Лазерный мир

А. В. Сокольников, А. В. Косарев // Электроника и информационные технологии, 2009, выпуск 2 (7)

Представлены методики и аппаратура для контроля характеристик и параметров оптического волокна, а также результаты исследований на многомодовом оптическом волокне.

Современные волоконно-оптические датчики позволяют измерять многие параметры, например, давление, температуру, расстояние, положение в пространстве, скорость вращения, скорость линейного перемещения, ускорение, колебания, массу, звуковые волны, уровень жидкости, деформацию, дозу радиационного излучения и т.д. Таким образом, проблема оценки характеристик и параметров оптического волокна при взаимодействии внешних факторов является актуальной.

Целью данной работы является разработка методик и аппаратуры для контроля характеристик и параметров оптического волокна, а также проведения исследования на одномодовом и многомодовом оптическом волокне.
Экспериментальные исследования проводились на установке, входящей в состав исследовательского комплекса лаборатории квантовой оптической электроники, кафедры микроэлектроники.
На базе данной установки могут быть выполнены следующие работы:
1 Качественное исследование модового состава волоконных световодов.
2 Экспериментальное измерение числовой апертуры волоконных световодов.
3 Экспериментальное измерение потерь, вносимых изогнутым участком волоконного световода.
4 Качественное исследование эффекта скремблирования мод, распространяющихся в световоде.
Установка содержит основные узлы и блоки позволяющие генерировать когерентное излучение с помощью полупроводникового лазера (ЛД), вводить это излучение в исследуемый волоконный световод, измерять светопропускание с помощью фотоприёмников
или оптических тестеров, анализировать изображение модового состава излучения в световоде с помощью оптической телекамеры, подвергать световод различным внешним воздействиям с помощью узла измерения потерь.

Структурная схема для исследования оптических волноводов

Структурная схема установки содержит основные узлы и блоки позволяющие генерировать когерентное излучение с помощью полупроводникового лазера, вводить это излучение в исследуемый волоконный световод с помощью оптического излучателя. С помощью фотоприёмников или оптических тесторов измерять светопропускание, с помощью оптической телекамеры анализируют изображение модового состава излучения в световоде, при различных внешних воздействиях.

При работе волокна совместно с лазером на выходном торце волокна все моды имеют за счет когерентности источника стабильное значение фазового набега. В результате они интерференционно складываются, образуя известную «спекл-картину». Если световод многомодовый, то она достаточно сложна и представляет собой практически случайное чередование темных и светлых областей. Качественно она показана на рис. 3.
За счет любого, сколь угодно малого, изменения характеристик распространения волн по волокну (колебания температуры, механическая деформация и др.) «спекл-картина» на торце световода меняется. Поскольку именно она наблюдается на чувствительной площадке фотоприемника, регистрирующего оптический сигнал, этот процесс и вносит дополнительный источник шума.

Качественный анализ процесса распространения волн по световоду можно проводить, используя законы геометрической оптики. Плоская волна падает на границу раздела сердцевина- оболочка под углом. Если он превышает критическое значение К (угол полного внутреннего отражения), то волна распространяется вдоль световода без потерь по сложному зигзагообразному пути (рис.5).

Полное содержание статьи: http://fetmag.mrsu.ru/2009-3/pdf/Parameters_of_optical_fiber.pdf