CC BY
21
90
Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) # 7 (16), 2015 | ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ванная система показателя преломления в пределах каждого нано-волоска субмикронных размеров, что способствует ослаблению требований на геометрические соотношения элементов устройства и одновременно обеспечивает высокую эффективность передачи.
Таким образом, в рассмотренных методах могут быть реализованы различные состояния ОАМ для многообразных оптических комбинированных линий телекоммуникаций. Можно отметить, что относительная устойчивость телекоммуникационного канала, содержащего сегменты ВОЛС и АОЛС, связанная с дисперсией флуктуации интенсивности на оси лазерного пучка в турбулентной атмосфере, возрастает при использовании методов коррекции.
Проведенный анализ показал, что метод коррекции фазы (МКФ), при использовании орбитальных угловых моментов фотонов (ОАМ) в схеме с отражательными дифракционными решетками, имеет определенные преимущества. Этот вывод подтверждается так же недавними экспериментами работы [10], в которой была реализована устойчивая оптическая связь с использованием ОАМ состояний потока фотонов на расстоянии свыше 3 км в г. Вена.
Список литературы
1. Sanchez D.J., Oesch D.W. // Optics Express. - 2011. -v. 19. - Is. 25. - p. 25388-25396.
2. Gibson G., Courtial J., Padgett M. et al. // Optics Express. - 2004. - v. 12, - Is. 22. - p. 5448 - 5456.
3. Кузяков Б.А., Тихонов Р.В. // Труды III-й Всероссийской конференции по фотонике и информационной оптике. М.: НИЯУ МИФИ. 2014, с. 23 - 24.
4. Zhu Cr. W., She W. // Optics Express. - 2012. - V. 20,
- Is. 23. - p. 25876 - 25883.
5. Javurek D., Svozilik J., Perina Jr. J. // Optics Express. -2014. - v. 22. -No. 19. - p. 23743 - 23748.
6. Ma Z., Chen H., Wu K., Zhang Y., Chen Y., Yu S. // Optics Express. - 2015. - v. 23. - No. 4. - p. 5014-5026.
7. Srimathi I.R., Li Y., Delaney W.F., Johnson E.G. Subwavelength grating based metal-oxide nano-hair structures for optical vortex generation. // Opt. Express.
- 2015. - v. 23, - N.15. - p. 19056 - 19065.
8. Srimathi I.R., Pung A.J., Li Y., Rumpf R.C., Johnson E.G. Fabrication of metal-oxide nano-hairs for effective index optical elements. //Opt. Express. - 2013.
- 21. - No.16. - p. 18733 - 18741.
9. Kleemann B.H., Seesselberg M., Ruoff J. Design concepts for broadband high-efficiency DOEs. // J. Eur. Opt. Soc. - 2008. - v. 3. - p. 08015.
10. Krenn M., Fickler R., Fink M., Handsteiner J., Malik M., Scheidl T., Ursin R. A.Z., arXiv:1402.2602; Ученые впервые осуществили передачу информации на большое расстояние при помощи «закрученного» света. //Лазер - Информ. - 2014. - N° 22 (541). - с. 12.
ВИРТУАЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ СХЕМЫ ЧЕТЫРЕХЧАСТОТНОГО МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ФИЗИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ В СРЕДЕ OPTISYSTEM 7.0
Малых Дмитрий Вячеславович, Файзуллин Ренат Илдусович, Галин Артем Викторович
Студ. 4-ого курса КНИТУ-КАИ, ИРЭТ, г. Казань
АННОТАЦИЯ
В данном докладе рассматривается виртуальное проектирование, моделирование схемы четырехчастотного метода измерения параметров физических полей в среде Optisystem 7.0, выявлены основные особенности.
ABSTRACT
This report examines the virtual design, simulation of the entire scheme of the method of measurement ofparameters of physical fields in the environment Optisystem 7.0, identified the main _ features.
Ключевые слова: Волоконно-оптический датчик, датчик на основе оптоволоконной решётки Брегга, длина
волны.
Keywords: Fiber-optic sensor, a sensor based on fiber Bragg grating, wavelength.
дальних участках оптического кабеля. Параметры функциональных моделируемых блоков подбираются исходя из следующих условий: Возможность программной и практической реализации, максимальное соответствие реальным параметрам, обеспечивающие оптимальную эффективность моделирования, для обеспечения выполнения данных условий выбираем программное обеспечение Optisystem 7.0 фирмы Optiwave.
Схема моделируемого четырехчастотного метода с треугольной формой ВРБ представлена на рисунке 1.
В качестве источника сигнала используем DFB - лазер мощностью 1 мВт работающий на частоте 193.1 ТГц (1552.5 нм) соответствующей средней частоте спектра ВРБ используемой в схеме.
Для получения четырехчастотного сигнала используем два последовательно включенных электро-оптиче-ских модулятора Маха-Цендера совместно с двумя генераторами синусоидального напряжения настроенных на частоты 30 ГГц и 5ГГц соответственно.
