Оптические волокна многомодовые

Восстановление изображения после двухкратного прохождения многомодового оптического волокна [c.224]

Частным случаем фазово-неоднородной среды является многомодовое оптическое волокно. Одной из основных причин искажения изображения в нем является модовая дисперсия. Это означает разницу в фазовых задержках между собственными модами, возникаю- [c.224]

Таким образом, в тех случаях, когда для описания градиентного многомодового оптического волокна можно использовать дифракционную скалярную теорию, для возбуждения и селекции заданных мод волновода целесообразно использовать дифракционные оптические элементы, методы расчета которых описаны в 6.2,3-6.2.6. [c.455]

До сих пор использовалась лучевая модель распространения света в оптических волокнах, когда световые лучи, последовательно отражаясь от границы сердцевина — оболочка, распространялись в сердце-вине по зигзагообразным траекториям. Такая модель распространения света пригодна для объяснения большинства эффектов, наблюдаемых в оптических системах связи, использующих многомодовые волокна. Однако необходимо помнить, что свет представляет собой электромагнитные волны и его распространение в волокне следует рассматривать в виде мод распространения, а не лучей. Физически понятие луча означает узкий пучок плоских электромагнитных волн в пределе, когда X -> 0. На практике нечто похожее может быть получено с помощью узкого пучка излучения лазера. В оптических волокнах обычно не выполняется условие малости длины волны распространяющегося света в сравнении с радиусом сердцевины волокна и поэтому лучевая модель должна использоваться с осторожностью, а само оптическое во- [c.118]

В этом разделе рассматривается итеративный алгоритм расчета фазовых ДОЭ, которые могут быть названы тловыми спектральными анализаторами, служащими для разложения амплитуды когерентного светового поля по ортогональному базису с угловыми гармониками. Сферическая линза фактически играет роль фурье-анализатора, так как она раскладывает светового поля на плоские волны или пространственные фурье-гармоники. Аналогично, комбинация линза + ДОЭ может быть названа анализатором Бесселя, Гаусса-Лагерра, или Цернике если данный оптический элемент раскладывает лазерный свет по соответствующему базису. Разложение по модам Гаусса-Лагерра используется при селекции поперечных мод на выходе многомодового волокна с параболическим профилем показателя преломления [44 . Базис круговых полиномов Цернике используется при анализе аберраций волновых фронтов [45. [c.622]

Принцип работы одномодового волокна ненамного сложнее обьганого распространения луча вдоль ядра. Использование геометрической оптики для описания работы данного вида волокна не совсем корректно, так как в данном подходе не учитывается распределение электромагнитной энергии внутри волокна. Некоторая часть электромагнитного излучения переносится в оптической оболочке, как показано на рис. 5.6. Кроме того, диаметр светового пучка, вводимого в волокно, превышает диаметр его ядра. Для определения поперечного размера светового пятна в волокне используется термин — диаметр модового поля. В отличие от многомодового, в одномодовом волокне излучение присутствует не только внутри ядра. Поэтому диаметр модового поля лучше характеризует излучение, чем диаметр ядра. [c.56]

Волоконно-оптические системы связи второго поколения делятся на две категории системы, использующие многомодовое волокно и работающие в области 1,3 мкм, соответствующей минимальной материальной дисперсии и, системы, в которых применяется одномодовое волокно на одной из длин волн, обеспечивающих минимальное затухание. Преимущество этих систем перед системами связи первого поколения состоит в возможности существенного увеличения расстояния между ретрансляторами, что и стимулирует разработку длинноволновых ис- [c.444]

Особый интерес представляют три волоконно-оптические системы связи второго поколения, работающие на более длинных волнах. Первая — это волоконно-оптическая система связи, работающая на длине волны 1,3 мкм, соответствующей минимальной материальной дисперсии и использующая СД, /7-/-п-фотодиод в сочетании с полевым транзистором и многомодовое градиентное волокно. Расстояния между ретрансляторами будет превышать 10 км при информационной пропускной способности 140 Мбит/с и 20 км при 45 Мбит/с. Вторая система использует лазер, ЛФД или -(- -фотодиод в сочетании с полевым транзистором и одномодовое волокно и работает на длине волны 1,55 мкм, соответствующей минимальному затуханию. Ее параметры зависят от минимизации ширины спектра излучения лазерного источника за счет [c.468]

