ұлғаюына мүмкіндік бере алады.
1. Дианов Е.М. От тера-эры к пета-эре // Вестник Российской академии наук.2000,т.70,№11,с.10Ю.
2. Введение в интегральную оптику // Под ред. М. Барноски. - М.: Мир, 1977.-367 с.
3. Хансперджер Р. «Интегральная оптика», М. «Мир», 1985, 379 с.
4. Основы построения открытых систем / М.: ИРЭ РАН. 1999. 10 с.
5. Дианов Е.М., Прохоров А.М. Лазеры и волоконная оптика // Успехи
физических наук. 1986. Т.148. Вып.2. С.37-112
6. Волоконная оптика в измерительной и вычислительной технике /
Казангапов А.Н., Патлах А.Л., Вилып Р. и др. Алма-Ата: Наука. 1989. 248 с.
7. Берикашвили В.Ш., Ключник Н.Т., Чижов B.C., Яковлев М.Я. Волоконно-оптические датчики для измерения в высоковольтных сетях // Высокиетехнологии в промышленности России. Материалы 8 Международной
конференции. М.: ЦНИТИ "Техномаш". 2002. С. 147-152.
8. Слепов Н.Н. Современные технологии оптоволоконных сетей связи /М.:Радио и связь. 2000. 468 с.
9. Системы обработки информации. Взаимосвязь открытых систем. Базоваяэталоннаямодель. ГОСТ 28906-91.
10. Системы обработки информации. Взаимосвязь открытых систем. Базоваяэталоннаямодель. ГОСТ 28906-91.
11. Sotobayashi Н., Konishi A., Chujo W., Ozeki Т. Simultaneously generated3.24 Tbit/s (81 WDM x 40 Gbit/s) carrier suppressed RZ transmission using asingle supercontinuum source // Proc. 27th European Conference on OpticalCommunication. Amsterdam.- 2001.- pp. 56-57.
12. Taga H. Long distance transmission experiments using the WDM technology.Journal of Lightwave Technology, vol. 14, No.6,1996, p. 1287 - p. 1297.
13. Потапов В.Т. Optical fiber communication 2003 // Фотон-Экспресс-2003.-№4.- c.3.
14. АдамеM. Введение в теорию оптических волноводов, Москва «Мир»
1984.
15. БерикашвиллиВ ЛИ., Ключник Н.Т., Костенко К.Н., Яковлев М.Я.
Интегрально-оптические волноводные дисперсионные элементы.
Юбилейная Международная научно-техническая конференция «Высокие
технологии в промышленности России», с. 127-136, М., 2004.
16. Бусурин В.И., Носов Ю.Р. Волоконно-оптические датчики: физические
\основы, вопросы расчета и применения / М.: Энергоатомиздат. 1990. 256 с.
17. Убайдуллаев P.P. Волоконно-оптические сети / М.: Эко-Трендз. 2001.
268 с.
18. Снайдер А., Лав Дж. Теория оптических волноводов / М.: Радио и связь.1987. 656 с.
19. Беланов А.С., Дианов Е.М. Соотношения для расчета параметров
многомодовых волоконных световодов в системах связи // Электросвязь.
1985. №10. С.7-9.
20. Листвин А.В., Листвин В.Н., Швырков Д.В. Оптические волокна для
линий связи М.: ЛЕСАРарт. 2003. 288 с.
21. Костенко К.Н., Яковлев М.Я.. Демультиплексор как средство реализации технологии спектрального уплотнения // Материалы П Межрегионального семинара «Нанотехнологии и фотонные кристаллы», М.: МГТУ им. Н.Баумана, 2004, с.276-283.
22. Иванов А.Б.. Волоконная оптика: Компоненты, системы передачи,
измерения. М.: Компания Сайрус Системе, 1999, 671 с.
23. Рождественский Ю.В. Сплавные волоконно-оптические мультиплексоры/демультиплексоры и их применение в телекоммуникационных системах. / «Фотон-Экспресс», 2004, №1(31), с.16-18.
24. Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для
различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации,
хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов
внешней среды. ГОСТ 15150-69.
25. Изделия электронной техники. Классификация по условиям применения и требования по стойкости к внешним воздействующим факторам. ГОСТ25467-82.
26. Agrawal G.P. Fiber-optic communication systems, 1997, New York, John
Wiley & Sons, 2nd ed., p.456.
27. Kartalopoulos S.V. Introduction to DWDM Technology. ШЕ Press, New York,2000.
28. Костенко K.H., Бажанов Ю.В., Яковлев М.Я. Методы спектрального
уплотнения оптических сигналов. Материалы XIМеждународной научно-
технической конференции «Высокие технологии в промышленности
России», М., 2005, с.235-243.
29. Фримен Р.. Волоконно-оптические системы связи. Под.ред. Н.Н.Слепова, М., 2003, с.447.
30. Рождественский Ю.В. Волоконно-оптические разветвители //
Информационный бюллетень «Фотон-Экспресс», 2003, №4(30), с.24-28.
31. ОхашиМ., СасакиХ., ТанакаД. Сплавные разветвители 1x4 канала звездообразного типа// Фотон-экспресс. 2004. № 3(35). С.12-13.
32. ImotoК., MaedaМ., KiinugiyamaН. et al. New biconically tapered liber starcoupler fabricated by indirect heating method // Journal of Lightwave Technology.1987.№5.P.694-699.
33. Патент США. №52430821 МПК6G02B 6/24. 1995 г.
34. Guo S., Albin S. Transmission property and evanescent wave absorption of
cladded multimode fiber tapers // Optics express. 2003. V.ll. № 3. P.215-223.
35. Lamont R., Jonson D., Hill K. Power transfer in fused biconical-taper singlemodefiber couplers dependence on external refractive index // Applied optics.
1985. V.24.№3.P.327-332
36. Каталогфирмы AMP. 2003 г.
37. Семенов A.C., Смирнов В.Л., Шмалько А.В. Интегральная оптика для
систем передачи и обработки информации / М.: Радио и связь. 1990. 224 с.
38. Аксенов В.А., Воробьев И.Л., Иванов Г.А. и др. Потери в одномодовых волоконных световодах с треугольным профилем показателя преломления на однократных изгибах по малому радиусу. // М., Радиотехника, №12, с.27-30.
39. Okamoto К. Integrated Optical WDM Devices. Proc.ECIO-95. 62/EWCI-l,
pp.1-6,1995.
40. Ключник Н.Т., Иванов Г.А., Шилов И.П., Яковлев М.Я., Житковский
В.Д. Оптические разветвители на основе слоевых световодных структур для систем передачи информации // Высокие технологии в промышленности
России (материалы и устройства электронной техники). Коллективная
монография на основе пленарных докладов 10 Международной конференции.
М.:ЦНИТИ «Техномаш». 2004. С.365-408.
41. Карпушин В.Б. Виброшумы радиоаппаратуры. М.: Сов.радио. 1977.
320 с.
42. Ключник А.Н., Костенко К.Н., Фаловский В.Ф., Яковлев М.Я.
Исследование оптических характеристик демультиплексоровпри внешних
воздействующих факторах // Материалы ХП Международной научно-
техническойконференции. М., 2006, с.305-310.
43. Берикашвилли В.Ш., Ключник Н.Т., Костенко К.Н., Яковлев М.Я.
Интегрально-оптические волноводные дисперсионные элементы для ВОЛС //
Технология и конструирование в электронной аппаратуре — 2005-№2, с.10-16.
44. Бажанов Ю.В., Тимергазеева Л.К. Методика оптимизации параметров
фокусирующих дифракционных решеток. //Оптический журнал.- 2004.- Т. 71,
№ 1.-С.17-21.
2. Введение в интегральную оптику // Под ред. М. Барноски. - М.: Мир, 1977.-367 с.
3. Хансперджер Р. «Интегральная оптика», М. «Мир», 1985, 379 с.
4. Основы построения открытых систем / М.: ИРЭ РАН. 1999. 10 с.
5. Дианов Е.М., Прохоров А.М. Лазеры и волоконная оптика // Успехи
физических наук. 1986. Т.148. Вып.2. С.37-112
6. Волоконная оптика в измерительной и вычислительной технике /
Казангапов А.Н., Патлах А.Л., Вилып Р. и др. Алма-Ата: Наука. 1989. 248 с.
7. Берикашвили В.Ш., Ключник Н.Т., Чижов B.C., Яковлев М.Я. Волоконно-оптические датчики для измерения в высоковольтных сетях // Высокиетехнологии в промышленности России. Материалы 8 Международной
конференции. М.: ЦНИТИ "Техномаш". 2002. С. 147-152.
8. Слепов Н.Н. Современные технологии оптоволоконных сетей связи /М.:Радио и связь. 2000. 468 с.
9. Системы обработки информации. Взаимосвязь открытых систем. Базоваяэталоннаямодель. ГОСТ 28906-91.
10. Системы обработки информации. Взаимосвязь открытых систем. Базоваяэталоннаямодель. ГОСТ 28906-91.
11. Sotobayashi Н., Konishi A., Chujo W., Ozeki Т. Simultaneously generated3.24 Tbit/s (81 WDM x 40 Gbit/s) carrier suppressed RZ transmission using asingle supercontinuum source // Proc. 27th European Conference on OpticalCommunication. Amsterdam.- 2001.- pp. 56-57.
12. Taga H. Long distance transmission experiments using the WDM technology.Journal of Lightwave Technology, vol. 14, No.6,1996, p. 1287 - p. 1297.
13. Потапов В.Т. Optical fiber communication 2003 // Фотон-Экспресс-2003.-№4.- c.3.
14. АдамеM. Введение в теорию оптических волноводов, Москва «Мир»
1984.
15. БерикашвиллиВ ЛИ., Ключник Н.Т., Костенко К.Н., Яковлев М.Я.
Интегрально-оптические волноводные дисперсионные элементы.
Юбилейная Международная научно-техническая конференция «Высокие
технологии в промышленности России», с. 127-136, М., 2004.
16. Бусурин В.И., Носов Ю.Р. Волоконно-оптические датчики: физические
\основы, вопросы расчета и применения / М.: Энергоатомиздат. 1990. 256 с.
17. Убайдуллаев P.P. Волоконно-оптические сети / М.: Эко-Трендз. 2001.
268 с.
18. Снайдер А., Лав Дж. Теория оптических волноводов / М.: Радио и связь.1987. 656 с.
19. Беланов А.С., Дианов Е.М. Соотношения для расчета параметров
многомодовых волоконных световодов в системах связи // Электросвязь.
1985. №10. С.7-9.
20. Листвин А.В., Листвин В.Н., Швырков Д.В. Оптические волокна для
линий связи М.: ЛЕСАРарт. 2003. 288 с.
21. Костенко К.Н., Яковлев М.Я.. Демультиплексор как средство реализации технологии спектрального уплотнения // Материалы П Межрегионального семинара «Нанотехнологии и фотонные кристаллы», М.: МГТУ им. Н.Баумана, 2004, с.276-283.
22. Иванов А.Б.. Волоконная оптика: Компоненты, системы передачи,
измерения. М.: Компания Сайрус Системе, 1999, 671 с.
23. Рождественский Ю.В. Сплавные волоконно-оптические мультиплексоры/демультиплексоры и их применение в телекоммуникационных системах. / «Фотон-Экспресс», 2004, №1(31), с.16-18.
24. Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для
различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации,
хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов
внешней среды. ГОСТ 15150-69.
25. Изделия электронной техники. Классификация по условиям применения и требования по стойкости к внешним воздействующим факторам. ГОСТ25467-82.
26. Agrawal G.P. Fiber-optic communication systems, 1997, New York, John
Wiley & Sons, 2nd ed., p.456.
27. Kartalopoulos S.V. Introduction to DWDM Technology. ШЕ Press, New York,2000.
28. Костенко K.H., Бажанов Ю.В., Яковлев М.Я. Методы спектрального
уплотнения оптических сигналов. Материалы XIМеждународной научно-
технической конференции «Высокие технологии в промышленности
России», М., 2005, с.235-243.
29. Фримен Р.. Волоконно-оптические системы связи. Под.ред. Н.Н.Слепова, М., 2003, с.447.
30. Рождественский Ю.В. Волоконно-оптические разветвители //
Информационный бюллетень «Фотон-Экспресс», 2003, №4(30), с.24-28.
31. ОхашиМ., СасакиХ., ТанакаД. Сплавные разветвители 1x4 канала звездообразного типа// Фотон-экспресс. 2004. № 3(35). С.12-13.
32. ImotoК., MaedaМ., KiinugiyamaН. et al. New biconically tapered liber starcoupler fabricated by indirect heating method // Journal of Lightwave Technology.1987.№5.P.694-699.
33. Патент США. №52430821 МПК6G02B 6/24. 1995 г.
34. Guo S., Albin S. Transmission property and evanescent wave absorption of
cladded multimode fiber tapers // Optics express. 2003. V.ll. № 3. P.215-223.
35. Lamont R., Jonson D., Hill K. Power transfer in fused biconical-taper singlemodefiber couplers dependence on external refractive index // Applied optics.
1985. V.24.№3.P.327-332
36. Каталогфирмы AMP. 2003 г.
37. Семенов A.C., Смирнов В.Л., Шмалько А.В. Интегральная оптика для
систем передачи и обработки информации / М.: Радио и связь. 1990. 224 с.
38. Аксенов В.А., Воробьев И.Л., Иванов Г.А. и др. Потери в одномодовых волоконных световодах с треугольным профилем показателя преломления на однократных изгибах по малому радиусу. // М., Радиотехника, №12, с.27-30.
39. Okamoto К. Integrated Optical WDM Devices. Proc.ECIO-95. 62/EWCI-l,
pp.1-6,1995.
40. Ключник Н.Т., Иванов Г.А., Шилов И.П., Яковлев М.Я., Житковский
В.Д. Оптические разветвители на основе слоевых световодных структур для систем передачи информации // Высокие технологии в промышленности
России (материалы и устройства электронной техники). Коллективная
монография на основе пленарных докладов 10 Международной конференции.
М.:ЦНИТИ «Техномаш». 2004. С.365-408.
41. Карпушин В.Б. Виброшумы радиоаппаратуры. М.: Сов.радио. 1977.
320 с.
42. Ключник А.Н., Костенко К.Н., Фаловский В.Ф., Яковлев М.Я.
Исследование оптических характеристик демультиплексоровпри внешних
воздействующих факторах // Материалы ХП Международной научно-
техническойконференции. М., 2006, с.305-310.
43. Берикашвилли В.Ш., Ключник Н.Т., Костенко К.Н., Яковлев М.Я.
Интегрально-оптические волноводные дисперсионные элементы для ВОЛС //
Технология и конструирование в электронной аппаратуре — 2005-№2, с.10-16.
44. Бажанов Ю.В., Тимергазеева Л.К. Методика оптимизации параметров
фокусирующих дифракционных решеток. //Оптический журнал.- 2004.- Т. 71,
№ 1.-С.17-21.
Пән: Автоматтандыру, Техника
Жұмыс түрі: Дипломдық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 43 бет
Таңдаулыға:
Жұмыс түрі: Дипломдық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 43 бет
Таңдаулыға:
Қaзaқcтaн Pecпyбликacының Бiлiм жәнe ғылым миниcтpлiгi
Әл-Фapaби aтындaғы Қaзaқ ұлттық унивepcитeтi
Әбітбек М.Ғ.
