Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Optoelectronics Światłowody włóknowe część I. optoelectronics Prof. Charles Kao uważany za twórcę optyki światłowodowej (1998 IEE Savoy Place, London,

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Optoelectronics Światłowody włóknowe część I. optoelectronics Prof. Charles Kao uważany za twórcę optyki światłowodowej (1998 IEE Savoy Place, London,"— Zapis prezentacji:

1 optoelectronics Światłowody włóknowe część I

2 optoelectronics Prof. Charles Kao uważany za twórcę optyki światłowodowej (1998 IEE Savoy Place, London, UK; courtesy of IEE) Włóko optyczne Włókno optyczne

3 optoelectronics Światłowody

4 optoelectronics System światłowodowy

5 Telekomunikacja (światłowodowa) optoelectronics

6 Single mode fibre New dispersion shifted fibre has even better range Opóznienie => Propagation Delay per km dB = 10Log 10 (P out /P in ) Pasmo = F high –F low (zakres częstości = spectrum) optoelectronics Telekomunikacja (światłowodowa)

7 Straty światłowodów optoelectronics

8 Dlaczego włókna? Większa niż dla przewodów elektrycznych przepływność binarna => Mniejsze rozmiary i waga => tańsza i mniej pracochłonna instalacja Niższe straty propagacyjne => większy zasięg i mniejsza ilość wzmacniaczy, niższe koszty sieci Zamiast wzmacniaczy co 10 km lub mniej można je umieścić co 100 lub 1000 km Niższe moce zasilające (elektryczne), mniejsza infrastruktura, mniejsza obsługa Niewrażliwość na zakłócenia EM => i.e. mniejsza interferencja ze strony sieci radiowych, radarowych, telefonicznych etc. wyższy SNR optoelectronics

9 Telekomunikacja światłowodowa

10 optoelectronics

11 Przepływność: 640 Gbps równoczesnych rozmów tele. Koszt (full) około 100 US$/ Gbps/km Włókno optyczne optoelectronics

12

13 Stratność szkła kwarcowego

14 Włókno optyczne jest falowodem świetlnym składa się z : rdzeniaczęść wewnętrzna w której propaguje się światło płaszcza pokryciapokrycie zabezpieczające jacketzewnętrzna warstwa zabezpieczająca złącze optoelectronics

15 Włókno optyczne Pojedyncze włókno Rdzeń µm Kabel z trzema włóknami W przypadku włókien kładzionych pod ziemią stosuje się dodatkowe zabezpieczenia Typowo, instaluje się pęczki od 10 do 100 włókien optoelectronics

16 Włókno optyczne

17 optoelectronics Podstawy działania Włókno optyczne

18 n2n2 n1n1 i i i i c dla TIR płaszcz rdzeń uciekają (swobodne) pozostają w rdzeniu (prowadzone) uciekają (swobodne) kąt krytyczny Całkowite wewnętrzne odbicie optoelectronics

19 n i sin i nsin 2 n i sin i n 2 1 sin c n 2 sin90() n sin c n sin c n 2 n 1 n n n2n2 n1n1 i słabe zanikające pole Całkowite wewnętrzne odbicie optoelectronics

20 Całkowite wewnętrzne odbicie Gdy staje się zespolone Całkowite wewnętrzne odbicie Total internal Reflection (TIR) t = 0 czyli cała moc zostaje odbita n 2 n 1 >n 2 t =90° Fala zanikająca Fala odbita Fala padająca i r E r,// E r, E i, E i, // E t,

21 Modół wsp. odbicia R vs. kąt padania i dla n 1 =1.44 and n 2 =1.00. Kąt krytyczny 44. Odpowiadające zmiany fazy vs. kąt padania Kąt padania, i c p Kąt padania i Współczynnik odbicia Zmiany fazy (stopnie) c TIR |R | optoelectronics Całkowite wewnętrzne odbicie r jest zespolone: IrI - amplituda, arg{r} - faza TIR

22 optoelectronics Całkowite wewnętrzne odbicie n 2 n 1 >n 2 t =90° Fala zanikająca Fala odbita Fala padająca i r E r,// E r, E i, E i, // E t, Total Internal Reflection

23 optoelectronics – 1 odbicie od powierzchni metalu straty ~ 1% mocy, odbija się 99%. 100 kolejnych odbić pozostawia zaledwie 36% początkowej mocy, – 1 odbicie na powierzchni dielektrycznej (TIR) traci zaledwie ~ % mocy, odbija się %. 100 kolejnych odbić pozostawia % początkowej mocy. Całkowite wewnętrzne odbicie !!!

