Оптоэлектроника Электроника полупроводников Волоконно-оптический световод Мультиплексоры и демультиплексоры Фотопроводимость Фотодиоды

Лабораторные работы по оптоэлектронике Передача информации по оптоволокну

ОБРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

Используя данные измерений, полученных на первом этапе эксперимента, необходимо рассчитать с помощью формулы (1), приведенной во введении, общие потери жгута в децибеллах. Расчет производиться при угле падения лучей на входной торец   0

Используя данные, записанные в таблице 1 построить индикатрису пропускания светового жгута.

По построенной кривой определить номинальный апертурный угол , для которого еще сохраняются условия полного внутреннего отражения лучей при прохождении жгута, и по формуле NА0 = Sin  рассчитать номинальную числовую апертуру. Номинальный апертурный угол определяется по значению угла , при котором наблюдается резкое уменьшение пропускания.

По данным таблицы 2 вычислить среднее значение Iвхmax Iвхmin, Iвыхmax, Iвыхmin .

По полученным данным определить по формуле (2) контраст входного и выходного изображений.

Рассчитать по формуле (3) коэффициент передачи контраста. Все рассчитанные значения занести в соответствующие графы
таблицы 2.

Используя данные таблицы 2 построить ЧКХ жгута (зависимость Тпр от частоты штрихов).

Следует отметить, что все измерения интенсивности проводились на изображении миры с прямоугольными штрихами, пропускание которой можно разложить в ряд Фурье, представляющий собой сумму синусоидальных компонент разной частоты. По формуле (4) можно пересчитать ЧКХ прямоугольной миры  в ЧКХ синусоидальной

 Т˜=( ТпрТпр3νТпр5ν+...)  (4),

где Т˜ - точка на графике ЧКХ синусоидальной миры для частоты ν; ТпрТпр3νТпр5ν - точки на графике ЧКХ прямоугольной миры для частот ν,3ν,5ν соответственно.

Полученные данные расчета записать в десятый столбец таблицы 2 и построить график, аналогичный Тпр. По полученному графику определить диапазон частот, который пропускается жгутом. Диапазон частот определяется по уровню 0,5.

 Отчет должен содержать схему эксперимента; полностью заполненные таблицы (куда входят данные, полученные, как при измерениях, так и при расчетах); формулы, используемые при расчетах; образцы расчетов; графики и выводы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Могут ли контраст, ЧКХ, номинальная числовая апертура, полученные при исследовании светового жгута, быть больше 1?

При какой укладке волокон в жгуте (cм. рис.1) его пропускание может быть наибольшим?

Какое количество волокон может содержать световой жгут и как количество волокон влияет на разрешение переданного по жгуту изображения?

Покажет ли мультиметр какое либо изменение тока приемника излучения при сдвиге щели (cм. рис.4), если ширина измерительной щели будет равна периоду измеряемых штрихов?


Литература к разделу «Передача информации»

Р.Фриман. Волоконно-оптические системы связи, М., Техносфера, 2004. 496 с.

А.Б.Иванов. Волоконная оптика. Компоненты, системы передачи, измерения. М., Сайрус Системс, 1999. 658 с.

В.Б.Вайнберг, Д.И. Сатаров. Оптика световодов, Л., Машиностроение, 1977. 254 с.

Х.Фризер. Фотографическая регистрация информации., М., Мир, 1978. 672 с.

Фотоника. Словарь терминов, Новосибирск, СО РАН, 2004. 342 с.


Термины к разделу «Передача информации»

Волновод – устройство или материал, предназначенные для заключения внутри себя и направленного распространения электромагнитных волн в направлении, определяемыми их физическими границами.

Волновой вектор – вектор k, определяющий направление распространения плоской монохроматической волны в изотропной среде. Модуль волнового вектора называется волновым числом k = 2π/λ, где λ – пространственный период или длина волны излучения.

Волновой фронт (волновая поверхность) – поверхность, во всех точках которой волна имеет в данный момент времени одинаковую фазу. Распространение волны происходит в направлении нормали к волновому фронту и может рассматриваться как движение волнового фронта через среду. В простейшем случае волновой фронт представляет плоскую поверхность, а соответствующая ему волна называется плоской. Существуют также сферические, цилиндрические и другие волновые фронты. Излучение точечного источника в изотропной среде имеет волновой фронт сферической формы.

Волоконно-оптическая линия связи (ВОЛС) – система связи, в которой информация передается по оптическому волокну или, иначе, линия оптической связи, в которой передача информации осуществляется с помощью волоконно-оптических элементов. Основные компоненты ВОЛС: оптический передатчик, приемный оптоэлектронный модуль, оптический повторитель, оптический усилитель и волоконно-оптический кабель. Большинство современных ВОЛС предназначено для передачи цифровых сигналов.

Волоконно-оптическая связь – оптическая лазерная связь с передачей информации по волоконно-оптической линии связи.

Волоконно-оптическая сеть – информационная сеть, связующими элементами между узлами которой являются волоконно-оптические линии связи. Технологии волоконно-оптических сетей помимо вопросов волоконной оптики охватывают также вопросы, касающиеся электронного передающего оборудования, его стандартизации, протоколов передачи, вопросы технологии сети и общие вопросы построения сетей.

