Данный класс устройств необходим для построения сложных волоконно-оптических систем.
Стабильность ПЛ зависит от уровня отраженных сигналов, возвращенных обратно в резонатор и вызывающих флюктуации интенсивности, перестройку спектра, возрастание шумов.
Для предотвращения попадания отраженных сигналов в резонатор лазера разработаны оптические вентили, обладающие свойствами однонаправленной передачи сигнала. Целесообразность применения оптического вентиля определяется назначением системы. Для систем связи со скоростью передачи менее 560 Мбит/с не выявлено заметного улучшения параметров в результате применения оптических вентилей. Их используют в ряде систем со скоростью от 560 Мбит/с и более. В то же время ряд параметров световодных измерительных систем сильно зависит от амплитудных и разовых шумов лазеров, и здесь применение оптических вентилей чаще всего необходимо.
Основные требования к оптическим вентилям состоят в обеспечении малых оптических потерь (1...2 дБ) при прямом направлении излучения и больших потерь (20 дБ) - в обратном направлении. Оптические вентили разрабатывают на основе всех известных принципов построения:волоконном, микрооптическом и планарном.
Принцип работы вентилей в микрооптическом исполнении основан на повороте плоскости поляризации излучения в результате эффекта Фарадея. Схема построения таких вентилей представлена на рис. 18. Коллимированный луч от источника излучения после прохождения через поляризатор линейно поляризуется. Магнитооптический элемент поворачивает плоскость поляризации на 45° по часовой стрелке по отношению к поляризатору, пропускает излучение в фокусирующий элемент и далее в ВС.
Рис. 18. Схема построения и принцип действия микрооптического вентиля
1 - поляризатор; 2 -магнитооптический элемент (фарадеевский вращатель) ; 3 - магнитная система; 4 - анализатор; 5 — фокусирующий элемент; 6 - ВС
Отраженный оптический сигнал, поступающий из световода, пройдя через анализатор и магнитооптический элемент, получает дополнительный поворот плоскости поляризации на 45o против часовой стрелки (распространение против поля). Следовательно, угол поворота плоскости поляризации составляет 90o по отношению к поляризатору, который не пропускает его к источнику излучения.
Основным функциональным элементом вентилей этого типа служит магнитооптический элемент, осуществляющий поворот плоскости поляризации. Для обеспечения малых оптических потерь при прохождении излучения через него необходимо применение различных материалов для оптических диапазонов 0,8...0,9 мкм, 1,18...1,35 мкм и 1,5...1,7 мкм.
Современные микрооптические вентили имеют параметры, необходимые для использования их в судовой аппаратуре. Планарные и волоконные вентили еще не отвечают всем предъявляемым к ним требованиям.
Волоконно-оптические переключатели предназначены для перераспределения оптической мощности между ВС под действием электрических сигналов или механического воздействия.
К переключателям для световодных систем предъявляют следующие требования: малые оптические потери, низкий уровень перекрестной памяти, слабая зависимость этих параметров от паразитных воздействий, низкий уровень потребляемой мощности, а также надежность и технологичность.
Все типы волоконно-оптических переключателей можно разделить на две группы: механические, в которых перераспределение оптической энергии происходит в результате движения ВС, зеркал, призм, жидкостей и других элементов; оптические, в которых изменение направления оптического луча происходит в результате изменения оптических параметров неподвижной среды распространения излучения.
Наиболее широкое применение нашли механические переключатели, в которых осуществляется движение ВС.
Рис. 19. Механический оптический переключатель с движущимся ВС
1 - корпус; 2 - подвижный ВС; 3 - наконечники; 4 - магнитная система; 5 — неподвижный ВС
Совмещение подвижного и неподвижного ВС осуществляют либо по базовой поверхности V-образной канавки (рис. 19), либо точным позиционированием подвижных узлов, содержащих световоды, относительно неподвижных узлов.
Перемещение наконечников или узлов со световодами осуществляют для различных типов переключателей вручную, электродвигателем, электромагнитным реле или магнитным полем. Последний вариант позволяет сделать корпус герметичным, что существенно для повышения надежности в судовых условиях.
Оптические аттенюаторы предназначены для внесения в световодные системы заданного (регулируемого) оптического затухания. Их применяют для настройки и регулировки аппаратуры, а также в системах автоматической регулировки усиления оптоэлектронных преобразователей.
Оптические аттенюаторы характеризуются начальными оптическими потерями, динамическим диапазоном, а также погрешностью установки заданного затухания и устойчивостью параметров к внешним воздействиям.
При создании аттенюаторов используется эффект изменения оптических потерь в результате механического воздействия на ВС или механического перемещения элементов аттенюатора. Можно также использовать изменение оптического сигнала в результате электрооптического, магнитооптического, электрохромного и других оптических эффектов.
По способу внесения затухания механические аттенюаторы можно разделить на два типа: устройства, оптические потери в которых создаются в результате введения между торцами ВС дополнительных элементов или взаимного изменения положения торцов; устройства, в которых оптические потери вносятся без разрыва ВС за счет изменения их геометрии или внутренних напряжений.
Устройства первого типа хорошо исследованы.
Рис. 20. Принципы построения механических оптических аттенюаторов: а - изменение взаимного положения ВС; б - ввод фильтра между торцами ВС; в - ввод фильтров между микролинзами; г - изменение затухания за счет микроизгиба ВС Р1, Р2 - мощности оптического излучения на входе и на выходе аттенюаторов.
Создан ряд конструкций, успешно применяемых в различных световодных системах (рис. 20). Широкое применение нашли аттенюаторы для регулирования величины оптического затухания изменения расстояния, угла или осевого смещения между торцами ВС.
Наиболее широко использует оптические аттенюаторы, основанные на введении в зазор между торцами ВС различных фильтров (поглощающих, отражающих, поляризационных). Такие устройства создают как с использованием коллимирующих и фокусирующих элементов, так и без них.
Использование магнитооптического и акустооптического эффектов в оптических аттенюаторах малоцелесообразно из-за сложности их конструкций и технологии изготовления. Наилучшие результаты получены при создании аттенюаторов на основе электрооптических свойств жидких кристаллов. Жидкокристаллическая ячейка представляет собой тонкую пленку жидкого кристалла, находящуюся в капиллярном зазоре между двумя стеклянными пластинами с прозрачными электродами. В зависимости от прилагаемого напряжения меняется угол поворота плоскости поляризации проходящего оптического излучения. После установки между коллимирующим и фокусирующим элементами поляризаторов жидкокристаллической ячейки и анализатора с помощью напряжения, прикладываемого к электродам жидкокристаллической ячейки, легко регулируется ослабление оптического сигнала.
Созданы также оптические аттенюаторы на жидких кристаллах (рис. 21), не зависящие от поляризации излучения. В этой конструкции жидкокристаллическая ячейка располагается между двумя двулучепреломляющими пластинами. Падающий луч распадает
рис. 21. Принцип действия оптического аттенюатора на основе жидкокристаллической ячейки
1 - двулучепреломляющая пластина; 2 - жидкокристаллическая ячейкася на два и оба луча параллельно поступают на жидкокристаллическую ячейку. При отсутствии управляющего напряжения и на электродах ячейки плоскость поляризации обоих лучей поворачивается на 90° и оба луча после двулучепреломляющей пластины выходят по одному пути. В результате приложения напряжения оптическая энергия перераспределяется в периферийные лучи.
Таким образом, механические и электрооптические (на основе жидких кристаллов) аттенюаторы в основном удовлетворяют всем требованиям судовой РЭА.
Скачать реферат:
Пароль на архив: privetstudent.com