Оптические разветвители на основе планарных и кольцевых световодных структур для информационно-измерительных систем

• Автор: Ключник, Николай Тимофеевич
• Шифр специальности: 05.11.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 183 с. : ил.

СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

БСО - блок сетевого окончания

ВВФ — внешние воздействующие факторы

ВОССД - волоконно-оптическая сеть сбора данных

ВОД - волоконно-оптический датчик

ВОЛС - волоконно-оптическая линия связи

ВС - волоконный световод

ВУ - волоконный узел

ИИС - информационно-измерительная система

ИП - измерительный преобразователь

КИО - канал информационного обмена

ОВУ - оптическое вращающееся устройство
ОК - оптический кабель
ПГС - парогазовая смесь
ПП - показатель преломления
ПХР - плазмохимический реактор
СВЧ - сверхвысокая частота
СЭ - световодный элемент
ТКЛР - температурный коэффициент линейного расширения УС - управляющая станция ФД - фотодиод
а - ширина планарного световода А - вносимые потери Ь - толщина световедущего слоя
Д - внутренний диаметр кольцевой сердцевины световода
Д - диаметр светоотражающей оболочки волоконного световода (оптического
волокна)
Д - диаметр сердцевины волоконного световода (оптического волокна)
1- интенсивность оптического излучения
К - коэффициент передачи между оптическими полюсами разветвителя Ь - длина световода
ис - показатель преломления сердцевины оптического волокна
п0 - показатель преломления светоотражающей оболочки оптического волокна
ДГ- число полюсов разветвителя
ИЛ - числовая апертура
Р - мощность оптического излучения
Яс - радиус сердцевины оптического волокна
Т~ температура
V- волноводный параметр
а - коэффициент оптического затухания в световоде бс - отклонение от концентричности
Зц-отклонение от параллельности плоскостей планарной укладки волокон и планарного световода
8Х - величина бокового смещения вдоль направления X планарной укладки волокон относительно планарного световода
ду - величина бокового смещения вдоль направления У планарной укладки волокон относительно планарного световода
8г - величина продольного смещения оптических волокон относительно световодного элемента X - длина волны света

ГЛАВА 1. МЕТОДЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ РАЗВЕТВИТЕЛЕЙ ДЛЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ (АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР)
1.1. Требования к структуре и составу волоконно-оптических информационно-измерительных систем
1.2. Общая характеристика и классификация типов оптических разветвителей
1.3. Конструкции и методы изготовления оптических разветвителей
1.3.1. Сплавные волоконные биконические разветвители
1.3.2. Разветвители на основе элементов микрооптики
1.3.3. Интегрально-оптические разветвители
1.3.4. Разветвители на основе световодных элементов
1.3.5. Конструкции и характеристики промышленных типов разветвителей
1.4. Обоснование выбора направления работ
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ОПТИЧЕСКИХ РАЗВЕТВИТЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ ПЛАНАРНЫХ И КОЛЬЦЕВЫХ СВЕТОВОДНЫХ СТРУКТУР
2.1. Теоретический анализ разветвителей на основе планарных и кольцевых световодных структур
2.2. Моделирование распределения интенсивности оптического излучения в плоскости выходного торца световодов
2.3. Теоретический анализ влияния точности совмещения световодных элементов на характеристики разветвителей
2.4. Теоретический анализ влияния конструктивных параметров на величину переходного затухания разветвителей
2.5. Анализ статистического распределения расчетных значений элементов матрицы передачи разветвителей
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПЛАНАРНЫХ И КОЛЬЦЕВЫХ СВЕТОВОДНЫХ СТРУКТУР ОПТИЧЕСКИХ РАЗВЕТВИТЕЛЕЙ
3.1. Разработка аппаратуры и методик контроля оптических характеристик световодных структур
3.2. Формирование планарных световодных структур методом спекания
пластин из стекла
3.2.1. Разработка установки термопрессования стекла
Расчетные зависимости вносимых потерь Ас=Ас+Ас2 от толщины световедущего слоя для волокон со ступенчатым и градиентным профилем ПП, приведены на рис. 2.5. Расчет проводился при значении Dc/D0 = 0,8.
Толщина слоя, ЬЮС
Рис. 2.5. Зависимость вносимых потерь в разветвителе от толщины световодного слоя для различных типов оптических волокон:
1,2 - волокно со ступенчатым профилем ПП; 3,4 - волокно с градиентным профилем ПП (1,2,4 - слой со ступенчатым профилем ПП, 3 - слой с градиентным профилем ПП).
Анализ полученных зависимостей показывает, что существует оптимальное соотношение между значениями диаметра сердцевины волокна и толщины световедущего слоя, при котором достигаются минимальные вносимые потери в разветвителе. При равномерном распределении интенсивности излучения по торцу оптического волокна со ступенчатым профилем ПП оптимальная толщина слоя составляет Ь = 0,9Ос (кривая 1). Однако, в реальных системах указанное распределение имеет неравномерный характер, что с учетом выражения (2.8) дает оптимальное значение толщины слоя Ь = 0,8Ос (кривая 2).
Применение в разветвителях оптического волокна с градиентным профилем ПП приводит к увеличению потерь на 2,5-3 дБ. Для минимизации потерь в данном случае следует использовать слои с градиентным профилем ПП (кривая 3). Если используется слоевая структура со ступенчатым профилем ПП, то минимуму потерь соответствует толщина слоя приблизительно 0,7£>с (кривая 4).