Волокно является двухслойным диэлектрическим волноводом, характеризующимся вполне определенными пространственно-временными распределениями электромагнитного поля, которые зависят от параметров волокна и длины волны оптического излучения и называются модами. Каждая мода удовлетворяет уравнениям Максвелла и некоторь1м граничным условиям, определяемым геометриёй и оптическими характеристиками волокна. Различают одномодовые и многомодовые оптические волокна. Диапазон длин волн сигналов, передаваемых по ОК находится в спектральном диапазоне от 850 до 1550 нм, который относится к ближайшему ИК-диапазону, [c.206]

Рис. 4.12. Каскадный генератор из двух последователы1ых полуоткрытых линейных генераторов. Между двумя фото-рефрактивными нелинейными элементами может располагаться бухта многомодового оптического волокна

Поляризационное обращение волнового фронта и передача информации по многомодовым волокнам. До сих пор во всех рассматриваемых приложениях ФРК-лазеров использовались пучки, линейно поляризованные так, чтобы в кристалле они соответствовали необыкновенной волне. При этом, как известно, компоненты электрооптического тензора и коэффициенты усиления света максимальны (гл. 1). В то же время в ряде ситуаций, например при распространении света по оптическим волокнам, возникают существенные искажения не только волнового фронта, но и поляризации. Для восстановления неискаженных пучков в этих случаях необходимо полное обращение волнового фронта, т.е. помимо сопряжения пространственных фаз необходимо одновременное восстановление исходного состояния поляризации ). [c.231]

Рис. 7.9. Линия волоконной оптической связи с поляризационным пассивным обращающим зеркалом по схеме рис. 7.8 для исключения поляризационных и фазовых искажений сигналыюго пучка в двухпроходовой геометрии Я,, - поляризатор и анализатор БК - блок кодирования Л,, - линзы ввода-вывода излучения в отрезок многомодового оптического волокна AfOS

Насколько нам известно, впервые предложение по использованию динамических голограмм в ФРК для целей адаптивной интерферометрии в волоконно-оптических датчиках было сделано в 9.23]. Авторы этой работы указали, что предлагаемая методика позволяет использовать в плечах интерферометра многомодовые оптические волокна, значительно упростит юстировку выходного узла интерферометра, а также обеспечит подавление медленных изменений в интерференционной картине, связанных с изменением внешних условий. Действительно, в высокочувствительных волоконно-оптических датчиках с большой длиной плеч (10 —10 м) именно медленный дрейф фазовой задержки между плечами интерферометра из-за изменений температуры или давления может достигать значительной величины (5 10 рад) [9.24]. Из-за существенного нелинейного режима работы фотоприемника при указанной величине случайного фазового сдвига спектр полезного высокочастотного сигнала уширяется, что ограничивает реальную обнаружительную способность датчика. Использование динамической голограммы позволяет скомпенсировать указанный медленный дрейф фазовой задержки и про- [c.221]

Впервые использование ОВФ для компенсации модового рассогласования в оптических волокнах, необходимого для восстановления передаваемого изображения, было предложено в [9.45]. Суть эффекта заключается в том, что при ОВФ знак фазы каждой из световых мод, прошедших через отрезок волокна длиной L, изменяется на обратный. После прохождения еще одного отрезка волокна такой же длины с аналогичным модовым составом полученное приращение фазы каждой из мод полностью скомпенсируется, что означает максимально точное восстановление входного распределения амплитуды света. Насколько нам известно, подобная оптическая система, состоящая из двух отрезков идентичных многомодовых оптических волокон и устройства фазового сопряжения между ними, практически реализована не была. Основная трудность здесь заключается в необходимости точного подбора двух совершенно одинаковых оптических волокон. [c.225]

