Поляризационные и интерференционные эффекты в многомодовых волоконных световодах

6.6 Использование светорассеивающего лака для равномерного возбуждения волноводных мод. В п. 6.6 представлен предложенный неразрушающий способ стандартизации измерений параметров многомодовых волоконных световодов [7], позволяющий обеспечить равномерное возбуждение волноводных мод. Способ заключается в том, что перед проведением измерений параметров ВС коллимированное оптическое излучение от источника вводят через торец световода, а на другой конец световода последовательно наносят слои светорассеивающего покрытия, например лака или эмульсии, до тех пор, пока выходящее излучение не будет полностью рассеиваться. Контроль рассеивающих свойств покрытия осуществляется по диаграмме направленности излучения, выходящего через торец световода с рассеивающим покрытием. Когда выходящее излучение станет чисто диффузным (обычно при числе слоев покрытия 2 и более), дальнейшее наращивание числа слоев прекращают и проводят измерения параметров световода, вводя излучение через торец с нанесенным покрытием. По окончанию измерений светорассеивающее покрытие на торце световода смывают растворителем. Предложено в качестве меры стабильности модового состава использовать полуширину распределения интенсивности выходящего излучения. В п. 6.6 приводятся результаты экспериментального исследования распределений как функции угла ввода , на основании которых были определены зависимости . Установлено, что среднеквадратическое отклонение от среднего при , как для ВС со ступенчатым, так и с параболическим ППП, составляло 5% - 15% в зависимости от количества слоев светорассеивающего лака. То есть, подтверждена возможность использования светорассеивающего лака для стандартизации измерений параметров ВС, что наиболее важно для коротких отрезков световодов с большим диаметром сердцевины, в которых невозможно получить равновесное модовое распределение.

6.7 Влияние рассеяния на поверхности торцов световодов на характеристики модового шума. В п. 6.8 приведены теоретические оценки и результаты экспериментального исследования модового шума при пространственной фильтрации фотоприемником (ФП) когерентного излучения, выходящего из ВС. Установлено, что рассеяние на выходном торце ВС при равномерном возбуждении мод, независимо от вида ППП, приводит к незначительному уменьшению отношения сигнал-шум (ОСШ). Если СПС выходящего излучения сформирована оптическими вихрями с одинаковыми направлениями вращения, то ОСШ может быть существенно меньше, чем при интерференции излучения обычных волноводных мод или вихрей с различными направлениями вращения. При размерах фотоприемника, соизмеримых с размерами спекл-пятен экспериментально зарегистрировано ухудшение ОСШ в 2,5-3 раза. При нанесении шероховатости или светорассеивающего лака на поверхность выходного торца ВС ОСШ увеличивалось приближенно до величины, соответствующей равномерному возбуждению мод. Установлено, что изменение ОСШ обусловлено изменением пространственных характеристик СПС выходящего излучения. Аналогичный эффект наблюдался при селективном возбуждении отдельных мод в ВС с параболическим ППП сфокусированным лазерным лучом, смещенным относительно центра сердцевины ВС.

В заключении обобщены основные полученные результаты.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Основным результатом работы является, прежде всего, создание новых физико-математических моделей для описания свойств волоконных световодов, улучшающих понимание физических процессов при распространении излучения по ВС и являющихся основой для развития теоретических представлений, методик численного моделирования и расчетов параметров волоконно-оптических устройств. Это позволяет создавать принципиально новые волоконно-оптические системы и методики измерений параметров световодов, вырабатывать научно обоснованные технические требования к элементам волоконно-оптических устройств в зависимости от решаемой технической задачи.

Ниже приведено обобщенное описание полученных результатов.

1. Получены асимптотические формулы, характеризующие основные свойства волноводных мод в многомодовых волоконных световодах в виде простых арифметических выражений, ставшие основой для теоретического исследования поляризационных свойств ВС и разработки методики численного моделирования распределений интенсивности выходящего из световодов излучения.

2. Создана волновая теория деполяризации излучения в многомодовых волоконных световодах со ступенчатым ППП, изменяющая представления о поляризационных свойствах многомодовых ВС и открывающая новые возможности их практического использования. В частности, получены аналитические выражения и аппроксимации для описания степени поляризации выходящего излучения, необходимые при проектировании устройств для доставки поляризованного излучения, а также для объективной оценки качества ВС.

3. Получены аналитические выражения для описания спектрально-поляризационных биений в одномодовом двулучепреломляющем световоде с локальным дефектом и разработана методика численного моделирования для случая множества дефектов, расширяющие возможности методов измерения параметров одномодовых волокон.

4. Разработана методика численного моделирования пространственных распределений выходящего из ВС излучения, используя которую, были определены основные пространственные и спектральные характеристики спекл-структур ВС, в том числе сформированных излучением оптических вихрей.

5. Создана методика, позволяющая различать спекл-структуры, сформированные оптическими вихрями с одним направлением вращения от СПС, образованных преимущественно волноводными модами со сравнительно малыми значениями азимутальных индексов, необходимая для экспериментального исследования свойств волоконных световодов.

