1. Общи сведения.Основни поня-
тия.Съвременно състояние.Класи-
фикация
1. Общи понятия.
Електрониката е дисциплина,изуча-
ваща устр. и системи за пренос на
информация(и енергия)с помощта на
електронни потоци,които се уп-
равляват от електронни елементи и
схеми .
Опто-електрониката изучава подоб-
но пренасяне и обработка на инфор-
мация чрез фотонни и електронни
потоци,които се преобразуват един в
друг с помощта на опто-електрон-
ни(ОЕ)и електро-оптични(ЕО) пре-
образуватели.
Фотониката изучава прибори и уст-
ройства,в които преносът и обработ-
ката на информацията се извършват
на фотонно ниво.Носителят на инфо
-рмацията е светлината (фотонен
поток).
2.Предимства на оптичните(фотон-
ните)и опто-електронните устрой-
ства и системи.
Бързото развитие и внедряване на
опто-електронните устр. и системи
(ОЕУС) в комуникациите се дължи
на следните техни предимства пред
класическите електронни системи :
а)голямо бързодействие на фотонни
-те сист. в сравнение с електронните
защото фотонът е свръх лека елемен
-тарна частица,не притежава заряд и
маса в покой.За разлика от него елек
-тронът е частица с голяма маса и
изисква по-голяма енергия за да
бъде ускорен и пренасочен;
б)фотонните потоци са устойчиви на
електромагнитни смущения и не се
нуждаят от специални устройства за
екранизация;
в)конфиденциалност(скритост)на
предаваната информация поради то-
ва,че разпространението на фотонни
-ят поток не е свързано с излъчване
на електромагнитни вълни(ЕМВ),
които могат да бъдат регистрирани,а
пренасяната информация дешифри-
рана от разстояние.Непосредствено-
то включване във фотонния канал на
нежелани потребители се устано-
вява сравнително лесно и може да се
избегне;
г)искро и взриво безопасност на фо-
тонните сист.,в които преносът на
информация се осъществява през ди
-електрична среда(кристално влакно
,атмосфера,космическо пространст-
во и др.)и абонатните станции могат
да се намират под напрежение с го-
ляма разлика в потенциалите;
д)голям информационен капацитет
поради високата носеща честота
??
Hzf 10103
1713
??
{? = C/f =
(10nm - 10?m)},а най-използв.oпти-
чен диапазон в настоящия момент
лежи в границите=400? nm:1.6um
е) ниски тегло и цена;
ж) устойчивост към корозия и кли-
матични въздействия.
3. Класификация на ОЕУС в зависи -
мост от областта на приложение:
а)оптични системи за комуникация
(ОСК);б)дисплеи и пространствени
модулатори;в)оптични датчици;г)
оптични процесори;д)памети;е)офис
техника(принтери,скенери и др.).
4. Исторически сведения за развитие
- то на оптичните системи за кому -
никация.
Първи писмени сведения :
-Есхил-4 в.пр.н.е-падането на Троя
(Мала Азия)доАргос(Гърция)-сиг-
нални огньове;-Плибиус(2в.пр.н.е.)
описва метод за предаване на неу-
фоворена предварително информа-
ция с помощта на сигнални факли и
двоичен пет разряден код(запалена-
не запалена)съответстващ на букви
от гръцката азбука;-Клод Шапе(18
в.)описва семафорна система(опти-
чен телеграф)за предаване на бизнес
информация от Париж до Страсбург
(423к.м.)за6минути;-Бел (1880 г.)пре
-дава говор с помощта на фотофон
(FSO система с параболични огледа-
ла и слънчеви лъчи модулирани с ог
-ледална електромеханична сист.).
Съвременните комуникации датират
от откриването на:-лазера(1951г),
който представлява оптичен източ-
ник с висока кохерентност(тясна чес
-тотна лента),който позволява не са-
мо амплитудна модулация,но други
съвременни методи на модулиране,
подобни на радио системите за кому
-никация(фазова,честотна,поляриза-
ционна и др.).-качествено оптично
влакно с ниски загуби =20?dB/km
(1971 г.),позволяващо предаване на
информация при лоши атмосферни
условия(дъжд,мъгла и др.).Както мо
-же да се види от фигурата по-долу,
в момента затихването по дължина-
та на оптичните кабели достига
=0,2?dB/km.
