Pomiary parametrów światłowodów WYKŁAD 11 SMK. 1. Wpływ sposobu pobudzania włókna światłowodu na rozkład prowadzonej w nim mocy

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Pomiary parametrów światłowodów WYKŁAD 11 SMK. 1. Wpływ sposobu pobudzania włókna światłowodu na rozkład prowadzonej w nim mocy"

Gabriela Romanowska
8 lat temu
Przeglądów:

1 Pomiy pmetów świtłowodów WYKŁAD SMK. Wpływ sposobu pobudzni włókn świtłowodu n ozkłd powdzonej w nim mocy Ilość modów wzbudznych w świtłowodch zleży od pmetów świtłowodu i wykozystywnej długości fli. W pktyce, pzy spzęgniu świtłowodu z LED lub LD nie wszystkie mody są wzbudzne, co jest wynikiem niedopsowni pmetów źódł i świtłowodu; pondto zeczywiste świtłowody chkteyzują się niejednoodnościmi fluktucje współczynnik złmni i pmetów geometycznych (zgięci i mikozgięci). Wszystkie te czynniki powdzą do zjwisk spzęgni (pzepływ enegii między modmi) modów. Pobudzenie jednego modu n wejściu dje w ten sposób zmienny ozkłd mocy n długości świtłowodu. Dosttecznie dleko od źódł pobudzjącego wszystkie mody świtłowodowe powdzą enegię. Rozkłd mocy pomiędzy tymi modmi jest ustlony ozkłd stbilny (pktycznie po pzejściu pzez świtło odcink świtłowodu o długości około km). Dl kótkich odcinków świtłowodu ozkłd mocy między modmi zleży od sposobu pobudzni świtłowodu i odzju źódł. Rys.. Rozkłd mocy w świtłowodzie o skokowym współczynniku złmni Dl óżnych sposobów pobudzni świtłowodu Pobudzjąc świtłowód ze źódł dyfuzyjnego pobudzmy wszystkie mody n poównywlnym poziomie mocy. Pefeowne są, więc mody wyższych zędów (popgują się pod większymi ktmi w stosunku do osi świtłowodu). Pobudzjąc świtłowód wiązką skolimowną, pobudzmy mody pzyosiowe. Stbilny ozkłd modów to efekt spzężeni pomiędzy modmi powdzonymi. Aby n kótkim odcinku uzyskć ozkłd zbliżony do stbilnego stosuje się scmbley (fgment świtłowodu poddny mokozgięciom o okesie ok. mm (5 zwojów n wlcu o śednicy.7 mm zlecenie CCITT).

fluktucje współczynnik złmni i pmetów geometycznych (zgięci i mikozgięci). Wszystkie te czynniki powdzą do zjwisk spzęgni (pzepływ enegii między modmi) modów.

2 Wyniki pomiów pmetów świtłowodów (tłumienność świtłowodów i złącz świtłowodowych) i linii świtłowodowej zleżą od ozkłdu mocy w świtłowodzie. Stbilny ozkłd modów wymgny jest w czujnikch świtłowodowych. Ukłd pomiowy stbilności ozkłdu modów w świtłowodch pzedstwi ysunek. Rys.. G geneto, NH nnowoltomiez homodynowy, MM mieszcz modów, F b bdny świtłowód, F o świtłowód odbioczy Źódłem świtł jest LED zsiln z geneto (źódło dyfuzyjne, gdy świtło z diody o młej ozbieżności pd n mtówkę, źódło skolimowne t sm diod bez mtówki). Detekcj sygnłu pzy pomocy fotodiody spolyzownej w kieunku zpoowym (sygnł podwny n nnowoltomiez NH). Ukłd mechniczny umożliwi elizcję spzężeni bdnego włókn F b ze źódłmi świtł i pomi ozkłdu mocy n wyjściu świtłowodu. Wykozystuje się odcinek świtłowodu gubodzeniowego, połączony z detektoem, dugi koniec świtłowodu zmocowny jest n stoliku goniometycznym w pewnej odległości od osi obotu. Świtłowód ndwczy mocuje się tk, że jego koniec znjduje się nd osią stolik goniometycznego. Rejestuje się zleżność sygnłu optycznego od kąt, pod jkim sygnł jest emitowny. Mieszcze modów (scmbley) umożliwiją otzymnie stbilnego ozkłdu mocy w kżdym z odcinków tou.. Bdnie chkteystyk spzęgni włókien świtłowodowych Kżde złącze świtłowodowe ozncz pktycznie połączenie dwóch óżnych świtłowodów. Wynik pomiu stt złącz świtłowodów wielodomowych zleży od ozkłdu powdzonej mocy w świtłowodzie (powtzlność pomiów).. Stty odbiciowe W złączch ozłączlnych między czołmi łączonych świtłowodów powstje szczelin, pzez co świtło npotyk dw skoki współczynnik złmni odbici Fesnel.

