Глущенко А.Г., Головкина М.В. Физические основы волоконной оптики. Конспект лекций

Подождите немного. Документ загружается.

ЛИТЕРАТУРА

Бейли Д., Райт Э. Волоконная оптика. -М.: Кудиц-Пресс,

2008. -320 с.

Бродниковский А.М., Убайдуллаев Р.Р. Поляризационная

модовая дисперсия PMD волоконно-оптических систем пе-

редачи // Метрология. -2001. -№ 3. С. 28-36.

Введение в интегральную оптику (под ред. М. Барноски).

-М.: Мир. 1977. -368 с.

Гауэр Дж. Оптические системы связи. -М.: Радио и связь,

1989. -502 с.

Карлов Н.В. Лекции по квантовой электронике. -М.: Наука,

1988. -366 с.

Козанне А., Флере Ж., Мэтр Г., Руссо М. Оптика и связь.

-М.: Мир, 1984. -502 с.

Никольский В.В., Никольская Т.И. Электродинамика и рас-

пространение радиоволн. -М.: Наука, 1989. -544 с.

Оптические кабели связи российского производства. Спра-

вочник. -М.: Эко-Трендз, 2003. -286 С.

Семенов А.Б. Волоконно-оптические подсистемы современ-

ных СКС. -М.: ДМК, 2007. -632 с.

10.

Сивухин Д.В. Общий курс физики. Оптика. -М.: Наука,

1985. -752 с.

11.

Скляров О.К. Волоконно-оптические сети и системы связи. -

М.: СОЛОН-Пресс", 2004. - 272 с.

12.

Слепов Н.Н. Современные технологии цифровых оптоволо-

конных сетей связи. -М.: Радио и связь, 2003. -468 с.

13.

Солимено С. и др. Дифракция и волноводное распростране-

ние оптического излучения. -М.: Мир, 1989. -460 с.

14.

Стерлинг Д.Дж. Волоконная оптика. Техническое руково-

дство. М.: Лори, -1998. -195 с.

15.

Убайдуллаев Р.Р. Волоконно-оптические сети. -М.: Эко-

Трендз, 2000. -270 с.

16.

Фриман Р. Волоконно-оптические системы связи. -М.: Тех-

носфера, 2007. -512 с.

17.

Ярив А., Юх П. Оптические волны в кристаллах. -М.: Мир,

1987. -610 с.

161

Глоссарий

Внешняя квантовая эффективность - это отношение числа

фотонов , вышедших из полупроводника в едини-

цу времени, к общему числу электронно-дырочных

пар, прошедших в единицу времени через p-n - переход

выш

об

обвышвнеш

N/N=η

Внутренняя квантовая эффективность материала определяет-

ся выражением

)dt/dn(

внутр

=η

, где ско-

рость рекомбинации электронов и дырок в единице объ-

ема, в которой учитываются только излучательные пере-

ходы, - скорость рекомбинации электронов и

дырок с учетом всех переходов, как излучательных, так

и безызлучательных. Для эффективной работы полупро-

водникового лазера или диода необходимо добиваться

как можно более высоких значений

)dt/dn( -

)dt/dn(

внутр

Волновая поверхность - геометрическое место точек, которые

испытывают колебания в одной фазе.

Волноводная дисперсия - это уширение импульса, происходя-

щее из-за того, что постоянная распространения моды

зависит от длины волны или частоты.

Волновое сопротивление

εε

μμ

= , где - электрическая

постоянная,

- магнитная постоянная.

, .

м/Ф1085,8

−

⋅=ε м/Гн106,12

−

⋅=μ

Волновое сопротивление вакуума: ом377Z

≈

Волновое число k - модуль волнового вектора . Волновое число

вычисляется как

v/k

= , где

- частота волны, v -

фазовая скорость волны или , где - длина

волны. В среде с комплексной диэлектрической прони-

λπ= /2k λ

162

цаемостью волновое число является комплексным

.kik

′′

−

′

=με

Волновой вектор - вектор k, определяющий направление рас-

пространения и пространственный период плоской мо-

нохроматической волны .