В настоящее время виртуальное проектирование схем с использованием волоконно-оптических датчиков (ВОД) совместно с волоконной решёткой Брэгга (ВРБ) в различных сферах деятельности человека, очень распространены.
Исследование датчика на основе ВРБ производится моделированием. Для изучения отклонений решетки в зависимости от температуры используется принцип прохождения электрического сигнала через колебательный контур как настроенный, так и с расстройкой частоты. Спектральная характеристика решетки подбирается таким образом, чтобы обеспечить эффективное определение величин интенсивностей симметричных гармоник поступающего сигнала.
Наименьшая величина затухания 0,22 дБ/км наблюдается на длине волны 1550 нм. Исследования в данном диапазоне длин волн позволяют проектировать волоконно-оптические датчики с меньшей погрешностью на
Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) # 7 (16), 2015 | ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
91
Ideal klusc_1
Рис. 1 - Схема получения и прохождения четырехчастотного сигнала с треугольной ВРБ
На рисунке 4 видно, что мы получили четырехчастотный симметричный сигнал с равными амплитудами и одинаковыми разностными частотами для двух пар гармонических составляющих.
Далее сигнал через усилитель и циркулятор поступает на ВРБ.
Спектр отраженного сигнала после прохождения ВРБ при нулевом смещении контура рисунок 5.
На рисунке 5 видно изменение амплитуд составляющих сигнала согласно огибающей спектра ВРБ. Полученный измерительный сигнал с выхода ВРБ далее поступает на вход демультиплексора.
Рис. 3 - Спектр сигнала с выхода первого электрооптического модулятор Маха - Цендера
Последовательно включенные в схему демультиплексор и мультиплексор имеют целью сформировать два измерительных диапазона для дальнейшего детектирования и обработки.
На выходах фотодетекторов формируются разностные сигналы амплитуд составляющих сигналов каждого из каналов. Которые в дальнейшем могут быть обработаны в РЧ области для определения изменения параметра измеряемого поля.
92
Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) # 7 (16), 2015 | ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
Рис 4 - Спектр сигнала с выхода второго электрооптического модулятор Маха - Цендера
Рис. 5 - Спектр отраженного сигнала после прохождения
ВРБ
Рис. 6 - Сигнал первого канала, поступающий на первый фотодетектор
_| |_й I ■ . л . J
1.5527 м
1.5528 м Wavetenatti {m)
1.5529 м
Рис. 7 - Сигнал второго канала поступающий на второй фотодетектор
Рис. 8 - Разностная амплитуда составляющих первого канала
Рис. 9 - Разностная амплитуда составляющих Второго канала
Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) # 7 (16), 2015 | ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
93
Зададим диапазон обобщенной расстройка контура ВРБ от 1551.5 нм до 1554 нм с шагом в 0.1 нм и произведем моделирование для 25 значения длины волны ВРБ. Построим зависимость мощности сигнала на выходах фо-
s0, = -ф01ф)
тодекторов от 0k v 0 0 '
расстройка контура, для разных форм ВРБ.
обобщенная
Выбор канала измерения осуществляется после сравнения мощностей каналов и определения большего значения. По зависимости представленной на рисунках 10 -12 возможно определить величину отклонения центральной длины волны ВРБ. Далее по известной зависимости смещения спектра (~10пм/оС) от температуры, представленной на рисунке 13 определяется величина температурного воздействия.
Рис. 10 - Зависимости мощностей сигналов от обобщен- рис (j . Зависимости мощностей сигналов от обобщенной расстрокий контура ной расстрокий контура
Рис 12 - Зависимости мощностей сигналов от обобщенной расстрокий контура
Рис. 13 - Определение температурного воздействия
Рис. 14 - Определение отклонения спектра ВРБ
Рассмотрим алгоритм определения меры и направления отклонения с спектра ВРБ на примере треугольной формы рисунок 14.
На рис. 14 представлены кружки с числами, которые показывают 3 случая отклонения спектра ВРБ: 1.) В данной точке обобщенная расстройка контура находиться в «нулевой» точке. В этом случае ввиду симметричности четырехчастотного сигнала относительно центральной частоты спектра ВРБ разностные амплитуды составляющих будут примерно равны; 2.) произошло незначительное отклонение расстройка контура ВРБ от «нулевого» значения. Разностная амплитуда сигнала на правом канале увеличилась, а на левом уменьшилась. Направление
отклонения устанавливается при сравнении мощностей каналов. По правому каналу измеряется отклонение спектра ВРБ; 3.) обобщенная расстройка контура ВРБ имеет значительное отклонение от «нулевой» точки. Это показывает низкий уровень мощности сигнала на левом канале. По правому каналу определяется мера отклонения средней частоты спектра ВРБ от «нулевой» точки.
