Оптические сигнал-генераторы и их использование в рефлектометрии

• Автор: Сусьян, Александр Александрович
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 142 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Обзор литературы
1.1. Сигнал-генераторы
1.1.1. Мощные лазерные источники
1.1.2. Волоконногоптические линии связи;
1.1.3. Увеличение точности измерений
1.1.4. Преобразование длины волны импульсного излучения. Обработка: сигналов
1.1.5. Генераторы оптических импульсов
1.2. Задачи когерентной рефлектометрии
1.3. Постановказадач
Глава.2. Принцип управления выходной мощностью в двухканальных: лазерах и.его использование для создания сигнал-генераторов
2:1. Новый метод управления выходной мощностью-лазера
2:11 Идея метода: Простейшая модель двухканального лазера:... 25?
2.1.2. Экспериментальная проверкаметодт.:
2.1.4. Необходимость усовершенствованной,модели
2.1.5. Времена‘жизни фотонов'
2.2: Модель 2-х канального лазераю Згмодамизв канале;
2:2:1 Анализ модели лазера
2.2.2: Управление мощностью рабочего канала
2.3. Генерация.оптических импульсов различных форм:
2:3.1. Эксперимент:
2.3:2. Численный эксперимент;
Глава 3. Спектральная динамика иттербиевого волоконного лазера
311 Экспериментальные исследования стационарных спектров и спектральной:динамики1Излучения‘Иттербиевого волоконного лазера
3.1.1 Экспериментальная установка
3.1.2. Результаты экспериментов
3.2. Механизмы формирования спектрами его динамики
Глава 4. Чувствительность и разрешающая способность СОТОЙ и способы их увеличения;
4.1. Принцип работы OTDR
4.2. Принцип работы COTDR
4.3. Дальность действия COTDR
4.4. Методы увеличения дальности действия COTDR
4.4.1. Соединение волокон с разным коэффициентом рэлеевского рассеяния
4.4.2. Применение волокон с изменяющимся коэффициентом рэлеевского рассеяния
4.4.3. Оценка максимальной мощности тестирующего импульса
4.4.4. Применение распределённых ВКР-усилителей
4.5. Влияние ширины полосы приёмника на SNR>
4.6. Разрешающая способность рефлектометра
4.6.1. Влияние длительности импульса на PC
4.6.2. Влияние формы импульса на PC
4:6.3. Влияние ширины полосы приёмника на PC
4.7. Влияние шумов
4.7.1. Критические уровни шумов волокна и передатчика
4.7.2. Шум усиленного.спонтанного излучения
4.8. Влияние чирпа
4.8.1. Влияние чирпа при точечном воздействии на волокно
4.8.2. Исследование слепых зон
4.8.2. Требование к стабильности частоты источника
Выводы
Литература
Благодарности
Приложение А. Приведение ненормированных балансных уравнений к нормированному виду
Приложение Б. Вывод формулы для коэффициентов кросс-насыщения
Приложение В. Условие подавления центральной моды в трёхмодовом
лазере

Введение
Для многих применений требуются источники излучения с управляемой по заданному закону выходной мощностью - оптические сигнал-генераторы. В промышленности - для резки, сварки, сверлении, маркировки и других применений, в медицине — для хирургии и косметологии, в диагностике - для измерения параметров различных сред и веществ, в телекоммуникациях - для реализации новых форматов модуляции, для научных целей, в том числе, для рефлектометрии:
В качестве основы оптического сигнал-генератора (ОСГ) может выступать любой твердотельный источник лазерного: излучения, и выбор будет зависеть от конкретных целей и> задач. Волоконные лазеры, как представители; третьего поколения лазерной техники, обладают рядом преимуществ по сравнению с традиционными видами лазеров: эффективный ' теплоотвод, высокая стабильность и надёжность лазера, компактность и малый вес. Поэтому волоконные лазеры* наиболее перспективны; для: создания ОСГ.
Среди большого количества волоконных лазеров наибольшим к.п.д. и наибольшей выходной мощностью обладают иттербиевые лазеры, которые; в силу этого, находят широкое применение в промышленности. Эрбиевые лазеры, в свою очередь, занимают особое место в задачах передачи информации, так длина волны их генерации совпадает с окном прозрачности стандартного оптического волокна. Также они широко применяются в задачах волоконно-оптических измерений.
Генерация оптических импульсов всегда сопряжена с модуляцией некоторого параметра лазера, будь то добротность резонатора, ток накачки или степень пропускания выходного окна. Прямая модуляция выходного излучения путём модуляции мощности накачки ограничена частотами, равными обратному времени жизни возбуждённого состояния, что
Такой анализ с учётом модовой структуры будет проведён в пункте 2.2. Сейчас же необходимо рассмотреть, каким образом составной резонатор будет влиять на время жизни фотонов.
2.1.5. Времена жизни фотонов
Сначала рассмотрим простой резонатор Фабри-Перо, образованный двумя зеркалами. Пусть: - коэффициент отражения первого зеркала, R2
коэффициент отражения второго зеркала, L- длина резонатора, nL - его оптическая длина, 5± — относительные потери на один проход резонатора (преимущественно из-за поглощения в активном веществе).
Тогда интенсивность излучения после двойного прохода:
I(Ti) = I0RiR2( 1 - 5х)2-Если затухание однородно, то работает закон Бугера:
КО = /0ех р(-),
где тс - время жизни фотона.
Тогда:
*лс1 - ад2=ехр(-|)= ехр(-)
Отсюда следует, что время жизни фотона:
2 Ln
Теперь рассмотрим случай составного резонатора, в приближении R2 -> 0. Интенсивность излучения после двойного прохода:
I(T2-) = IoRiR3(l-81)2a-82y.
При однородности затухания:
1 (С) = /0ехр (-“)
Учитывая, что Т2 = 2(Ln + 0/с, из последних двух выражений следует: