Градиентное волокно

Градиентные волокна. Диаметр сердечника 50/62,5 мкм соответственно, диаметр оболочки 125 мкм [c.293]

Гауссовы моды в пассивных резонаторах и градиентных волокнах [c.413]

Моды в градиентном волокне. В многомодовом световом волокне круглого сечения и с квадратичной зависимостью показателя преломления [c.505]

Пример 1 меридиональные лучи в градиентных волокнах. Рассмотрим в качестве примера среду с показателем преломления, распределенным следующим образом [c.113]

Простейший пример неоднородной среды — это такая среда, в которой показатель преломления п изменяется только вдоль одного направления [7, 8]. В этом случае среда называется слоистой, причем ее диэлектрические свойства постоянны на каждой плоскости, перпендикулярной оси расслоения. Более сложным примером является семейство коаксиальных цилиндров, на поверхностях которых показатель преломления постоянен. Такая геометрия встречается в градиентных волокнах (см. гл. 8). Однако к настоящему времени наибольшее распространение получили плоскослоистые среды. Поэтому данную главу мы посвятили исключительно этим структурам. В частности, в последующих разделах мы рассмотрим среды с медленной, ступенчатой и синусоидальной модуляциями показателя преломления. [c.154]

Вычислите отношение потока мощности, направляемого градиентным волокном [см. выражение (8.3.4)], к потоку мощности, направляемому эквивалентным волокном со ступенчатым профилем показателя преломления (л = л и те же значения радиуса [c.633]

Покажите, что число направляемых мод в градиентном волокне [см. выражение [c.634]

Вычислите моменты 0 для произвольного градиентного волокна [см. выражение [c.634]

Каждому типу волокон может быть поставлена в соответствие система волноводных мод. Отдельные моды или их суперпозиции определяют структуру излучения, распространяющегося по волокну. Па градиентные волокна полностью переносится теория волноводных мод, изложенная в разделе 2.3.1 для сред, квадратичных по показателю преломления. [c.93]

Три типичных профиля показателя преломления по сечению световода для многомодового, одномодового и градиентного волокна представлены на рис. 19.6. [c.303]

Вопрос о величине оптической мощности, которая может быть эффективно введена в волокно от протяженного источника, рассматривается в гл. 4. Определяемое формулой (2.1.20) произведение полосы пропускания на расстояние на практике оказывается существенно ниже реального. Из-за рассеяния в волокне большинство наклонных лучей испытывают большое затухание и при прохождении большого расстояния имеет место усреднение наклона траекторий, более близких к оси лучей. Происходящие при этом эффекты будут предметом рассмотрения в 6.6, а здесь отметим, что они приводят к уменьшению дисперсии и в результате в волокнах большой длины она увеличивается пропорционально корню квадратному из длины. Тем не менее дисперсия накладывает строгие ограничения на использование ступенчатых волокон, допуская их применение лишь в сравнительно коротких линиях связи со сравнительно неширокой полосой пропускания. Пример, приведенный в конце гл. 1, подтверждает это. Существует два типа волокон, в которых преодолен этот недостаток (рис. 2.5). Первое из них, так называемое градиентное волокно (рис. 2.5,г), было очень распространено на ранней стадии развития волоконной оптики, и оно будет рассмотрено чуть позже. Изображенное на рис. 2.5, д одномодовое волокно, вероятно, станет основным типом в будущем. Оно будет описано в 2.3 и гл. 5, где также отмечены и возможные преимущества волокна с У-профилем, изображенного на рис. 2.5, е. [c.39]

На рис. 2.10 приведено это выражение в виде графика зависимости п (Я). Чтобы изготовить оболочку или градиентные волокна, необходимо найти способы изменения показателя преломления. Обычно требуемое изменение п достигается добавлением к кварцу примесей значительной концентрации. Очевидно, что примеси приведут к появлению дополнительных резонансов, в результате чего изменятся либо напряженности полей осцилляторов, либо их резонансные частоты, либо и то и другое одновременно. Таким образом, хотя введение примесей и позволяет изменять п, необходимо иметь в виду, чтобы они не вносили дополнительной дисперсии и в то же время не увеличивали затухание за счет появления резонанса вблизи рабочей длины волны. [c.52]