Волоконно-оптические элементы – оптические устройства, выполненные на основе волоконных световодов. К основным элементам относятся волоконно-оптические жгуты, волоконно-оптические кабели, фоуоны, селфоки и волоконно-оптические пластины.

Волоконно-оптический жгут – пучок оптических волокон, скленных или спеченных у концов (гибкий волоконно-оптический жгут) либо по всей длине (жесткий волоконно-оптический жгут), защищенный непрозрачной оболочкой и имеющий торцы с отполированной поверхностью. Используется для передачи оптических изображений или света.

Волоконно-оптический кабель (ВОК) – кабель, состоящий из одного или нескольких свободно уложенных или скрученных по определенной системе оптических волокон, заключенных в общую защитную оболочку, и предназначенный для передачи («канализации») оптического излучения. Оптические кабели классифицируются по назначению, области применения,конструкции сердечника и типу защитной оболочки.

.Диффузное рассеяние – рассеяние света по всем возможным направлениям (а также в соответствии с определенной индикатрисой рассеяния) при отражении или пропускании.

Диффузор (диффузный рассеиватель) – оптический элемент (например, матовый экран), обеспечивающий диффузное пропускание или диффузное отражение падающего излучения независимо от его направления (или в соответствии с индикатрисой рассеяния данного элемента, например, направленный диффузор).

Изображение действительное – изображение (оптическое), которое создается сходящимися пучками лучей в точках их пересечения. Если в плоскости пересечения лучей поместить экран (или регистрирующую среду), то можно на нем наблюдать действительное изображение.

Индикатриса рассеяния – кривая, графически отображающая зависимость интенсивности рассеянного света от направления наблюдения.

Мира (тест-объект) – оптический элемент, предназначенный для определения характеристик качества изображения при исследовании оптических систем и светочувствительных материалов. Обычно представляет собой пластинку из прозрачного или непрозрачного материала, на которую нанесен геометрический рисунок. Элементами рисунка служат чередующиеся темные прямоугольные штрихи на светлом фоне с закономерно изменяющейся частотой (штриховые миры) или чередующиеся темные и светлые секторы (радиальные миры). Каждый из элементов штриховой миры состоит из четырех квадратов со штрихами одинаковой ширины, но ориентированных различным образом (см.рис.), что позволяет оценивать разрешающую способность в четырех направлениях. Радиальные миры выполняют в виде круга, разделенного на темные и светлые сектора с определенным угловым размером.

Элемент миры со штрихами одинаковой ширины.

Многомодовое волокно (многомодовый световод) – оптическое волокно с диаметром сердцевины, намного больше длины волны распространяющегося излучения, по которому на заданной частоте волны может распространяться несколько электромагнитных волн (мод) с разной пространственной конфигурацией. В свою очередь, это может быть ступенчатое или градиентное многомодовое волокно.

Моды в оптическом волокне – различные типы волн, которые могут распространяться по оптическому волокну и которые являются решением волновых уравнений Максвелла. По оптическому волокну распространяются только два типа волн: симметричные, у которых только одна продольная составляющая, и несимметричные (смешанные), у которых имеются две прподольные составляющие.

Монохроматическое излучение – электромагнитное излучение одной, строго постоянной частоты. В более широком смысле слова – излучение очень узкой области частот или длин волн, которое может быть охарактеризовано одним значением частоты или длины волны. Происхождение термина связано с тем, что различие в частоте световых волн воспринимается человеком как различие в цвете. Однако, электромагнитные волны видимого диапазона, лежащие в интервале длин волн 380-760 нм, не отличаются от электромагнитных волн других диапазонов (инфракрасного излучения, ультрафиолетового излучения, рентгеновского излучения и др.), по отношению к которым также используется термин "монохроматический" (одноцветный), хотя никакого ощущения цвета эти волны не вызывают. Понятие "монохроматическое излучение" является идеализацией. Так как идеальным монохроматическое излучение не может быть по своей природе, то обычно монохроматическим считается излучение с узким спектральным интервалом, который можно приближенно характеризовать одной частотой (длиной волны). Чрезвычайно высокая монохроматичность характерна для излучения некоторых типов лазеров, у которых ширина спектрального интервала излучения не превышает 10-6 нм, что значительно уже, чем ширина линий атомных спектров. Приборы, с помощью которых из спектра реального излучения выделяют узкие спектральные интервалы, называются монохроматорами.

Одномодовое волокно (одномодовый волновод) - оптическое волокно, по которому распространяется только одна мода. Диаметр сердцевины одномодового волокна соизмерим с длиной волны и значительно меньше диаметра сердцевины многомодового волокна.

Оптическая длина пути – расстояние между двумя точками прозрачной среды, на которое свет (оптическое излучение) распространился бы в вакууме за то же время, за какое он проходит это расстояние в среде. Оптическая длина пути всегда больше реально проходимого светом расстояния и в изотропной среде с постоянным показателем преломления определяется произведением геометрической длины пути (l) и показателя преломления среды (n) – l·n. Данное понятие играет большую роль в оптике, особенно в геометрической оптике и кристаллооптике, позволяя сопоставить пути, проходимые светом в средах, в которых скорости его распространения различны. Оптическая длина пути луча света между двумя произвольными точками пространства предметов и пространства изображений называется эйконалом.