Основным преимуществом данной схемы волоконно-оптического гироскопа по сравнению с традиционным устройством (рис. 9.12, б) является возможность использования в них многомодовых оптических волокон, что существенно упрощает конструкцию устройства и снижает требования к юстировке. Дело в том, что после обращения волнового фронта и повторного прохождения через волокно в принципе должна быть восстановлена изначальная простая форма лазерного пучка на входе оптического волокна. Вместе с тем для полной реализации этой функции необходимы специальные более сложные схемы ОВФ с восстановлением состояния поляризации световой волны [9.75—9.77]. Другим существенным недостатком данной схемы, так же как и предыдущей, является необходимость использования лазера с длиной когерентности, превосходящей удвоенную длину кольца 2L, что обязательно для осуществления ОВФ в активной схеме (с внешними заданными пучками накачки). [c.237]

Если сравнить данное выражение с результатом волнового анализа параболического профиля в многомодовых оптических волокнах, то [c.106]

Данная глава состоит из двух частей. Первая, более короткая, посвящена средам, в которых изменение показателя преломления п происходит на характерных размерах, существенно превышающих длину волны, в то время как во второй, боЛее длинной, части мы рассматриваем противоположную ситуацию. В первой части завершается анализ градиентных сред, начатый в гл. 2 изучением представления поля вблизи критических областей каустик или точек поворота). Рассмотренные практические примеры касаются распространения оптического излучения в градиентных многомодовых оптических волокнах. Вторая часть в основном посвящена анализу сред с кусочнопостоянными профилями показателя преломления. [c.155]

Имеются некоторые данные о существовании избыточного шума, генерируемого в самом источнике излучения, в частности, в лазерах, на частотах, близких к частотам собственного резонанса. Однако еще не ясно, ведет ли это к существенному ухудп1ению результирующих характеристик оптических систем связи. Имеет место значительно более с ьезный эффект, который связан с линией передачи и наблюдается при использовании узкотюлосных лазерных источников излучения в сочетании с многомодовым оптическим волокном. Он стал известен как модальный шум. [c.392]

Так как спектры генерации и накачки вырождены, то появилась возможность максимальной интеграции в единой системе с обратной связью процессов вьшужденного излучения и нелинейного смешения волн. В главе 6 рассмотрены также гибридные (комбинированные) лазеры, которые содержат в общем резонаторе активную и нелинейную среды. Гибридные лазеры обладают рядом новых уникальных свойств, в том числе возможностью генерации пучков с дифракционной расходимостью на оптически несовершенных средах, само-свипирования длины волны излучения в диапазоне десятков нанометров с шагом дискретности до 10" нм ( ) и др. В главе 7 систематизированы и достаточно подробно проанализированы уже довольно многочисленные приложения лазеров на динамических решетках системы оптической связи через неоднородные среды и по многомодовым волокнам, логические и бистабильные элементы, оптические процессоры и системы нелинейной ассоциативной памяти, оптическая интерферометрия в спектральной области и са-моюсгирующиеся оптические интерферометры и тд. Приведенная полная библиография включает самые последние публикации 1987-1988 гг. В заключении рассмотрено место лазеров на динамических решетках среди других лазеров и проанализированы их предельные характеристики. Обсуждаются перспективы дальнейшего развития этой новой области квантовой электроники. [c.7]

Полученное ослабление отражения носит скорее демонстрационный характер. Однако аналогичное ослабление должно происходить во всех схемах, у которых отражения от промежуточных оптических элементов схемы попадают в ту же область нелинейного элемента, где формируется пассивное обращающее зеркало. Такая ситуация реализуется, например, при формировании пассивного обращающего зеркала за счет полного внутреннего отражения пучков светоиндуцированного излучения (п. 4.2.3). По рассмотренному механизму заметно ослаблялось косое френелевское отражение от передней грани ретромодулятора на BaTiO [26]. Аналогичное ослабление на 5—10% отражения на заднем торце многомодового волокна зарегистрировано в [35]. [c.231]

