WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |

2

1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 R/r

Разработана технология изготовления согласующих элементов на основе фоконов, которая используется при серийном выпуске излучателей ИЛПН301-1, ИЛПН304.

При фокусировке излучения диэлектрическими фоконами теоретически и экспериментально показана возможность увеличения обратного отражения в фоконе за счет полного внутреннего отражения на торце фокона.

Рис.2.Зависимость ПВО на торце фокона от его длины для двух углов конусности (3о и5о)

Определены параметры фоконов, при которых будет отсутствовать обратноотраженное излучение. В этом случае, возможно их применение в качестве безиммерсионных согласованных нагрузок для волоконных трактов.

В данной главе рассмотрена также фокусировка и коллимирование излучения микролинзами изготовленными на торце волокна. Основной вывод, который следует из теоретических оценок, состоит в том, что для достижения максимальной эффективности ввода необходимо использовать линзы с радиусом кривизны сравнимым с радиусом световедущей жилы световода. Изготовление таких линз, осуществляется при визуальном контроле формы выходного светового пучка в процессе оплавления торца волокна. Это позволяет контролировать процесс формирования линзы на всех этапах и получать линзы с повторяемыми параметрами. Экспериментально исследовалось согласование суперлюминесцентных светодиодов полосковой геометрии со световодами с помощью микролинз. Показано, что применение короткофокусных линз позволяет снизить потери на ввод излучения в волокно в 2,5-2,8 раза, что качественно согласуется с теоретическими оценками.

Экспериментально также показано, что применение линз с оптимальными параметрами позволяет обеспечить эффективность ввода излучения от одномодовых лазеров в одномодовые световоды до 70-80%.

На основе предложенной в первой главе методики расчетов решена задача фокусировки и коллимирования излучения градиентными линзами для пучков с произвольной апертурой. С учетом непараксиальности световых пучков получены уточненные выражения для четвертьволновой длины градана, при которой размеры фокального пятна минимальны:

(6)

Размер фокального пятна при этом определяется формулой:

(7)

а угол расходимости излучения на выходе линзы дается выражением sin

Существенным выводом из этих расчетов является зависимость четвертьволновой длины градиентной линзы от параметров входного оптического пучка ().

Применение граданов с «правильной» длиной позволяет в четыре раза уменьшить расходимость выходного пучка при коллимировании излучения и в четыре раза уменьшить диаметр фокального пятна при фокусировке излучения, что обеспечивает существенное снижение энергетических потерь в волоконной системе.

Третья глава диссертации посвящена волоконным устройствам деления излучения. Эти элементы являются базовыми для волоконно-оптических датчиков рефлектометрического типа и их параметры в значительной степени определяют метрологические характеристики датчиков.

Детально описана технология изготовления шлифованных многомодовых и одномодовых ответвителей и выяснено влияние конструктивных характеристик, в частности, глубины и длины сошлифованного участка волокна, на потери и коэффициент направленности ответвителя.

Экспериментальное исследование характеристик изготовленных ответвителей показало, что ответвители такого типа имеют низкий уровень обратнорассеяного излучения, что является ключевым параметром для волоконных устройств рефлектометрического типа.

В этой главе также подробно рассмотрена технология изготовления сплавных многомодовых разветвителей Y –типа. Исследованы механизмы возникновения потерь в таких ответвителях при различных условиях их изготовления. Экспериментально исследовано влияние на параметры ответвителей модового состава излучения. На основе разработанной технологии изготовления сплавных разветвителей Y –типа с малыми потерями показана возможность создания разветвленных блочно-модульных систем передачи данных.

Для амплитудных волоконно-оптических датчиков рефлектометрического типа чрезвычайно важно, чтобы модовый состав излучения введенного в волокно после взаимодействия с внешним чувствительным элементом, оставался стабильным. Несоблюдение этого условия может приводить к нежелательным флуктуациям мощности на входе фотоприемника и заметно снижать точность датчика. Для обеспечения стабильности модового состава излучения в работе предложен и экспериментально исследован стабилизатор модового состава, который при минимальных (для устройств такого назначения) вносимых потерях обеспечивает практически неизменный модовый состав излучения в многомодовом световоде при различных условиях его возбуждения (Рис.3).

Рис.3. Диаграммы направленности излучения выходящего из волокна без стабилизатора (а) и со стабилизатором (б) для разных условий ввода излучения.