СПЕКТРЛІК ТЫҒЫЗДАЙТЫН ОПТИКАЛЫҚ ДЕМУЛЬТИПЛЕКСОР КОНСТРУКЦИЯСЫН ЕСЕПТЕУ.
ДИПЛOMДЫҚ ЖҰMЫC
5В071900-Paдиoтexникa, элeктpoникa жәнe тeлeкoммyникaциялap
мaмaндығы
Aлмaты 2015
Қaзaқcтaн Pecпyбликacының Бiлiм жәнe ғылым миниcтpлiгi
Әл-Фapaби aтындaғы Қaзaқ ұлттық yнивepcитeтi
Физикa-тexникaлық фaкyльтeтi
Қатты дене физикасы және бейсызық физика кафедрасы
Қopғayғa жiбepiлдi
Кaфeдpa мeңгepyшici Пpиxoдькo O.Ю.
ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС
СПЕКТРЛІК ТЫҒЫЗДАЙТЫН ОПТИКАЛЫҚ ДЕМУЛЬТИПЛЕКСОР КОНСТРУКЦИЯСЫН ЕСЕПТЕУ.
5В071900-Paдиoтexникa, элeктpoникa жәнe тeлeкoммyникaциялap
мамандығы бойынша
Орындаған Әбітбек.М.Ғ.
Ғылыми жетекші
ф.-м.ғ.к., аға оқытушы Сванбаев Е.А.
Норма бақылаушы Толегенова А.А.
Алматы , 2015
РЕФЕРАТ
Дипломдық жұмыс 45 беттен, кіріспеден, 3 тараудан, 22 суреттен, 9 кестеден, қорытынды бөлімнен, 44 әдебиет көздерінен тұрады.
Негізгі сөз тіркестер мен терминдердің тізімі: демультиплексор, ақпарат өлшеу жүйелері, спектралды тығыздау, дифракциялық тор.
Дипломдық жұмыстың мақсаты спектралды тығыздайтын оптикалық демультиплексордың конструкциясын зерттеп, оның түрлері мен жұмыс істеу принципін анықтау, осыған байланысты алынған демультиплексордың конструкциясының негізгі параметрлерін есептеу болып табылады.
РЕФЕРАТ
Дипломная работа состоит из 45 страниц, введения, 3 глав, 22 рисунков, 9 таблиц, заключения и 44 использованных литератур.
Основные термины и словосочетания: демультиплексор, информационно-измерительные системы, спектральное уплотнение, дифракционная решетка .
Целью дипломной работы является исследование конструкций оптического демультиплексора со спектральным уплотнением, определить его виды и принцип работы, а также связанные с этим расчет основных параметров конструкции выбранного оптического демультиплексора.
ABSTRACT
This is work's diploma consists of 45 pages, introductions, 3 heads, 24 figures, 9 tables and 44 references.
Basic terms and word-combinations: demultiplexer , informatively-measuring systems, wave length division multiplexing, diffraction grate.
The aim of diploma work is research of constructions of optical demultiplexer with a wave length division multiplexing, to define his kinds and principle of work,
and also related to it calculation of basic parameters of construction of the chosen optical demultiplexer.
МАЗМҰНЫ
КІРІСПЕ 4
1. АҚПАРАТ ӨЛШЕУ ЖҮЙЕСІНДЕГІ ОПТИКАЛЫҚ ДЕМУЛЬТИП- ЛЕКСОРДЫ ЖАСАУ ТЕХНОЛОГИЯСЫ ШОЛУ 5
1.1 Спектралды тығыздайтын ақпаратты-өлшеуіш жүйесінің жасалуына қойылатын талаптар 5
1.2 Интегралды-оптикалық демультиплексордың түрі және олардың жалпы сипаттамасы 9
1.3 Демультиплексорлардың толқын өткізгішті құрылымын қалыптастыру технологиясы 11
1.3.1 Оптикалық сигналдарды (каналдар) жүйелі бөлу негізіндегі демультиплексорлар 11
1.4 Қорытпалы талшықты-оптикалық демультиплесорлар 14
1.5 Спектралды тығыздықты ақпараттық-өлшеуіш өнеркәсіптік үлгілердің сипаттамалары 16
2.ОПТИКАЛЫҚ ДЕМУЛЬТИПЛЕКСОРЛАРҒА СПЕКТРАЛДЫ МЕЖЕЛІ СИПАТТАМА 18
2.1 Қиылыс кедергілерін (критерий бойынша 30 дБ) есепке ала отырып демултиплексорлардың шектік спектралды сипаттамаларын есептеу 18
2.1.1 Жүйе параматрінен фотодетекторға келіп түсетін қуаттың тәуелділігін есептеу 18
2.2 Сигналшуыл қатынасы 23
2.3 Демультиплексорларды сыртқы факторларға сынау(зерттеу) 26
2.4 Демультиплексорлардың температуралық әсерлерге төзімділігі 29
2.5 Демультиплексордың қиылыс кедергілері мен келетін шығындары 32
2.6 Демультиплексорладың оптикалық сипаттамаларын өлшеу 33
3.СПЕКТРАЛДЫ ТЫҒЫЗДАЙТЫН ОПТИКАЛЫҚ ДЕМУЛЬТИРЛЕК- СОР КОНСТРУКЦИЯСЫН ЕСЕПТЕУ 35
3.1 Ақпараттық-өлшеуіш жүйелер үшін оптикалық демультиплексорлар конструкциясы 35
3.2 Призмалық және бірмодалы спектралды тығыздықты оптикалық демультиплексордың конструкциясын есептеу 37
ҚОРЫТЫНДЫ 42
ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ 43
КІРІСПЕ
Ақпарат - өлшеуші жүйесінің дамуының бірден бір түрі ақапарат қабылдайтын оптиклық талшықтарды пайдаланумен байланысты. Электр кабелінің негізінде жасалған жүйелерден гөрі оптикалық талшықты техниканың көп ерекшеліктері бар. Олар: шуылдан қорғалғандығы, жоғары ақпарат жіберу қаблеттілігі және кеңжолақтығы.
Кейінгі кезде талшықты-оптикалық техниканың базасында ақпаратты өлшеуші жүйелердің дамуы кеңейіп жатыр.Адамдардың хабар алмасу қажеттілігінің сұранысы көбею де.Оптикалық талшықтарда арқылы хабар алмасудың жылдамдығы мен географиялық кеністігі ұлғайып жатыр[1]. Ақпарат таратудың нағыз керекті көлемінің ордасы отикалық талшықтар болды .
Талшықты - оптикалық ақпарат жіберу жүйесінің жасау кезінде оптикалық сәулелер бірігуі немесе бөліну міндеттері туындайды.Бұрын үлкен жолақты өткізу талшықтарын байланыс каналына бөлу үшін уақытша мульиплексированиені пайдаланатын [2]. Бірақ құрылғылардың модулация және мультиплексирлеу кезінде қиындықта көбейіп, бұл технологияны пайдаланудың мүмкіндігін шектеді. Бұдан шығу жолының бірі толқын ұзындығына қарай мульиплексирлеу немесе спектралдық мультиплексирлеу жасау болып табылады.
Сенімді мультиплексорлар мен демультиплексорлар жасау бірден бір қиындық туғызып отыр. Себебі олар сыттан әсер ететін факторларға төзімді, жылжымалы объектердін ақпарат өлшеуіш аппаратынық құрамында жұмыс істеу міндетінде: яғни жер асты транспорттық құралдады,аэроғарыштық аппараттар,теңізасты немесе теңізбеті кайықтарда. Бұндай құралдар негізделген стандартқа сәйкес, механикалық соққылардың көпреттік әсер ету үдеуі 150g,жиілік диапазоннында вибация 1 ден 5000Гц бірге вибация үдеуі 40g , жұмысшы температурасы -600С тан +850С болуы тиіс.
Спектралды мультиплексрлеу технологиясы пайдалану кезінде, бірмезетте әртүрлі толқын ұзындығындағы мәліметті бір ғана оптикалық талшық арқылы жіберуге мүмкіндік береді. Және де пайдаланылып тұрған желіден қосымша оптикалық қабатты кабельді алып тастауға мүмкіндік береді. Қазіргі кезде спектралды мультиплексрлеу технолоиясы көпнесе үлкен қашықтықтағы байланыс желілерінде пайдаланылады. Осы технологияның кең тараған аумақтарына қалалық желілер, облыстық маштабтағы желілер және кабельдік телевидение жүйелері кіреді.
Теориялық түрде ақпаратты кез келген толқы ұзындығының диапазонында жіберуге болады, алайда көп жағдайда спектрлі мультиплексрлеу төменгі диапазонда, яғни толқын ұзындығы 1550-1310 нм аралығында қалады. Бірақ осы дапазондардың өзі де жіберілген ақпараттың көлемінің ұлғаюына мүмкіндік бере алады.
1. АҚПАРАТ ӨЛШЕУ ЖҮЙЕСІНДЕГІ ОПТИКАЛЫҚ ДЕМУЛЬТИПЛЕКСОРДЫ ЖАСАУ ТЕХНОЛОГИЯСЫ ШОЛУ
1.1 Спектралды тығыздайтын ақпаратты-өлшеуіш жүйесінің жасалуына қойылатын талаптар
Ақпарат - өлшеуіш жүйелері (АӨЖ)функционалды біріккен көмекші және санауыш құралдарды және де байланыс каналдарды құрайды. Физикалық орта ретінде пайдаланылған жарық жүретін талшықтар лазер сәулелерімен біріге отырып,біраз жаңа мүмкіндіктермен қамтылған [4]. Оның негізгісі:өткіз ордасының кең жолақтығы және шуылдан қорғалғандығы [5-6]. Талшықты-өлшеуіш жүйе тек қана жіберу функциясын емес, онымен қоса ақпарат өлшеуін қабылдайтын болғандықтан, оның құрамына талшықты-оптикалық датчиктердің болуы тиіс [7-9].
Оптикалық талшықтың өткізу жолағының негізі болып толқын ұзындығына байланысты спектралды тығыздайтын технология болып табылады. Бұл технологияны пайдлану әр түрлі ұзындықта бір талшық арқылы
түрлі ақпарат жіберуге мүмкіндік туырады ( аналокті, жоғары жиілікті,аса жоғары жиілікті және сандық) [10]. Оптикалық күшейткіштер пайда болғанға дейін, ақпаратты жіберу қысқа қашықтықта ғана мүмкін еді (бір неше ондаған киломертге дейін). Спектралды тығыздайтын технологиясының дамуымен қатар, ақпараттар жіберу қашықтығы міндеті қаралды. Белсенді оптикалық талшықтардың негізінде жасалған кванттық оптикалық күшейткіштер пайда болғаннан кейін электронды-оптикалық күшейткіштер дамуы тоқтатылды [11].
Брэгганың торлы күшейткішінің пайда болуы, спектралды тығыздайтын құралдардын жұмысының кеңжолақтылығы мен сигналдың толқын ұзындығын барлық диапазонға күшейтті [12]. Бұндай күшейткіштер ретрансляторлар ретіде орнатылады, және де модулдің жіберуші шығысында немесе модульдің қабылдағыш кірісіде.
Спектралды тығыздайтын көпканалды талшықты-оптикалық АӨЖ - нің схемасы сурет1.1 берілген .
Сурет 1.1. Байланыс каналының спектралды тығыздайтын АӨЖ
талшықты- оптикалық блок-схемасы
Бұл жүйе келесі құраушы элементтерден тұрады: Л-лазерлер, И- ақпарат легінің көзі, М-модуляторлар, МОУ-оптикалық күшейткіш, ОУ-кванттық оптикалық күшейткіш, Д-фото детекторлар. Көпканалды талшықты-оптикалық АӨЖ-нің ең керекті құралы мультиплексор-демультиплексор болып табылады.
Ақпарат көзінен әрбір сигнал және лазерге сәйкестендірілген сигнал λ1 , λ2 , ..., λn толқын ұзындығымен модулаторға келіп түседі. Одан кейін сигнал модулатор арқылы мультиплексорға өтеді, ол жерде сигналдар спекралды тығыздалады. Мультиплексордың шығысында біз тығыздалған сигналға ие боламыз,олар керекті қашықтыққа жіберуге дайын. Бәрімізге белгілі, оптикалық талшықтар өзіне тән өшу коэффиценті болады [13] , соған байланысты кейбір қашықтықта күшейткіштер орнатылу керек . Бірақ күшейткіштер сигналдын формасын қалпына келтіре алмайды. Сол себепті 1000 км қашықтыққа жіберілетін сигналдарда міндетті түрде регенератор орнатылуы керек, өйткені олар сигналдарды қалпына келтіріп отырады .Байланыс жолының сонында демультиплексорлар болады. Олар келіп жеткен ақпарат сигналын керекті фотоқабылдағыштарға немесе каналдық толқынөткізгіштерге бөліп отырады.
Демультиплексорлар спектралды тығыдауда негізінеде мультиплексорлардында жұмысын атқара алады. Сол себепті демультиплексор схемасын ортақ ретінде қарастырамыз.Демултьлексордың негізі элементі болып дисперсиялы элемет, ол жиілікке ( толқын ұзындығы)дифакция бұрышының байланысын қамтамасыз етеді. Басқа элементтер көмекші жұмыс атқарады және олардын параметрлері бойынша дұрыс тандасақ құрылғынын сипаттамасы жалпы түрде нашарламайды.
Демультиплексордың жұмысының негізгі, толқын ұзындығының спектралды селекция принцпі болып табылады . Спектралды селекцияны екі түрлі жасалуы бар: олар дифракция негізінде және интерференция негізінде.
Дифракция негізіндегі демультилексорлар бұрыштық дисперсиялы элементтер қолданылады, яғни дефракиялы тор тәріздес, олар кеңістікте толқын ұзындығын фото детектордың жолақты элементі арқылы немесе талшықты оптикалық торлық жиын арқалы бөледі [14].Ойық(майысқан қайырытған,иілген) шағылдырғыш пайдаланған кезде, шығыста фокустайтын объект қажет етілмейді. Интерференция негізіндегі демультиплексорларда тармақтаушы (разветвитель) және оптикалық фильтр құралдарының мүмкіндіктерін пайдаланылады.
Сурет 1.1-де көрсетілгендей мультиплексор бірнеше тасушы толқын ұзындықтарын бір ақпаратты лекке біріктіретін құрал ретінде пайдалануға мүмкіндік береді. Ал демультиплексор кері операция орындайды. Ол осы лектен толқын ұзындындықтарын бөліп алып, сәйкесінше каналдарға бағыттайды. Диэлектрлік ортада оптикалық толқындар өзара ауыспалы бола алатын қасиеттеріне байланысты, бұл құрылғыларды қосылуына қарай мультиплексор және демультиплексор орнына қолдануға болады. АӨЖ -де нақты тағайындауға байланысты, ақпарат жіберуге оптикалық сәулелену ақпарал каналының жақын толқын ұзындығының диапазонында орындалады: яғни 0,85 мкм; 1,3 мкм; 1,55 мкм, жәнеде айқын диапазон: 0,5-0,7 мкм [15].