6. Обнаружена новая разновидность эффекта вращения спекл-структуры выходящего излучения при изгибе световода одновременно в двух плоскостях, на основании которого был создан лабораторный макет датчика угла поворота.

7. Предложена физическая модель, позволяющая получить простые аналитические выражения для описания УПХ ВС. Разработан квазилучевой подход для решения задач ввода-вывода излучения, сохраняющий простоту классической лучевой модели, но позволяющей формально учесть влияние энергообмена между модами и дифференциальное модовое затухание.

8. Создана теория, описывающая влияние оптических неоднородностей входной и выходной торцевых поверхностей волоконного световода на параметры выходящего и обратно отраженного излучения, позволяющая выработать научно обоснованные требования к качеству торцевых поверхностей волоконных световодов в зависимости от решаемой технической задачи.

СПИСОК НАИБОЛЕЕ ЗНАЧИМЫХ РАБОТ

1. Кизеветтер, Д.В. Асимптотические выражения для вычисления собственных чисел поперечных волн в оптических световодах / Д.В. Кизеветтер, В.И. Малюгин // Изв. ВУЗов. Радиофизика.-1985.-Т.28, №1.-С.128-132.

2. Кизеветтер, Д.В. Влияние шероховатости поверхности торца световода на эффективность ввода электромагнитного излучения / Д.В. Кизеветтер, В.И. Малюгин // ЖТФ.-1986.-Т.56, В.1.-С.68-71.

3. Кизеветтер, Д.В. Измерение угловых характеристик ввода излучения в волоконные световоды / Д.В. Кизеветтер, В.И. Малюгин // Оптика и спектроскопия.-1988.-Т.64, №5.-С.1139-1143.

4. Кизеветтер, Д.В. Метод измерения угловых характеристик световодов / Д.В. Кизеветтер, В.И. Малюгин // Оптико-механическая промышленность.-1989.-Т. 56, №9.-С48-50.

5. А.с. 1354155. Волоконно-оптический приемный модуль / Д.В. Кизеветтер, В.И. Малюгин (СССР).- БИ.-1987.-№43.

6. А.с. 1672396. Оптический соединитель волоконного световода с фотоприемником / Д.В. Кизеветтер, В.И. Малюгин (СССР).- БИ.-1991.-№31.

7. А.с. 1509793. Способ возбуждения мод многомодового волоконного световода при проведении измерений его параметров / Д.В. Кизеветтер, В.И. Малюгин (СССР).- БИ.-1989.-№35.

8. Кизеветтер, Д.В. Влияние дефектов торцевой поверхности световода на эффективность ввода излучения / Д.В. Кизеветтер, В.И. Малюгин // ЖТФ.-2002.-Т.72, В.9.-С.80-86.

9. Кизеветтер, Д.В. Асимптотические выражения для собственных чисел гибридных мод в волоконных световодах со ступенчатым профилем показателя преломления / Д.В. Кизеветтер // Известия ВУЗов. Радиофизика. - 2003.-Т.46, В.3, С. 228-234.

10. Кизеветтер, Д.В. Спектрально-поляризационные характеристики несовершенных одномодовых волоконных световодов / Д.В. Кизеветтер, В.И. Малюгин // Оптика и спектроскопия.-2004.-Т.97, В.5.-С.876-879.

11. Кизеветтер, Д.В. Численное моделирование излучения многомодовых волоконных световодов / Д.В. Кизеветтер // Известия ВУЗов. Радиофизика. - 2005.-Т.48, В.8, С.692-701.

12. Кизеветтер, Д.В. Волноводная теория деполяризации излучения многомодовых волоконных световодов / Д.В. Кизеветтер // Оптический журнал.-2006.-Т. 73, №11.- С. 97-99.

13. Пат. РФ № 2290606. Волоконно-оптический датчик угла поворота / Д.В. Кизеветтер, опубл. 27.12.2006 г., Бюл. №36.

14. Кизеветтер, Д.В. Асимптотические формулы для расчета длины распада линейно-поляризованных групп в волоконных световодах со ступенчатым профилем показателя преломления / Д.В. Кизеветтер // Известия ВУЗов. Радиофизика. - 2007.-Т.50, В.2, С. 426 - 440.

15. Кизеветтер, Д.В. Аппроксимация угловых передаточных характеристик волоконных световодов / Д.В. Кизеветтер // Оптический журнал. 2007.- Т.74, №9.- С.20-29.

16. Кизеветтер, Д.В. Квазилучевое описание межмодовой интерференции излучения оптических вихрей в коротких волоконных световодах / Д.В. Кизеветтер // Оптический журнал. -2008.- Т.75, №1.- С. 80-82.

17. Кизеветтер, Д.В. Численное моделирование спекл-структуры, образованной излучением оптических вихрей многомодового волоконного световода / Д.В. Кизеветтер // Квантовая электроника. - 2008.- Т.38, № 2.- С. 168-171.

18. Кизеветтер, Д.В. Характеристики спекл-структур излучения волоконных световодов / Д.В. Кизеветтер // Научно-технические ведомости СПбГПУ, 2008, №3, С. 72-80.

Размещено на Allbest.ru