5. Структурна схема на ОСК.
Стр.сх. на една ОСК (оптична сист.
за комуникации)включва следните
блокове:1-мултиплексор;2-буферно
устр-во(формировател на импулси);
3-източник на кохерентно лъчение
(лазерен диод/светодиод);4-модула-
тор(външно-резонаторен);5-крайно
устр-во на предавателя(оптична ан-
тена);6-ретранслатор;7-приемна оп-
тична антена;8-фотоприемник;9-бу-
ферно устр-во;10-демултиплексор
(декодиращо устр-во).Ретранслато-
рът служи за възстановяване форма-
та и амплитудата на импулсите.Той
преобразува фотонния поток в елек-
тронен и обратно.Съществуват и
чисто фотонни системи.
6. Класификация ОСК
Един от възможните начини за опи-
сание на разнообразните оптически
системи за пренасяне на информ. е
разделянето им в групи по следните
признаци:местоположение,вид на
модулацията,вид на носещата често-
та,начина на уплътняване на сигна-
ла,режима на синхронизация,мето-
дите на приемане и вида на оптич-
ния канал.
В зависимост от местоположението:
а)полустационарни-системи “Земя-
кораб”,“кораб-кораб”и служат за
пренос на телеметрични данни,теле-
визия,компютърна информация,теле
-фония.Това са сист.,които се поста-
вят на големи пристанища и аерога-
ри и се използват за комуникация с
пристигащи кораби и самолети;
б)бордови и наземни:- наземни-
сист.“Земя-Земя”(АЕЦ,ТЕЦ,м/у при
-станища ,открити рудници,шахти,
наземни и подземни транспортни
сист.др.);-бордови(“мостик-палуба-
машинно”,в самолетите,в автомоби-
лостроенето и др.);в)космически-сис
-теми“Земя-кораб”,“кораб-кораб”,
системи на самия космически кораб.
В зависимост от вида на модулация
на сигнала:а) цифрови;б) аналогови;
в) импулсни;г) комбинирани.
В зависимост от вида на носещата
честота(н-на на модулация на сигн.):
а)без подносеща;б)с една подносе-
ща;в)с няколко подносещи.
В зависимост от начина на уплътня-
ване на сигнала:а)с времево уплътня
-ване;б)с честотно уплътняване;в) с
пространствено уплътняване;г)с ком
-бинирано уплътняване.
В зависимост от синхронизацията на
предаваните сигнали:
а) синхронни;б) асинхронни.
В зависимост от метода на приемане
на сигнала:а)с едно приемно устр-во
б)с няколко приемни устр-ва;в)с пря
-ко детектиране;г)с хетеродинни
приемни устройства.
В зависимост от вида на оптичния
канал.Оптичен канал е средата,пре-
насяща високочестотната носеща от
предавателя до приемника. Тя бива
естествена и изкуствена.
ОСК с насочен канал.В зависимост
от вида на ненасочения канал ОСК
могат да бъдат:-система от периоди
-чни лещови системи(бипериодична
лещова истема.Тази система се хара
-ктеризира с много малка дисперсия
Основен неин недостатък е необхо-
димостта от множество лещи и огле-
дала и трудността на тяхната юсти-
ровка.Най-подходяща е за употреба
в закрити помещения на малки
разстояния.
А-източник В-приемник
бипериодична лещова истема
Световодите пренасят информаци-
ята посредством фотонни потоци,
които изпитват вътрешно отражение
от граничната повърхност,разделя-
ща сърцевината и обвивката на опти
-чното влакно.Огъването на светово
-дите в определени граници (радиус
на огъване по-малък от критичния)
не води до съществени оптични загу
-би на излъчване.Това тяхно качест-
во,съчетано с ниските оптични загу-
би в светоносещия слой{?=(0.1-0.2)
dB/km} прави възможно предаване
на полезната информация на разстоя
-ния30-50к.м. без магистрални ретра
-нслатори.Поради малкото напречно
сечение на оптичните влакна ,те се
обединяват в многожилни оптични
кабели.