Теория жүзінде 0,5-1,8 мкм ұзындықты құрайтын диапазонда ақпарат жіберіле береді,бірақ тәжірбеге келсек спектралды мультиплексрлеудің диапазоны қысқа немесе тар болады, толқындардың ұзындығы 1300 және 1550 нм құайды. Бірақ бұл диапазондарда ақпаратты жіберуге көптеген мүмкіндіктер береді(200 дейгі канал). Қазіргі таңда спектралды мультиплексрлеу технологиясы көп жіберу жолағын қажет ететін, үлкен ұзындықтағы байланыс желілерінде қолданылады.
Спкетралды тығыздау технологиясын қалалық, локальды және ішкі объектілік желілерде пайдаланған тиімді.
АӨЖ-де қолданылатын оптикалық талшықтар екі түрге классификацияланады: бірмолдалық және көпмодалық, сонымен қатар өтімділігімен сатыланған және сыну көрсеткіші градиетік профильді талшықтарға бөледі.
Бірмодалық оптикалық талшықтардың Dc өзекше диаметрі жіберілген оптикалық сәуленің ұзындығындай ( Dc = 6-10 мкм), яғни ол бір ғана моданың таралуын қамтиды. Бірмодалық талшықтардың дисперсиясының аз көлемі және соған байланысты жоғары кеңжолдылығына(~1000ГГц∙км) қарай олады алысқа ақпарат жіберетін талшықты оптикалық жүйелер құрастыруға қолданады [16].
Көпмодалық оптикалық талшықтардың өзекшесінің диаметрі 50 ден 200 дейін мкм құайды. Осыған орай оптикалық талшықтарда үлкен мөлшерде М мода таралады ( бірнеше жүздеген немесе мыңдаған), олар мына қатынас арқылы анықталады [17,18]:
; (1.1)
; (1.2)
Мұндағы V-толқын арнасының параметрі, Dс - талшықтың өзегінің диаметрі, λ-толқын ұзындығы, nc - талшықтың өзегінің сыну көрсеткіші, n0 - талшық қабықшасының сыну көрсеткіші.
Көпмодалы талшықтар бірмодалыға талшықтарға қарағанда жоғарғы дисперсиялық және өткізу жолақтары төмен (200-800 МГц∙км) болып келеді. Осыған байланысты көпмодалық талшықтарды негізінен талшықты-оптикалық АӨЖ-де қызқа( бірнеше километр) ақпарат жіберетін жолақтарды құастыру үшін қолдану тиімді.
Бірмодалыға қарағанда көпмодалы оптикалық талшық мынадай қасиеттерге ие [17]:
сәулелендірулерге талап азаяды - сәуле кірістіру үшін арзан, сонымен қатар күшті шалаөткізгішті лазерлерді және жарық шығарушы диодтарды қолданады;
оптикалыққабылдағыш модуліде фотосезгіштік аумақтың диаметрі үлкен фотодиодтар қолдануға мүмкіндік бар, олардың сезгіштігі жоғары және аз қаражатты керек етеді;
көпмодалы талшықтарды ұлғайтқанда керек шет жақтардың сәйкес келу дәлдігі бірмодалы талшықтарды ұлғайтқандағыдан бірқатар төмен;
ажырайтын жалғағыштарға да қойылатын талаптар ұлғайтқан кездегі себептердегідей, бірмодалы талшықтарға арналған оптикалық ажырайтын жалғағыштарға қарағанда біршама азырақ.
Жоғарыда аталған көпмодалы оптикалық талшықтардың артықшылықтры есебінен оларды жылжымалы объектілердің аппаратураларына тән қатаң пайдалану шарттарымен жұмыс істейтін АӨЖ-де қолдану айрықша маңызды. Дегенмен, бірмодалы талшықтардың да артықшылықтарын ұмытпау керек және АӨЖ-ін құрарда талшықтың типін таңдау кезінде ойлану керек.
Сөйтіп, талшықты- оптикалық АӨЖ-дің түрлері көпмодалық оптикалық талшықтардың негізінде жасалады.Көпмодалық оптикалық талшықтардың сипаттамасы кесте 1.1 - де берілген [16,19].
Кесте 1.1
Көпмодалық оптикалық талшықтардың сипаттамасы
Оптикалық талшықтың түрі
Оптикалық талшықтың сипаттамалық атауы
Оптикалық талшықтың сипаттамалық маңыздылығы
Кварцты көпмдалық градиенттік профильді
1)Өзекшенің диаметрі,мкм
Қабықша диаметі,мкм
Сандық апертура
Өшу коэффициенті(λ=1,3 мкм үшін),дБкм ,
Жұмыс кезіндегі толқын ұзындығы,мкм
50+-3
125+-3
0,2+-0,02
3,0
0,85-1,3
2)Өзекшенің диаметрі,мкм
Қабықша диаметі,мкм
Сандық апертура
Өшу коэффициенті(λ=1,3 мкм үшін),дБкм ,
Жұмыс кезіндегі толқын ұзындығы,мкм
100+-3
140+-4
0,2+-0,01
4,0
0,85-1,3
Сатылы сыну көршеткіші бар кварцтық көпмодалы
3)Өзекшенің диаметрі,мкм
Қабықша диаметі,мкм
Сандық апертура
Өшу коэффициенті(λ=1,3 мкм үшін),дБкм ,
Жұмыс кезіндегі толқын ұзындығы,мкм
100+-3; 200+-6
125+-3; 250+-6
0,25+-0,02
3,0
0,6-1,55
Сонымен, қолданыстағы түрлі талшықты-оптикалық АӨЖ-нің басым көпшілігі көпмодалы оптикалық талшықтар негізінде құрылады. Талшықты-оптикалық АӨЖ-де оптикалық талшық арқылы жіберілетін оптикалық сәулелену ағындарын бөлу және біріктіру үшін арнайы интегралды-оптикалық кұрылғыларды - өзара қайтымды мультиплексор-демультиплексорларды құру қажет. Жүйенің тағайындалуына байланысты оптикалық полюстер (каналдар) санымен, оптикалық талшық типімен ерекшеленетін демультиплексорлардың әр түрлері керек. Талшықты-оптикалық АӨЖ-де 1xN (N - кірісшығыс оптикалық полюстер саны) жіберу матрицасы бар демультиплексор қолданылады.
1.2 Интегралды-оптикалық демультиплексордың түрі және олардың жалпы сипаттамасы
Интегралды - оптикалық демультиплексо қабілеттілігі төмен оптикалық көпканалды кұрал болып келеді,оның 1 кірісі және N шығыс оптикалық полюстері бар. Толқын ұзындығына байланысты бұл құралдар оптикалық сәулелерді шығыс плюстерінен сәйкесінше бөліп шығарады [20].
Сурет 1.2. Пассивті оптикалық көпканалды ретіндегі интегралды-оптикалық демультиплексордың көрінісі.
Демультиплексорлардың оптикалық қасиеттері жіберу матрицасымен толықтай сипатталатын көпполюстік разветвительдер сияқты. Олардың элементтеріне K1j немесе k1j оптикалық плюстері арасындағы жіберу коэффициенттері жатады. Ол мына формуламен анықталады [21] :
(1.3)
Мұндағы ,P1-шығыс полюсындағы оптикалық сәуле қуаты; P1j- түіндегі шығыс полюсындағы оптикалық сәуле қуаты
1xN типті демультиплексор үшін матрицалық элементтің мағынасы негізінде оптикалық енгізілетін шығыны А[дБ] мына төмендегі формуламен анықталады:
(1.4)
Ол жерде N-демультиплексордың шығыс полюстерінің саны .
Демультиплексорды жобалағанда негізгі міндет болып жіңішке жолақты толқын ұзындықтарына аз шығынмен қол жеткізу,ол жақын орналасқан каналдарды жекешелейді.Демультиплексордың тағы бір сипаттамасы ауыспалы сөну I болып табылады.Қазіргі кезде байланыс желілерінде ол -30дБ-ден жоғары болмауы тиіс.Бұл дегеніміз спектралды диапазонының шегі (яғни каналдардың жақын орналасуы),толқын ұзындығы анықталған каналдың орталық күші пиктік толқын ұзындығына байланысты кез-келген сигнал 30дБ-ге әлсірейді.Оның коэффициенті келесі формуламен анықталады:
(1.5)
Қолданылатын оптикалық талшықта демультиплексорға байланысты олар көпмодалы немесе бірмодалы болып келеді.Өзекшесінің диаметрі 50 мкм және сыртқы қабығының диаметрі 125мкм-ді көпмодалы оптикалық талшықты аздаған каналды демультиплексор қолданылады.Мұндай талшықты пайдалану қамтамасыз ету деңгейі, қосу каналының айқасқан шуылы 30 дБ-ден төмен болмауымен байланысты.Ресейлік және басқа да шет елдік өндірушілер 1,31,55 мкм толқын ұзындығымен жұмыс істейтін екі каналды демультиплексорларда көпмодалы оптикалық талшықтарды пайдаланады [22]. Бірмодалы демультиплесорлар өзекшесінің диаметрі 5 пен 10 мкм аралығына және сандық апертура NA = 0,12 болатын бірмодалы талышқтар көмегімен құрастырыларды. Мұндағы, яғни бізге беріліп отырған демультиплексорлар жүктелген толқын ұзындығының тар диапазонына (мысалға 1310 +-15 нм, 1550+-15 нм) шығарылып жеткізіліп отырады.
Қозғалмалы обектілердің қилы түрлерінің талшықты-оптикалық АӨЖ құрамындағы жұмысқа арналған интегралды-оптикалық демультиплексорлар үшін олардың басты және жалпы талабы сыртқы әсер факторына (СӘФ) беріктілік болып табылады. Мұндағы өнім тобының орындалу тәуелділігіне байланысты қазіргі стандарттар механикалық және температуралық әсерлерге келесі беріктілік талаптарын орнатады [23,24]:
150 g дейінгі шектік соққылы үдеу әсерімен көп қайталанатын механикалық соққы;
1- - - 5000 Гц жиілік диапазонында 40 g дейінгі амплитуда үдеуімен механикалық діріл;
600С пен +850С диапазонындағы жұмыс температурасы;
СӘФ-қа беріктілік бойынша көрсетілген талаптармен демультиплексорларды құру АӨЖ жүйелеріндегі талшықты-оптикалық компоненттерінің заманауи технологиясының негізгі мәселесі болып табылады.
1.3 Демультиплексорлардың толқын өткізгішті құрылымын қалыптастыру технологиясы
Демультиплексорлардың оптикалық және эксплуатациялық сипаттамалары толқынөткізгішті (жарықөткізгішті) құрылымның қалыптасу әдісі мен конструкциясына тәуелді.
Интегралды-оптикалық демультиплексорларды құру облысындағы техникалық анализ шешімдері толқынөткізгішті құрылымның қалыптасу тәсілімен ерешеленетін негізгі үш типті жіктеп алуға мүмкіндік береді:
оптикалық сигналдарды жүйелі бөлу негізіндегі демультиплексорлар;
иілген дифракциялық тор негізіндегі демультиплексорлар;
фазалық дифракциялық тор негізіндегі интегралды-оптикалық демультиплексорлар;
1.3.1 Оптикалық сигналдарды (каналдар) жүйелі бөлу негізіндегі демультиплексорлар
Бұл типтeгi дeмyльтиплeкcopлap бip тoлқын ұзындығын өткiзiп, қaлғaндapын шaғылдыpyғa бaғыттaлғaн жapтылaй мөлдip қaбықшaлapды (жaбынды) пaйдaланy apқылы жүзeгe acыpылaды.
Мысaл peтiнде Фaбpи-Пepo жәнe Мaxa-Цaндep интepфepoмeтpлepiн, coндaй-aқ oптикaлық cүзгiлep мeн жұқa қaбыpшaқты тoлқын ұзындықтapы нeгiзiндeгi жүйeлepдi дe қapacтыpyғa бoлaды. Фaбpи-Пepo интepфepoмeтpi eкi жұқa плacтинаның бeтінен көп pеттік шaғылғaн жapықтық cәyлеге нeгiздeлген интepференциялық құpылғы бoлып кeлeді. Oның жұмыс iстеу пpинципы сурeт 1.3 көрсeтiлгeн. Әp тoлқын ұзындығынa apнaлғaн интepфepeнциялық мaксимум бap.
Сурет 1.3.Фабри-Перо интерферометрінің жұмыс істеу принципі
Интeрфeрометр eкi жaқын opналaсқан күмicтелген бeттiк көп peтті шaғылyды қoлдaнады. Жарықтың бір бөлігі өтеді, ал бір бөлігі бір-бірімен интерференциялана алатын орналастырылған немесе ауыстырылған көп сәулелердің нәтижесінде құрай отырып жарық екінші бетіне жеткенде шағылады. Интерференцияланатын сәулелердің көп саны ерекше жоғары параметрлермен интерферометрді құрайды. Фабри-Перо интерферометрі негізінде керемет оптикалық сүзгіні құрауға болады. Фабри-Перо сүзгілерінің артықшылықтары түйінге келген қосымша шығынсыз жүйеге интеграциялануы мүмкін . Сүзгіні жөндеу екі айнаның арасындағы саңылау ұзындығын өзгерту арқылы жүзеге асырылады [25].
Мах-Цендер интерферометрін бір тармақтаушының екі шығыс портын екінші тармақтауышның кіріс порттарына қосу жолы арқылы орындауға болады.
Бірінші тармақтаушы әр ағын түрлі фазаға ие болатын (тармақтаушы толқын ұзындығы екінші тармақтаушыда бір бөлшектенген сигналдың өзгесімен интерференция құбылысы болғанынша өзгеріске ие болады) оптикалық сигналды екі еңдей ағынға бөліп тастайды. Мұндай Маха-Центер интерферометрлерінің каскадтар тізбектері бағытталған кідіріспен белгілі түрде тармақтар ұзындығының аз ғана жөндеуімен құрылуы ықтимал оптикалық сүзгі ретінде қызмет атқарады. Маха-Цандер интерферометрінің құрылымының схемалық бейнесі сурет 1.4-те көрсетілген.
Сурет 1.4. Маха-Цандер интерферометрінің құрылымының схемалық бейнесі
Жұмыста [26] Мах-Цандер интерферометрлерінің каскадтық қосылысы спектралды тығыздығы бар АӨЖ-нің жобалауына тағы бір мүмкіндік береді.
Арналардың жүйелі бөлінісі кезінде мультиплексорлар мен демультиплексорларда әдетте әр құрамды сигналдан бір арнаны бөліп алатын (немесе біреуін қосады) бір сатылы жұқа қабыршақты сүзгілерді пайдаланады [27]. Шағылған жарық қайтадан жүйеге түспес үшін сүзгілер оптикалық оське қатысты төмен көлбеуде орналасады. Сүзгілердің мұндай көлбеулікпен орналасуы қабаттардың қалыңдығын эффективті түрде өзгертеді, осылайша сүзгілерді жобалауда ескеруіміз шарт болатын өткізу жолағын да өзгертеді. Сигнал спектрін өңдеу үшін әр фильтрден шағылған жарық олардың теңдестіру мәселесінің ерекше маңыздылығын беретін келесі сүзгіге келіп түсетін көп сатылы сүзгілер жүйеін қолданады (сурет 1.5). Мұндай сүзгілер әдетте көп қабаттар санына ие, сондықтан өткізу сипаттамаларымен қатаң түрде басқаруға болады. Әрине өз кезегінде бұл тар жолақты толқын ұзындығына немесе, тіпті, бір толқын ұзындығына қатысты жіберуге (өткізуге) мүмкіндік береді.
