Хураангуй: Шилэн кабель ба түүний хэрэглээ. Шилэн кабелийн өсгөгч ба лазер

Оптик

Оптик Оптик. 1 Энэ шинжлэх ухааны агуулга. – О. бол гэрлийн үзэгдлүүдийг судалдаг физикийн тэнхим; дараах хэсгүүдэд хуваагдана: a) геометрийн О., б) физикийн О. ба в) физиологийн О. Геометрийн О. үндэс нь туршлагаас бүрддэг.

Шилэн оптик

Оптик

FIBER OPTICS нь оптик утаснуудын тархалтыг судалдаг оптикийн салбар юм.

оптик утаснуудын дагуу (FO) болон тэдгээрээс үүсэх үзэгдлүүд.

V. o. 50-иад онд үүссэн. 20-р зуун Хөгжлийн эхний 20 жилд V. o. элемент болгон. ашигласан ch.арр. хэд хэдэн урттай судал (тогтмол ба жигд бус суулгацтай). м. Ийм нисэх онгоц үйлдвэрлэх материал нь олон бүрэлдэхүүн хэсэгтэй оптик утас байв.

шил; спектрийн харагдах бүсэд гэрлийн чиглүүлэгчийн дамжуулалт 1 м-ийн урттай 30-70% байв. дамжуулалт нь хольцын өндөр концентрациас болж шилэн доторх гэрлийг сулруулсантай холбоотой юм. Гэрлийн чиглүүлэгчийн тоон нүх нь 0.5-1 байна. Наиб. Гэрлийн чиглүүлэгч багц нь хүрэхэд хэцүү объектуудыг гэрэлтүүлэх, багаж хэрэгсэл, ялангуяа технологийн хувьд дүрс дамжуулахад өргөн хэрэглэгддэг. болон эмнэлгийн дурангийн шинжилгээ. 70-аад онд 20-р зуун дахин төрөлт болсон V. o., нар оптик нь кварц шилэн дээр суурилсан боловсруулсан үед. спектрийн IR-ийн ойролцоох бүсэд ~1 дБ/км алдагдал. (Ийм гэрлийн чиглүүлэгчийн дамжуулалт нь хэд хэдэн км-ийн урттай гэрлийн хөтөчийн хувьд ~50% байдаг.) ​​Эдгээр гэрлийн хөтөчийг холын зайн системд ашигладаг.оптик харилцаа холбоо

, хөлөг дээрх холбооны системд, телеметрийн дамжуулах системд. мэдээлэл, мэдрэгч дээр янз бүрийн . физик талбар (соронзон орон, температур, эргэлт, акустик долгион) гэх мэт. Шилэн гэрлийн хөтөч нь хамгийн энгийн хэлбэрээрээ хугарлын илтгэгчтэй тунгалаг материалаар хийгдсэн гол цөмтэй урт уян утас юм. n 1 Шилэн гэрлийн хөтөч нь хамгийн энгийн хэлбэрээрээ хугарлын илтгэгчтэй тунгалаг материалаар хийгдсэн гол цөмтэй урт уян утас юм.хугарлын илтгэгчтэй бүрхүүлээр хүрээлэгдсэн

Цагаан будаа. 1. Шилэн утаснуудын хөндлөн огтлол ба хөндлөн огтлолын хугарлын илтгэгчийн профиль: a - олон горимын шаталсан; b - нэг горим; В- олон горимын градиент.

Нарны дагуу гэрлийн тархалт нь бүрэн дотоодтой холбоотой юм үндсэн бүрхүүлийн интерфейс дээр. Цөмийн бүрээсийн хил дээр тусах туяа хаана өнцгөөр

бүрэн дотоод туршлага тусгал, гэрлийн чиглүүлэгчийн дагуу гэрлийн зигзаг тархалтад хүргэдэг (Зураг 2). Энэ тохиолдолд гэрлийн чиглүүлэгчийн төгсгөлд цацрагийн тусгалын өнцөг байна

Цагаан будаа. 2. Шаталсан хугарлын илтгэгч профайл бүхий олон горимын шилэн дэх цацрагийн траектор.