. G geneto, NH nnowoltomiez homodynowy, MM mieszcz modów, F b bdny świtłowód, F o świtłowód odbioczy Źódłem świtł jest LED zsiln z geneto (źódło dyfuzyjne, gdy świtło z diody o młej ozbieżności pd n

3 nl nw = *0*log[ ] nl + nw n l dzeń świtłowodu, n w ośodek wypełnijący pzewę między czołmi świtłowodów Gdy n w = (powietze), n l =.46 (szkło kwcowe) =0.3 db. Stty te edukuje się wpowdzjąc ciecz immesyjną pomiędzy czoł. Rys. 3. Odbici Fesnel Rys. 4. Wpływ współczynnik złmni cieczy immesyjnej b. Stty niedopsowni geometii i pmetów świtłowodów Łączone świtłowody óżnią się: pomienimi dzeni, wtościmi petuy numeycznej NA i ozkłdmi współczynników złmni - stty związne z niedopsowniem petu: NA = 0 * log NA gdy NA >NA, świtło pzechodzi z NA do NA - stty wynikjące z niedopsowni śednic dzeni ( i ) spzęgnych świtłowodów = 0 * log 3

Stty niedopsowni geometii i pmetów świtłowodów Łączone świtłowody óżnią się: pomienimi dzeni, wtościmi petuy numeycznej NA i ozkłdmi współczynników złmni -

4 4 gdy >, świtło pzechodzi z do - stty wynikjące z óżnicy pofili współczynników złmni świtłowodów < = dl dl n n ) ( ) ( n n n = Rys. 5. Rodzje pofili współczynników złmni + + = ) ( ) ( 0 * log - stty wynikjące z niedokłdności ustwieni łączonych włókien Rys. 6. Pzesunięcie dilne osi świtłowodów Nieosiowość ustwieni świtłowodów: - pzesunięcie dilne = dl świtłowodu wielodomowego ze skokowym ozkłdem współczynnik złmni: = x x x csin 4 0 * log / π π x liniowe pzesunięcie osi, pomień dzeni, = dl świtłowodu jednodomowego (ozkłd pol funkcj Guss):

Pzesunięcie dilne osi świtłowodów Nieosiowość ustwieni świtłowodów: - pzesunięcie dilne = dl świtłowodu wielodomowego ze skokowym

5 - pzesunięcie poosiowe = świtłowody wielodomowe: d ozsunięcie czół świtłowodów = świtłowody jednodomowe: - pochylenie osi x x = 0 * log exp = 4.34 ω 0 ω ω 0 szeokość pol modu = 0 * log NA + d tg csin n + 4z d = 0 * log, z =, d ( + z ) + z ) knω0 0 Rys. 7. Pochylenie osi świtłowodów = świtłowody wielodomowe / θ = 0 *log[ nwθπnl ( ) = świtłowody jednodomowe θ = λ λ πnω0θ πnω0θ 0 * log exp = 4.34 Rys. 8. Ukłd pomiowy chkteystyk spzężeni włókien świtłowodowych 3. Bdnie spzęgczy świtłowodowych 5

34 ω 0 ω ω 0 szeokość pol modu = 0 * log NA + d tg csin n + 4z d = 0 * log, z =, d ( + z ) + z ) knω0 0 Rys. 7.

6 Spzęgcze stosuje się w celu ozgłęzieni sygnłu optycznego z jednego świtłowodu lub łączeni sygnłów optycznych w jednym toze świtłowodowym (elementy psywne). Rodzje: *, *, *N, N*M. Spzęgnie czołowe (tnsfomcj mocy pzez czoł świtłowodów) i boczne (oddziływnie między modmi spzęgnych świtłowodów elizowne pzez ich pol znikjące). - spzęgcze bocznie klejone (poces szlifowni i poleowni ż powiezchni boczn osiągnie poziom osi świtłowodu; popzez boczne klejenie wytwz się spzęgcze X, pzecięcie ozgłęzicz X i czołowe doklejenie świtłowodu dje ozgłęzicz Y), Rys. 9. Twozenie spzęgcz X - spzęgcze spwne (podgzewnie odsłoniętych obszów świtłowodów, jednoczesne skęcnie i ozciągnie) - spzęgcze plnne (metod wyminy jonowej w szkłch temiczn ktywcj jonów domieszki wpowdznych do podłoż z ciekłego źódł - elektodyfuzj, technologi zol-żel) - spzęgcze wykozystujące elementy mikooptyczne Pmety spzęgczy świtłowodowych: Rys. 0. Schemt spzęgcz typu X - stty cłkowite, wtąceniowe, w (ogólne stty w spzęgczu): P3 + P4 w = 0 * log P - współczynnik spzężeni, k s (podził mocy optycznej pomiędzy wyjści 4 i 3): k s P = 4 00% P 3 - stty pzejści (tnsmisyjne), p (upzywilejowne pzejście między świtłowodmi i 3): P3 p = 0*log P - stty spzężeni, s (stopień spzężeni pomiędzy wejściem i wyjściem 4). : 6