Интересно рассмотреть также поперечные моды в качестве независимых носителей информационных каналов вместо используемых продольных мод (а может быть, и в дополнение к ним). Как было сказано выше, поперечные моды лазерного излучения представляют собой пучки света, распределение комплексной амплитуды в сечении которых описывается собственными функциями оператора распространения света в соответствующей среде. Фундаментальным свойством мод является сохранение структуры и взаимной ортогональности при распространении в среде. Именно это свойство поперечных мод является основой для построения систем связи с модовым уплотнением каналов. Интерес к поперечным модам как носителям независимых каналов передачи информации связан, во-первых, с постоянным повышением качества производимых многомодовых волокон [см., например, 68], во-вторых, с разработкой методов качественного синтеза дифракционных оптических элементов моданов [19, 27-30], способных эффективно формировать и селектировать поперечные моды лазерного излучения (см. также 6.2 данной книги). Общая теория построения телекоммуникационных систем с уплотнением каналов, основанном на использовании поперечных мод, детально изложена в [19]. Отметим, что селективное возбуждение поперечных мод оптоволокна позволит увеличить пропускную способность линии связи не только за счет параллельной передачи нескольких каналов по одному волокну, но и за счет решения проблемы уширения импульса, вызываемого наличием межмодовой дисперсии [18-20, 6.2.7]. Одна из предполагаемых инженерных реализаций волоконно-оптической связи с использованием селективного возбуждения поперечных мод [19] представлена на рис. 6.53. Пространственный фильтр МА является матрицей электрооптических модуляторов, освещаемых плоской волной когерентного света Рд (х). На матрицу электрооптических модуляторов непосредственно подается вектор промодулированных по времени сигналов 5Д. [c.456]

Выше речь шла о ахучае линейного распространения светового пучка в волноводе (волокне). В настоящее время большой интерес также вызывает возможность применения нелинейных оптических эс1>фектов для повышения пропускной способности волоконных линий связи [69, 70]. В работе [71] рассматривается возможность использования селективного возбуждения поперечных, мод градиентного многомодового волокна в условиях нелинейности для повышения пропускной способности. Там же приведены результаты численного эксперимента по моделированию работы такого канала связи. Формирование заданного модового состава может быть полезно для повышения качества не только оптической волноводной связи, но и оптической связи в свободном пространстве. В работе [72] приводятся результаты сравнительного исследования применения гауссова пучка (гауссовой моды (0,0)) и нулевой моды Бесселя, являющейся модой свободного пространства [23], для оптической передачи информации в свободном пространстве. [c.458]

В реальных ВС показатель преломления по всему оптическому сечению и длине волокна имеет макроотклонения Ап — = f(x, у, 2) от номинального профиля [47], приводящие к преобразованиям одних мод в другие, в том числе к вырождению части направляемых мод в вытекающие, т. е. к светопотерям на рассеяние. Этот вид рассеяния имеет место во всех ВС — одно- и многомодовых, с ква-зиступенчатым и градиентным профилями показателя преломления [9, 41, 48] — и определяется в основном составом и степенью пространственно-материальной когерентности макроструктуры пары-тройки исходных материалов и особенностями процесса преобразования их в ВС [8, 41, 83]. [c.51]

Особенность распространения излучения в одномодовом режиме подчеркивает еще одно отличие одномодового волокна от многомодового. В одномодовом волокне излучение переносится не только внутри ядра, но и в оптической оболочке, в связи с этим возникает дополнительное требование к эффективности переноса энергии в этом слое. В многомодовом волокне прозрачность оптической оболочки практически не имеет никакого значения. Действительно, в этом случае возникновение мод в оптической оболочке является даже нежелательным, поэтому требования к ее прозрачности достаточно умерены. Для одномодового волокна это )ггверждение будет неверно. [c.57]

В большинстве многомодовых волокон, используемых в оптических системах связи, одновременно распространяется много мод. Рассмотрим кратко способ оценки числа распространяющихся в волокне мод. Большая часть оптической мощности переносится в сердцевине волок- [c.134]

Чтобы получить полезные (применимые) решения волновых уравнений для многомодовых ступенчатых и градиентных волокон, приведенных соответственно в 5.3 и 6.1, необходимо ограничить рассмотрение тремя случаями. Выше рассматривались только моды высоких порядков на частотах, далеких от частоты отсечки в слабо направляющих волокнах, и обнаружено, что найденные решения являются локальными приближениями к линейно поляризованным плоским поперечным электромагнитным волнам. С другой стороны, эти условия именно те, которые необходимы для оптического распространения, описываемого в рамках лучевой модели. Следовательно, можно показать, что эти два по-видимому, очень различ 1ых подхода оказываются эквивалентными. [c.160]