ОСК с ненасочен канал ( FSO ) .ОСК
с ненасочен канал използват атмо-
сферата,водата и космическото про-
странство(естествени среди)за пре-
нос на информация:-атмосферни
ОСК(АОСК).Този начин е икономи-
чески изгоден(липсва специална сре
-да),много гъвкав и ефикасен в екст-
ремни ситуации.Недостатък при не-
го се явява фактът,че атмосферата е
нестабилна среда и има големи за-
губи на предаване на оптичната мощ
-ност при лоши атмосферни условия
(мъгла,дъжд,снеговалеж,турболент-
ност и др)водещи до ниска стабил-
ност на връзката при големи разсто-
яния (фиг. 2.4.).
-подводни ОСК:Използването на во-
дата като оптична среда се основава
на факта,че водата по химичен със-
тав и загуби прилича на атмосфера-
та.Характеризира се с ограничено
приложение поради наличието на
микроорганизми и неорганични мик
-рочастици във водата причиняващи
дисперсия и поглъщане на фотонни-
те потоци.
Задхоризонтни ОСК-Характерно за
тези оптични системи за комуника-
ция е използването на естествени
(облаци,метеоритни следи и др),или
изкуствено създадени(метални час-
тици,йонизирани газове и др.) отра-
зяващи светлината обекти.Положе-
нието на тези обекти е предварител-
но известно.Продължителността на
връзката е много малка,за да се оси-
гури необходимата скритост.Изпол-
зват се сравнително мощни лазерни
предаватели и чувствителни прием-
ници(фото електронни умножители)
2. Оптични влакна, жила и кабели.
2. 1. Оптично влакно(световод).
Оптичното влакно представлява ци-
линдрично прозрачно тяло(фиг3.1), в
което светлината се разпространя-ва
с минимално излъчване в околно-то
пространство поради пълно вът-
решно отражение на граничната по-
върхност,разделяща сърцевината n
1
и обвивката n
2
.В някои световоди
граничните повърхности са няколко
на брой многослойни световоди, а в
други случаи нямарязка граница м/у
сърцевината и обвивката(градиент-
ни световоди). Световод. Фиг.3.1
В оптичното влакно могат да същест
-вуват различни моди на разпростра
-няващите се електромагнитнивълни
от оптичния диапазон(оптични поле
-та):НЕ
lm
, EH
lm
, TE
0m
, TM
0m
.Хибрид-
ните моди са НЕ
lm
и EH
lm
.При хиб-
ридните моди от магнитен тип НЕ
lm
Hz>>Ez,а при хибридните моди от
електрически тип EH
lm
Ez>>Hz.Чис-
тите(нехибридни)моди се получават
при l = 0.В горните означения l и m
са брой на максимумите съответно
по ? и по r.
2 0
0 , 2
1 0 0
1 9 7 1 2 0 0 0
го д и н а
?
?
?
?
?
?
?
k m
d B
,
345678
29
110
- еле к тр они
- фо т о ни
AB
A - и з т о чник
В - прием ни к
стабилност на връзката %
99
70
50
разстояние (км)
70
50
разстояние | km |
Фиг.2.4.
?
r
x
y
z
n
2
n
1
В зависимост от броя на модите оп-
тичните влакна се делят на:- едномо
-дови(с мод НЕ
11
);-многомодови
((m;1)?); ->
В зависимост от материала,от който
са изработени сърцевината и обвив-
ката на оптичните влакна,те се делят
на следните типове:-стъкло-стъкло-
при тях сърцевината и обвивката са
изработени отSiO
2
с добавени раз-
лични примеси;-стъкло-пластмаса-
сърцевината на този вид влакна е от
стъкло,а обвивката им е от пластма-
са.Те са обикновено многомодови.
