Условие образования стоячих волн:

m=1, 2, 3…- число полуволн.

Открытый резонатор способствует разряжению мод по сравнению с объёмным из-за того, что волны, распространяющиеся в резонаторе под углом не слишком малым, после нескольких отражений выходят из резонатора.

Важной характеристикой резонатора является его добротность:

где R – коэффициент отражения зеркала.

6. Каким образом в лазерах достигается одномодовый режим генерации?

Ответ: В отличии от лазеров Ф-П в лазерах РОС положительная обратная связь, необходимая для генерации лазерного излучения, создаётся не за счёт зеркал, а образуется внутри самого лазера. Такая связь возникает благодаря распределённой структуре «гофр». Это граница между резонатором и другим диэлектрическим слоем. Резонатор образован между подложкой

n+ InP p+ InGaAsP.

Гофр представляет собой фазовую решётку (оптический фильтр) с очень высокой разрешающей способностью. Внутри резонатора могут сохраниться только лучи, отражающиеся от гофра под углом

Q+п/2.

9. Каким образом формируется и направляется излучение в атмосферных системах передачи?

Ответ: В атмосферных оптических системах связи основная сложность состоит в изменчивости атмосферной прозрачности и рефракции оптического луча. Т.о., осуществить строгую фокусировку луча от передатчика к приёмнику не представляется возможным. Для того, чтобы получить максимальную мощность в приёмном устройстве, необходимо учесть не только направленные свойства источника излучения, но и апертуру приёмника, дифракционные искажения при выводе излучения в атмосферу, рефракцию и поглощение в атмосфере и согласующих устройствах.

В плоскости приёмной апертуры должно формироваться изображение излучаемой мощности от передатчика. Для этого используется система расширения светового коллимированного пучка. Это уменьшает расходимость, обусловленную дифракцией света.

Благодаря расширителю пучка получены угловые расходимости лазерного излучения в пределах 0,5-3 мрад при мощности передатчика от 10 до 45 мВт и дальности передачи от 0,5 до 5 км.

Расширитель пучка.

Задача 2:

Определить характеристики многомодового лазера с резонатором Фабри-Перо (FP) и одномодового лазера с распределенной обратной связью (DFB).

Определить число мод в лазере FP, для которых выполняется условие возбуждения в полосе длин волн Δλ при длине резонаторa L и показателе преломления активного слоя n.

Определить частотный интервал между модами и добротность резонатора на центральной моде λ0 при коэффициенте отражения R.

Изобразить конструкцию полоскового лазера FP. Изобразить модовый спектр.

Определить частоту и длину волны генерируемой моды в одномодовом лазере DFB для известных значений дифракционной решетки m и длины лазера L. Изобразить конструкцию лазера DFB.

Дано:

Решение:

Определим частотный интервал между модами и добротность резонатора на центральной моде λ0 :

Частота моды определяется из соотношения:

f0 = с / λ0

где: м/с – скорость света.

Гц;

Определим

fm+1 ; fm-1 из λmax и λmin.

;

Тогда:

;

Частотный интервал между модами  равен:

;

Добротность резонатора на центральной моде λ0 определяется из соотношения:

;

число мод определяется:

;

Определим частоту и длину волны генерируемой моды в одномодовом лазере DFB для известных значений дифракционной решетки m и длины лазера L. Для определения длины волны и частоты генерации одномодового лазера DFB существует соотношение:

;

м;

;

Частота, на которой возникает генерация:

;

3.                 Модуляция излучения источников электромагнитных волн оптического диапазона

Вопросы:

1.                 Что такое модуляция?

Ответ: Сигналы, поступающие от источников сообщений, как правило не могут быть непосредственно переданы по каналу радиодиапазона или оптического диапазона частот. Чтобы осуществить эффективную передачу сигналов в какой-либо среде, необходимо перенести спектр сигналов из низкочастотной области в область высоких частот. Такая процедура переноса спектра из низких частот в область высоких частот называется модуляцией.

2.                 В чём состоит принципиальное отличие прямой и внешней модуляций оптического излучения?

Ответ: Внешняя модуляция основана на изменении параметров излучения (интенсивности, поляризации) при прохождении светового луча через какую-либо среду.

Прямая модуляция, иногда называемая непосредственной, предполагает воздействие модулирующего сигнала на источник оптического излучения. Выходное излучение полупроводникового светодиода или лазера можно непосредственно модулировать изменением характеристики активного слоя (тока накачки, объёма резонатора лазера) так, чтобы получить модуляцию мощности излучения или оптической частоты, или импульсную модуляцию.

4. Почему полоса частот при прямой модуляции ограничена?

Ответ: Прямая модуляция отличается относительной простотой и реализуемостью в интегральных схемах, что труднодостижимо для внешней модуляции. Однако, применение прямой модуляции имеет частотный предел около 5 ГГц. Это обусловлено конечным временем жизни носителей зарядов и фотонов в средах преобразования.

5. Почему происходит искажение сигналов при прямой модуляции?

Ответ: При модуляции интенсивности выбирается линейный участок ваттамперной характеристики излучателя. Достижимой является величина М до 90%, однако при этом начинают проявляться нелинейные искажения. Нелинейные искажения приводят при модуляции к искажению формы сигнала и изменению его спектра.

7. Какие виды внешней модуляции оптического излучения применяются в системах передач?

Ответ: Электрооптическая модуляция – может происходить на основе линейного (эффект Поккельса) и нелинейного (эффект Керра) изменения коэффициента преломления физической среды. Линейная модуляция света может происходить в кристаллах LiNbO3 и ряда других. Нелинейная модуляция может происходить в глицерине, сероуглероде.

Электроабсорбционная модуляция - в данном виде модуляции используется эффект Франца- Келдыша. При подаче сильного электрического поля граница полосы собственного поглощения в полупроводнике смещается в длинноволновую область оптического излучения.

Акустооптическая модуляция – основу составляет акустооптический эффект. Это явление дифракции, преломления, отражения и рассеяния света на периодических неоднородностях среды, вызванных упругими деформациями при прохождении ультразвука. Для изготовления акустооптических модуляторов используют кристаллы TeO2.

Задача 3:

Построить зависимость выходной мощности источника оптического излучения от величины электротока, протекающего через него. Для заданных тока смещения и амплитуды модулирующих однополярных импульсов определить графически изменение выходной модуляционной модуляционной мощности и определить глубину модуляции. По построенной характеристике указать вид источника.

Решение:

Таблица для построения зависимости:

Дано:

Ток смещения I=19 мА; Амплитуда тока модуляции Im=9 мА.

Зависимость представлена на рис.1.

Для определения глубины модуляции воспользуемся соотношением:

;

где Imax=28 мА;

Imin=10 мА.

;

Исходя из графика зависимости определим изменение выходной мощности:

Pmax=370 мкВт; Pmin=30 мкВт.

По построенной характеристики видно, что это лазерный источник излучения.

Рис.1 Зависимость выходной мощности излучения от вел-ны электротока.

4. Фотоприёмники для оптических систем передачи

Вопросы:

1. Какие требования предъявляются к фотоприёмникам оптических систем передачи?

Ответ: К фотодетекторам оптических систем связи предъявляются следующие требования:

·                    Высокая чувствительность;

Страницы: 1, 2, 3, 4