Сурет 1.5. Арналарды жүйелі түрде белгілеу кезінде спектралды тығыздауға арналған жұқа қабыршақты сүзгілердің көп сатылы жүйесі.
Оптикалық сүзгілер әдетте өте аз. Оларды оптикалық жалғағыштарда, адаптерлде және тіпті оптикалық талшықтарда да құруға болады. Осылай орнатылған 1550-1625 нм жолағынжа жұмыс жасайтын сүзгінің кейбір типтік сипаттама мәндері төменде келтірілген [28]:
келген шығын: 1,0 - 1,5;
көрші толқын ұзындықтары бойынша қиылыс кедергілері 35 дБ;
қайтарма (өздік) шығындар: 40 дБ;
жұмыс температурасы: -200С -+700С;
Көп қабатты сүзгі негізіндегі демультиплексорлардың құндылығы немесе жалпақ тілде айтқанда артықшылығы оның құрамына кіретін элементтердің арзандығы мен түрлі типтегі оптикалық талшықтармен қосылу мүмкіндігі болып табылады. Сонымен қатар мұндай жүйелерде спектралды тығыздаудан бөлек маңызды кемшіліктері де бар. Олардың қатарына жеке үлкен оптикалық элементтер санының бір оптикалық жүйеге біріктіру қажеттілігіне негізделген дәлдеу күрделігі енеді. Басқа кемшілігі - кірістен шығыс оптикалық полюске сәуле ағындарын тарату кезінде түрлі оптикалық тығыздықты көптеген орта тарауларының шектерінен шағылуына негізделген өздік шығын мәндері. Мысалға, екі толқын ұзындығын бөлетін сүзгіден өтетін шығындар 4 дБ құрайды, ал қуатты теңдей бөлудің шығынының өзі 3 дБ болады. 1 дБ айырмасы құрылғының өзіне келетін шығындарға сай келеді. Дегенмен, кіріс оптикалық полюстен шығыс оптикалық полюске өткізер жолда қуаттың айтарлықтай мәні бар шығынына алып келетін 10 шағылдырушы беттен тұруы ықтимал [28]. Бұдан бөлек көп қабатты оптикалық сүзгі негізіндегі демультиплексорлар, механикалық қаттылыққа ие емес, салдарынан сыртқы әсер факторларына беріктілік таныта алмайды. Жұқа қабыршақ негізіне қарай отырып кірісінде сәулелену тұрақты құлау бұрышында призма көмегімен болса, шығысында сәулеленудің таралу бағыты паралелльді болып келетін толқынөткізгішті дифракциялық тор арқылы оптикалық сигналдарды парлелльді ерекшелеу жолымен жүйесін құруға болады. Дифракциялық тордың үзік сызық енін түрлендіру арқылы спектралды бөлінетін арналар санына әсер еткендей айыру қабілетіне де әсер етсе болады. Оптикалық сипаттамалары мен СӘФ тұрақтылығына келер болсақ олар практикалық тұрғыда жоғарыда айтылып кеткендей жұқа қабыршақты сүзгілерге ұқсас, яғни сүзгілер параметрлеріне үйлеседі. Көрсетілген мәліметтерге сүйенер болсақ оптикалық сигналдарды белгілеп немесе бөліп алу принципіні негізделген спектралды тығыздығы бар АӨЖ құру кең пайдаланылмайтынын байқаймыз.
1.4. Қорытпалы талшықты-оптикалық демультиплесорлар
Қорытпалы талшықты-оптикалық демультиплексорлар қоспалы талшықты-оптикалық тармақтаушылар негізінде дайындалып құралады және түрлі толқын ұзындығына ие оптикалық сигналдарды бөлу немесе қосуға арналады. Ағындарды қосу үшін [29] әдебиетте келтірілгендей қорытпалы талшықты-оптикалық тармақтаушылар пайдаланады, ал ағындарды бөлу үшін сол тармақтаушылар шығысында оранатылған сүзгілермен қызметке қосылады.
Қорытпалы талшықты-оптикалық демультиплексорлар ең көп өзара байланыстың орнына талшықты электродоғал дәнекерлеу көмегімен дайындалады. Сонымен қатар талшықтар кейде байланы облысы деп аталатын монолитті оптикалық ортамен биконикалық қосылуды құра отырып біртекті массаға ерітіліп, созылып шығарылады [30,31]. Демультиплексорда екі талшық биконикалық бұрмаланумен тығыз бір-бірімен байланыста болады. Жарық ағыны өткен кезде резонанстық құбылысы пайда болады. Нәтижесінде шығыс порттардың кез-келген талшығындағы өзекшеден сәулелену пайда болғанда байланыс облыстарынан өтіп, талшықтың басқа ұштарындағы өзекшеден шығуы мүмкін. Бұл жағдайда бірінші талшықтан екінші талшыққа берілген қуаттың деңгейі талшық арқылы юіьерілетін толқын ұзындығына тәуелді болуы ықтимал. Осылайша белгілі бір анықталған байланыс облысын дайындай отырып толқын ұзындықтарының бірігуіне немесе бөлінуіне қол жеткізуге болады. Қазіргі уақытта кіріс және шығыс полюстерді құратын оптикалық талшықтар монолитті конструкцияға қорытылатын немесе ерітіліп қосылатын қоспалы демультиплексорлар көп таралған. Мұндай демультиплексорларды өңдеу технологиясы келесідей:
-алдымен талшықтарды дәнекерлеуге дайындық жүргізіледі: сыртқы қорғаныс акрильді беттің қысқа аумағында оптикалық талшықты механикалық әдіспен алып тастау, жіті тазалау және ось бойымен талшықты айналдыра бұрау сынды істерді атқаруа болатын олардың арасындағы тығыз байланысты қамтамасыз ету [32];
-дәнекерлеу процесінде созылуын қамтамасыз ететін дайындалған оптикалық талшықтар құрылғыда фиксацияланады;
-соңынан үлкен өзара байланыстың (мысалға шиыршық нүктесіне) орнына талшықтардың электродоғал дәнекерлеуі жүргізіледі [31, 33]; сонымен қатар талшықтар ерітіледі, сосын біртекті массаға созылады және монолитті оптикалық ортамен (байланыс облысы) биконикалық байланысын құрып (конструкциялық тұрғыда) созылады.
Талшықтарды дәнекерлеу кезінде сәйкес келетін толқын ұзындықтарының екеуінің біріне сәулелену жүргізіледі, ал шығыс полюстерінде қуатты өлшеу құралдары орнатылады. Оптикалық талшықтарды дәнекерлеу мен қыздыру процесінде дәнекерлеу орнында конустық аумақтарды симметриялы түрде құру арқылы қыздырылған зонаны созу жүргізіледі. Конустық аумақтар (байланыс облыстары) параметрлерін талшықтың шығыс полюстері арасындағы толқын ұзындықтары бойынша оптикалық қуаттың таралу дәрежесімен анықтайды. Дәнекерленетін талшықтардың қыздырылған зонасын созу толқын ұзындығы бойынша қуаттың қажет таралу деңгейіне жетпейінше жалғастырылады, кейіннен дәнекерлеу процесі тоқтатылады.
Демультиплексордың оптикалық талшықтарын дәнекерлеу орны қорғаныс қабатпен қапталады. Кварцтық түтікке немесе кварцтық төсемеге бекітеді және эпоксидті компаундпен герметизацияланады [34]. Дәнекерлеу орнын орналастыру процесі аяқталуымен 0,25 мм диаметрлі қорғаныс қабаты бар талап етілетін ұзындықты талшық полюстерімен ұзындығы 35-40мм және диаметрі 2,5-4 мм дәнекерленген модуль құрылады.
Оптикалық талшықтардың схематехникалық процесі сурет 1.6-да көрсетілген.
Сурет 1.6. Тармақтаушы негізіндегі талшықты қорытпалы демультиплексордың дайындау әдісі: 1 - оптикалық талшықтар, 2 - қыздырғыш, 3 - қыздыру зонасы, 4 - талшықтарды дәнекерлеу зонасы, 5 - балқытылған биконустық ауысу аймағы;
Осындай әдіспен заманауи байланыс жүйесіне ұсынуға келмейтін, талаптардың орындалуы үшін аз болатын, көрші арнада -20 дБ кем емес ауыспалы сөну мөлшерімен демультиплексор алынады.
Талшықтарды қорыту процесінде қалыптасатын биконустық ауысу секциясы талшықтардың құраушыларына қарағанда салыстырмалы түрде үлкен эффективті сандық апертурамен жұмыс жасайды. Осы себеппен қоспалы аймақ кварцтық жарықты шағылдырушы қабықшаға қарағанда төмен сыну көрсеткішімен ортаны қоршауы тиіс. Биконустық аумақты қолдағы бар төмен сыну көрсеткішті (n=1,4) плолимерлі материалдармен құю (бояу) келетін шығынның мөлшерін арттырады, сондай-ақ оптикалық қуаттың қайта бөлуіне әсерін тигізуі мүмкін [35, 36]. Сондықтан талшықты биконустық құрылымдар балқытылған аумақты ауамен толтыру шартында ғана аздаған артық шығындармен дайындалуы мүмкін. Мұндай физикалық құрылым қатты диэлектрлік үздіксіз орталарды пайдаланумен монолитті құрылым түрінде орындалған араластырғыш зона конструкциясына қарағанда қоршаған ортаның әсеріне қарағанда өте сезімтал болып келеді.
АМР (АҚШ) фирмасының ақпарттарына сүйенсек [37] қорытпалы тармақтаушылар негізіндегі демультиплекорлар конструкциясы 7,9g діріл үдеуімен 10-2000 Гц диапазонындағы механикалық діріл мен отандық стандарттармен орнатылған қозғалмалы объектілердің ақпараттық-өлшеуіш жүйесінің аппаратураға эксплуатациялық талаптарды қамтамасыз ету үшін кем болатын 6g үдеуімен 7,9 g механикалық соққы шарттарына негізделіп эксплуатацияға жол беріледі.
Осылайша қорытпалы демультиплексорларды дайындауда эксплуатация шарттарына сай сенімділік мәселесі (оптикалық сипаттамасы мен ұзақ уақыттық мықтылығын (қорғаныс беріктілігін) сақтау) туындайды. Бұл типтегі демультиплексорлардың елеулі сыртқы механикалық және температуралық әерлерге ұщырайтын қозғалмалы объектілердің АӨЖ аппаратурасында қолдануын шектейді.
1.5 Спектралды тығыздықты ақпараттық-өлшеуіш өнеркәсіптік үлгілердің сипаттамалары
Демультиплексорлардың конструкциясын көбіне олардың тағайындалуы мен эксплуатациялау шарттары арқылы анықтайды, дегенмен барлық әртүрлілік оларды екі тұрге жіктейді: ережеге сай белгіленген монтаждық құрылғылар немесе аппаратураның ішінде орнату үшін аз габаритті орындалу және сыртқы факторлардың тура әсеріне шартталатын эксплуатацияны қамтамасыз ететін корпустық орындалу.
Аз габаритті (корпуссыз) орындалу кезінде қорғалмаған оптикалық талшықтың кескіні демультиплексорлардың шығысы ретінде қолданылады. Корпустық орындалу кезінде оптикалық полюстер оптикалық кабельдің кескінінде немесе корпустың қабырғасында орнатылатын блоктық оптикалық қосқыштардың бөлшегі ретінде рәсімделеді. Дей тұрғанмен айтылғандардың соңғылары түрлі типтегі оптикалық қосқыштардың кабельдік бөлшектерімен аяқталуы мүмкін. Оптикалық және эксплуатацилық сипаттамалар, сондай-ақ демультиплексорлардың кейбір өндірістік үлгілерінің корпустар өлшемі кесте 1.2-де келтірілген.
Кесте1.2
Өндірістік үлгідеі демультиплексорлардың корпустарының өлшемі [22]
Сипаттамалар атаулары
Дайындаушы-форма
1)Кварц
2)Арнайы құру транс
Santec
PCOM
AMP
Оптикалық талшық типі
(өзекшеқабықша)
50125;
10125
10125;
10125;
10125
Жіберу матрицасы
12
14
116
18
116
Келетін шығындар, дБ
1)2-3
2)1
1.9
3.2
5; 6.5
Көрші арнадағы қиылысу кедергілері, дБ
1)30
2)22-24
30
30
30
Механикалық әсерлерге
беріктілік: синусоидалы діріл соққы
1-80 Гц,
15 g
3)
4)
10-2000Гц,
7,9 g
6 g
Жұмыс температурасы, 0С
40...+75
-5...+70
-0...+65
-40...+85
-55...+85
Корпус өлшемі, мм
1)71х68х36
2)80х11х6
3)120х100х8
4)168х100х9
5)108х14х10
108х20х10
Келтірілген ақпараттар анализіне сүйенсек қазіргі уақытта бірмодалы секілді түрлі мақсаттағы ақпаратты жіберудің талшықты-оптикалық жүйесін құруға мүмкіндік беретін кең номенклатураның көп модалы демультиплексорлары да дайындалады. Дисперсиялық элемени ретіндегі шет елдік өндіруші-фирмалардың демультиплексорлары арналық толқынөткізгіштердің матрицасын пайдаланады. Олар аз шығынмен аздаған толқын ұзындығының жұмыс облысында көп арналарды бөлуге болатын мүмкіндігімен сипатталады, алайда мұндай демультиплексорлар эксплуатациялқ шектеулері бар және қымбаттығы бар, сондықтан дайындау технологиясы айтарлықтай күрделі болып келеді.
2. ОПТИКАЛЫҚ ДЕМУЛЬТИПЛЕКСОРЛАРҒА СПЕКТРАЛДЫ МЕЖЕЛІ СИПАТТАМА
2.1 Қиылыс кедергілерін (критерий бойынша 30 дБ) есепке ала отырып демултиплексорлардың шектік спектралды сипаттамаларын есептеу.
Шынайы демультиплексордың максималды арна санының анализі өте маңызды болып келедә және де үлкен тәжірибелік мағынаға ие. Демультиплексордың интегралды-оптикалық жүзеге асырылуын таңдауды үлкен температуралық және механикалық тұрақтылыққа ие екендігімен түсіндірсе болады, жалпы бұл құралдар құрылғылардың түйісу кезінде шығынның азаюын көрсетеді.
Демультиплексорлардың максималды арналар санынын анализдеу кезінде қиылыс кедергілерін ескеру өте маңызды, себебі байланыс жүйесіне арналған шынайы демультиплексорлар осы жүйеге қойылатын талаптарға сай келуі тиіс. Мысалға, қиылыс кедергілерінің деңгейі 30 дБ аспауы керек. Әрине, сәйкес сипаттамаларға қол жеткізу үшін демультиплексордың конструкциясын модификациялау шарт. Демультиплексор рұқсат беретін шектік арналар санын өзгерту кезінде қалай болатындығы зерттеудің мақсатын жүйелейді.
Қойылған тапсырманы орындау үшін сурет 2.1-де келтірілген демультиплексордың жалпыланған сұлбасын қарастырайық.
