بخشی از مقاله
چکیده
طراحی اتصال دهنده مناسب برای فیبر در شاخههای مخابرات نوری و علوم نظامی کاربرد ویژهای دارد . در این مقاله یک اتصال در فیبر نوری را به عنوان نقطهای که دو فیبر به یکدیگر متصل میشوند را تعریف کرده و شبیه سازی این کار را در نرم افزار انجام میدهیم. همچنین در ادامه کار اتصال فیبر به آشکارساز را بررسی کرده و به شبیه سازی آن در محیط نرم افزار میپردازیم.
-1 مقدمه
اپتیک فیبری، فنآوری است برپایه فیبرهای نوری، یعنی اساساً برپایهی موجبرهای انعطافپذیر که هدایت نور را انجام میدهند. در مقاله با عنوان فیبرهای نوری فنآوری مغزی فیبرها، شامل انواع مختلف فیبرهای شیشهای - به عنوان مثال فیبرهای سیلیکانی و فیبرهای فلوئوریدی و همچنین فیبرهای نوری پلاستیکی توصیف شده است .
یک اتصال در فیبر نوری را به عنوان نقطهای که دو فیبر به یکدیگر متصل میشوند تعریف میکنیم، بطوری که باکمترین تلفات ممکن، اجازه عبور نور از یک فیبر به فیبر دیگر را بدهد . اتصال فیبر به فیبر در در فیبر نوری به علتهای مختلف مورد نیاز است اما بیشتر به چهار دلیل زیر عمل اتصال انجام میشود : فیبرها و کابلها دارای طول محدود هستند بنابراین در مسافتهای طولانی باید آنها را به یکدیگر متصل کرد، جهت ایجاد انشعاب نیاز به اتصال فیبر به کابلهای توزیع وجود دارد، در نقاط فرستنده و گیرنده نیاز به اتصال فیبرها به تجهیزات وجود دارد و دلیل آخر که کمتر بوجود میآید،قطع شدن و تعمیر کابلها است . تمام اتصالات در فیبر باید از لحاظ میکانیکی محکم و از لحاظ میکانیکی محکم و از لحاظ نوری دارای کمترین تلفات باشد. این اتصالات باید دارای یک حداقل استحکام باشند تا در برابر تستهای کشش و خمش مقاومت کنند. اتصال در فیبرها به دو دسته تقسیم میشوند. یکی اتصال دائمی یا ثابت که از پیوند فیبرها به یکدیگر استفاده میکند و دیگری اتصال غیر ثابت که از اتصال-دهندههای نوری استفاده میکنند.
-2 فیبر نوری
یک استوانه در نظر بگیرید که دارای ضریب شکستclad n است و یک شیشه داخل با ضریب شکست core n آن در نظر بگیرید. پوسته دارای موادی با ضریب شکست کمتر نسبت به هسته است که دور آن را احاطه کردهاند. پوشش سبب میشود که پرتو نور در اثر بازتابش کلی، درون هسته حبس شود و بتواند در طول فیبر منتشر شود. در بعضی از فیبرها، نور همانند هسته در داخل پوشش نیز منتشر میشود که به آن حالت پوسته - cladding mode - گفته میشود. روزنه عددی تابعی از ضرایب شکست هسته و پوشش است به طوریکه:
-3طراحی دیودهای نورگسیل
-1-3اصول عملکرد LED
بایاس مستقیم است . وقتی الکترونهایn - pدیودِ نورگسیل، در ساده ترین شکل خود، یک پیوندآزادِ باند هدایت با حفره ها ت رکیب می شوند، به باند ظرفیت که انرژی کمتری دارد منتقل می شوند و طی این فرایند، نور گسیل می شود . طول موج نور گسیل شده از LED با گاف انرژی ماده به کار رفته در ساختار آن نسبت معکوس دارد یعنی هرچه گاف انرژی، بزرگتر باشد، طول موج نور تولید شده کوتاهتر است .این رابطه به صورت زیر بیان می شود:
هر زمان که الکترونی با حفره ترکیب می شود یک فوتون تولید می شود .بنابراین، مقدار انرژی نورانی برابر با حاصلضرب تعداد الکترونهای ترکیب شده و مقدار گاف انرژی است . به بیان دیگر توان خروجی، با جریاناِعمالی نسبت مستقیم دارد . مطابق شکل - - 1، به دلیل نواری بودن باندهای هدایت و ظرفیت، انتقال از هر تراز انرژی در باند هد ایت به هر تراز انرژی در باند ظرفیت، ممکن خواهد بود . البتهانتقالِ غالب، از لبه باند هدایت به لبه باند ظرفیت صورت می گیرد . همین مسأله، دلیل وجود محدوده ای از طول موجهای مختلف در گسیل خود به خودیِ تولید شده به وسیله LED است.
جدول :1 مقادیر گاف انرژی و محدوده طول موجها برای مواد مختلف
شکل :1انتقال الکترون بین ترازهای مختلف انرژی در باندهای هدایت و ظرفیت
-1-1-3توان کم
بیشترین توانخروجیِ یک LED بمراتب کمتر از لیزر است. - حدود 100 میکرو وات - البته در سالهای اخیر نوع جدیدی از LED ها با توان خروجی تا 75 میلی وات ساخته شده اند.
-2-1-3پهنای طیفینسبتاً عریض
LED ها نور تک طول موج تولید نمی کنند و نور خروجی آنها محدوده ای از طول موجها را شامل می شود . این محدوده که تحت عنوان ” پهنای طیفی" شناخته می شود به طور نمونه در حدود - 0,05 طول موج 50 تا 100 نانومتر - است. پهنای طیفی ر ا می توان با استفاده از فیلترها کاهش داد اما این کار توان سیگنال را نیز کاهش می دهد.
-3-1-3هزینه اندک
به کار گیری LED ها در سیستمهای مخابراتی در مقایسه با لیزرهای مخابراتی هزینه به مراتب کمتری دارد . در توضیح این نکته باید گفت که اگرچه ساختار LED ها و لیزرهای مخابراتی خیلی با هم متفاوت نیست و هزینه های تولید این دو نیز به هم نزدیک است، اما اختلاف هزینه از آنجا ناشی می شود که به طور معمول، لیزرها با فیبر تکمُد وLED ها با فیبر چندمُد کار می کنندو اتصال به فیبر تکمُد به مراتب پرهزینه تر از اتصال به فیبر چندمُد است . در حالیک هاغلبِ LEDها را نمی توان همراه با فیبر تکمُد استفاده کرد، لیزرها به خوبی با فیبرهای تکمُد کار می کنند.
-4-1-3نور ناهمدوس
نور تولید شده به وسیله LED ها جهتدار و همدوس نیست . این بدان معناست که برای متمرکز کردن نور در فیبر، به عدسی نیاز است . به همین دلیل است که LED ها برای کار کردن با فیبرهای تکمُد مناسب نیستند.
-5-1-3سرعت مدولاسیون
LED ها نمی توانند پالسهای با عرض کم را که برای سرعتهای در محدوده گیگابیت لازم است تولید کنند. اما سیستمهایی که از LED استفاده می کنند تا سرعتهای 300 مگابیت بر ثانیه به خوبی عمل می کنند
شکل :2مدار ساده LED همراه با مقاومت برای محدود کردن جریان
