Файл: 177_____.doc

Структурная схема волоконно-оптического интерферометра Фабри-Перо приведена на рис. 3.15. Волоконно-оптический интерферометр Фабри-Перо работает следующим образом: свет от полупроводникового лазера (ПЛ) вводят в одномодовое оптическое волокно и он идет к сплавному разветвителю Р, разрезанному в месте сплавления. Часть света отражается от торца разветвителя Р и идет к фотоприемнику ФП. Другая часть света отражается от зеркальной поверхности, установленной на расстоянии h от торца

Рис. 3.15. Структурная схема волоконно-оптического интерферометра Фабри-Перо

разветвителя. Фототок на выходе фотоприемника изменяется по синусоидальному закону в зависимости от расстояния h, как показано в нижней части рисунка справа.

Малые перемещения зеркального отражателя приводят к изменению фототока на выходе фотоприемника. Таким образом, на линейном участке можно регистрировать перемещение мембраны с отражающим зеркалом на 0,1 мкм и реализовать измеритель малых изменений давления или температуры. Большие перемещения зеркального отражателя можно измерять путем подсчета периодов колебаний, соответствующих количеству длин волн используемого излучения.

3.5.2. Волоконно-оптический интерферометр Маха-Цендера

Структурная схема волоконно-оптического интерферометра Маха-Цендера приведена на рис. 3.16.

Рис. 3.16. Структурная схема волоконно-оптического интерферометра Маха-Цендера (F(t) - воздействие давления или E(t) -электрического поля)

Интерферометра Маха-Цендера работает следующим образом. Свет от полупроводникового лазера ПЛ вводят в одномодовое оптическое волокно и он идет к сплавному разветвителю, разветвляющемуся на в месте сплавления на два волокна, представляющие два канала - опорный и измерительный. Свет делится в каналах поровну. На выходе интерферометра также имеется сплавной разветвитель. Если сигналы приходят к выходному разветвителю с одной фазовой задержкой, то на выходе двух каналов образуются равные сигналы. Под действием давления F(t) или электрического поля E(t) в измерительном канале формируется задержка по фазе и, в результате интерференции, свет переходит преимущественно в один из двух каналов. На выходе первого канала формируется сигнал I₁(t), отображающий влияние воздействия, как показано на рис. 3.16 в правом нижнем углу.

Волоконно-оптический интерферометр Маха-Цендера успешно используется в измерительных приборах и в качестве модулятора оптического излучения. Известно применение интерферометра Маха-Цендера в гидрофонах, когда измерительное плечо представлено в виде катушки волокна длиной 1…2 м, которая выполнена герметично и погружается в воду. В качестве модулятора в интерферометре используют катушку, приклеенную к пьезоэлектрическому цилиндру.

3.6. Планарные диспергирующие элементы интегральной оптики

3.6.1. Планарные волноводы

Аналогом объемных дисперсионных элементов является их планарная реализация в виде плоских волноводных структур.

В настоящее время во всем мире в устройствах обработки информации широко используются системы, выполненные на основе интегральной оптики. На поверхности подложек из различных материалов от полупроводников и сегнетоэлектриков до кристаллических и аморфных создаются оптические волноводы, распространение света в которых подчиняется тем же законам, что и в волоконных световодах. Причем для случая использования одномодовых оптических волокон в многоканальных системах связи планарная реализация является единственно возможным средством достижения высокой степени уплотнения/разуплотнения каналов.

На основе оптических волноводов различного вида разработано большое количество устройств, в частности, итерферометры.

Интерферометр Маха-Цендера (ИМЦ) в планарном варианте формируют с помощью канальных оптических волноводов, получаемых диффузией титана в ниобате лития. Интерферометр Маха-Цендера может использоваться как переключатель каналов и модулятор.

При подаче напряжения на электроды управляющего плеча изменяется показатель преломления n в волноводе за счет пьезоэлектрического эффекта и происходит задержка по фазе.

В зависимости от фазы на выходе ИМЦ происходит перераспределение интенсивности света в I или II канал.

Переключение и модуляция могут проходить с частотой до 200 МГц.

В современных модуляторах управление подают в обои плечи в противофазе.

Предельная частота модуляции F_мод составляет 500 МГц.

Фазовая задержка составляет:

Чем больше длина воздействующих электродов L, тем меньше требуется напряжение U для той же фазовой задержки Δφ. Однако, возрастает емкость и падает F_мод.

3.6.2. Волноводные диспергирующие элементы

На рис.3.17 представлена наиболее перспективная схема интегрально-оптического мультиплексора/демультиплексора.

Рассмотрим принципы работы демультиплексора. По входному одномодовому волокну распространяется свет с информационными каналами на различных длинах волн λ₁, λ₂… λ_п. Диаметр волокна составляет 8-9 мкм и толщина волноводного слоя должна быть такой же. Введенное в плоский волновод излучение расходится. На пути этого расходящегося пучка помещается планарный коллимирующий элемент (2) (геодезическая линза, выполненная дополнительным легированием в волноводе), причем расстояние между торцом волокна и центром линзы равно ее фокусному расстоянию f₁. В результате этого, после линзы пучок будет коллимированным , а его ширина W должна быть равной апертуре D дисперсионного элемента демультиплексора. Дисперсионный элементом является упорядоченная волноводная решетка AWG (Arrayed Waveguide Grating).

Пройдя дисперсионный элемент, оптический сигнал разделяется на N каналов, каждый из которых на выходе дисперсионного элемента имеет свое фазовое распределение и распространяется под определенным углом к выходной апертуре. Отметим, что эта и другие конструкции дисперсионных элементов (дифракционная решетка, отражательная дифракционная решетка, эшелон Майкельсона и волноводная дифракционная решетка) осуществляют угловое разделение каналов и являются наиболее перспективными с точки зрения обеспечения максимального числа каналов.

За выходной апертурой дисперсионного элемента располагается фокусирующий элемент (4) (геодезическая линза), который обеспечивает попадание каждого из N каналов на соответствующий элемент линейки фотодетекторов или один из канальных волноводов.

Рис. 3.17. Структурная схема интегрально-оптического мультиплексора/демультиплексора на основе волноводной решетки

Фаза волн на выходе волноводов: , гдеi=1, 2, …п.