Демультиплексордың шектік арналар санын анализдеу тапсырмасын қиылыс кедергілерін ескере отырып біршама қарапайым тапсырмаларға бөлуге болады және сол шешілу, яғни тапсырманың орындалып бітуімен жалпы шешімдерді щығарса болады:
1. Аумақтың дисперсиялық элементтің D апертурасына амплитудалық таралуын қарастыру және анализдеу;
2. Линза 2-нің фокальді жазықтығында аумақтың таралуы мен интенсивтілігін қарастыру мен анализдеу;
3. Жүйенің түрлі мәндегі параметрлері кезінде фотодетекторлардың орталықтары арасындағы ≪b≫ бұрыштық қашықтыққа тәуелді түрде бұрыштық өлшеммен ≪а≫ фотодекторда сигналшуыл қатынасын қарастыру және анализдеу;
4. Жүйенің параметрлеріне бұрыштық өлшеммен тәуелді түрде ≪а≫ фотодекторға келіп түсетін қуаттың бөліктерінің I0 тәуелділігін қарастыру және анализдеу;
5. 30дБ критерийі бойынша арналар санын анализдеу.
2.1.1 Жүйе параматрінен фотодетекторға келіп түсетін қуаттың тәуелділігін есептеу
Аумақтың көлденең өлшемі бірмодалы талшықта 10-12 мкм реттілігін құрағандықтан, жазық толқынөткізгішке ендірілген сәуле қатты шашырайды (тарайды). Бұл таралатын түйін жолында планарлы фокустайтын элемен - линза 1 орналасады, және талшық кескіні мен линза ортасының арасындағы қашықтық оның фокустық өашықтығына тең болуы ықтимал - ƒ1. Нәтижесінде түйін коллимирлене бастайды, ал оның ені дисперсиялық элементтің D апретурасына тең болуы тиіс. Енді линза 1-дің ƒ1 фокустық қашықтығын түрлендіре отырып апретурада аумақтың түрлі таралу сәулеленуін ала аламыз.
Аумақтың бірмодалы талшықтың көлденең қимасында амплитудалық таралуы Гаусстық таралумен дұрыс сипатталса [38], онда аумақтың амплтитудалық таралуы дисперсиялық элементтің апертурасына да қатысты солай болатыны белгілі, бірақ дисперсиялық элемент апретурасының шегінде аумақтың өзге мәнімен таралады.
Кіріс оптикалық талшық
Кіріс оптикалық талшық
Сурет 2.1. Дисперсиялық элементтің апретурасында амплитудалық таралудың қалыптасу сұлбасы
Жалпы жағдайда дисперсиялық элементтің апретурасында аумақтың амплитудалық таралуы келесі өрнекпен өрнектеледі:
(2.1)
Е0 - апертура орталығында аумақтың мәні, D - апретура, B - төмендегі өрнекпен анықталатын коэффициент:
(2.2)
Егр - дисперсиялық эдементтің апретурасының шетіндегі өлшем.
Сурет 2.1-ден линза 1 түрлендіре отырып немесе кіріс талшықтың кесегінен түрлі қашықтықта дисперсиялық элементтің апертурасын орналастырып лисперсиялық элемент апретурасының крісінде түрлі таралуларды алса болады.
Бұдан әрі диспресилық элемент амплитудалық таралу кіріс апретурадан шығыс апретура қайталайтынын, сондай-ақ дисперсиялық элементтің апретурасының шетінде өрістің Егр келесі мәндерін пайдалануға болады: : 0,0000000001; 0,0000001; 0,00001; 0,001; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1 (сурет 2.2)
Дисперсиялық элементтің шығыында әр толқын ұзындығына фотодетектор сызғышында өз қабылдағышы немесе арналық толқын өткізгіш сәйкес келді. Фокустайтын жүйенің жоқ болу салдарынан жүйенің өлшемін ұлғайтатын арналарды бөлу қашық зонада жүзеге асады. Сондықтан арналарды бөлуд мейлінше апретураның аз қашықтығына үйлестіреді. Осы мақсатпен диспресиялық элементтен кейін фотоқабылдағыштар орналасатын фокальді жазықтықта линза қойылады.
Сурет 2.2. Апертураның шетінде Eгр өрістің түрлі мәні мезетінде
дисперсиялық элементтің апретурасында өрістердің таралуы
Линза деректі түрде Фурье түрлендіруін шығыратыны және оның фокальді жазықтығында өрістің үлестіруі қашық зона таралуымен сай келетіні белгілі [39].
Сондықтан, дисперсяилық элементтің апретурасында өрістің таралуын біле отырып, қашық зонада немесе линза 2-нің фокальді жазықтығында интенсивтілік пен қрістің таралуын құруымызға болады. Линза 2 фокальді жазықтығының өрісінде келесі өрнекпен анықталады:
, (2.3)
Θ - бұрыштық апертура,К0 - келесі өрнекпен анықталатын толқындық коэффициент:
(2.4)
Интенсивтілік немесе қуаттың өрістің шаршысы сынды екенін біле тұрып былай жазуға болады:
(2.5)
Сурет 2.3. Дисперсиялық элемент апертурасының шетіндегі өрістің түрлі мәні бар кездегі линза 2 фокальді жазықтығында интенсивтіліктің таралуы
Сандық демультиплексорды сандық анализдеу кезінде параметрлердің келесі мәндері пайдаланылды:
λ=1,3 мкм - орталық толқын ұзындығы;
D= 1см - диспресиялық элемент апретураының өлшемі;
Е0 =1 - дисперсиялық элементтің апертурасының орталығындағы өріс көлемі; сурет 2.3- тегі формулалармен (2.3) және (2.5) есептелінген графиктер линза 2 фокальді жазықтығында интенсивтіліктің таралуын көрсетеді.
Қашық зонадағы өріте инетнсивтіліктің таралуын анализдей отырып, дисперсиялық элемент апертурасының шетіндегі өрістің мәні аз болған сайын линза 2 фокальді жазықтығында (яғни бұрыш көлемі ауқымды болады) өріс жинақсыз бола бастайды. Линза 2 фокалбді жазықтығына бұрыіштіқ өлшемі ≪а≫ фотодетекторды орналастыру арқылы, оның бұрыштық өлшем мен дисперсиялық элемент апертурасының шетіндегі аймаққа тәуелділігі арқылы барлық қуаттың қай бөлігі фотодекторға келіп түсетінін анықтауға болады. Сондықтан диспресиялық элементтің ұшындағы өрістің түрлі мәндеріндегі оның бұрыштық өлшемінен, фотодетекторға бұрыштық өлшеммен ≪а≫ келіп түсетін қуаттың тәуелділігін құруға (I0) және есептеуге болады.
0
-a2 a2
Сурет 2.4. Фотодекторлардың өзара байланысқан орналасуы мен линза 2 фокальді жазықтығының интенсивті таралу аумағы
Сурет 2.4 бұрыштық өлшемі ≪а≫ бар фотодетектордың өзара байланысан орналасуы мен линза 2 фокальді жазықтығының интенсивті таралуы (шамамен) көрсетілген.
≪а≫ бұрыштық өлшемге қабылдағышқа келетін I0 қуатын келесі түрде жазуға болады:
, (2.6)
I∑ - келесі өрнекпен анықталатын қалыпқа келтіруші (нормалаушы) көбейткіш:
(2.7)
Cурет 2.5. Апертураның ұшындығы өрістің түрлі мәні кезінде бұрыштық өлшемінен фотодетекторға келетін нормаланған қуаттың тәуелділігі
Осылайша, (2.6) өрнегі дисперсиялық элементтің бұрыштық өлшемінен шығатын апертурасынан қабылдағышқа келіп түсетін нормаланған қуаттың 10 тәуелділігін суреттейді. 10(а) кіріс талшықтан дисперсиялық элементтің апертурасына түсетін қуатты есепке алмайды, бірақ бұл ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Әл-Фapaби aтындaғы Қaзaқ ұлттық унивepcитeтi
Әбітбек М.Ғ.
СПЕКТРЛІК ТЫҒЫЗДАЙТЫН ОПТИКАЛЫҚ ДЕМУЛЬТИПЛЕКСОР КОНСТРУКЦИЯСЫН ЕСЕПТЕУ.
ДИПЛOMДЫҚ ЖҰMЫC
5В071900-Paдиoтexникa, элeктpoникa жәнe тeлeкoммyникaциялap
мaмaндығы
Aлмaты 2015
Қaзaқcтaн Pecпyбликacының Бiлiм жәнe ғылым миниcтpлiгi
Әл-Фapaби aтындaғы Қaзaқ ұлттық yнивepcитeтi
Физикa-тexникaлық фaкyльтeтi
Қатты дене физикасы және бейсызық физика кафедрасы
Қopғayғa жiбepiлдi
Кaфeдpa мeңгepyшici Пpиxoдькo O.Ю.
ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС
СПЕКТРЛІК ТЫҒЫЗДАЙТЫН ОПТИКАЛЫҚ ДЕМУЛЬТИПЛЕКСОР КОНСТРУКЦИЯСЫН ЕСЕПТЕУ.
5В071900-Paдиoтexникa, элeктpoникa жәнe тeлeкoммyникaциялap
мамандығы бойынша
Орындаған Әбітбек.М.Ғ.
Ғылыми жетекші
ф.-м.ғ.к., аға оқытушы Сванбаев Е.А.
Норма бақылаушы Толегенова А.А.
Алматы , 2015
РЕФЕРАТ
Дипломдық жұмыс 45 беттен, кіріспеден, 3 тараудан, 22 суреттен, 9 кестеден, қорытынды бөлімнен, 44 әдебиет көздерінен тұрады.
Негізгі сөз тіркестер мен терминдердің тізімі: демультиплексор, ақпарат өлшеу жүйелері, спектралды тығыздау, дифракциялық тор.
Дипломдық жұмыстың мақсаты спектралды тығыздайтын оптикалық демультиплексордың конструкциясын зерттеп, оның түрлері мен жұмыс істеу принципін анықтау, осыған байланысты алынған демультиплексордың конструкциясының негізгі параметрлерін есептеу болып табылады.
РЕФЕРАТ
Дипломная работа состоит из 45 страниц, введения, 3 глав, 22 рисунков, 9 таблиц, заключения и 44 использованных литератур.
Основные термины и словосочетания: демультиплексор, информационно-измерительные системы, спектральное уплотнение, дифракционная решетка .
Целью дипломной работы является исследование конструкций оптического демультиплексора со спектральным уплотнением, определить его виды и принцип работы, а также связанные с этим расчет основных параметров конструкции выбранного оптического демультиплексора.
ABSTRACT
This is work's diploma consists of 45 pages, introductions, 3 heads, 24 figures, 9 tables and 44 references.
Basic terms and word-combinations: demultiplexer , informatively-measuring systems, wave length division multiplexing, diffraction grate.
The aim of diploma work is research of constructions of optical demultiplexer with a wave length division multiplexing, to define his kinds and principle of work,
and also related to it calculation of basic parameters of construction of the chosen optical demultiplexer.
МАЗМҰНЫ
КІРІСПЕ 4
1. АҚПАРАТ ӨЛШЕУ ЖҮЙЕСІНДЕГІ ОПТИКАЛЫҚ ДЕМУЛЬТИП- ЛЕКСОРДЫ ЖАСАУ ТЕХНОЛОГИЯСЫ ШОЛУ 5
1.1 Спектралды тығыздайтын ақпаратты-өлшеуіш жүйесінің жасалуына қойылатын талаптар 5
1.2 Интегралды-оптикалық демультиплексордың түрі және олардың жалпы сипаттамасы 9
1.3 Демультиплексорлардың толқын өткізгішті құрылымын қалыптастыру технологиясы 11
1.3.1 Оптикалық сигналдарды (каналдар) жүйелі бөлу негізіндегі демультиплексорлар 11
1.4 Қорытпалы талшықты-оптикалық демультиплесорлар 14
1.5 Спектралды тығыздықты ақпараттық-өлшеуіш өнеркәсіптік үлгілердің сипаттамалары 16
2.ОПТИКАЛЫҚ ДЕМУЛЬТИПЛЕКСОРЛАРҒА СПЕКТРАЛДЫ МЕЖЕЛІ СИПАТТАМА 18
2.1 Қиылыс кедергілерін (критерий бойынша 30 дБ) есепке ала отырып демултиплексорлардың шектік спектралды сипаттамаларын есептеу 18
2.1.1 Жүйе параматрінен фотодетекторға келіп түсетін қуаттың тәуелділігін есептеу 18
2.2 Сигналшуыл қатынасы 23
2.3 Демультиплексорларды сыртқы факторларға сынау(зерттеу) 26
2.4 Демультиплексорлардың температуралық әсерлерге төзімділігі 29
2.5 Демультиплексордың қиылыс кедергілері мен келетін шығындары 32
2.6 Демультиплексорладың оптикалық сипаттамаларын өлшеу 33
3.СПЕКТРАЛДЫ ТЫҒЫЗДАЙТЫН ОПТИКАЛЫҚ ДЕМУЛЬТИРЛЕК- СОР КОНСТРУКЦИЯСЫН ЕСЕПТЕУ 35
3.1 Ақпараттық-өлшеуіш жүйелер үшін оптикалық демультиплексорлар конструкциясы 35
3.2 Призмалық және бірмодалы спектралды тығыздықты оптикалық демультиплексордың конструкциясын есептеу 37
ҚОРЫТЫНДЫ 42
ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ 43
КІРІСПЕ
Ақпарат - өлшеуші жүйесінің дамуының бірден бір түрі ақапарат қабылдайтын оптиклық талшықтарды пайдаланумен байланысты. Электр кабелінің негізінде жасалған жүйелерден гөрі оптикалық талшықты техниканың көп ерекшеліктері бар. Олар: шуылдан қорғалғандығы, жоғары ақпарат жіберу қаблеттілігі және кеңжолақтығы.
Кейінгі кезде талшықты-оптикалық техниканың базасында ақпаратты өлшеуші жүйелердің дамуы кеңейіп жатыр.Адамдардың хабар алмасу қажеттілігінің сұранысы көбею де.Оптикалық талшықтарда арқылы хабар алмасудың жылдамдығы мен географиялық кеністігі ұлғайып жатыр[1]. Ақпарат таратудың нағыз керекті көлемінің ордасы отикалық талшықтар болды .
Талшықты - оптикалық ақпарат жіберу жүйесінің жасау кезінде оптикалық сәулелер бірігуі немесе бөліну міндеттері туындайды.Бұрын үлкен жолақты өткізу талшықтарын байланыс каналына бөлу үшін уақытша мульиплексированиені пайдаланатын [2]. Бірақ құрылғылардың модулация және мультиплексирлеу кезінде қиындықта көбейіп, бұл технологияны пайдаланудың мүмкіндігін шектеді. Бұдан шығу жолының бірі толқын ұзындығына қарай мульиплексирлеу немесе спектралдық мультиплексирлеу жасау болып табылады.
Сенімді мультиплексорлар мен демультиплексорлар жасау бірден бір қиындық туғызып отыр. Себебі олар сыттан әсер ететін факторларға төзімді, жылжымалы объектердін ақпарат өлшеуіш аппаратынық құрамында жұмыс істеу міндетінде: яғни жер асты транспорттық құралдады,аэроғарыштық аппараттар,теңізасты немесе теңізбеті кайықтарда. Бұндай құралдар негізделген стандартқа сәйкес, механикалық соққылардың көпреттік әсер ету үдеуі 150g,жиілік диапазоннында вибация 1 ден 5000Гц бірге вибация үдеуі 40g , жұмысшы температурасы -600С тан +850С болуы тиіс.