Разпространението на светлината се
извършва изцяло в сърцевината;
-пластмаса-пластмаса-те са евтини,
но имат лоши оптични характерис-
тики.
Параметри на оптичните влакна са:
строителна дължина и профил на по
-казателя на пречупване n(r).
-Строителната дължина представля-
ва дължината на оптичното влакно,
която се получава при неговата изра
-ботка.Обикновено тя е1km или3km.
-Профил на показателя на пречупва-
не n(r) представлява функция, съот-
ветстваща на изменението на коефи-
циента на пречупване в зависимост
от разст. r до оста на световода.
В зависимост от вида тази функция
световодите се делят на:- стъпални
световоди.Характерно за тях е, че
отношението на размерите d и D е
различно при едномодовите и при
многомодовите влакна.Коеф. на пре
-чупване съответно за сърцевината и
за обвивката на влакно изработено
на базата на SiO
2
имат следните ори-
ентировъчни стойности:
n
1
?1,46;n
2
?1,458
.Разн
о-видност на този вид влакна са мно-
гостъпалните световоди.
- градиентни световоди. В градиент-
ните световоди изменението на пока
-зателя на пречупване n(r)е функция
на текущия радиус на сърцевината r
Тази функция може да бъде различ-
на:тригонометрична,гаусова,биноми-
нална и др.Най-често в практиката
се използва показателната функция,
която зависи само от параметър ? :
? ?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
d
r.2
.
n
nn
1.nrn
2
1
2
2
2
1
1
Градиентните световоди,профилът
на показазателя на пречупване,на
които се изменя в съответствие с та-
зи показателна функция се наричат
? профили.Едно от достойнствата
на тази функция е възможността за
описание на различни профили чрез
промяната на един параметър.Така
на пример при ? = ? градиентният
световод се трансформира във въл
-новод със стъпално изменение на
профила на показателя на пречупва-
не,а при ? = 1-в световод с триъгъл-
на функ. на изменение на профила .
Графично изображение на показател
-ната ф-я на градиентните световоди
-сложни световоди В някои СКС се
използват световоди със сложно из-
менение на профила на показателя
на пречупване.Триъгълните профи-
ли(А)могат да променят честотата
на нулева дисперсия,а многослйните
световоди(сWпрофил)(Б)могат да ра
-ботят в по широк честотен обхват
от еднослойните.
Най-често тези профили се използ-
ват за едномодови световоди и слу-
жат за промяна на точката на нулева
дисперсия.Към този тип спадат и
многостъпалнитеW-профили и се
използват за промяна на честотния
диапазон.
-специални профилиХарактеризират
се съссилна асиметрия в радиалното
сечение.Използват се за поддържане
поляризациятана оптичното лъчение
по дължината на трасето.Наричат се
още поляризационно-стабилизирани
(PM).Имат много малка поляризаци
-онната дисперсия.Поляризационно-
стабилизираните световоди намират
приложение в различни световодни
датчици и за изработването на изме-
рвателни уреди работещи в среди,
неподходящи заработа с електронни
средства,съдърж. проводящи елем .
1- световоден участък от анизотро-
пен материал,чувствителен към E, H,
t
O
C, F [N]
В съвременните PM световод напре--
чното им сечение имаформата на ел
-ипса(А),или на двоен бъбрек(Б)и др
Геометрични параметри на напреч-
ното сечение на световодите
0
MINMAX
d
dd
e
?
?
-коеф.на отклонение от
къговата форма на сърцевината
0
MINMAX
D
DD
E
?
?
-коеф.на отклоненние
от кръговата форма на обвивката;
.СР
d
x
c ?
-ексцентрицитет;
00
D ,d
-идеални размери;
2.2. Оптични жила.Оптичното жило
представлява оптично влакно с опре
-делен брой защитни покрития,год-
но за експлоатация.Външният диаме
-тър на едно опт.жило е около 2 mm.