Цөмийн бүрээсийн интерфэйс дээр өнцгөөр туссан меридиал туяа (2-р зураг дээрх тасархай шугам), интерфэйс дээр хэсэгчлэн туссан бөгөөд бүрхүүлд хугарч гаднаас нь шингэдэг. шингээгч бүрээс. Тиймээс өнцөг нь нарны гэрлийг авах чадварыг хэмжих хэмжүүр бөгөөд энэ өнцгийн синусыг нэрлэдэг. тоон диафрагм BC. .

Цацрагийн хандлага нь үндсэн зүйлийг зөв тусгадаг Олон горимын AF-д гэрлийн тархалтын онцлогууд (гэрлийн долгионы урт). Гэсэн хэдий ч нарны дагуу гэрлийн тархалтын бүрэн дүр зургийг долгионы онол өгдөг бөгөөд энэ нь зөвхөн салангид горимуудын дагуу тархах боломжийг олгодог.

Нарны дагуух гэрлийн тархалтыг шинжлэхдээ сул чиглүүлсэн горимуудын ойролцооллыг өргөн ашигладаг. Энэ ойролцоолсон горимын талбарууд нь бараг шугаман туйлширсан бөгөөд бүх талбайн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг цахилгаан векторын нэг давамгайлсан хөндлөн бүрэлдэхүүн хэсгийн дериватив хэлбэрээр олж авч болно. талбарууд, ирмэгүүд нь ул мөрийг илэрхийлдэг. арга: ЭндА - тогтмол; цаг хугацааны хамаарлыг орхигдуулсан; - Бесселийн функц ба Макдональдын дарааллын функц - хилийн утгын асуудлын шийдлээс тодорхойлогддог чиглүүлсэн горимуудын тархалтын тогтмол (зөвхөн интервал дахь дискрет утгыг авч болно) );

z - агаарын хөлгийн тэнхлэгтэй давхцах тархалтын чиглэл; - нарны цөм дэх хөндлөн долгионы тоо;=

- онгоцны бүрхүүл дэх хөндлөн; - чөлөөт орон зай дахь долгионы тоо.

Шилэн гэрлийн хөтөч дэх алдагдал.

Оптик сулрал шилэн наранд харагдахуйц болон ойрын IR долгионы уртын мужид, өөрөөр хэлбэл кварцын шил хамгийн их байдаг спектрийн мужуудад дохио. ил тод байдал, fundam гэж тодорхойлсон.

шилний гэрлийг шингээх, сарниулах механизм, түүнчлэн хольц, бүтцийн согогоор тархах, шингээх. 1 Сангууд руу. оптик механизмууд кварцын шилний алдагдалд дараахь зүйлс орно: электрон шилжилтээс үүдэлтэй шингээлт (= 0.8 μм үед 1 дБ/км-ээс хэтрэхгүй); Торны чичиргээнээс үүдэлтэй IR шингээлт нь амьтдыг тоглож эхэлдэг. үүрэг (шингээлт нь дБ/км-ээс их) зөвхөн 1.8 мкм; Шилний найрлага, нягтралын нэг төрлийн бус байдлын талаар Рэйлей, бага (= 0.8 микрон нь хэдэн дБ/км-ээс хэтрэхгүй). Тиймээс, макс. Кварцын шил дээр суурилсан нарны шилний ил тод байдал нь 0.8-1.8 микрон хооронд байна. Зураг дээр. Зураг 3-т Ge-тэй холилдсон кварцын шилний үндсэн механизмаас үүдэлтэй оптик алдагдлын спектрийн хамаарлыг үзүүлэв. - ; 3 Цагаан будаа. 3. Германий хольцтой кварцын шилний оптик алдагдлын спектрийн хамаарал: 4 - электрон шилжилтийн улмаас шингээлт;

С

- торны чичиргээнээс үүдэлтэй шингээлт;

