Введение в волоконную оптику

ВВЕДЕНИЕ В ОПТОЭЛЕКТРОНИКУ

С фундаментальной точки зрения между световыми и другими электро­магнитными волнами как, например, радиоволнами, не существует от­личий, за исключением того, что световые волны имеют значительно более высокую частоту. Как показано на рис. 1.1, спектр электромаг­нитных волн простирается от нескольких тысяч километров до косми­ческих лучей с длинами волн в триллионную часть метра [4]. В этом спектре нет пробелов, однако, существуют наложения или слияния не­которых областей, что означает отсутствие четких границ между смежными областями.

Рис. 1.1. Электромагнитный спектр и области

его использования в волоконной оптике

Поэтому использование того или иного диапазона данного спектра для передачи информации в первую очередь определяется параметрами среды распространения электромагнитных волн, в частно­сти, показателем затухания, стабильностью постоянных распростране­ния и др. Диапазоны частот, для которых обеспечиваются наилучшие условия распространения электромагнитных волн, носят название окон прозрачности среды. По этой причине для передачи информации по­средством световых волн используется не весь оптический спектр, кото­рый располагается между микроволнами и х-лучами и включает длины волн в диапазоне от 10 нм до 1 мм. В пределах этого диапазона находятся ультрафиолетовое излучение, видимый свет и инфракрасное излучение. Термин «видимый свет» кажется избыточным, однако, использование его в ряде случаев необходимо, так как в некоторых книгах ультрафиолетовое и инфракрасное излучение называются ультрафиолетовым и инфракрасным светом, соответственно. Видимый свет определяется как излучение, которое оказывает влияние на наши зрительные рецепторы и включает излучение от 380 нм до 780 нм, т.е., от фиолетового до красного цвета, охватывая тем самым лишь малую часть электромагнитного спектра. Свет сам по себе не имеет цвета, но эти длины волн, возбуждая рецепторы глаза, создают цветовые образы, что позволило использовать это свойство световой волны реализовать простейшие способы передачи информации на расстояния прямой видимости. По аналогии с проводной связью для увеличения дальности передачи за счет направленного распространения световой волны были исследованы различные оптически прозрачные материалы, на основе которых разработаны оптические волноводы, называемые впоследствии оптическими волокнами. Последние, в свою очередь, открыли возможность успешного использования отработанных к тому времени оптоэлектронных технологий для высокоскоростной передачи большого объема информации на значительные расстояния. Данное направление техники носит на­звание волоконной оптики и в настоящее время интенсивно развивается. Отметим, что сейчас в волоконной оптике используются длины волн приблизительно от 820 нм до 1650 нм, что определяется как инфра­красное излучение (в соответствии с рис. 1.1), хотя иногда оно также называется просто светом, потому что его можно контролировать и измерять при помощи приборов, сходных с приборами, используемыми для измерений в области видимого света.

Очевидно, что для осуществления передачи информации по оптичес­кому волокну недостаточно наличия самого волокна, для этой цели необходимы еще как минимум источник и приемник излучения, а для передачи на дальние и сверхдальние расстояния – ретрансляторы или оптические усилители. Кроме этого, исходную информацию необходимо представить в виде оптического сигнала, что осуществляется путем модуляции источника оптического излучения, а затем восстановить ее, на приемной стороне с помощью оптического приемника, включающего демодулятор. Таким образом, простейшая система передачи как минимум должна состоять из модулируемого источника оптического излучения, оптического волокна, оптических ретрансляторов или усили­телей и оптического приемника.