Теоретически и экспериментально рассмотрены особенности изготовления шлифованных одномодовых ответвителей. Одномодовые световоды с частично удаленной оболочкой могут являться базовыми элементами микрооптических одномодовых устройств, (например, управляемых переключателей и поляризаторов). Основным параметром, определяющим характеристики такого устройства, является толщина оставшейся (после шлифовки) части светоотражающей оболочки световода.

В диссертации предложено контролировать этот параметр по мощности излучения туннелирующего из световедущей жилы одномодового волокна с частично удаленной оболочкой. Получены практические формулы для вычисления потерь L мощности моды для важного случая туннелирования излучения из изогнутого по радиусу волокна с частично удаленной оболочкой.

(8)

Где h –минимальная толщина оставшейся после шлифовки оболочки световода

Правильность выбранного подхода и полученных расчетных соотношений подтверждена экспериментально. Так расчет потерь по приведенной формуле при Wh/ > 1,9 совпадает с экспериментальными данными с точностью не хуже 5%.

2,0 1-L,дБ Рис.4. Зависимость потерь в волокне

от толщины оставшейся части

оболочки: Сплошные кривые –

расчет по формуле (8).

1,0 Точки – экспериментальные данные

(Journ. Lightwave Tech.,1985 v.LT3,

№4, p. 864-867)

0 h0,мкм

6,0 7,0 8,0 9,0 10,0

Это позволяет применять полученные формулы для расчета технологических параметров заготовок для одномодовых ответвителей и других устройств и контролировать эти параметры в процессе изготовления элемента по величине мощности излучения выходящего из сошлифованного участка световода, что обеспечивает воспроизводимую технологию изготовления рассматриваемых устройств. Важной особенностью разработанной технологии является то, что она применима для изготовления ответвителей из волокон с произвольным профилем показателя преломления, в то время как сплавные одномодовые ответвители требуют для изготовления световодов со специфическим профилем показателя преломления.

Для того, чтобы полученные расчетные формулы были применимы для одномодовых волокон с произвольным профилем показателя преломления разработана модифицированная методика определения эквивалентных «ступенчатых» параметров одномодового волокна, основанная на измерении дальнего поля излучения выходящего из волокна. В отличие от известных методик, предложенная методика основанная на методе переменного масштаба требует существенно меньшего динамического диапазона регистрирующей аппаратуры и позволяет качественно оценить степень совпадения реального распределения поля с распределением поля для световода со ступенчатым профилем показателя преломления.

В четвертой главе диссертации рассмотрены кольцевые волоконные системы для измерения малых потерь в световодах рефлектометрическими методами. Подробно проанализированы особенности формирования сигнала в таких системах и зависимость его характеристик при различных параметрах волоконного разветвителя Y – типа на основе которого строится кольцевая система. Сущность предложенного способа измерения потерь в световодах методом релеевского рассеяния состоит в том, что зондирующий импульс многократно пропускают через исследуемый световод, измеряют ослабление мощности сигнала релеевского рассеяния в начале первого прохода зондирующего импульса, измеряют ослабление мощности сигнала релеевского рассеяния в конце N-го прохода, измеряют ослабление мощности сигнала между концом первого и началом N-го прохода, суммируют их и определяют ослабление сигнала в световоде по формуле:

(9)

где N– число проходов зондирующего импульса по волоконно-оптическому кольцу.

Типичная форма сигнала рэлеевского рассеяния в кольцевой системе показана на рис.5

lgPN

2 Рис.5. Характерная форма сигнала

1 3 рэлеевского рассеяния в

lgP01 4 замкнутой кольцевой системе.

5 lgP5

6

0 1 2 3 4 5 6 N

В этой главе также рассмотрены особенности волоконного интерферометра Физо для измерения динамических перемещений. С учетом угловых разъюстировок для опорной и сигнальной волн получены формулы (10) определяющие видность интерференционной картины, которая с учетом чувствительности фотоприемника определяет динамический диапазон датчика динамических перемещений.

(10)

Где - разность фаз интерферирующих волн,

- коэффициент связи интерферирующих волн с учетом угловых разъюстировок отражающего объекта.