)t(i

eEE

kr−ω

Вырожденный полупроводник

- это полупроводник, у которо-

го уровень Ферми располагается внутри соответствую-

щей разрешенной зоны полупроводника (валентной или

зоны проводимости).

Гауссов пучок - это пучок, поперечное распределение напря-

женности электрического поля в котором определяется

функцией Гаусса:

)

exp(E)y,x(E

−=

, где - ам-

плитуда напряженности электрического поля на оси

пучка,

yxr += - есть расстояние от оси пучка в

плоскости, перпендикулярной оси Oz,

- радиус пучка

в перетяжке.

Градиентное волокно - волокно, у которого показатель пре-

ломления сердцевины меняется в зависимости от рас-

стояния от центра волокна.

Групповая скорость - скорость движения огибающей группы

волн, образующей в каждый момент времени локализо-

ванный в пространстве волновой пакет.

гр

∂

, где

- частота волны, k - волновое число. Если среда не

обладает дисперсией, групповая скорость совпадает с

фазовой скоростью v

. Групповая скорость определяет

скорость и направление переноса энергии волнами.

Дисперсия света - совокупность оптических явлений, обуслов-

ленных зависимостью комплексной диэлектрической

проницаемости (а, следовательно, и показателя пре-

ломления n) от частоты световой волны

и ее волново-

го вектора

163

Длина волны отсечки определяется как наименьшая длина

волны, при которой в волокне реализуется одномодовый

режим распространения излучения.

Индуцированное (вынужденное) излучение кванта света про-

исходит под воздействием падающего на возбужденный

атом внешнего кванта. Индуцированное излучение явля-

ется когерентным.

Инжекционная люминесценция - излучение света в p-n - пере-

ходе, возникающее при прямом включении в результате

инжекции основных носителей с последующей реком-

бинацией электронно-дырочных пар.

Критическая частота - это частота, ниже которой волна не

распространяется.

Локальная числовая апертура (для градиентного волокна) -

это числовая апертура, зависящая от r - расстояния от

центра волокна:

n)r(n)r(sin)r(NA −=Ω= . Здесь

- показатель преломления сердцевины, - пока-

затель преломления оболочки.

)r(n

Материальная дисперсия - это зависимость показателя пре-

ломления среды от длины волны (или частоты). В ре-

зультате наличия материальной дисперсии скорость рас-

пространения электромагнитных волн с различными

частотами оказывается различной. Результатом такой

дисперсии является уширение светового импульса при

распространении в диспергирующей среде. Обозначатся

mat

Межмодовая дисперсия - это уширение светового импульса

при его распространении, возникающее из-за того, что

лучи в волокне распространяются под разными углами и

проходят при этом разные расстояния. Обозначатся

. Обычно дисперсия нормируется в расчете на 1 км,

тогда под названием "дисперсия" понимается величина

mod

, измеряемая в

км

нс

или в

км

пс

Мода. В оптическом световоде существует бесконечная после-

довательность решений уравнений Максвелла, завися-

164

щих от номера m. Каждое такое решение называется мо-

дой

распространения. При этом m - номер моды. Каж-

дому модовому решению соответствует распростра-

няющаяся волна (

мода). В оптическом волокне при ис-

пользовании лучевой трактовки каждая мода распро-

страняется под определенным углом к оси волокна, за-

висящем от номера моды.

Накачка - процесс создания инверсной населенности в усили-

вающей среде путем сообщения энергии среде.

Нормированная частота

⋅⋅π

NAd

где

nnNA −= -

числовая апертура, d - диаметр сердцевина волокна, -

длина волны.

Оболочка - внешняя часть оптического волокна, окружающая

сердцевину.

Одномодовый режим - режим, при котором в оптической све-

товоде распространяется только одна мода.

Одномодовый режим для оптического волокна. Одна мода в

волокне будет распространяться при выполнении усло-

вия , где V - нормированная частота.