Выразить это в виде потерь в децибелах и сравнить полученный результат с данными, приведенными иа рис. 4.9, которые характеризуют экспериментально измеренные потери в градиентных волокнах. [c.117]

РИС. 2.6. а — форма импульса на входе в градиентное волокно из SiO — BjOj с квадратичным профилем показателя преломления, показанным на рнс. 2.5 б — форма импульса на выходе после прохождения волокна длиной 2516 м (обратите внимание на разные временные шкалы на рис. а и б). (Согласно работе [8].) [c.58]

Гауссовыми модами называются модовые функции из базисов Гаусса-Эрмита и Гаусса-Лагерра, обладаго1цие несколькими общими свот ствами. Строго говоря, гауссовы моды ортогональны на бесконечной области. Однако, из-за быстрого убывания амплитуды, их можно рассматривать как ортогональный базис на некоторой конечной области С. Эти модовые функции описывают моды не очень высоких порядков в открытых пассивных резонаторах с зеркалами сферического профиля. Кроме того, гауссовы моды характеризуют моды градиентных волокон с параболическим профилем и моды других линзоподобных сред. Моды Гаусса-Лагерра соответствуют круглым зеркалам или градиентным волокнам с ццдищфическим сердечником. Моды Гаусса-Эрмита соответствуют квадратным зеркалам или градиентным волокнам с сердечником квадратного профиля. Для получения гауссовых мод резонатора необходимо соблюдение условия параксиального приближения [c.413]

На практике волноводы, наиболее широко применяемые для передачи света на большие расстояния, имеют цилиндрическую симметрию. В этом случае траектории лучей страновятся значительно более сложными, даже если проведенное выше элементарное доказательство объясняет их поведение. Кроме того, уменьшение показателя преломления, обусловливающее направленное распространение, может быть реализовано либо дискретным волокна со ступенчатым профилем показателя преломления), либо непрерывным градиентные волокна) способом. В первом случае показатель преломления имеет постоянную величину п 1 в цилиндрической области радиусом а сердцевина) и постоянную величину 2 концентрической кольцевой области оболочка). Во втором случае показатель преломления в сердцевине непрерывно уменьшается с расстоянием р от оси симметрии , пока не достигнет постоянной величины /12 в оболочке (рис.8.3). [c.578]

При перетягивании исходных заготовок в вс нередко возникают нерегулярности микроструктуры материала вследствие разрывов в решетке химических связей, например, В — О — В, 81 — О — 81 связей [27, 65], вероятность этих разрывов тем выше, чем при меньшей вязкости и с большим натяжением вытягивается вс и зависит также от силы этих связей. Эти нарушения когерентности микроструктуры сохраняются в ВС — вытянутые двухслойные или градиентные волокна представляют собой сильно термозакаленные системы, причем вследствие бинарности макроструктуры ВС и различия в коэффициентах расширения жильной и оболочечной его частей последующий отжиг ВС не приводит к заметному восстановлению разрывов связей, которые становятся центрами светоослабления, обусловленного и поглощением, и рассеянием. [c.53]

Профиль индекса преломления отображает соотношение между индексами ядра и оптической оболочки. Суш ествуют два основных вида профиля ступенчатый и сглаженный (градиентный). Волокно со ступенчатым профилем имеет ядро с однородным показателем преломления. При этом показатель преломления исльп-ывает резкий скачок на границе между ядром и оптической оболочкой. Напротив, в случае сглаженного профиля показатель преломления ядра не является однородным показатель максимален в центре и постепенно спадает вплоть до оптической оболочки. Кроме того, на границе между ядром и оптической оболочкой отсутствует резкий скачок показателя преломления. [c.52]

Распространение саета и межмодовая дисперсия а градиентных волокнах [c.41]