Подчеркнем еще раз, что лежащее в основе анализа дисперсии в градиентных волокнах соотношение (6.1.40) справедливо только для тех мод высоких порядков, распространяющихся в многомодовых волокнах, которые далеки от частоты отсечки. Предположим, что большая часть передаваемой по волокну оптической мощности переносится именно такими модами. В этом параграфе найдем среднеквадратическое отклонение времени распространения, усредненное по всем этим модам. При этом будем предполагать, что свет вводится в волокно от источника, спектральная ширина излучения которого на уровне половинной мощности равна Дсо (или среднеквадратическая ширина равна Ои) и распределяется равномерно между всеми модами распространения. [c.173]

Хотя, вероятно, взаимодействие мод и вызывает увеличение затухания в волокне, однако оно оказывает и положительное влияние, состоящее в уменьшении дисперсии. Рассмотрим оптический импульс, введенный в многомодовое волокно в виде одной конкретной моды. В процессе его распространения из-за взаимодействия мод часть мощности пойдет на возбуждение других мод, имеющих различные скорости распространения, что приведет к расширению импульса. Предположим теперь, что свет вводится в волокно таким образом, что равномерно возбуждаются все световодные моды. Как и ранее, при распространении конкретной моды часть ее мощности снова передается соседней моде. Происходит много таких переходов, пока свет, наконец, достигнет фотодетектора на конце волокна. В ре ультате этого сгет распространяется по волокну в виде многих различных мод и, следовательно, перемещается с общей скоростью, равной средней скорости модовых групп. Аналогичное рассуждение применимо ко всей оптической мощности, распространяющейся в волокне, и вследствие этого не наблюдается расширения импульса. Никакой свет не распространяется в волокне в виде только самой быстрой или самой медленной моды. Как общая, так и среднеквадратическая длительности импульса при этом уменьшаются по сравнению с длительностью импульса на выходе аналогичного волокна, не имеющего никакого взаимодействия мод. [c.187]

Волоконно-оптические системы связи первого поколения — этс такие системы, в которых используются многомодовое градиентное волокно, полупроводниковый лазер на GaAs илн светодиод в качестве источника излучения и кремниевый лавинный фотодиод в качестве фотодетектора. Во многих странах были созданы подобные экспериментальные системы связи, используемые в качестве неотъемлемых участков действующей теле( юииой сети. Другими словами, волоконные кабели. были проложены по обычиым телефонным трассам, соединялись [c.438]

Успех применения длинноволновых многомодовых оптических систем связи 3 решающей степени зависит от возможности производства градиентных волокон с малыми отклонениями в профиле показателя преломления, минимальной межмодовой дисперсией и умеренной стоимостью. Достоинство такого волокна — реальность создания дешевой, простой и надежной ВОЛС с высокими параметрами при использовании СД в качестве источника излучения и /7-1-п-фотодиода в качестве фотодетектора. Кроме того, многомодовые волокна легче сращивать и соединять между собой и с другими элементами по сравнению с одномодовыми волокнами. Применение лазерных источников излучения может увеличить информационную пропускную способность и достижимую дальность связи, хотя в этом случае становится проблемой модальный шум. Преимущество использования длинноволрювых ЛФД более проблематично. Б настоящее время их недостатками являются высокий темновой ток в лавинной области и высокий коэффициент шума, поэтому на длинных волнах они имеют мало преимуществ по сравнению с /з-г-л-фотодиодами или вообще их не имеют. [c.446]

Оптическая линия связи работаете прямой модуляцией интенсивности в диапазоне частот О...10 МГц. Требуется обеспечить отношение снгнал-шум на входе приемника, равное 50 дБ (отношение максимального значения сигнала к среднеквадратнческому шуму /С—316). В качестве источника излучения использован светодиод, который вводит в многомодовое волокно 50 мкВт средней мощности. приче.м его коэффициент модуляции ограничен значением 0,5.. Затухание в волокне равно 4 дБ/км. Фотодетектор — ЛФД с коэффициентом усиления 100. коэффициентом шума 5 и с чувствительностью без умножения 0,6 A/Вт. [c.467]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...