Нарны материалын тархалтыг гэрлийн чиглүүлэгч хийсэн материалын хугарлын илтгэгчийн хамаарлаар тодорхойлно. Энэ тохиолдолд горимын бүлгийн хурд нь гэрлийн давтамжаас хамаардаг ба оптикаас хойш Импульс нь үргэлж хязгаарлагдмал спектрийн өргөнтэй байдаг бөгөөд утаснуудын дагуу тархах үед импульс өргөсдөг. Урт ширхгийн дагуу тархах явцад материалын тархалтаас болж импульсийн тэлэлтЛ

тэнцүү байна

Кварцын цөм бүхий оптик шилэн дундуур тархах үед =0.8 μм долгионы уртад ажилладаг GaAlAs-д суурилсан LED-ээс импульсийн тэлэлт, харьцангуй байдаг. спектрийн өргөн =0.04 нь =4 нс/км. Хэрэв зөөвөрлөгч цацрагийг спектрийн бүсэд 1.3 мкм-ийн ойролцоо сонгосон бол материалын тархалтаас үүдэлтэй импульсийн тэлэлт огцом буурдаг, учир нь энэ бүсэд кварцын шилний утга

Долгион хөтлүүрийн тархалт нь тухайн горимын бүлгийн хурдаас хамааралтай байдаг Долгионы чиглүүлэлтийн тархалт нь материалын тархалтын утгатай харьцуулахад ихэвчлэн бага байдаг.<<1,7 мкм, можно выбором легирования и подбором диаметра сердцевины ВС добиться взаимной компенсации и обеспечить наим. уширение импульса (наиб. полосу пропускания) в одномодовых ВС.

Нэмэлттэй кварцын шилээр хийсэн AF-д материалын тархалт нь долгион хөтлүүрийн дисперстэй тэнцүү байх ба түүнээс тэмдгээр ялгаатай бүсүүд байдаг. Эдгээр газруудад 1.2-ийн хүрээнд оршдогОптик утас дахь шугаман бус процессууд . Шилэн утаснуудын үндсэн материалын изотропийн улмаас талбайн хувьд туйлшралын тэлэлтийн хамгийн бага шугаман бус нэр томъёо нь куб, i.e. шугаман бус туйлшрал . Куб мэдрэмтгий байдал нь шугаман бус хугарлын илтгэгчтэй холбоотой n nl . Куб мэдрэмтгий байдал нь шугаман бус хугарлын илтгэгчтэй холбоотойзам. харьцаа: магнитуд . Куб мэдрэмтгий байдал нь шугаман бус хугарлын илтгэгчтэй холбоотойхайлсан кварц нь жижиг: ~ CGSE нэгжээр 10 -13. Гэсэн хэдий ч гол диаметр (~ 10 μм хүртэл) буурч, бага оптик МЭӨ алдагдал нь өндөр оптик эрчмийг хадгалах боломжтой болгодог. 1 км-ээс дээш шилэн урттай цацраг туяа (~10 10 Вт / см 2) байдаг тул МЭӨ-д задралыг ажиглахад хялбар байдаг. шугаман бус үзэгдэл. Жишээлбэл, албадан хослолын 1-р Стоксын бүрэлдэхүүн хэсэг. гэрлийн тархалт (BKP, үзнэ үүӨдөөгдсөн гэрлийн тархалт

) хэд хэдэн насосны хүчээр ажиглагдаж байна. хэдэн зуун мВт. Хосолсон спектр

Оптикийн хувьд онгоцны үндсэн давуу тал харилцаа холбоо нь бага оптик шилэнд асар том өргөн зурвасын сүлжээ юм. алдагдал.<1 дБ/км. Волоконная связь отличается также невосприимчивостью к эл--магн. помехам, малым объёмом и весом линий передач; помогает экономить дефицитные цветные металлы.

Тиймээс, жишээлбэл, тэг материалын тархалт (1.3 μм) бүс дэх шилэн утас нь ~100 GHz*km зурвасын өргөнтэй дохиог алдагдалтай дамжуулах боломжийг олгодог.