Распространение света в градиентном волокне легко рассмотреть, однако строгое рассмотрение приводит к значительным математическим трудностям. Как видно из рис. 2.6, на котором изображено градиентное волокно, осевые лучи проходят через волокно кратчайшим путем, но они преодолевают участок с наибольшим значением показателя преломления, и следовательно, распространяются с наименьшей скорбстью. Наклонные лучи, наоборот, проходят по более длинным траекториям, однако большая часть их пути находится в среде с более низким показателем преломления, в силу чего они распространяются быстрее. Таким образом, можно представить себе, что при надлежащем выборе профиля показателя преломления все лучи, сходящиеся в одну точку, могут быть сфокусированы вновь, образовав периодическую последовательность точек фокуса вдоль волокна. Из принципа Ферма следует, что в таком случае аксиальные скорости лучей будут одинаковыми и, следовательно, временная дисперсия будет равна нулю. [c.41]

Практические аспекты изготовления градиентных волокон будут рассмотрены в гл. 4, а в гл. 6 и приложении 3 вновь вернемся к волне вой и лучевой теориям распространения света в волокне. Покаже г, что при идеальном профиле показателя преломления межмодовая дисперсия может быть сделана менее 0,1 не/км. На практике не представляет труда получать хорошие градиентные волокна с величиной межмодовой дисперсии менее 1 нс/км. Однако при этом может оказаться полезной даже грубое изменение профиля показателя преломления. Например, временная дисперсия волокна со скачком показателя преломления, рассмотренного в виде примера в 2.1.2, может быть уменьшена с 34 по 10 нс/км и менее путем простого сглаживания изменения показателя преломления на границе сердцевины и оболочки. [c.43]

В 2.1 было показано, что ступенчатое волокно увеличивает общую длительность импульса в соответствии с ДГ/Z = 34 нс/км, что обусловлено межмодовой временной дисперсией. Это может быть эквивалентно приблизительно 15 нс/км на уровне половинной мощности, В градиентных волокнах эта цифра может быть уменьшена до 0,5 нс/км. В 2.2.3 были приведены значения материальной дисперсии в волокнах из кварца, которую можно ожидать при использовании светодиодов и полупроводниковых лазеров, работающих на различных длинах волн. В табл. 2.1 показано, как можно объединить полученные результаты. Воспользовавшись выражением (2.3.2), можно написать [c.64]

В табл. 2.1 приняты следующие значения величин То = О, X, = = 0,9 мкм, ДХ. = 30 нм для светодиода и ДХ, =- 3 нм для лазера. На более длинных волнах использованы у = 0,04 и у = 0,004. Как видно из таблицы, межмодовая дисперсия преобладает во всех случаях при использовании ступенчатого волокна. В случае градиентного волокна типичное значение межмодовой дисперсии составляет 0,5 нс/км, и при лазерном источнике будет преобладать материальная дисперсия. Если же применяются светодиоды, то преобладает также материальная дисперсия за исключением длин волн в окрестности 1,3 мкм. [c.64]

Длина волны, мкм Источник излучения Материальная дисперсия (Тз/О. нс/км Общая дисперсия ступенчатого волокна (т/0, нс/км 1межмодова 1 дисперсия Ti/I=15 нс/км] Общая дисперсия градиентного волокна (т/0, нс/км I межмодовая дисперсия Xi//=0,5 нс/км] [c.64]

В градиентном волокне многолучевую дисперсию можно уменьшить до xjl — 1 нс/км и менее. Этот вид дисперсии полностью отсутствует в одномодовых волокнах. [c.75]

Мбит/с. Более высокая информационная пропускная способность в данном случае ограничивается межмодовой дисперсией. У хорошего градиентного волокна материальная дисперсия ухудшает характери--стики системы связи с высокими скоростями передачи данных на длинах волн 0,9 и 1,55 мкм, однако она незначительна по величине при = 1,3 мкм. Если может быть получено и будет постоянно выпускать- [c.86]

Как можно видеть из рис. 3.7, использование лазерных источников на длине волны 1,55 мкм также дает преимущества при малых скоростях передачи данных. При более высокой информационной пропускной способности независимо от длины волны начинает преобладать межмодовая дисперсия как в ступенчатых, так и в градиентных волокна . По причинам, которые позже будут рассмотрены в гл. 5, более сложная ситуация возникает при использовании одномодовых волокон. При использовании обычно. -о лазерного источника излучения (7- 0,СЮ4), работающего на длинах волн 0,9 и 1,55 мкм, информа ционная пропускная способность системы связи будет ограничена дис Персией, если скорость передачи данных превысит 50. .. 100 Мбит/с Это обеспечивает преимущество в 100 Мбит/с для системы, работаю щей на длине волны 1,3 мкм, которая всегда ограничена по затуханию Однако лазеры можно сделать работающими на одной продольной мо де и в этом случае у может стать менее 0,0001. При этих условиях материальная дисперсия становится малой даже на А. = 1,55 мкм, что позволяет воспользоваться преимуществом минимального затухания иа этой длине волны (штриховая кривая на рис. 3.7). [c.87]