1-истинска сърцевина;2-истинска об
-вивка;3-еластична среда.Служи за
предпазване от влага и играе демп-
ферни св-ва(предпазва отвибрации);
4-полиетиленова обвивка.Увеличава
съпротивлението на влакното при
срязване и огъване;5-якостен елеме-
нт.Представлява полиестерни ,или
стоманени тънки нишки,които пое-
мат натоварването в аксиална посо-
ка.Този елемент се характеризира с
много малко температурно разшире
-ние.6-полиестерни обвивки.Предпа
-зват от огъване,влага,гризачи и др.
2.3. Оптични кабели.
Представляват съвкупност от 2 или
повече(до200бр)жила,укрепени с до-
пълнителни якостни елементи,пъл-
нежи и покрития.Те могат да се кла-
сифицират в зависимост от конструк
-цията си:
-Лентовисъдържат в конструкцията
си от2до24 оптични жила.
-Радиално-симетрични.
1-подсилващи елементи;2-компаун-
ди;3-оптични жила;4-обвивка.
-Специални-това са кабели с много
гяляма дължинаВключват световоди
и метални проводници(усукани двой
-ки)за захранване на магистралните
усилватели.
1-лентов;2-радиален;3-якостен еле-
мент;4-метални включвания;5-външ
-ни стоманени брони.
2.4.Загуби при разпространение по
световод.
Определение.Eкстинцията представ-
лява загубите по мощност на оптич-
ното лъчение при разпространение-
то му през световод.Причините за то
-ва явление са:поглъщане, разсейва-
не и излъчване.
Поглъщане.Поглъщането на светли-
ната се дължи на различни резонан-
сни явления в материала (SiO
2
). SiO
2
има резонансно поглъщане вобхвата
(10:20)um.При резонансно поглъща-
не честотата на трептене на йоните
на материала съвпада с честотата на
оптичното лъчение,при което става
отдаване на енергия от страна на лъ-
чението.При =1,6u? m започва да се
чувства силата на това поглъщане.
Освен SiO
2
сериозно поглъщане при
-тежават различни метални йони(Fe,
Co,Ni,Cr,Cu).Тези йони сеотделят от
апаратурата за изработка на светово
-да и се появяват като примеси в
SiO
2
.Нивото на примесите трябва да
бъде
98
1010
??
?
части от обема на стък
-ловлакното.Тогава загубите са под
1 dB/km.Наличието на хидроксилни
йони е третият фактор за поглъщане
на лъчението при дължина на вълна-
та =2,7u? m.
Разсейване.Разсейването е явление
свързано със загуба на мощност на
фотонния поток пренасящ полезната
информация по световода.Причини-
те за разсейването е значителната
промяна на положението на фазовия
фронт на оптичното лъчение при вза
-имодействието му с обекти съизме-
рими по размери с тези на дължина-
та на светлинната вълната.Такива
разсеяни лъчи лесно напускат сърце
-вината на световода,създават отра-
зен сигнал,или губят от мощността
си при многократните преотраже-
ния.Тези явления настъпват в късо-
вълновия оптичен диапазон,когато
дължината на вълната на оптичното
лъчение става съизмерима с разме-
рите на молекулите на SiO
2.
В този
диапазон разсеяната мощност на
светлинното лъчение е обратно про-
порционална на четвъртата степен на
дължината на вълната:
4
.РАЗС
1
~Р
?
Излъчване. А и Б ?
Причината за излъчването на светли
-на от световода е нарушаването на
условията за пълно вътрешно отра-
жение при промяна на размерите на
напречното сечение(А)и микроогъва
-не(Б) на световода в резултат на
външни механични въздействия,или
дефекти при изработката му.Броят
на микроогъванията на една строи-
телна дължина се регламентира и
трябва да бъде посочен в сартифика-
та на световода.
2.5 Числена апертура.
Тази важна характеристика на свето
-вода е свързана с втория закона на
Снелиус:
n
2
<n
1
;n
1
.sin?