Эхлэл рүү 80-аад он шилэн кабелийн элементийн суурийг бий болгосон. Бодит нөхцөлд боловсруулж, туршсан анхны үеийн холбооны систем. системүүд. Эдгээр системийг утасны сүлжээ, кабелийн телевиз, самбар дээрх харилцаа холбоо, тооцоололд ашигладаг. технологи, хяналт, удирдлагын систем технологи. процессууд болон хүчирхэг цахилгаан станцууд.

Лит.: Вайнберг В.Б., Саттаров Д.К., Гэрлийн чиглүүлэгчийн оптик, 2-р хэвлэл, Л., 1877; Капани Н.С., Шилэн кабель, транс. Англи хэлнээс, М., 1969; Тиедекен Р., Шилэн кабель ба түүний хэрэглээ, транс.

Англи хэлнээс, М., 1975; Девятых Г.Г., Дианов Е.М., Оптик алдагдал багатай шилэн гэрлийн удирдамж, "Вестн. АН СССР", 1981, М 10, х. 54; Midwinter J.E., Мэдээлэл дамжуулах шилэн гэрлийн хөтөч, транс. Англи хэлнээс, М., 1983;

Дианов Е.М., Прохоров А.М., Лазер ба шилэн оптик, UFN, 1986, 148-р хуудас, х. 289.

"Нийт дотоод тусгал" хичээлийн танилцуулга

МАОУ 14-р лицей сургуулийн багш нар Ермакова Т.В.

2014 он

• Шилэн оптик

• гэрлийн тархалт, гэрлийн чиглүүлэгчийн дагуу мэдээлэл дамжуулахыг судалдаг оптикийн салбар юм.Энэ бол орчин үеийн лазер физикийн хамгийн хурдацтай хөгжиж буй салбаруудын нэг юм.

• Шилэн кабельд ашигладаг гэрэл дамжуулах зарчмыг хатан хаан Виктория (1837-1901) үед анх харуулсан. Нариндер Капани(10/12/1926) - шилэн кабелийг үндэслэгчдийн нэг

• Орчин үеийн шилэн технологийн хөгжил нь 1966 онд Японы хоёр эрдэмтэн Као, Хокемагэрлийн дохиог дамжуулахын тулд урт шилэн утас ашиглахыг санал болгов.

• 1970 онд тус компани"Корнинг шил" эхлээд гэрлийн дохиог дамжуулахад тохиромжтой гэрлийн хөтөчийг боловсруулсан.
• Оптик шилэннь диэлектрик долгионы хөтөч юм
• кварцын шилГол

• Оптик утаснуудад гэрлийн цацрагийн тархалт

Шилэн кабелийн холбоо нь өөр өөр хугарлын индекс бүхий диэлектрикүүдийн хоорондох цахилгаан соронзон долгионы нийт дотоод тусгалын үзэгдэл дээр суурилдаг.

Гэрлийн хөтөч нь шилэнээс бага хугарлын илтгэгчтэй тунгалаг материалаар бүрсэн цилиндр хэлбэртэй шилэн утас юм. Олон тооны нийт тусгалын улмаас гэрлийг ямар ч зам дагуу (шулуун эсвэл муруй) чиглүүлж болно. Шилэн утаснууд нь багц хэлбэрээр цуглардаг. Энэ тохиолдолд утас бүр нь зургийн зарим элементийг дамжуулдаг

Долгион хөтлүүр дэх гэрлийн цацрагийн тархалт

Дохио дамжуулахын тулд хоёр төрлийн утас ашигладаг: нэг горим SMF болон олон горим MMF.

Эхний оптик утаснууд нь multimode, i.e. Тэдгээрийн дундуур хэд хэдэн гэрлийн долгион нэгэн зэрэг нэвтэрч болно.