405,2V <

Относительная разность показателей преломления опре-

деляется по формуле

nn −

=Δ

, где - показатель

преломления сердцевины, - показатель преломления

оболочки.

Параксиальные лучи - это лучи, распространяющиеся под

очень малыми углами к выбранной оси.

Перестановочная двойственность уравнений Максвелла за-

ключается в том, что если рассматривать уравнения

Максвелла в комплексной форме

,irot

0 mm

−=

ст

mm0

irot jEH

+εεω=

, при

отсутствии сторонних токов, то замена

μμ

→εε ,

εε→

μμ

, , сохраняет эту систему

уравнений, причем первое уравнение переходит во вто-

рое, а второе - в первое.

HE −→ EH →

165

Перетяжка - самое узкое место гауссова пучка.

Плоская волна - волна, у которой волновые поверхности пред-

ставляют собой плоскости.

Показатель преломления среды: με=n , где - диэлектри-

ческая проницаемость среды,

- магнитная проницае-

мость среды. Показатель преломления v, где с -

скорость света в вакууме, v - скорость света в среде.

/cn =

Поляризационная модовая дисперсия - это уширение

импульса, наблюдающееся из-за некруглости профиля

сердцевины волокна. Из-за небольшой величины поля-

ризационная модовая дисперсия может проявляться ис-

ключительно в одномодовых волокнах.

pmd

Пороговый ток - это значение тока, при превышении которого

в полупроводниковом лазере возникает лазерное коге-

рентное излучение.

Рэлеевское рассеяние - рассеяние света на микроскопических

неоднородностях, возникающих из-за флуктуаций пока-

зателя преломления.

Сердцевина - внутренняя среда оптического волокна, по кото-

рой происходит распространение сигнала.

Скорость распространения волны в среде: , где с -

скорость света в вакууме, n - показатель преломления

среды. С учетом выражения для показателя преломления

n/cv =

με=n, скорость распространения волны в среде вы-

числяется как:

εμ

Спонтанное излучение происходит самопроизвольно в произ-

вольный момент времени. Спонтанное излучение явля-

ется некогерентным и играет роль собственных шумов.

Ступенчатое волокно - волокно, у которого показатель пре-

ломления в сердцевине является постоянным.

Угловая расходимость (для гауссова пучка). На больших рас-

стояниях z от перетяжки гиперболические поверхности,

задающие траекторию лучей и направление распростра-

нения энергии в пучке, асимптотически стремятся к ко-

166

ническим поверхностям. Половина угла при вершине та-

кого конуса называется

угловой расходимостью пучка.

Угол Брюстера - это угол падения, при котором происходит

полное прохождение волны параллельной поляризации.

Величина угла Брюстера

бр

находится из закона Брю-

стера:

бр

tg =ϕ

, где и - показатели преломле-

ния первой и второй среды соответственно. При падении

волны перпендикулярной поляризации под углом Брю-

стера коэффициент отражения .

0r =

⊥

Фазовая скорость - скорость перемещения фазы волны в опре-

деленном направлении.

k/v

= , где

- частота вол-

ны, k - волновое число.

Хроматическая дисперсия состоит из материальной дис-

персии и волноводной дисперсии.

chr

Число мод в волокне. В случае большого количества мод для

ступенчатого волокна число мод определяется по фор-

муле

≈

, где V - нормированная частота, для гра-

диентного волокна

≈

. В случае малого количест-

ва мод их число определяется числом корней решений

уравнений Масвелла.

Числовая апертура волокна определяет максимальный угол

ввода в волокно луча, который будет испытывать полное

отражение и распространяться в волокне. Числовая

апертура обозначается NA и для ступенчатого волокна

рассчитывается по формуле

nnsinNA −=Ω= ,

где - показатель преломления сердцевины, - по-

казатель преломления оболочки.

Ширина спектра источника излучения - это диапазон

длин волн, в пределах которого излучаемая им мощность

превышает 50 % максимального значения

λΔ

167