24 optoelectronics

25 n 1 sin 1 = n 2 sin 2 sin c = n 2 / n 1 c = 82 0 most fibers światło zawarte w rdzeniu o wyższej wartości współczynnika załamania (n 1 ) niż płaszcz (n 2 ) różnica n wynosi ok. 1% gdy średnica rdzenia >>, światło porusza się po liniach prostych kąt krytyczny TIR wynosi c światło jest ograniczone w rdzeniu gdy pada na granicę ośrodków pod katem ok. 8 0 Promienie w idealnym światłowodzie optoelectronics

26 r a Funkcje Bessela Częstotliwość znormalizowana Pole w idealnym światłowodzie

27 Propagacja światła we włóknie Optyka geometryczna rdzeń cylindryczny otoczony płaszczem, rdzeń: szkło silica(SiO 2 ): Ge, P, n 1.45, 1sec ~ 200,000km ( szkło) 1 s ~ 200 m 1ns ~ 20 cm optoelectronics

28 Rodzaje włókien światłowodowych skokowy- wielomodowy ncnc ncnc nfnf ncnc ncnc nfnf ncnc ncnc nfnf gradientowy GRIN skokowy- jednomodowy optoelectronics

29 Światłowody gradientowe ncnc ncnc nfnf kwadratowy profil n działa jak siła zwrotna optoelectronics

30 NA w światłowodzie gradientowym Poniższy warunek zapewnia, że bieg światła zostanie zakrzywiony w kierunku osi włókna : jest parametrem opisującym jak zmienia się n we włóknie GRIN optoelectronics

31 Rodzaje włókien i ch-ki transmisji optoelectronics

32 Apertura numeryczna: NA NA definiuje stożek akceptowania światła które zostanie prowadzone we włóknie optoelectronics

33 NA dla światłowodu skokowego 90- t t max nfnf ncnc musi być > kąta krytycznego nini n i = 1 powietrze optoelectronics

34 Promienie w idealnym światłowodzie Wprowadzanie światła do włókna: kąt akceptacji aperura numeryczna (NA) NA = n n 2 2 W-ki na całkowite wewnętrzne odbicie wyznaczają rozmiar stożka NA jest miarą zdolności włókna do zbierania światła włókna telekomunikacyjne mają małe NA optoelectronics

35 Parametr V a = średnica włókna o = długość fali mod : rozwiązanie równania falowego określa drogę/przestrzenny rozkład światła optoelectronics V - parametr V lub częstotliwość znormalizowana

36 Jak kontrolować liczbę modów Parametr V liczbę modów można zmniejszyć poprzez zmniejszenie: (1) NA (2) średnicy ( ) aż do uzyskania włókna jednomodowego optoelectronics

37 Parametr V optoelectronics

38 małe NA duże NA światło propagujące się światło niewprowadzone NA a liczba modów optoelectronics

39 Przykład: liczba modów, = 850 nm Włókno ze szkła kwarcowego (step-index fiber) n f = 1.452, n c = (NA = 0.205) # step-index modes # GRIN modes średnica (mikrony) SELFOC graded index fiber o takiej samej NA optoelectronics

40 NA zależy od n 0 NAn f NAn f n f air water optoelectronics

41 Strumień światła a NA moc wprowadzonego światła ~ NA 2 przykład:włókno o NA = 0.66 posiada 43% przenoszenia mocy optycznej w stosunku do włókna o NA = 1.0 optoelectronics

42 promienie główne (południkowe) i promienie skośne Fiber axis skośne Fiber axis główne 1, 3 2 TE or TM modes HE or HM modes A meridional ray always crosses the fiber axis. A skew ray does not have to cross the fiber axis. It zigzag around the fiber axis. Pole EM w światłowodzie włóknowym

43 optoelectronics równanie Helmholtza układ cylindryczny kształt rozwiązań wtedy Pole EM w światłowodzie włóknowym

44 optoelectronics rozwiązania Pole EM w światłowodzie włóknowym

45 optoelectronics Pole EM w światłowodzie włóknowym Funkcje Bessla

46 optoelectronics E r E 01 Core Cladding LP 11 rozkład natężenia mod podstawowy LP 01 LP 21 Pole elektryczne modu podstawowego Natężenie pola jest największe w środku (osi) Liniowo polaryzowane (LP) fale posiadają cechy pól TE lubTM m # max. wzdłuż promienia r 2l # max. po obwodzie Pole EM w światłowodzie włóknowym

47 optoelectronics Pole EM w światłowodzie włóknowym

48 optoelectronics Pole EM w światłowodzie włóknowym

49 optoelectronics Mod podstawowy Prawie gaussowski

50 Cechy światłowodu ograniczające transmisję Straty Sprzężenia światła do/od światłowodu Absorpcyjne Rozpraszanie Dyspersja Chromatyczna Modowa Światłowodowa Efekty nieliniowe Wymuszone rozpraszanie Ramana, Stimulated Raman Scattering (SRS) Wymuszone rozpraszanie Brilloina, Stimulated Brillouin Scattering (SBS) Samomodulacja fazy, Self phase modulation (SPM) Polaryzacyjna dyspersja modowa, Polarisation mode dispersion (PMD) Cross phase modulation (XPM) Four wave mixing optoelectronics

51

52


Pobierz ppt "Optoelectronics Światłowody włóknowe część I. optoelectronics Prof. Charles Kao uważany za twórcę optyki światłowodowej (1998 IEE Savoy Place, London,"

Podobne prezentacje


Reklamy Google