Хамгийн сүүлийн үеийн технологийн нэг горимт утас нь маш жижиг гол диаметртэй тул бие даасан цацрагийн замыг шулуун болгож, дохионы эрчмийн алдагдлыг эрс багасгах боломжийг олгодог.

Нэг ширхэг утас дамжуулж болно нэгэн зэрэг

10 саяутасны яриа болон саявидео дохио. Гэрлийн долгион нь нэг шилэнд бие даан тархаж чаддаг тул мэдээллийг нэг дор хоёр чиглэлд дамжуулах замаар өгөгдөл дамжуулах хурдыг нэмэгдүүлэх боломжтой. Нэмж дурдахад хоёр өөр туйлшралын гэрлийн дохио нь оптик шилэнд тархах боломжтой бөгөөд энэ нь оптик холбооны сувгийн нэвтрүүлэх чадварыг хоёр дахин нэмэгдүүлэх боломжийг олгодог.

Шилэн кабелийн аргыг дараахь байдлаар ашигладаг.

• эмнэлгийн хэрэгсэлд (хамар залгиур, ходоодны гэрэлтүүлэг гэх мэт);
• өндөр хурдны зураг авалтад;
• цөмийн физикийн чиглэлээр (цөмийн бөөмсийн мөрийг бүртгэх);
• оптик харилцаа холбоонд;
• фототелеграф ба телеметрийн чиглэлээр (код хувиргагч ба шифрлэлтийн төхөөрөмж);
• компьютерийн шинжлэх ухаан, акустик гэх мэт.

Шилэн кабелийг ашигладаг нэг чухал төхөөрөмж бол хоёр талын холбоо барихад ашигладаг шилэн кабелийн утас юм.

• Шилэн кабель нь металл кабелиас хамаагүй өндөр зурвасын өргөнтэй байдаг. Өөрөөр хэлбэл, энэ нь илүү их өгөгдөл дамжуулах боломжтой.
• Шилэн кабель нь металл кабельтай харьцуулахад хөндлөнгийн нөлөөнд бага өртөмтгий бөгөөд металл кабелиас хамаагүй нимгэн, хөнгөн байдаг.
• Өгөгдлийг аналог гэхээсээ илүү тоон хэлбэрээр дамжуулж болно.
• Оптик шилэн материалын чухал шинж чанар бол бат бөх чанар юм.

• Шилэн кабелийн гол сул тал бол бүх төрлийн кабелийн хамгийн үнэтэй нь шилэн кабель юм.
• Шилэн кабель нь маш эмзэг тул суулгахад маш хэцүү байдаг.

Байгалийн оптик шилэн

Эрдэмтэд саяхан Euplectellas төрлийн далайн гүний хөвөнгийн биед өндөр чанарын оптик утас илрүүлжээ.

Дүгнэлт

Шилэн кабелийн холбооны систем нь мэдээлэл дамжуулах дээд хурдыг хангадаг.

Эдгээр нь оптик, электроник, материалын шинжлэх ухаан, технологийн хамгийн сүүлийн үеийн дэвшлийг багтаасан болно.

Хөгжлийн чиг хандлага :

Холбооны шугамын мэдээллийн багтаамжийг нэмэгдүүлэх

Мэдээлэл боловсруулах хурдыг нэмэгдүүлэх

Оптик дохионы алдагдал, гажуудлыг багасгах

• Agrawal G. Fiber optics - М.: Мир, 2010.
• Гроднев I. I. Оптоэлектроник мэдээлэл дамжуулах систем. - М.: Мэдлэг, 2012
• Ремизов А.Н. Физик: сурах бичиг. -М.: Тодог, 2011

Өгүүллийн агуулга

ШИЛТЭН ОПТИК,тунгалаг материалын нимгэн утаснуудаар гэрлийг дамжуулах технологи. Энэ гэрэл нь электрон дохиог хол зайд дамжуулахад ашиглагддаг. Гэртээ эсвэл албан тасалгаанд хүний ​​үсний зузаантай нэг ширхэг утас нь зурагт, утас, компьютерийг ажиллуулахад шаардлагатай бүх дохиог дамжуулж чаддаг. Оптик утас эсвэл гэрлийн хөтөч гэж нэрлэгддэг ийм утаснууд нь ихэвчлэн шил эсвэл хуванцараар хийгдсэн байдаг.

