|
| |
|
Слаботочка Книги 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 [91] 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 1. Матричные универсальные индикаторы, функционально подобные ЗСИ для отображения значительных массивов цифро-буквениой, символьной, графической информации. Среди них доминируют ГИП (крупноформатные экраны), ВЛИ и ЖКИ (экраны малых и средних размеров). В этих применениях оптоэлектронные средства технически и экономически превосходят ЭЛТ. 2. Экраны, выполняющие функции портативных дисплеев универсального назначения, пригодных для отображения символьной и образной информации. Они изготавливаются главным образом на основе ЖК. 3. Крупноформатные экраны телевизионного назначения. Возможно их получение в виде интегрированных ЖК-экранов или в виде тонкопленочных полупроводниковых панелей переменного тока. ЧАСТЬ III ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ Наиболее полно принципиальные достоинства оптоэлектроники (см. введение) должны проявиться в системах. И первые успехи оптоэлектронных систем передачи, хранения, обработки информации подтверждают это положение. Глава 9 ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ ЛИНИИ СВЯЗИ Волоконно-оптические линии связи представляют собой приборную реализацию такого вида связи, особенностью которого является передача информации с помощью оптических сигналов по волоконным световодам. Подлежащие передаче электрические сигналы (например, последовательность импульсов с выхода ЭВМ) через электронную схему возбуждения поступают на полупроводниковый излучатель и преобразуются в нем в оптические сигналы; излучение, закодированное этими сигналами, вводится в волоконный световод и распространяется по нему на требуемое расстояние; на приемном конце осуществляется фотоэлектрическое преобразование оптических сигналов в электрические и их усиление в электронной схеме приемника. Волоконный световод (основа ВОЛС) - тонкая гибкая нить, изготовленная из прозрачного материала таким образом, что ее центральная часть оптически более плотная, чем периферийные области. Вследствие этого сколлимированный луч света, направляемый на торец волокна, распространяется вдоль его оси и может пройти с малым: затуханием значительное расстояние. Наряду с ВОЛС как близкие, а иногда и эквивалентные используются термины ВОЛПИ - волоконно-оптические линии передачи информации, СССПИ - световодные системы связи и передачи информации и др. Наиболее емким является термин ВОСП - волоконно-оптические системы передачи, охватывающий и линии связи, и сети передачи данных, и в принципе будущие системы передачи оптической энергии. 9.1. РАСПРОСТРАНЕНИЕ ОПТИЧЕСКОГО СИГНАЛА ПО СВЕТОВОДУ Физика светопередачи. В ВОЛС используются две разновидности цилиндрических волоконных световодов: двухслойные ступенчатые световоды со скачкообразным изменением показателя преломления между сердцевиной и оболочкой и градиентные световоды в которых показатель преломления в плоскости, перпендикулярной оси, монотонно уменьшается от центра к периферии (см. рис. 1.17). В двухслойном световоде излучение распространяется вдоль оси благодаря эффекту полного внутреннего отражения, при этом отдельные лучи имеют траектории, описываемые ломаными линиями, изменяющими направление на границе сердцевина - оболочка. В градиентном световоде рефракция приводит к самофокусировке отдельных лучей на осевой линии, при этом их траектории представляют собой синусоиды, а для немеридиональиых лучей - винтовые линии. Удержание излучения внутри оптически более плотной центральной части световода обеспечивается не для всех лучей, а -ЛИШЬ для той их части, которые падают на торец не слишком косо (угол падения отсчитывается от нормали к плоскости торца). Для каждого световода имеется некоторый критический угол фо, определяющий его угловую апертуру: лишь лучи с углами ф:фо распространяются по волокну. Величина ЛМ = 51Пфо называется числовой апертурой и является важной характеристикой световода; именно этот параметр входит во многие расчетные формулы. Излчение, заключенное внутри конуса с углом при вершине ф = фо, представляет собой направляемые или канали-руемые лучи (моды). Если ф>фо, то после многократного повторения акта отражения - преломления на границе сердцевина - оболочка вся энергия луча перейдет в оболочку и удержится в ней, если выполняется условие полного внутреннего отражения на внешней границе оболочки. Эта часть излучения представляет собой вытекающие или оболочечные лучи (моды). Если условие не выполняется, то лучи выходят и из оболочки - это излучаемые моды. При больших длинах распространения вытекающие лучи поглощаются в оболочке (менее прозрачной, чем сердечник) и в процессе светопередачи по волокну участвуют только внут-риапертурные направляемые лучи, поэтому в дальнейшем лишь они и принимаются во внимание . Описанным механизмом светопередачи обусловлена и дисперсия волокна, заключающаяся в различии групповых скоростей составляющих оптического излучения. Этот эффект вызывается двумя причинами: во-первых, лучи с разными углами падения * Первоначальное на.эвание селфок - от англ. Self FocuseJ. Это классическое предположение выполняется лишь для очень длинных .линий; в коротких ВОЛС на фотоприемник частично поступают и оболочечные .моды, поэтому интерпретация экспериментальных результатов (дисперсионные, температурные и другие зависимости) оказывается неоднозначной. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 [91] 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 |