1
=n
2
.sin?
2
Когато ъгъл 2? стане равен на 90
О
,то
се наблюдава пълно вътрешно отра-
жение и тогава:
sin?
ГР.
=n
2
/n
1
;?
ГР.
=arcsin[n
2
/n
1
]
При оптичните влакна коеф. n
1
и n
2
сас многомалка разлика помежду си.
Пример:
47,1n
1
?
,
45,1n
2
?
О
.ГР
86???
.
Числена апертура е онзи ъгъл на въ-
веждане на опт.мощност на лъчение
-то през челната повърхност на све-
товода,при който настъпва пълно
вътрешно отражение.
A.Nаsin??
-числена апертура;
??????.2.nnnA.Nаsin
1
2
2
2
1
;
1
21
2
1
2
2
2
1
n
nn
n.2
nn ?
?
?
??
-относителна
разлика между n
1
и n
2
.
n
r
d
D
n
1
n
2
n
r
d
D
n
1
n
2
n
r
n
1
в х . из х.
x
y
x
n
1
x
y
y
n > n
3 2
D
M AX
D
M I N
x
1
2
3
4
5
6
1
2
2 … 24 бр.
1
2
3
4
1
2
3
4
5
F F
n2
?
2
n1
?
1
2.6.Загуби при въвеждането на
оптичната мощност.Тези загуби са
чувствителни.Източниците на свет-
лина имат много по-големи размери
от сърцевината на световода.Използ
-ването на лещи не дава голям ефект
,тъйкато светлината е некохерентна.
Немердионални лъчи са онези лъчи,
които се разпространяват в
светово--да, без да пресичат
неговата ос.Та-кива лъчи увеличават
апертурата N.A и препятстват
фокусирането на светлината.При
големи стойностина N.A
ефективността на въвеждане е
голяма.При лазерните диоди тази
ефективност може да бъде съхране-
на и при по-малки апертури,защото
пред лазерния диод може да се пос-
тави леща,която да въведе ефектив-
но лъчението.При светодиода,който
е с некохерентно лъчение,трудно
може да стане въвеждането с леща.
V
d
-обем на конуса на излъчване на
LED;
V
f
-обем на конуса на световодаLED;
d
d
-диаметър на светодиода LED;
??
2
2
d
2
f
d
f
A.N.
d
d
V
V
???
За да се повиши ефективността на
въвеждане е необходимо да се нама-
ли размера на източника d
d
.Тук d
f
e
диаметъра на сърцевината на оптич
-ното влакно.Куплирането на свето-
вод към фото-приемник обикновено
се осъществява с с много малки
загуби 100%).??
3 .Оптични превключватели
Оптичните превключватели са пред
-назначени да пренасочват и разпре-
делят фотонните потоци,коитоносят
полезната информация,м/у необходи
-мия брой абонатни световодни ли-
нии.В заисимост от вида на физичес
-ките процеси съпровождащи(преди
-звикващи)промяната на посоката на
разпространение на информационни
-те потоци,оптичните превключвате
-ли могат да се разделят на три гру-
пи:механични и електромех.,течни и
течнокристални и електронни.
3.1 Механични.В механичните прев-
ключватели фотонните потоци про-
менят посоката си на разпростране-
ние в резултата на механичното пре-
местване на миниатюрни лещи,огле-
дала и призми под действието на ме
-ханични,или електромех. сили.
В последните години се забелязва
интензивно развитие на миниатюр-
ните електромеханични системи
(MEMS),технологията на изработка
на които е сходна с тази на електрон
-ните интегрални сх.Взависимост от
вида на подвижните оптични елемен
-ти,механичните и електро-мех.пре-
включватели се делят на:влакнесто-
оптични,огледални и призмени.
Влакнесто-оптични.Тези превключ-
ватели пренасочват фотонните пото-
ци в резултат на преместването на
оптичното влакно под въздействие
на механична сила предизвикана от
магнитно,или електромагнитнополе,
което взаимодейства с феромагни-
тен материал механично свързан с
оптичното влакно,илиSELFOK леща
заварена за него.
