Лекции по Оптическим линиям связи и пассивным компонентам ВОСП   

9. Устройства ввода излучения в оптическое волокно и вывода из него

9.2 Эффективность соединения источников излучения со ступенчатым и градиентным многомодовым волокном

Как известно, входная линейная угловая апертура q А и сплошная входная угловая апертура Q мах (предполагая, что q А имеет небольшое значение) в ступенчатых волокнах определяются выражениями [7]:

sinq А ;                           (9.2.1)

,                                   (9.2.2)

где n1 и n2 – показатели преломления сердцевины и оболочки волокна;

NA – цифровая апертура.

Для градиентных волокон данные выражения имеют вид:

sinq А ;                   (9.2.3)

,                        (9.2.4)

где n1(r) – показатель преломления сердцевины волокна; n2 – показатель преломления оболочки; NAl – локальная цифровая апертура, а при параболическом профиле:

n(r) ;                    (9.2.5)

.                           (9.2.6)

Рассмотрим эффективность ввода в многомодовое оптическое волокно излучения суперлюминесцентного SLED диода, имеющего характеристики ламбертовского источника

 ,                                   (9.2.7)

где  - нормальное к излучающей поверхности (равномерное) излучение источника;

 - радиус источника.

В этом случае значение мощности  на локальном участке торца равно

,                         (9.2.8)

а значение общей мощности, введенной в волокно, без учета отражений будет определяться выражением [7]

                (9.2.9)

где  - радиус сердцевины  или радиус источника  причем выбирается тот, который меньше.

Имея значения  и , можно определить эффективность соединения SLED с многомодовым волокном, которая в общем случае равна

.                                       (9.2.10)

Для соединения SLED со ступенчатым многомодовым волокном данное отношение примет вид  - если радиус источника меньше радиуса сердцевины;  - если радиус источника больше радиуса сердцевины.

С типовым показателем  для ступенчатого волокна соединение встык между SLED и этим волокном дает максимальную эффективность соединения, равную 0,3×0,3×100%=9%.

Аналогично эффективность соединения SLED с градиентным волокном равна

 - если радиус источника £ радиуса сердцевины,

 - если радиус источника > радиуса сердцевины.

Как и ожидалась, в этом случае в волокно может быть введено меньшее количество мощности, причем, если диаметр равен диаметру сердцевины волокна, может быть достигнуто только 50% эффективности ввода в ступенчатое волокно, в противном случае уровень введенной мощности будет и того меньше. Следует подчеркнуть, что рассмотренный режим согласования вызывает возбуждение в волокне всех доступных мод.

Полупроводниковые диоды с торцевой излучающей поверхностью ELED и лазерные диоды LD имеют значительно меньше отклонение луча, что приводит к более высокой интенсивности излучения, и могут рассматриваться по отношению к сердцевине волокна как точечные источники излучения ламбертовского типа. Характеристики луча таких источников аппроксимируются функцией косинуса в степени . Принимая данные допущения, общая мощность излучения таких источников может быть представлена в виде

.                              (9.2.11)

При этом значение мощности, введенной в ступенчатое или градиентное многомодовое волокна, можно определить решением интеграла с верхней границей , тогда

.                     (9.2.12)

Отсюда эффективность ELED и LD со ступенчатым и градиентным многомодовыми волокнами равна

.                          (9.2.13)

Здесь, помимо , расходимость луча источника определяет параметр , который для ламбертовскоо источника равен 1.

Очевидно, что точечные источники способны объединять в волокне значительно большее количество мощности, а дальнейшее усовершенствование эффективности соединения возможно при помощи линз, концентрирующих луч на торцевой поверхности волокна.



*****

© 2009-2017 Банк лекций siblec.ru
Лекции для преподавателей и студентов. Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.