Спектралды мультиплексрлеу технологиясы пайдалану кезінде, бірмезетте әртүрлі толқын ұзындығындағы мәліметті бір ғана оптикалық талшық арқылы жіберуге мүмкіндік береді. Және де пайдаланылып тұрған желіден қосымша оптикалық қабатты кабельді алып тастауға мүмкіндік береді. Қазіргі кезде спектралды мультиплексрлеу технолоиясы көпнесе үлкен қашықтықтағы байланыс желілерінде пайдаланылады. Осы технологияның кең тараған аумақтарына қалалық желілер, облыстық маштабтағы желілер және кабельдік телевидение жүйелері кіреді.
Теориялық түрде ақпаратты кез келген толқы ұзындығының диапазонында жіберуге болады, алайда көп жағдайда спектрлі мультиплексрлеу төменгі диапазонда, яғни толқын ұзындығы 1550-1310 нм аралығында қалады. Бірақ осы дапазондардың өзі де жіберілген ақпараттың көлемінің ұлғаюына мүмкіндік бере алады.
1. АҚПАРАТ ӨЛШЕУ ЖҮЙЕСІНДЕГІ ОПТИКАЛЫҚ ДЕМУЛЬТИПЛЕКСОРДЫ ЖАСАУ ТЕХНОЛОГИЯСЫ ШОЛУ
1.1 Спектралды тығыздайтын ақпаратты-өлшеуіш жүйесінің жасалуына қойылатын талаптар
Ақпарат - өлшеуіш жүйелері (АӨЖ)функционалды біріккен көмекші және санауыш құралдарды және де байланыс каналдарды құрайды. Физикалық орта ретінде пайдаланылған жарық жүретін талшықтар лазер сәулелерімен біріге отырып,біраз жаңа мүмкіндіктермен қамтылған [4]. Оның негізгісі:өткіз ордасының кең жолақтығы және шуылдан қорғалғандығы [5-6]. Талшықты-өлшеуіш жүйе тек қана жіберу функциясын емес, онымен қоса ақпарат өлшеуін қабылдайтын болғандықтан, оның құрамына талшықты-оптикалық датчиктердің болуы тиіс [7-9].
Оптикалық талшықтың өткізу жолағының негізі болып толқын ұзындығына байланысты спектралды тығыздайтын технология болып табылады. Бұл технологияны пайдлану әр түрлі ұзындықта бір талшық арқылы
түрлі ақпарат жіберуге мүмкіндік туырады ( аналокті, жоғары жиілікті,аса жоғары жиілікті және сандық) [10]. Оптикалық күшейткіштер пайда болғанға дейін, ақпаратты жіберу қысқа қашықтықта ғана мүмкін еді (бір неше ондаған киломертге дейін). Спектралды тығыздайтын технологиясының дамуымен қатар, ақпараттар жіберу қашықтығы міндеті қаралды. Белсенді оптикалық талшықтардың негізінде жасалған кванттық оптикалық күшейткіштер пайда болғаннан кейін электронды-оптикалық күшейткіштер дамуы тоқтатылды [11].
Брэгганың торлы күшейткішінің пайда болуы, спектралды тығыздайтын құралдардын жұмысының кеңжолақтылығы мен сигналдың толқын ұзындығын барлық диапазонға күшейтті [12]. Бұндай күшейткіштер ретрансляторлар ретіде орнатылады, және де модулдің жіберуші шығысында немесе модульдің қабылдағыш кірісіде.
Спектралды тығыздайтын көпканалды талшықты-оптикалық АӨЖ - нің схемасы сурет1.1 берілген .
Сурет 1.1. Байланыс каналының спектралды тығыздайтын АӨЖ
талшықты- оптикалық блок-схемасы
Бұл жүйе келесі құраушы элементтерден тұрады: Л-лазерлер, И- ақпарат легінің көзі, М-модуляторлар, МОУ-оптикалық күшейткіш, ОУ-кванттық оптикалық күшейткіш, Д-фото детекторлар. Көпканалды талшықты-оптикалық АӨЖ-нің ең керекті құралы мультиплексор-демультиплексор болып табылады.
Ақпарат көзінен әрбір сигнал және лазерге сәйкестендірілген сигнал λ1 , λ2 , ..., λn толқын ұзындығымен модулаторға келіп түседі. Одан кейін сигнал модулатор арқылы мультиплексорға өтеді, ол жерде сигналдар спекралды тығыздалады. Мультиплексордың шығысында біз тығыздалған сигналға ие боламыз,олар керекті қашықтыққа жіберуге дайын. Бәрімізге белгілі, оптикалық талшықтар өзіне тән өшу коэффиценті болады [13] , соған байланысты кейбір қашықтықта күшейткіштер орнатылу керек . Бірақ күшейткіштер сигналдын формасын қалпына келтіре алмайды. Сол себепті 1000 км қашықтыққа жіберілетін сигналдарда міндетті түрде регенератор орнатылуы керек, өйткені олар сигналдарды қалпына келтіріп отырады .Байланыс жолының сонында демультиплексорлар болады. Олар келіп жеткен ақпарат сигналын керекті фотоқабылдағыштарға немесе каналдық толқынөткізгіштерге бөліп отырады.
Демультиплексорлар спектралды тығыдауда негізінеде мультиплексорлардында жұмысын атқара алады. Сол себепті демультиплексор схемасын ортақ ретінде қарастырамыз.Демултьлексордың негізі элементі болып дисперсиялы элемет, ол жиілікке ( толқын ұзындығы)дифакция бұрышының байланысын қамтамасыз етеді. Басқа элементтер көмекші жұмыс атқарады және олардын параметрлері бойынша дұрыс тандасақ құрылғынын сипаттамасы жалпы түрде нашарламайды.
Демультиплексордың жұмысының негізгі, толқын ұзындығының спектралды селекция принцпі болып табылады . Спектралды селекцияны екі түрлі жасалуы бар: олар дифракция негізінде және интерференция негізінде.
Дифракция негізіндегі демультилексорлар бұрыштық дисперсиялы элементтер қолданылады, яғни дефракиялы тор тәріздес, олар кеңістікте толқын ұзындығын фото детектордың жолақты элементі арқылы немесе талшықты оптикалық торлық жиын арқалы бөледі [14].Ойық(майысқан қайырытған,иілген) шағылдырғыш пайдаланған кезде, шығыста фокустайтын объект қажет етілмейді. Интерференция негізіндегі демультиплексорларда тармақтаушы (разветвитель) және оптикалық фильтр құралдарының мүмкіндіктерін пайдаланылады.
Сурет 1.1-де көрсетілгендей мультиплексор бірнеше тасушы толқын ұзындықтарын бір ақпаратты лекке біріктіретін құрал ретінде пайдалануға мүмкіндік береді. Ал демультиплексор кері операция орындайды. Ол осы лектен толқын ұзындындықтарын бөліп алып, сәйкесінше каналдарға бағыттайды. Диэлектрлік ортада оптикалық толқындар өзара ауыспалы бола алатын қасиеттеріне байланысты, бұл құрылғыларды қосылуына қарай мультиплексор және демультиплексор орнына қолдануға болады. АӨЖ -де нақты тағайындауға байланысты, ақпарат жіберуге оптикалық сәулелену ақпарал каналының жақын толқын ұзындығының диапазонында орындалады: яғни 0,85 мкм; 1,3 мкм; 1,55 мкм, жәнеде айқын диапазон: 0,5-0,7 мкм [15].
Теория жүзінде 0,5-1,8 мкм ұзындықты құрайтын диапазонда ақпарат жіберіле береді,бірақ тәжірбеге келсек спектралды мультиплексрлеудің диапазоны қысқа немесе тар болады, толқындардың ұзындығы 1300 және 1550 нм құайды. Бірақ бұл диапазондарда ақпаратты жіберуге көптеген мүмкіндіктер береді(200 дейгі канал). Қазіргі таңда спектралды мультиплексрлеу технологиясы көп жіберу жолағын қажет ететін, үлкен ұзындықтағы байланыс желілерінде қолданылады.
Спкетралды тығыздау технологиясын қалалық, локальды және ішкі объектілік желілерде пайдаланған тиімді.
АӨЖ-де қолданылатын оптикалық талшықтар екі түрге классификацияланады: бірмолдалық және көпмодалық, сонымен қатар өтімділігімен сатыланған және сыну көрсеткіші градиетік профильді талшықтарға бөледі.
Бірмодалық оптикалық талшықтардың Dc өзекше диаметрі жіберілген оптикалық сәуленің ұзындығындай ( Dc = 6-10 мкм), яғни ол бір ғана моданың таралуын қамтиды. Бірмодалық талшықтардың дисперсиясының аз көлемі және соған байланысты жоғары кеңжолдылығына(~1000ГГц∙км) қарай олады алысқа ақпарат жіберетін талшықты оптикалық жүйелер құрастыруға қолданады [16].
Көпмодалық оптикалық талшықтардың өзекшесінің диаметрі 50 ден 200 дейін мкм құайды. Осыған орай оптикалық талшықтарда үлкен мөлшерде М мода таралады ( бірнеше жүздеген немесе мыңдаған), олар мына қатынас арқылы анықталады [17,18]:
; (1.1)
; (1.2)
Мұндағы V-толқын арнасының параметрі, Dс - талшықтың өзегінің диаметрі, λ-толқын ұзындығы, nc - талшықтың өзегінің сыну көрсеткіші, n0 - талшық қабықшасының сыну көрсеткіші.
Көпмодалы талшықтар бірмодалыға талшықтарға қарағанда жоғарғы дисперсиялық және өткізу жолақтары төмен (200-800 МГц∙км) болып келеді. Осыған байланысты көпмодалық талшықтарды негізінен талшықты-оптикалық АӨЖ-де қызқа( бірнеше километр) ақпарат жіберетін жолақтарды құастыру үшін қолдану тиімді.
Бірмодалыға қарағанда көпмодалы оптикалық талшық мынадай қасиеттерге ие [17]:
сәулелендірулерге талап азаяды - сәуле кірістіру үшін арзан, сонымен қатар күшті шалаөткізгішті лазерлерді және жарық шығарушы диодтарды қолданады;
оптикалыққабылдағыш модуліде фотосезгіштік аумақтың диаметрі үлкен фотодиодтар қолдануға мүмкіндік бар, олардың сезгіштігі жоғары және аз қаражатты керек етеді;
көпмодалы талшықтарды ұлғайтқанда керек шет жақтардың сәйкес келу дәлдігі бірмодалы талшықтарды ұлғайтқандағыдан бірқатар төмен;
ажырайтын жалғағыштарға да қойылатын талаптар ұлғайтқан кездегі себептердегідей, бірмодалы талшықтарға арналған оптикалық ажырайтын жалғағыштарға қарағанда біршама азырақ.
Жоғарыда аталған көпмодалы оптикалық талшықтардың артықшылықтры есебінен оларды жылжымалы объектілердің аппаратураларына тән қатаң пайдалану шарттарымен жұмыс істейтін АӨЖ-де қолдану айрықша маңызды. Дегенмен, бірмодалы талшықтардың да артықшылықтарын ұмытпау керек және АӨЖ-ін құрарда талшықтың типін таңдау кезінде ойлану керек.
Сөйтіп, талшықты- оптикалық АӨЖ-дің түрлері көпмодалық оптикалық талшықтардың негізінде жасалады.Көпмодалық оптикалық талшықтардың сипаттамасы кесте 1.1 - де берілген [16,19].
Кесте 1.1
Көпмодалық оптикалық талшықтардың сипаттамасы
Оптикалық талшықтың түрі
Оптикалық талшықтың сипаттамалық атауы
Оптикалық талшықтың сипаттамалық маңыздылығы
Кварцты көпмдалық градиенттік профильді
1)Өзекшенің диаметрі,мкм
Қабықша диаметі,мкм
Сандық апертура
Өшу коэффициенті(λ=1,3 мкм үшін),дБкм ,
Жұмыс кезіндегі толқын ұзындығы,мкм
50+-3
125+-3
0,2+-0,02
3,0
0,85-1,3
2)Өзекшенің диаметрі,мкм
Қабықша диаметі,мкм
Сандық апертура
Өшу коэффициенті(λ=1,3 мкм үшін),дБкм ,
Жұмыс кезіндегі толқын ұзындығы,мкм
100+-3
140+-4
0,2+-0,01
4,0
0,85-1,3
Сатылы сыну көршеткіші бар кварцтық көпмодалы
3)Өзекшенің диаметрі,мкм
Қабықша диаметі,мкм
Сандық апертура
Өшу коэффициенті(λ=1,3 мкм үшін),дБкм ,
Жұмыс кезіндегі толқын ұзындығы,мкм
100+-3; 200+-6
125+-3; 250+-6
0,25+-0,02
3,0
0,6-1,55
Сонымен, қолданыстағы түрлі талшықты-оптикалық АӨЖ-нің басым көпшілігі көпмодалы оптикалық талшықтар негізінде құрылады. Талшықты-оптикалық АӨЖ-де оптикалық талшық арқылы жіберілетін оптикалық сәулелену ағындарын бөлу және біріктіру үшін арнайы интегралды-оптикалық кұрылғыларды - өзара қайтымды мультиплексор-демультиплексорларды құру қажет. Жүйенің тағайындалуына байланысты оптикалық полюстер (каналдар) санымен, оптикалық талшық типімен ерекшеленетін демультиплексорлардың әр түрлері керек. Талшықты-оптикалық АӨЖ-де 1xN (N - кірісшығыс оптикалық полюстер саны) жіберу матрицасы бар демультиплексор қолданылады.
1.2 Интегралды-оптикалық демультиплексордың түрі және олардың жалпы сипаттамасы
Интегралды - оптикалық демультиплексо қабілеттілігі төмен оптикалық көпканалды кұрал болып келеді,оның 1 кірісі және N шығыс оптикалық полюстері бар. Толқын ұзындығына байланысты бұл құралдар оптикалық сәулелерді шығыс плюстерінен сәйкесінше бөліп шығарады [20].
Сурет 1.2. Пассивті оптикалық көпканалды ретіндегі интегралды-оптикалық демультиплексордың көрінісі.
Демультиплексорлардың оптикалық қасиеттері жіберу матрицасымен толықтай сипатталатын көпполюстік разветвительдер сияқты. Олардың элементтеріне K1j немесе k1j оптикалық плюстері арасындағы жіберу коэффициенттері жатады. Ол мына формуламен анықталады [21] :
(1.3)
Мұндағы ,P1-шығыс полюсындағы оптикалық сәуле қуаты; P1j- түіндегі шығыс полюсындағы оптикалық сәуле қуаты
1xN типті демультиплексор үшін матрицалық элементтің мағынасы негізінде оптикалық енгізілетін шығыны А[дБ] мына төмендегі формуламен анықталады:
(1.4)
Ол жерде N-демультиплексордың шығыс полюстерінің саны .