Управляващата бобина позиционира
вход1към вход2или към вход3в зави
-симост от това дали е подаден упра
-вляващ ток по намотката или не.
Корпусът на този тип превключва-
тел се изработва от немагнитен мате
-риал.Характеристиките на схемата
са:
??
? ?
??
ms 52
dB 60S
dB 12060S
dB 20S
11
31
21
???
?
??
??
,където:S
21
и S
31
са
коеф.на предаване съответно от1към
2и от1към3;S
11
-коеф.на отражение;
?-време за превключване
Огледални.Тези превключватели са
също от механичен,или електромеха
-ничен тип.Оптичните им характери
-стики са подобни на тези на влакне-
сто-оптичните превключватели и се
характеризират с малки загуби,доб-
ра развръзка и съгласуване.Времето
за комутация е от порядъка на десет
-ки милисекунди.
Призмени.В тези превключватели
комутацията на фотонните потоци
се осъществява с помощта на приз-
ма(в случая шестостенна),която се
въвежда,или извежда от пространст-
вото м/у портовете(1,2,3и4).При от-
съствие на призмата фотонният по-
ток въведен във порт1се фокусира в
порт3с помощта наSELFOCлещи.
Коеф.на преходно затихване
S
31
=(0,2-0,5)dB.При въвеждане на на
призмата,фотонния поток се пречуп
-ва от нея и се фокусира в порт4.
Коеф. на преходно затихване е S41=
(0.5:1)dB.Развръзката с останалите
портове е(50-60)dB.Когато се свър-
жат каскадно няколко такива устр.,
се получава многопортов превключ-
вател(комутататор).
3.2.Течни и течно-кристални оптич-
ни превключватели.В тези превклю-
чватели пренасочването на фотонни
-те потоци се осъществявят в резул-
тат на отражението им от течност
движещи се в капиляри под действи
-ето на електромагнитни сили,или
разлика в налягането.
Живачен оптичен превключвател
При отсъствие на управляващо нап-
режение живачната течност се нами-
ра в единия край на капилярната тръ
-бичка и не пречи на разпростране-
нието на фотонния поток.При асиме
-тричното му въвеждане в порт 1,
SELFOCлещите го фокусират в порт
2с коеф.на преходно затихванеS
21
=
(0,2-0,5)dB.Прилагането на управля-
ващо напрежение предизвиква пре-
местване на живачната течност,коя-
то отразява светлината обратно в
горната леща.Асиметрията на поло-
жението на порта1е причина за фоку
-сирането на фотонния поток в порт
3 с коеф.на преходно затихване от
същия порядък.Развръзката с остана
-лите рамена е около(30-50)dB.Вре-
мето за превключване е(10-100)мик-
росекунди,а необходимата мощност
за превключване е сравнително мал-
ка(10-50)микровата.
Капилярни оптичнни превключв.
Капилярните оптични превключва-
тели се реализират обикновено на
базата на Х-образни планарни свето
-водни разклонения,напречно на ко-
ито се разполагат капилярни съдове
с подвична течност.Ст-те на показа-
телите на пречупване на тези течно-
сти се различава значително от този
на сърцевината на световодите.В ре-
зултат на това при разполагане на ка
-пка капилярна течност в зоната на
пресичащите се световоди,значител-
на част от оптичната можност се от-
разава в съседния абонатен световод
,вместо да се разпространява в сре-
щуположно разположения световод.
Преместването на отразяващата теч-
ност може да се извършва под дейст
-вието на пневматични сили.
Течнокристални оптични превкл.
В течно-кристалните оптични прев-
ключватели фотонните потоци са по
-ляризирани.Ако приемем,че вход-
ния поток(в порт1)е с хоризонтална
поляризация и липсва управляващо-
то напрежение приложено към теч-
нокристалния слой,този поток пре-
минава без отражение през поляриза
-ционно селективния отражател (по-
ляризатор)и се фокусира в срещупо-
ложния абонатен световод (порт2).