- spzęgcze bocznie klejone (poces szlifowni i poleowni ż powiezchni boczn osiągnie poziom osi świtłowodu; popzez boczne klejenie wytwz się spzęgcze X, pzecięcie ozgłęzicz X i czołowe doklejenie

7 = P4 s 0 * log P - współczynnik izolcji (ekstynkcji, kieunkowości spzężeni), R i (óżnic mocy n wejściu i wyjściu ): * P R i = 0 * log P - współczynnik odbici, R c (moc sygnłu optycznego, któ w efekcie odbici w spzęgczu wc do wejści ): * P R c = 0 * log P Idelny spzęgcz: moc optyczn wpowdzon wejściem nie pzenik do wejści oz nie jest odbijn do wejści. Współczynniki spzężeni dl typowych spzęgczy: 0% do 90%. Współczynniki izolcji: R i =-(50-60) db, by sygnł odbity do wejści był poniżej pogu czułości detekto. Rys.. Ukłd pomiowy do bdni spzęgczy S-spzęgcz, F n świtłowód ndwczy, F o świtłowód odbioczy, ZS złącz świtłowodowe ozłączlne, MM mieszcz modów, Ci nczynie z ciecz immesyjną, G geneto, NH nnowoltomiez homodynowy Źódło świtł pobudz sygnł zmienny z geneto G, detekcj pzy pomocy fotodiody spolyzownej zpoowo (czułe n 850 i 300 nm), z któej sygnł odbieny jest pzez nnowoltomiez homodynowy NH. Spzęgcze jednodomowe pobudzne są lseem LD dl λ=300 nm, spzęgcze wielodomowe pobudzne są diodmi LED. Ci stosuje się w celu wyeliminowni odbić Fesnel od końców świtłowodów. 4. Wpływ zgięć i mikozgięć n włściwości tnsmisyjne świtłowodów 7

Współczynniki spzężeni dl typowych spzęgczy: 0% do 90%. Współczynniki izolcji: R i =-(50-60) db, by sygnł odbity do wejści był poniżej pogu czułości detekto. Rys.

8 Rozkłd mplitudy pol podstwowego modu zgiętego świtłowodu pzedstwi ysunek: Dl pewnych x>x moc związn z modem musiłby popgowć się z pędkością >c mod wypomieniowuje, więc enegię. Współczynnik tłumienności w zgiętym świtłowodzie: = GL z G c T G Rys.. Zkzywiony świtłowód plnny ( β k0nc ) ( x) dx, GT = F ( x) dx, zc = nc, x = R, k0 λ k n L = F x 0 c = π / λ F(x) funkcj opisując ozkłd pol ozptywnego modu, b stł popgcji w świtłowodzie, efektywn szeokość ozkłdu pol modu, R pomień kzywizny zgięci Rys. 3. Rozkłdy pól modów TE 0 i TE w płskim i zkzywionym świtłowodzie plnnym Litetu: Lbotoium optoelektoniki świtłowodowej, Aleksnde Opilski, Gliwice 00 8

. Zkzywiony świtłowód plnny ( β k0nc ) ( x) dx, GT = F ( x) dx, zc = nc, x = R, k0 λ k n L = F x 0 c = π / λ F(x) funkcj opisując ozkłd pol ozptywnego modu, b

Podobne dokumenty

Zadania do rozdziału 7.

Zadania do rozdziału 7. Zdni do ozdziłu 7. Zd.7.. wiezchołkch kwdtu o okch umieszczono ednkowe łdunku. Jki łdunek o znku pzeciwnym tze umieścić w śodku kwdtu y sił wypdkow dziłąc n kżdy łdunek ył ówn zeu? ozwiąznie: ozptzmy siły