Список литературы
1. Дураев, В.П. Перестраиваемые одночастотные полупроводниковые лазеры/В.П.Дураев // Физика и техника полупроводников, 2014, том 48, вып. 1 Са-деев, Т.С. Фотонные фильтры микроволновых на
94
Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) # 7 (16), 2015 | ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
основе одночастотного лазера и амплитудного электрооптического модулятора Маха-Цендера: дис. к.т.н/Т.С.Садеев Казань 2011
2. Гаврилов, А.М. Нелинейная дисперсия трехчастотного волнового пакета в бездисперсионной квадратично-нелинейной среде. Эксперимент/Гаврилов,
А.М. // Электронный журнал «Техническая акустика» 2005, 29
3. МПК G01K 11/32 (2006/01). Устройство для измерения параметров физических полей / Денисенко П.Е, Куприянов В.Г., Морозов О.Г., Морозов Г.А., Садеев Т.С., Салихов А.М. (КНИТУ им. А.Н. Туполева). №2012124693/28(037831); Заявл. 14.06.2012
4. Морозов, О.Г. Симметричная двухчастотная ре-флектометрия в лазерных системах контроля параметров природной и искусственных сред: дис. д.т.н./Морозов О.Г. Казань 2004
АНАЛИЗ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЧЕТЫРЕХЧАСТОТНОГО КОЛЕБАНИЯ С ГАУССОВЫМ, ТРЕУГОЛЬНЫМ И ВОГНУТЫМ КОНТУРОМ ПОГЛОЩЕНИЯ
Файзуллин Ренат Илдусович, Малых Дмитрий Вячеславович, Галин Артем Викторович
Студ. 4-ого курса КНИТУ-КАИ, ИРЭТ, г. Казань
АННОТАЦИЯ
В данном докладе рассмотрен принцип работы оптоволоконной решётки Брегга, проведен анализ взаимодействия четырехчастотного колебания с Гауссовым, треугольным и вогнутым контуром поглощения выявлены основные особенности и недостатки.
ABSTRACT
This report describes the working principle of a fiber Bragg grating, the analysis of four-photon interaction of fluctuations with Gaussian, triangular, and concave contour of the absorption of the main _ features and drawbacks.
Ключевые слова: Волоконно-оптический датчик, датчик на основе оптоволоконной решётки Брегга, длина
волны.
Keywords: Fiber-optic sensor, a sensor based on fiber Bragg grating, wavelength.
В настоящее время использование волоконно-оптических датчиков (ВОД), в различных сферах деятельности человека чрезвычайно высоки. Рассмотрим основные особенности и преспективы их использования: При анализе взаимодействия симметричного четырехчастотного излучения выберем некоторый контур, отражающий нормированную зависимость поглощения от частоты.
Рассмотрим особенности взаимодействия четырехчастотного колебания с контуром при дифференциальном анализе.
Будем считать, что амплитуды составляющих входного колебания, равны А1вх = А2вх = А3вх = А4вх = 1. Частоты составляющих попарно симметричны относительно несущих частот Ае1 и Ае2 каждого из каналов, которые в свою очередь симметричны относительно средней обобщенной расстройки четырехчастотного входного колебания Ае0 и равны:
„ „ Дг! Дг2 „ „ Дг1 Дг2 1 *
г1 го , г2 г0
2 2 2 2
Дг1 г3 го + Дг2 Дг1 ■; г4 = г, + Де
■+ —;
2 2 2 2
где Де1- расстройка между несущими,
Де2 - расстройка между частотами составляющих четырехчастотного сигнала относительно несущих частот. Спектр сигнала представлен на рисунке 1: Обобщенная амплитудно - частотная характеристика Гауссового контура, на вход которого подается четырехчастотный сигнал, можно определить с помощью следующего выражения и представленная на рисунке 2:
Y (г) =
е
0k
= Q(oIo0-а01 а)
V1 + (гок У
- обобщенная расстройка
где контура.
Из рисунка 2 видно, что значения амплитуд составляющих выходного четырехчастотного сигнала А1вых, А2вых, А3вых, А4вых зависят от значений АЧХ контура на соответствующих значениях обобщенной расстройки составляющих входного четырехчастотного сигнала е1, е2, е3, е4, причем А1вых = А1вх Y1, А2вых = А2вх Y2, А3вых = А3вх Y3, А4вых = А4вх Y4. Определим уравнение контура по Гауссу, зависимостей амплитуд составляющих выходного четырехчастотного сигнала от обобщенной расстройки:
A 1(г1) = , 1 „ ; A 2(г2) = 1
V1+(г1)2
A 3(гз) = / 2 ; A 4(г4)
Ф + (г3)2
yj1 + (г2У
1
у/1 + (г4)2
чим:
A1 =
■3) 1 V°4,
Производя математические преобразования полу-1 1
Г Ч Дг2 ' 22 Г Г Дг1 Дг2 1
1+ st> L 1 2 2 j 1+ г0 1 1 2 -+—22 J
A3 =■
1 +
Де, Ае
г + -
\ 2 A4 г
J i 1+ V
Де Де
г +---1---
1
2
1
