ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА

ВВЕДЕНИЕ В ОПТОЭЛЕКТРОНИКУ Введение в волоконную оптику

С фундаментальной точки зрения между световыми и другими электромагнитными волна­ми, например радиоволнами, не существует отличий, за исключением того, что световые волны имеют значительно более высокую частоту. Как показано на рис. 1.1, спектр электро­магнитных волн простирается от нескольких тысяч километров до космических лучей с длинами волн в триллионную часть метра [4]. В этом спектре нет пробелов, однако суще­ствуют наложения или слияния некоторых областей, что означает отсутствие четких границ между смежными областями.

Наименование спектрального диапазона

Вид оптического Длина волны излучения X, мкм

Область Длина волны применения х, мкм

1.7
Самый 2 дальний П Дальний & (0 & Средний
Ближний
0.770
Красный
Оранжевый 3= Желтый _ Зеленый	0.622 0,597 0,577
0,492 0,455 0,390 0,300 0.200 0,01
Синий
Фиолетовый
Ближний
Дальний
Крайний
Полимерное Волокно
0.6

Рис. 1.1. Электромагнитный спектр и области его использования в волоконной оптике

Поэтому использование того или иного диапазона данного спектра для передачи инфор­мации в первую очередь определяется параметрами среды распространения электромагнит­ных волн, в частности, показателем затухания, стабильностью постоянных распространения и др. Диапазоны частот, для которых обеспечиваются наилучшие условия распространения электромагнитных волн, носят название окон прозрачности среды. По этой причине для пе­редачи информации посредством световых волн используется не весь оптический спектр, который располагается между микроволнами и х-лучами и включает длины волн в диапазо­не от 10 нм до 1 мм. В пределах указанного диапазона находятся ультрафиолетовое излуче­ние, видимый свет и инфракрасное излучение. Термин «видимый свет» кажется избыточ­ным, однако использование его в ряде случаев необходимо, так как в некоторых книгах ультрафиолетовое и инфракрасное излучение называется ультрафиолетовым и инфракрас­ным светом соответственно. Видимый свет определяется как излучение, которое оказывает влияние на зрительные рецепторы и включает излучение от 390 до 770 нм, т. е. от фиолето­вого до красного цвета, охватывая тем самым лишь малую часть электромагнитного спек­тра. Свет сам по себе не имеет цвета, но эти длины волн, возбуждая рецепторы глаза, созда­ют цветовые образы, что позволило, используя это свойство световой волны, реализовать простейшие способы передачи информации на расстояния прямой видимости.

По аналогии с проводной связью для увеличения дальности передачи за счет направ­ленного распространения световой волны были исследованы различные оптически про­зрачные материалы, на основе которых разработаны оптические волноводы, названные впоследствии оптическими волокнами. Последние, в свою очередь, открыли возможность успешного применения отработанных к тому времени оптоэлектронных технологий для высокоскоростной передачи большого объема информации на значительные расстояния. Данное направление техники носит название волоконной оптики и интенсивно развивает­ся. Отметим, что в настоящее время в волоконной оптике используются длины волн при­близительно от 820 до 1650 нм, что определяется как инфракрасное излучение (в соответ­ствии с рис. 1.1), хотя иногда оно также называется просто светом, потому что его можно контролировать и измерять при помощи приборов, сходных с приборами для измерений в области видимого света.

Очевидно, что для передачи информации по оптическому волокну недостаточно нали­чия самого волокна, требуются еще как минимум источник и приемник излучения, а для пе­редачи на дальние и сверхдальние расстояния — ретрансляторы, или оптические усилители. Кроме этого, исходную информацию необходимо представить в виде оптического сигнала, что осуществляется путем модуляции источника оптического излучения, а затем восстано­вить ее на приемной стороне с помощью оптического приемника, включающего демодуля­тор. Таким образом, простейшая система передачи должна состоять из модулируемого ис­точника оптического излучения, оптического волокна, оптических ретрансляторов, или уси­лителей, и оптического приемника.