При совместном рассмотрении эффектов поглощения и дисперсии в волокне появляются две предпочтительные длины волны 1,55 мкм, соответствующая минимуму поглощаения, и 1,3 мкм, обеспечивающая минимальную дисперсию. Первая используется в одномодовом волокне, возбуждаемом излучением лазерных источников, стабилизированных по частоте, при создании систем связи с наилучшими характеристиками. Вторая используется в многомодовых градиентных волокнах с хорошим профилем показателя преломления при возбуждении их излучением светодиодов. [c.92]

Метод может обеспечить получение достаточно хорошо контролируемого профиля показателя преломления путем тщательного поддержания в процессе осаждения требуемого закона распределения температуры в поперечном сечении пористого стержня. Установлено, что концентрация ОеОа в синтезируемых стеклянных частицах увеличивается равномерно с температурой осаждения в диапазоне 300. ... .. 800 С. Прн использовании данного процесса были получены длинные градиентные волокна с потерями менее 0,5 дБ/км на 1,55 мкм и дисперсией, не превышающей 1 нс км. Приведенная на рис. 3.5 кривая потерь была получена для волокна, изготовленного этим методом. Невозможность поддержания соответствующего контроля диаметра сердцевины данного волокна привело к наличию остаточных волноводных потерь порядка 0,4 дБ/км. [c.97]

Скорость иамотки изменяется от 0,2 до 5 м/с. Таким образом, на вытягивание 5. .. 10 км волокна требуется 5. .. 10 ч, а на получение самой заготовки для изготовления градиентного волокна высокого качества может потребоваться 10 ч. Даже при высокой степени автоматизации технологического процесса, которая здесь просто необходима, производство волокна данным способом недешево и остается, по-видимому, на уровне 100 долларов за километр. По сравнению с волокном, изготавливаемым непрерывным способом и вытягиваемым при скоростях, больше указанных, волокно, изготовленное вышеописанным способом, могло бы быть значительно дешевле, а его стоимость менее 10 долларов за километр. [c.101]

При описании процессов M VD и VD упор делался на изготовление градиентного волокна. Однако оба эти процесса могут быть легко приспособлены и для получения одномодового волокна с малым диаметром сердцевины путем простого регулирования количества, содержащегося в заготовке материала для сердцевины и оболочки. [c.102]

Сравним процессы M VD и VAD. Первоначально размер заготовки, получаемой способом M VD, ограничивался необходимостью поддержания контроля над процессом осаждения, в результате чего из нее обычно вытягивали 3. .. 5 км градиентного волокна. При более высоком давлении паров осаждаемых материалов и более тщательном контроле за условиями осаждения стало возможным получать заготовки больших размеров. Кроме того, после превращения заготовки в стержень, он вставляется в трубку из чистого кварца, которая образует наружную поверхность оболочки до того, как заготовка будет вытянута в волокно. Это особенно подходит для изготовления одиомо- [c.102]

Модифицированный метод химического осаждения из газовой фазы (M VD) позволяет получать оптические волокна с самыми низкими потерями и самым тщательным контролем профиля показателя преломления. Так, изготовленные этим методом градиентные волокна имеют минимальные потери 0,34 дБ/км на длине волны 1,55 мкм при полосе пропускания более 1 ГГц-км, а минимальные потери одномодовых волокон составляют 0,2 дБ/км на длине волны 1,55 мкм. [c.118]

WKB (Wentzal, Kramers, Brillouin), которое может быть использовано при решении волновых уравнений. Будет показано, что использование этого приближения, которое будет рассмотрено в гл. 6, весьма эффективно при изучении градиентного волокна. [c.119]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...