Проведенный анализ и результаты экспериментальных исследований показывают, что при использовании фазовой модуляции одной из интерферирующих волн динамический диапазон датчика превышает 95дБ, что позволяет в режиме счета полос измерять смещения подвижного отражающего объекта в пределах до 17мм с точностью 0,3 мкм. Для применения в волоконных Фурье спектрометрах разработаны два варианта устройств сканирования разности хода двух оптических пучков. Эти устройства обеспечивают диапазон сканирования до 1,5мм за время 10-20мс, что позволяет в режиме Фурье спектрометра регистрировать спектр излучения с помощью осциллографа. Разработанные устройства могут служить базовыми элементами для построения волоконно-оптических датчиков со спектральным представлением информации.

Пятая глава диссертации посвящена волоконно-оптическим элементам управляемым оптическим излучением. Основой этих элементов являются пленки VO2 выращенные непосредственно на торце волокна и имеющие фазовый переход металл-полупроводник при температуре около 67Со. Фазовый переход сопровождается значительным изменением оптических характеристик пленки (Рис.6), что и позволяет управлять оптическим излучением.

Рис.6. Температурные зависимости коэффициентов отражения R(t) (А, В) и пропускания П(Т) (А', В') для пленок VO2 с толщинами: кривые А и А’ - 150 А, В и В'- 200 А.

Специальный выбор толщины пленки позволяет за счет включения интерференционных эффектов обеспечивать либо преимущественное изменение коэффициента пропускания, либо коэффициента отражения. Это позволяет формировать элементы, работающие как «на проход», так и отражательного типа. Фазовый переход в пленке индуцируется оптическим излучением мощностью 1,5-2 мВт для многомодовых волокон и менее 0,5 мВт для одномодовых.

Приведены результаты исследования оптических свойств пленок полученных методом пиролиза и влияния термоциклирования на характеристики пленок. На основе пленок VO2 разработаны оптические схемы волоконных модуляторов и переключателей, управляемых оптическим излучением.

а

СИД 1 4 Л Рис.7. Различные схемы построения

2 3 ФП ОУВП. СИД - светодиод =1.6

ФП Ф пленка VO2 Ф мкм, Ф - фильтры из пластин

б GaAs, ФП -фотоприемники с

2 германиевыми фотодиодами, Л –

1 3 управляющий Не - Nе лазер,

0.63 мкм.

пленка VO2

Предложенные схемы построения элементов управляемых оптическим излучением могут применяться и при использовании других материалов с фазовым переходом. При выборе параметров пленки так, чтобы поглощение в полупроводниковой фазе было меньше поглощения в металлической фазе (это возможно в диапазоне толщин пленок 0,02-0,2 мкм), а также малых значениях температурного размытия и гистерезиса ФП возможен эффект оптической бистабильности при комнатных температурах в области собственного поглощения. Указанный эффект впервые наблюдался в настоящей работе и также может быть использован для создания оптически управляемых волоконных устройств.

Рис.8. Зависимость интенсивности света проходящего через пленку от интенсивности падающего на пленку излучения при различных температурах.

Шестая глава посвящена расчету параметров волоконных зондов для фотометрии биотканей. На основе методики расчета развитой в первой главе рассмотрены особенности конструктивных параметров волоконных зондов для регистрации рассеянного излучения, как одиночными световодами, так и цилиндрически симметричными волоконными жгутами. Рассчитаны конструктивные параметры зондов, позволяющих регистрировать излучение с наперед заданной глубины.

Разработанные зонды применялись как для биофотометрии с целью получения диагностической информации, так и для люминесцентной диагностики биотканей. Для решения последней задачи был разработан сопряженный с волоконным зондом флюориметр, чувствительность которого позволяла регистрировать спектр эндогенной люминесценции здоровых биотканей и получать уникальную диагностическую информацию, связанную с повышенным уровнем люминесценции патологических биотканей. Уникальные возможности метода продемонстрированы, в частности, результатами предварительных клинических испытаний флюориметра в стоматологии. Чувствительность метода при диагностике начального кариеса превосходит все существующие методы и подтверждается только результатами гистологических исследований.

Седьмая глава диссертации посвящена разработке ключевого элемента гибридных волоконно-оптических датчиков – высокоэффективного фотовольтаического преобразователя. Особенностью гибридных волоконно-оптических датчиков является питание их электронной части с помощью оптического излучения, которое преобразуется в электрическую мощность. В работе экспериментально показано, что обеспечить абсолютную взрывобезопасность волоконных систем можно только при ограничении мощности передаваемой по волоконному световоду. Для стандартных многомодовых световодов с диаметром световедущей жилы 62,5 мкм взрывобезопасная мощность составляет 30-35 мВт.

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»