Демультиплексорды жобалағанда негізгі міндет болып жіңішке жолақты толқын ұзындықтарына аз шығынмен қол жеткізу,ол жақын орналасқан каналдарды жекешелейді.Демультиплексордың тағы бір сипаттамасы ауыспалы сөну I болып табылады.Қазіргі кезде байланыс желілерінде ол -30дБ-ден жоғары болмауы тиіс.Бұл дегеніміз спектралды диапазонының шегі (яғни каналдардың жақын орналасуы),толқын ұзындығы анықталған каналдың орталық күші пиктік толқын ұзындығына байланысты кез-келген сигнал 30дБ-ге әлсірейді.Оның коэффициенті келесі формуламен анықталады:
(1.5)
Қолданылатын оптикалық талшықта демультиплексорға байланысты олар көпмодалы немесе бірмодалы болып келеді.Өзекшесінің диаметрі 50 мкм және сыртқы қабығының диаметрі 125мкм-ді көпмодалы оптикалық талшықты аздаған каналды демультиплексор қолданылады.Мұндай талшықты пайдалану қамтамасыз ету деңгейі, қосу каналының айқасқан шуылы 30 дБ-ден төмен болмауымен байланысты.Ресейлік және басқа да шет елдік өндірушілер 1,31,55 мкм толқын ұзындығымен жұмыс істейтін екі каналды демультиплексорларда көпмодалы оптикалық талшықтарды пайдаланады [22]. Бірмодалы демультиплесорлар өзекшесінің диаметрі 5 пен 10 мкм аралығына және сандық апертура NA = 0,12 болатын бірмодалы талышқтар көмегімен құрастырыларды. Мұндағы, яғни бізге беріліп отырған демультиплексорлар жүктелген толқын ұзындығының тар диапазонына (мысалға 1310 +-15 нм, 1550+-15 нм) шығарылып жеткізіліп отырады.
Қозғалмалы обектілердің қилы түрлерінің талшықты-оптикалық АӨЖ құрамындағы жұмысқа арналған интегралды-оптикалық демультиплексорлар үшін олардың басты және жалпы талабы сыртқы әсер факторына (СӘФ) беріктілік болып табылады. Мұндағы өнім тобының орындалу тәуелділігіне байланысты қазіргі стандарттар механикалық және температуралық әсерлерге келесі беріктілік талаптарын орнатады [23,24]:
150 g дейінгі шектік соққылы үдеу әсерімен көп қайталанатын механикалық соққы;
1- - - 5000 Гц жиілік диапазонында 40 g дейінгі амплитуда үдеуімен механикалық діріл;
600С пен +850С диапазонындағы жұмыс температурасы;
СӘФ-қа беріктілік бойынша көрсетілген талаптармен демультиплексорларды құру АӨЖ жүйелеріндегі талшықты-оптикалық компоненттерінің заманауи технологиясының негізгі мәселесі болып табылады.
1.3 Демультиплексорлардың толқын өткізгішті құрылымын қалыптастыру технологиясы
Демультиплексорлардың оптикалық және эксплуатациялық сипаттамалары толқынөткізгішті (жарықөткізгішті) құрылымның қалыптасу әдісі мен конструкциясына тәуелді.
Интегралды-оптикалық демультиплексорларды құру облысындағы техникалық анализ шешімдері толқынөткізгішті құрылымның қалыптасу тәсілімен ерешеленетін негізгі үш типті жіктеп алуға мүмкіндік береді:
оптикалық сигналдарды жүйелі бөлу негізіндегі демультиплексорлар;
иілген дифракциялық тор негізіндегі демультиплексорлар;
фазалық дифракциялық тор негізіндегі интегралды-оптикалық демультиплексорлар;
1.3.1 Оптикалық сигналдарды (каналдар) жүйелі бөлу негізіндегі демультиплексорлар
Бұл типтeгi дeмyльтиплeкcopлap бip тoлқын ұзындығын өткiзiп, қaлғaндapын шaғылдыpyғa бaғыттaлғaн жapтылaй мөлдip қaбықшaлapды (жaбынды) пaйдaланy apқылы жүзeгe acыpылaды.
Мысaл peтiнде Фaбpи-Пepo жәнe Мaxa-Цaндep интepфepoмeтpлepiн, coндaй-aқ oптикaлық cүзгiлep мeн жұқa қaбыpшaқты тoлқын ұзындықтapы нeгiзiндeгi жүйeлepдi дe қapacтыpyғa бoлaды. Фaбpи-Пepo интepфepoмeтpi eкi жұқa плacтинаның бeтінен көп pеттік шaғылғaн жapықтық cәyлеге нeгiздeлген интepференциялық құpылғы бoлып кeлeді. Oның жұмыс iстеу пpинципы сурeт 1.3 көрсeтiлгeн. Әp тoлқын ұзындығынa apнaлғaн интepфepeнциялық мaксимум бap.
Сурет 1.3.Фабри-Перо интерферометрінің жұмыс істеу принципі
Интeрфeрометр eкi жaқын opналaсқан күмicтелген бeттiк көп peтті шaғылyды қoлдaнады. Жарықтың бір бөлігі өтеді, ал бір бөлігі бір-бірімен интерференциялана алатын орналастырылған немесе ауыстырылған көп сәулелердің нәтижесінде құрай отырып жарық екінші бетіне жеткенде шағылады. Интерференцияланатын сәулелердің көп саны ерекше жоғары параметрлермен интерферометрді құрайды. Фабри-Перо интерферометрі негізінде керемет оптикалық сүзгіні құрауға болады. Фабри-Перо сүзгілерінің артықшылықтары түйінге келген қосымша шығынсыз жүйеге интеграциялануы мүмкін . Сүзгіні жөндеу екі айнаның арасындағы саңылау ұзындығын өзгерту арқылы жүзеге асырылады [25].
Мах-Цендер интерферометрін бір тармақтаушының екі шығыс портын екінші тармақтауышның кіріс порттарына қосу жолы арқылы орындауға болады.
Бірінші тармақтаушы әр ағын түрлі фазаға ие болатын (тармақтаушы толқын ұзындығы екінші тармақтаушыда бір бөлшектенген сигналдың өзгесімен интерференция құбылысы болғанынша өзгеріске ие болады) оптикалық сигналды екі еңдей ағынға бөліп тастайды. Мұндай Маха-Центер интерферометрлерінің каскадтар тізбектері бағытталған кідіріспен белгілі түрде тармақтар ұзындығының аз ғана жөндеуімен құрылуы ықтимал оптикалық сүзгі ретінде қызмет атқарады. Маха-Цандер интерферометрінің құрылымының схемалық бейнесі сурет 1.4-те көрсетілген.
Сурет 1.4. Маха-Цандер интерферометрінің құрылымының схемалық бейнесі
Жұмыста [26] Мах-Цандер интерферометрлерінің каскадтық қосылысы спектралды тығыздығы бар АӨЖ-нің жобалауына тағы бір мүмкіндік береді.
Арналардың жүйелі бөлінісі кезінде мультиплексорлар мен демультиплексорларда әдетте әр құрамды сигналдан бір арнаны бөліп алатын (немесе біреуін қосады) бір сатылы жұқа қабыршақты сүзгілерді пайдаланады [27]. Шағылған жарық қайтадан жүйеге түспес үшін сүзгілер оптикалық оське қатысты төмен көлбеуде орналасады. Сүзгілердің мұндай көлбеулікпен орналасуы қабаттардың қалыңдығын эффективті түрде өзгертеді, осылайша сүзгілерді жобалауда ескеруіміз шарт болатын өткізу жолағын да өзгертеді. Сигнал спектрін өңдеу үшін әр фильтрден шағылған жарық олардың теңдестіру мәселесінің ерекше маңыздылығын беретін келесі сүзгіге келіп түсетін көп сатылы сүзгілер жүйеін қолданады (сурет 1.5). Мұндай сүзгілер әдетте көп қабаттар санына ие, сондықтан өткізу сипаттамаларымен қатаң түрде басқаруға болады. Әрине өз кезегінде бұл тар жолақты толқын ұзындығына немесе, тіпті, бір толқын ұзындығына қатысты жіберуге (өткізуге) мүмкіндік береді.
Сурет 1.5. Арналарды жүйелі түрде белгілеу кезінде спектралды тығыздауға арналған жұқа қабыршақты сүзгілердің көп сатылы жүйесі.
Оптикалық сүзгілер әдетте өте аз. Оларды оптикалық жалғағыштарда, адаптерлде және тіпті оптикалық талшықтарда да құруға болады. Осылай орнатылған 1550-1625 нм жолағынжа жұмыс жасайтын сүзгінің кейбір типтік сипаттама мәндері төменде келтірілген [28]:
келген шығын: 1,0 - 1,5;
көрші толқын ұзындықтары бойынша қиылыс кедергілері 35 дБ;
қайтарма (өздік) шығындар: 40 дБ;
жұмыс температурасы: -200С -+700С;
Көп қабатты сүзгі негізіндегі демультиплексорлардың құндылығы немесе жалпақ тілде айтқанда артықшылығы оның құрамына кіретін элементтердің арзандығы мен түрлі типтегі оптикалық талшықтармен қосылу мүмкіндігі болып табылады. Сонымен қатар мұндай жүйелерде спектралды тығыздаудан бөлек маңызды кемшіліктері де бар. Олардың қатарына жеке үлкен оптикалық элементтер санының бір оптикалық жүйеге біріктіру қажеттілігіне негізделген дәлдеу күрделігі енеді. Басқа кемшілігі - кірістен шығыс оптикалық полюске сәуле ағындарын тарату кезінде түрлі оптикалық тығыздықты көптеген орта тарауларының шектерінен шағылуына негізделген өздік шығын мәндері. Мысалға, екі толқын ұзындығын бөлетін сүзгіден өтетін шығындар 4 дБ құрайды, ал қуатты теңдей бөлудің шығынының өзі 3 дБ болады. 1 дБ айырмасы құрылғының өзіне келетін шығындарға сай келеді. Дегенмен, кіріс оптикалық полюстен шығыс оптикалық полюске өткізер жолда қуаттың айтарлықтай мәні бар шығынына алып келетін 10 шағылдырушы беттен тұруы ықтимал [28]. Бұдан бөлек көп қабатты оптикалық сүзгі негізіндегі демультиплексорлар, механикалық қаттылыққа ие емес, салдарынан сыртқы әсер факторларына беріктілік таныта алмайды. Жұқа қабыршақ негізіне қарай отырып кірісінде сәулелену тұрақты құлау бұрышында призма көмегімен болса, шығысында сәулеленудің таралу бағыты паралелльді болып келетін толқынөткізгішті дифракциялық тор арқылы оптикалық сигналдарды парлелльді ерекшелеу жолымен жүйесін құруға болады. Дифракциялық тордың үзік сызық енін түрлендіру арқылы спектралды бөлінетін арналар санына әсер еткендей айыру қабілетіне де әсер етсе болады. Оптикалық сипаттамалары мен СӘФ тұрақтылығына келер болсақ олар практикалық тұрғыда жоғарыда айтылып кеткендей жұқа қабыршақты сүзгілерге ұқсас, яғни сүзгілер параметрлеріне үйлеседі. Көрсетілген мәліметтерге сүйенер болсақ оптикалық сигналдарды белгілеп немесе бөліп алу принципіні негізделген спектралды тығыздығы бар АӨЖ құру кең пайдаланылмайтынын байқаймыз.
1.4. Қорытпалы талшықты-оптикалық демультиплесорлар
Қорытпалы талшықты-оптикалық демультиплексорлар қоспалы талшықты-оптикалық тармақтаушылар негізінде дайындалып құралады және түрлі толқын ұзындығына ие оптикалық сигналдарды бөлу немесе қосуға арналады. Ағындарды қосу үшін [29] әдебиетте келтірілгендей қорытпалы талшықты-оптикалық тармақтаушылар пайдаланады, ал ағындарды бөлу үшін сол тармақтаушылар шығысында оранатылған сүзгілермен қызметке қосылады.
Қорытпалы талшықты-оптикалық демультиплексорлар ең көп өзара байланыстың орнына талшықты электродоғал дәнекерлеу көмегімен дайындалады. Сонымен қатар талшықтар кейде байланы облысы деп аталатын монолитті оптикалық ортамен биконикалық қосылуды құра отырып біртекті массаға ерітіліп, созылып шығарылады [30,31]. Демультиплексорда екі талшық биконикалық бұрмаланумен тығыз бір-бірімен байланыста болады. Жарық ағыны өткен кезде резонанстық құбылысы пайда болады. Нәтижесінде шығыс порттардың кез-келген талшығындағы өзекшеден сәулелену пайда болғанда байланыс облыстарынан өтіп, талшықтың басқа ұштарындағы өзекшеден шығуы мүмкін. Бұл жағдайда бірінші талшықтан екінші талшыққа берілген қуаттың деңгейі талшық арқылы юіьерілетін толқын ұзындығына тәуелді болуы ықтимал. Осылайша белгілі бір анықталған байланыс облысын дайындай отырып толқын ұзындықтарының бірігуіне немесе бөлінуіне қол жеткізуге болады. Қазіргі уақытта кіріс және шығыс полюстерді құратын оптикалық талшықтар монолитті конструкцияға қорытылатын немесе ерітіліп қосылатын қоспалы демультиплексорлар көп таралған. Мұндай демультиплексорларды өңдеу технологиясы келесідей:
-алдымен талшықтарды дәнекерлеуге дайындық жүргізіледі: сыртқы қорғаныс акрильді беттің қысқа аумағында оптикалық талшықты механикалық әдіспен алып тастау, жіті тазалау және ось бойымен талшықты айналдыра бұрау сынды істерді атқаруа болатын олардың арасындағы тығыз байланысты қамтамасыз ету [32];
-дәнекерлеу процесінде созылуын қамтамасыз ететін дайындалған оптикалық талшықтар құрылғыда фиксацияланады;
-соңынан үлкен өзара байланыстың (мысалға шиыршық нүктесіне) орнына талшықтардың электродоғал дәнекерлеуі жүргізіледі [31, 33]; сонымен қатар талшықтар ерітіледі, сосын біртекті массаға созылады және монолитті оптикалық ортамен (байланыс облысы) биконикалық байланысын құрып (конструкциялық тұрғыда) созылады.
Талшықтарды дәнекерлеу кезінде сәйкес келетін толқын ұзындықтарының екеуінің біріне сәулелену жүргізіледі, ал шығыс полюстерінде қуатты өлшеу құралдары орнатылады. Оптикалық талшықтарды дәнекерлеу мен қыздыру процесінде дәнекерлеу орнында конустық аумақтарды симметриялы түрде құру арқылы қыздырылған зонаны созу жүргізіледі. Конустық аумақтар (байланыс облыстары) параметрлерін талшықтың шығыс полюстері арасындағы толқын ұзындықтары бойынша оптикалық қуаттың таралу дәрежесімен анықтайды. Дәнекерленетін талшықтардың қыздырылған зонасын созу толқын ұзындығы бойынша қуаттың қажет таралу деңгейіне жетпейінше жалғастырылады, кейіннен дәнекерлеу процесі тоқтатылады.
Демультиплексордың оптикалық талшықтарын дәнекерлеу орны қорғаныс қабатпен қапталады. Кварцтық түтікке немесе кварцтық төсемеге бекітеді және эпоксидті компаундпен герметизацияланады [34]. Дәнекерлеу орнын орналастыру процесі аяқталуымен 0,25 мм диаметрлі қорғаныс қабаты бар талап етілетін ұзындықты талшық полюстерімен ұзындығы 35-40мм және диаметрі 2,5-4 мм дәнекерленген модуль құрылады.