Шилэн кабелийн холбооны шугамын (FOCL) гэрлийн эх үүсвэр нь лазер ба гэрэл ялгаруулах диод юм. Гэрлийг асаах, унтраах нь дижитал мэдээллийн битүүдийг (өөрөөр хэлбэл нэг ба тэг) кодлодог. Давтагч нь замын дагуу дохионы хүчийг хадгалж, хүлээн авагч нь шугамын нөгөө төгсгөлд үүнийг илрүүлж, тайлдаг.

Оптик шилэн нь гэрэл дамжуулагч цөм ба гэрлийн тархалтаас сэргийлдэг бүрхүүлээс бүрдэнэ. Шилэн утаснууд нь 72-144 ширхэг утас агуулсан кабельд угсардаг. Эхний оптик утаснууд нь multimode, i.e. Тэдгээрийн дундуур хэд хэдэн гэрлийн долгион нэгэн зэрэг нэвтэрч болно. Олон горимын утаснууд нь цөм дагуу зигзаг хийх үед гэрлийн туяаг шингээх, тархалтыг нөхөхийн тулд давтагч хоорондын зайг нэлээд ойр ойрхон байлгах шаардлагатай байв. Хамгийн сүүлийн үеийн технологийн нэг горимт утас нь үндсэн диаметр нь маш жижиг тул бие даасан цацрагийн замыг шулуун болгож, дохионы эрчмийн алдагдлыг ихээхэн бууруулдаг. Нэг горимт шилэн кабель нь секундэд 1.2 тэрбум бит мэдээлэл дамжуулах чадвартай бөгөөд давтан дамжуулагч хоорондын зай 50 км хүрдэг.

Шилэн кабелийн хэрэглээ.

Оптик утас нь эмнэлгийн хэрэгсэлд ашиглагддаг. Өвчтөний биед нэвтрүүлснээр тэдгээр нь эрхтэн эсвэл нөлөөлөлд өртсөн хэсгийн зургийг гадны камер руу дамжуулж, улмаар мэс заслын аргыг ашиглан үзлэг хийх хэрэгцээг арилгадаг. Машинд тэдгээр нь нийтлэг эх үүсвэрээс янз бүрийн багажны самбарт гэрлийг нийлүүлдэг. Оптик утас нь олон үйлдвэр, байгууллагуудын компьютер, робот, телевизор, утсыг холбодог.

Гэсэн хэдий ч ийм утаснууд нь шилэн кабелийн холболтод тавигдах шаардлагыг хангахын тулд бүрэн ил тод биш юм. Ийм кабельд гэрэл ямар ч хөндлөнгийн оролцоогүйгээр хол зайд явах ёстой. Шилэн доторх хагарал, бохирдол, бөмбөлөгүүд нь нарийн туяаг шингээх эсвэл тусгахад хүргэдэг. Шилэн утаснуудын дамжуулалтын алдагдлыг километр тутамд 10% -иас доош бууруулах боломжтой болсон.

Харилцаа холбоонд ашигладаг оптик утаснуудыг гагнаж байх ёстой бөгөөд ингэснээр давхаргууд нь хамгийн бага байх болно. Гэрлийн генераторууд нь маш өндөр нарийвчлалтайгаар утаснуудын төгсгөлд холбогдсон байх ёстой. Энэ зорилгоор нэг ширхэг ширээний давсны хэмжээнээс ихгүй лазер, LED-ийг бүтээсэн. Холын зайд утасны үйлчилгээний шилэн кабелийг АНУ, Япон, Баруун Европт ашигладаг. Хойд Америкийг Европ, Азитай холбосон далай дамнасан шилэн кабелийн сүлжээ 1990 оноос хойш ажиллаж байна. Мөн үзнэ үү