Оптическая разность хода – разность оптических длин путей двух световых лучей, как правило, имеющих общие начальные и конечные точки. Данное понятие играет основную роль при описании явлений интерференции и дифракции излучения.

Оптический транспарант – тонкая пластинка, имеющая в разных точках плоскости различную прозрачность или величину показателя преломления. При прохождении плоской световой волны через транспарант создается амплитудная или фазовая модуляция сигнала, что позволяет применять такие транспаранты в системах оптической обработки информации. Примером оптического транспаранта является штриховая мира.

Оптическое волокно (волоконный световод, оптоволокно) – тонкое гибкое волокно (нить) цилиндрической формы из стекла (а также из кварца или пластмассы), по которому происходит передача электромагнитного излучения диапазона длин волн (1014-1015) Гц.

Оптическое излучение – оптический диапазон электромагнитного излучения, включающий видимое излучение (свет), а также ультрафиолетовое и инфракрасное излучения. Диапазон частот оптического излучения принято определять в интервале  (3∙1011 ÷ 3∙1017) Гц.

Свет (видимое излучение) – электромагнитное излучение, которое может непосредственно вызывать зрительное ощущение человека. Границы спектральной области видимого излучения условны и могут выбираться различными для разных применений. Нижняя граница обычно считается лежащей между 380 и 400 нм, верхняя – между 760 и 780 нм. Видимое излучение содержит следующие основные составляющие с длинами волн: красную 760-620 нм, оранжевую 620-590 нм, желтую 590-560 нм, зеленую 560-500 нм, голубую 500-480 нм, синюю 480-450 нм и фиолетовую 450-400 нм. Более широкое толкование термина «свет» означает, что речь идет об оптическом излучении, которое включает ультрафиолетовое и инфракрасное излучения, хотя непосредственно глазом они не воспринимаются.

 Решением Генеральной ассамблеи Международного комитета по численным данным для науки и техники (1973 г.) скорость света в вакууме принято считать равной 299 792 458 (12) м/с.

Светофильтр – устройство, меняющее спектральный состав оптического излучения с целью выделения его отдельных спектральных участков или согласования спектральных зависимостей излучения со спектральной зависимостью чувствительности приемников излучения. Действие светофильтров основано на использовании таких физических явлений как избирательное спектральное поглощение (абсорбционные светофильтры), избирательное отражение (отражательные светофильтры), интерференция (интерференционные светофильтры), поляризация (поляризационные светофильтры), дисперсия (дисперсионные светофильтры). Нейтральные светофильтры равномерно ослабляют световой поток в относительно широкой области спектра. Основная характеристика светофильтра – кривая относительного пропускания, или иначе, зависимость коэффициента пропускания τ (или оптической плотности D = – lgτ) от длины световой волны.

Типы оптических волокон - оптические волокна делятся на два основных типа: многомодовое волокно (MMF) и одномодовое волокно (SMF). Они отличаются диаметром сердцевины и оболочки, а также профилем показателя преломления. При обозначении волокна указываются через дробь значения в микронах наружных диаметров сердцевины и оболочки. По профилю показателя преломления многомодовые волокна подразделяются на ступенчатые и градиентные, а одномодовые – на ступенчатые и со специальным профилем.

Частотно-контрастная характеристика (ЧКХ), (функция передачи контраста, передаточная характеристика. Зависимость коэффициента передачи контраста от пространственной частоты, которая характеризует разрешающую способность передающей системы или устройства. ЧКХ светового жгута определяет способность светового жгута передавать детали объекта в передаваемом по жгуту изображении объекта.

Хранение информации

Идеальным эмиттером (γ = 1) является гетеропереход. Зонная диаграмма гетероперехода с эмиттером электронов в состоянии термодинамического равновесия приведена на рис. 2. Гетеропереход образуется между двумя полупроводниками, имеющими разные электрофизические свойства: разную энергию сродства к электрону Pc, ширину запрещенной зоны DW и диэлектрическую проницаемость ε. Для изготовления гетероперехода необходимо правильно подобрать пару контактирующих материалов. Они должны иметь кристаллическую решетку с одинаковой структурой и близкими постоянными кристаллической решетки а (отличие не более 0.5%) и коэффициентами температурного расширения α. Материал эмиттера по сравнению с материалом базы должен быть более широкозонным и иметь меньшую энергию сродства к электрону. Поэтому гетеропереход с инжекцией электронов

имеет DWp < DWn, Рср > Рсn и εp ≠ εn как показано на рис. 2. При этом уровни энергии Wc и Wv имеют разрыв на металлургической границе (непрерывная вертикальная линия), а потенциальные барьеры для электронов yn и дырок yp оказываются разными. Разница в высоте потенциальных барьеров Δψ = yp–yn = DWn–DWp.


Что такое Антиплагиат, by беларуская как написать курсовую без плагиата.
Полупроводниковые детекторы оптического излучения