Характеристика диапазона электромагнитных волн для оптической связи

Вопрос 1 Принципы работы волоконно-оптических средств

Вопросы

Лекция №12. Волоконно-оптические системы связи

1. Принципы работы волоконно-оптических средств

2. Принципы передачи данных по оптоволокну

Известный спектр электромагнитных волн простирается от постоянного электрического тока и низкочастотных колебаний до рентгеновских и гамма-излучений. На рисунке 12.1 представлены все участки этого спектра и определено местоположение диапазона, который называется оптическим.

В оптическом диапазоне видимый свет занимает участок спектра от 380 нм (фиолетовый) до 780 нм (красный) и граничит со стороны более коротких волн с ультрафиолетовым излучением, а со стороны более длинных волн – с инфракрасным излучением. Наибольшее применение для оптической связи имеет диапазон, который называют ближней инфракрасной зоной (0.8 ¸ 12.675 мкм). Его использование обусловлено двумя факторами: по шкале энергий этот диапазон соответствует ширине запрещенной зоны ряда полупроводников, т.е. кванты такого излучения могут порождаться и поглощаться с ионизацией лишь валентных электронов; этот диапазон отличается наибольшей прозрачностью в таких средах распространения волн как стекловолокно и воздушная атмосфера. Следовательно, существует возможность изготовления эффективных полупроводниковых приборов и согласование их со средами передачи.

Волнам оптического излучения присущи не только волновые явления (дифракция, интерференция), но и квантовые или корпускулярные. Хорошо известна связь параметров световой волны с энергией кванта (фотона):

(12.1)

где h – постоянная Планка 4,1х10^{– 5} эВ или 6,626х10^{– 34} Джс, f – линейная частота колебаний. Учитывая связь длины световой волны и частоты,

(12.2)

можно определить энергию фотона:

(12.3)

где с – скорость света в вакууме, округляемая до величины 3х10 ⁸ м/с.

Рисунок 12.1 Спектр электромагнитных волн

Произведение h×c имеет постоянное значение, например, часто употребляемое 12.24эВ×мкм.

Физика волновых оптических процессов включает изучение интерференции, дифракции и поляризации, использование законов геометрической оптики, электро- и магнитооптических эффектов. Квантово-механическая природа оптического излучения наиболее отчетливо проявляется в тепловой генерации и различных видах люминесценции, в фотоэффекте, процессах взаимодействия излучения с веществом, явлениях нелинейной оптики [3, 61].

Ниже приведен пример оценки полосы частот оптического диапазона 0.8 ¸ 12.6 мкм.

Граничные частоты диапазона могут быть вычислены следующим образом:

f₁ = c / l ₁, f₂ = c / l ₂,

где с= 3 х 10 ⁸ м/с, l ₁ = 0,8 х 10 ^{– 6} м, l ₂ = 1,6 х 10 ^{– 6} м.

Полоса пропускания указанного диапазона составит

D f = f₁ – f₂ = 3.75 х 10¹⁴ – 1,875 х 10¹⁴ Гц,

что соответствует 187,5 ТГц.

Дата добавления: 2014-01-15