Оптикалық талшықтардың схематехникалық процесі сурет 1.6-да көрсетілген.
Сурет 1.6. Тармақтаушы негізіндегі талшықты қорытпалы демультиплексордың дайындау әдісі: 1 - оптикалық талшықтар, 2 - қыздырғыш, 3 - қыздыру зонасы, 4 - талшықтарды дәнекерлеу зонасы, 5 - балқытылған биконустық ауысу аймағы;
Осындай әдіспен заманауи байланыс жүйесіне ұсынуға келмейтін, талаптардың орындалуы үшін аз болатын, көрші арнада -20 дБ кем емес ауыспалы сөну мөлшерімен демультиплексор алынады.
Талшықтарды қорыту процесінде қалыптасатын биконустық ауысу секциясы талшықтардың құраушыларына қарағанда салыстырмалы түрде үлкен эффективті сандық апертурамен жұмыс жасайды. Осы себеппен қоспалы аймақ кварцтық жарықты шағылдырушы қабықшаға қарағанда төмен сыну көрсеткішімен ортаны қоршауы тиіс. Биконустық аумақты қолдағы бар төмен сыну көрсеткішті (n=1,4) плолимерлі материалдармен құю (бояу) келетін шығынның мөлшерін арттырады, сондай-ақ оптикалық қуаттың қайта бөлуіне әсерін тигізуі мүмкін [35, 36]. Сондықтан талшықты биконустық құрылымдар балқытылған аумақты ауамен толтыру шартында ғана аздаған артық шығындармен дайындалуы мүмкін. Мұндай физикалық құрылым қатты диэлектрлік үздіксіз орталарды пайдаланумен монолитті құрылым түрінде орындалған араластырғыш зона конструкциясына қарағанда қоршаған ортаның әсеріне қарағанда өте сезімтал болып келеді.
АМР (АҚШ) фирмасының ақпарттарына сүйенсек [37] қорытпалы тармақтаушылар негізіндегі демультиплекорлар конструкциясы 7,9g діріл үдеуімен 10-2000 Гц диапазонындағы механикалық діріл мен отандық стандарттармен орнатылған қозғалмалы объектілердің ақпараттық-өлшеуіш жүйесінің аппаратураға эксплуатациялық талаптарды қамтамасыз ету үшін кем болатын 6g үдеуімен 7,9 g механикалық соққы шарттарына негізделіп эксплуатацияға жол беріледі.
Осылайша қорытпалы демультиплексорларды дайындауда эксплуатация шарттарына сай сенімділік мәселесі (оптикалық сипаттамасы мен ұзақ уақыттық мықтылығын (қорғаныс беріктілігін) сақтау) туындайды. Бұл типтегі демультиплексорлардың елеулі сыртқы механикалық және температуралық әерлерге ұщырайтын қозғалмалы объектілердің АӨЖ аппаратурасында қолдануын шектейді.
1.5 Спектралды тығыздықты ақпараттық-өлшеуіш өнеркәсіптік үлгілердің сипаттамалары
Демультиплексорлардың конструкциясын көбіне олардың тағайындалуы мен эксплуатациялау шарттары арқылы анықтайды, дегенмен барлық әртүрлілік оларды екі тұрге жіктейді: ережеге сай белгіленген монтаждық құрылғылар немесе аппаратураның ішінде орнату үшін аз габаритті орындалу және сыртқы факторлардың тура әсеріне шартталатын эксплуатацияны қамтамасыз ететін корпустық орындалу.
Аз габаритті (корпуссыз) орындалу кезінде қорғалмаған оптикалық талшықтың кескіні демультиплексорлардың шығысы ретінде қолданылады. Корпустық орындалу кезінде оптикалық полюстер оптикалық кабельдің кескінінде немесе корпустың қабырғасында орнатылатын блоктық оптикалық қосқыштардың бөлшегі ретінде рәсімделеді. Дей тұрғанмен айтылғандардың соңғылары түрлі типтегі оптикалық қосқыштардың кабельдік бөлшектерімен аяқталуы мүмкін. Оптикалық және эксплуатацилық сипаттамалар, сондай-ақ демультиплексорлардың кейбір өндірістік үлгілерінің корпустар өлшемі кесте 1.2-де келтірілген.
Кесте1.2
Өндірістік үлгідеі демультиплексорлардың корпустарының өлшемі [22]
Сипаттамалар атаулары
Дайындаушы-форма
1)Кварц
2)Арнайы құру транс
Santec
PCOM
AMP
Оптикалық талшық типі
(өзекшеқабықша)
50125;
10125
10125;
10125;
10125
Жіберу матрицасы
12
14
116
18
116
Келетін шығындар, дБ
1)2-3
2)1
1.9
3.2
5; 6.5
Көрші арнадағы қиылысу кедергілері, дБ
1)30
2)22-24
30
30
30
Механикалық әсерлерге
беріктілік: синусоидалы діріл соққы
1-80 Гц,
15 g
3)
4)
10-2000Гц,
7,9 g
6 g
Жұмыс температурасы, 0С
40...+75
-5...+70
-0...+65
-40...+85
-55...+85
Корпус өлшемі, мм
1)71х68х36
2)80х11х6
3)120х100х8
4)168х100х9
5)108х14х10
108х20х10
Келтірілген ақпараттар анализіне сүйенсек қазіргі уақытта бірмодалы секілді түрлі мақсаттағы ақпаратты жіберудің талшықты-оптикалық жүйесін құруға мүмкіндік беретін кең номенклатураның көп модалы демультиплексорлары да дайындалады. Дисперсиялық элемени ретіндегі шет елдік өндіруші-фирмалардың демультиплексорлары арналық толқынөткізгіштердің матрицасын пайдаланады. Олар аз шығынмен аздаған толқын ұзындығының жұмыс облысында көп арналарды бөлуге болатын мүмкіндігімен сипатталады, алайда мұндай демультиплексорлар эксплуатациялқ шектеулері бар және қымбаттығы бар, сондықтан дайындау технологиясы айтарлықтай күрделі болып келеді.
2. ОПТИКАЛЫҚ ДЕМУЛЬТИПЛЕКСОРЛАРҒА СПЕКТРАЛДЫ МЕЖЕЛІ СИПАТТАМА
2.1 Қиылыс кедергілерін (критерий бойынша 30 дБ) есепке ала отырып демултиплексорлардың шектік спектралды сипаттамаларын есептеу.
Шынайы демультиплексордың максималды арна санының анализі өте маңызды болып келедә және де үлкен тәжірибелік мағынаға ие. Демультиплексордың интегралды-оптикалық жүзеге асырылуын таңдауды үлкен температуралық және механикалық тұрақтылыққа ие екендігімен түсіндірсе болады, жалпы бұл құралдар құрылғылардың түйісу кезінде шығынның азаюын көрсетеді.
Демультиплексорлардың максималды арналар санынын анализдеу кезінде қиылыс кедергілерін ескеру өте маңызды, себебі байланыс жүйесіне арналған шынайы демультиплексорлар осы жүйеге қойылатын талаптарға сай келуі тиіс. Мысалға, қиылыс кедергілерінің деңгейі 30 дБ аспауы керек. Әрине, сәйкес сипаттамаларға қол жеткізу үшін демультиплексордың конструкциясын модификациялау шарт. Демультиплексор рұқсат беретін шектік арналар санын өзгерту кезінде қалай болатындығы зерттеудің мақсатын жүйелейді.
Қойылған тапсырманы орындау үшін сурет 2.1-де келтірілген демультиплексордың жалпыланған сұлбасын қарастырайық.
Демультиплексордың шектік арналар санын анализдеу тапсырмасын қиылыс кедергілерін ескере отырып біршама қарапайым тапсырмаларға бөлуге болады және сол шешілу, яғни тапсырманың орындалып бітуімен жалпы шешімдерді щығарса болады:
1. Аумақтың дисперсиялық элементтің D апертурасына амплитудалық таралуын қарастыру және анализдеу;
2. Линза 2-нің фокальді жазықтығында аумақтың таралуы мен интенсивтілігін қарастыру мен анализдеу;
3. Жүйенің түрлі мәндегі параметрлері кезінде фотодетекторлардың орталықтары арасындағы ≪b≫ бұрыштық қашықтыққа тәуелді түрде бұрыштық өлшеммен ≪а≫ фотодекторда сигналшуыл қатынасын қарастыру және анализдеу;
4. Жүйенің параметрлеріне бұрыштық өлшеммен тәуелді түрде ≪а≫ фотодекторға келіп түсетін қуаттың бөліктерінің I0 тәуелділігін қарастыру және анализдеу;
5. 30дБ критерийі бойынша арналар санын анализдеу.
2.1.1 Жүйе параматрінен фотодетекторға келіп түсетін қуаттың тәуелділігін есептеу
Аумақтың көлденең өлшемі бірмодалы талшықта 10-12 мкм реттілігін құрағандықтан, жазық толқынөткізгішке ендірілген сәуле қатты шашырайды (тарайды). Бұл таралатын түйін жолында планарлы фокустайтын элемен - линза 1 орналасады, және талшық кескіні мен линза ортасының арасындағы қашықтық оның фокустық өашықтығына тең болуы ықтимал - ƒ1. Нәтижесінде түйін коллимирлене бастайды, ал оның ені дисперсиялық элементтің D апретурасына тең болуы тиіс. Енді линза 1-дің ƒ1 фокустық қашықтығын түрлендіре отырып апретурада аумақтың түрлі таралу сәулеленуін ала аламыз.
Аумақтың бірмодалы талшықтың көлденең қимасында амплитудалық таралуы Гаусстық таралумен дұрыс сипатталса [38], онда аумақтың амплтитудалық таралуы дисперсиялық элементтің апертурасына да қатысты солай болатыны белгілі, бірақ дисперсиялық элемент апретурасының шегінде аумақтың өзге мәнімен таралады.
Кіріс оптикалық талшық
Кіріс оптикалық талшық
Сурет 2.1. Дисперсиялық элементтің апретурасында амплитудалық таралудың қалыптасу сұлбасы
Жалпы жағдайда дисперсиялық элементтің апретурасында аумақтың амплитудалық таралуы келесі өрнекпен өрнектеледі:
(2.1)
Е0 - апертура орталығында аумақтың мәні, D - апретура, B - төмендегі өрнекпен анықталатын коэффициент:
(2.2)
Егр - дисперсиялық эдементтің апретурасының шетіндегі өлшем.
Сурет 2.1-ден линза 1 түрлендіре отырып немесе кіріс талшықтың кесегінен түрлі қашықтықта дисперсиялық элементтің апертурасын орналастырып лисперсиялық элемент апретурасының крісінде түрлі таралуларды алса болады.
Бұдан әрі диспресилық элемент амплитудалық таралу кіріс апретурадан шығыс апретура қайталайтынын, сондай-ақ дисперсиялық элементтің апретурасының шетінде өрістің Егр келесі мәндерін пайдалануға болады: : 0,0000000001; 0,0000001; 0,00001; 0,001; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1 (сурет 2.2)
Дисперсиялық элементтің шығыында әр толқын ұзындығына фотодетектор сызғышында өз қабылдағышы немесе арналық толқын өткізгіш сәйкес келді. Фокустайтын жүйенің жоқ болу салдарынан жүйенің өлшемін ұлғайтатын арналарды бөлу қашық зонада жүзеге асады. Сондықтан арналарды бөлуд мейлінше апретураның аз қашықтығына үйлестіреді. Осы мақсатпен диспресиялық элементтен кейін фотоқабылдағыштар орналасатын фокальді жазықтықта линза қойылады.
Сурет 2.2. Апертураның шетінде Eгр өрістің түрлі мәні мезетінде
дисперсиялық элементтің апретурасында өрістердің таралуы
Линза деректі түрде Фурье түрлендіруін шығыратыны және оның фокальді жазықтығында өрістің үлестіруі қашық зона таралуымен сай келетіні белгілі [39].
Сондықтан, дисперсяилық элементтің апретурасында өрістің таралуын біле отырып, қашық зонада немесе линза 2-нің фокальді жазықтығында интенсивтілік пен қрістің таралуын құруымызға болады. Линза 2 фокальді жазықтығының өрісінде келесі өрнекпен анықталады:
, (2.3)
Θ - бұрыштық апертура,К0 - келесі өрнекпен анықталатын толқындық коэффициент:
(2.4)
Интенсивтілік немесе қуаттың өрістің шаршысы сынды екенін біле тұрып былай жазуға болады:
(2.5)
Сурет 2.3. Дисперсиялық элемент апертурасының шетіндегі өрістің түрлі мәні бар кездегі линза 2 фокальді жазықтығында интенсивтіліктің таралуы
Сандық демультиплексорды сандық анализдеу кезінде параметрлердің келесі мәндері пайдаланылды:
λ=1,3 мкм - орталық толқын ұзындығы;
D= 1см - диспресиялық элемент апретураының өлшемі;
Е0 =1 - дисперсиялық элементтің апертурасының орталығындағы өріс көлемі; сурет 2.3- тегі формулалармен (2.3) және (2.5) есептелінген графиктер линза 2 фокальді жазықтығында интенсивтіліктің таралуын көрсетеді.
Қашық зонадағы өріте инетнсивтіліктің таралуын анализдей отырып, дисперсиялық элемент апертурасының шетіндегі өрістің мәні аз болған сайын линза 2 фокальді жазықтығында (яғни бұрыш көлемі ауқымды болады) өріс жинақсыз бола бастайды. Линза 2 фокалбді жазықтығына бұрыіштіқ өлшемі ≪а≫ фотодетекторды орналастыру арқылы, оның бұрыштық өлшем мен дисперсиялық элемент апертурасының шетіндегі аймаққа тәуелділігі арқылы барлық қуаттың қай бөлігі фотодекторға келіп түсетінін анықтауға болады. Сондықтан диспресиялық элементтің ұшындағы өрістің түрлі мәндеріндегі оның бұрыштық өлшемінен, фотодетекторға бұрыштық өлшеммен ≪а≫ келіп түсетін қуаттың тәуелділігін құруға (I0) және есептеуге болады.
0
-a2 a2
Сурет 2.4. Фотодекторлардың өзара байланысқан орналасуы мен линза 2 фокальді жазықтығының интенсивті таралу аумағы
Сурет 2.4 бұрыштық өлшемі ≪а≫ бар фотодетектордың өзара байланысан орналасуы мен линза 2 фокальді жазықтығының интенсивті таралуы (шамамен) көрсетілген.
≪а≫ бұрыштық өлшемге қабылдағышқа келетін I0 қуатын келесі түрде жазуға болады:
, (2.6)
I∑ - келесі өрнекпен анықталатын қалыпқа келтіруші (нормалаушы) көбейткіш:
(2.7)
Cурет 2.5. Апертураның ұшындығы өрістің түрлі мәні кезінде бұрыштық өлшемінен фотодетекторға келетін нормаланған қуаттың тәуелділігі
Осылайша, (2.6) өрнегі дисперсиялық элементтің бұрыштық өлшемінен шығатын апертурасынан қабылдағышқа келіп түсетін нормаланған қуаттың 10 тәуелділігін суреттейді. 10(а) кіріс талшықтан дисперсиялық элементтің апертурасына түсетін қуатты есепке алмайды, бірақ бұл ... 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