След прилагането на управляващо
напрежение,течният кристал LC пре
-дизвиква усукващ(twist)ефект, кой-
то променя поляризацията от хоризо
-нтална на вертикална.Фотонен по-
ток с вертикална поляризация изпит
-ва пълно отражение от селективния
отражател и се фокусира в порт 3.
Преходното затихване и развръзката
по съседен канал са съпоставими с
тези на живачните превключватели, а
времето на превключване е някол-ко
милисекунди.Срокът на експлоа-
тация и надежността им е по-голям .
3.3.Електронни превключватели.
Електронните превключватели се
отличават с голямо бързодействие.
Те могат да бъдат реализирани по
методите на оптичните интегрални
технологии.В зав.от принципа на
тяхното действие,електронните прев
-ключватели могат да бъдат обедине
-ни в три групи:електро-оптични,аку
-сто-оптични и магнито-оптични.
Електро-оптични превключватели.
Основни елементи на електро-оптич
-ните превклюяватели са кристални
пластини с изкуствена1иестествена2
електрическа анизотропия.В криста-
лите с изкуствена анизотропия раз-
пространението на светлината в оп-
ределена посока,свързана с ориента-
цията на главните кристални оси на
материала не е съпроводено с поля-
ризационни трансформации(направ-
ление(1)-(2)).При прилагане на упра
-вляващо напрежение U
y
и подходя-
щи размери и ориентация на криста-
ла1 в пространството,електро-оптич
-ния кристал с изкуствена анизотро-
пия проявява анизотропни свойства
и действа като полувълнова пласти-
на.В резултат на това,ако на входа
(1)постъпва фотонен поток в верти-
кална поляризация,в изх. равнина на
кристалната пластина 1 той ще има
хоризонтална поляризация.Кристал-
ната пластина с естествена анизотро
-пия2 притежава голяма разлика в
коефициентите на пречупване n
x
и
n
y
,съответно във вертикалната и хо-
ризонталната равнина.Това става
причина за голяма разлика в посока-
та на разпространение на пречупени
-те лъчи от вх. и изх.равнина,в зави-
симост от тяхната поляризация.Из-
борът на подходящи св-ва,размери и
ориентация на кристалната пластин-
ка2 може да осигури минимално из-
менение на посоката на разпростра-
нение на фотонни потоци с вертикал
-на поляризация и значително пречу
-пване за фотонни потоци с хоризон
-тална поляризация.Точката на изве-
ждане на фотонен поток със силно
променена траектория в кристалната
пластина2трябва да бъде достатъчно
отдалечена от тази на фотонния по-
ток с хоризонтална поляризация,кой
-то съхранява първоначалната си по-
сока на разпространение.Това ще
осигури необходимата развръзка по
съседен канал.
В многовходовите електрооптични
комутатори се използват m двойки
пластини с изкусттвена и естествена
анизотропия, които осигуряват m+1
оптично развързани изхода(порта).
Устройството е обратимо.Скоростта
му на превключване може да достиг
-не теоретично до части от наносе-
кундата.Това означава,че подобни
комутатори могат да работят като
мултиплексери и демултиплексери
за TDM сигнали.Интегралните елек-
тро-оптични комутатори се управля-
ват с напрежения от порядъка на ня-
колко волта и могат да бъдат свърза-
ни към подходящ електронен микро
-процесор.
Акусто-оптични превключватели.
В зависимост от конструкцията си
акустооптичните превключватели се
LD
LED
L E D
d
d
V
d
V
f
I
У
I
У
1
2
3
ма г нит на
риза
SELFO C
ле ща
опт ично
в ла к но
упра вл я ва щ а
бо бина
14
3
2
с в е т о в о д и
о т р а жа те л но
о гл е д а л о
с фе р ич н и
л е щи
к а п с ул а
13
24
SELFOC
ле ща
с ве т ов о д
призма
+-
13
2
S ELFOC
л е ща
с в е т о в о д
жи в а к
108
35
