بخشی از مقاله
چکیده
مخابرات فیبر نوری به دلیل پهنای باند وسیع تر و انتقال سریع تر اطلاعات در مقایسه با مخابرات ماهوارهای در صنعت نظامی، ابزار مناسبتری جهت انتقال اطالاعات به حساب میآید. در این مقاله شیوهای جهت بررسی توزیع شدت خروجی از فیبر نوری دارای وجه جلویی قائم و فیبر دارای وجه جلویی زاویه دار آورده شدهاست. . توزیع شدت پرتو توسط نرم افزار آنالیز شده است.
-1 مقدمه
در بسیاری از موارد اتصال خروجی لیزر دیودی به فیبر نوری، جهت انتقال نور به موضع مورد نیاز، مزیت به حساب میآید. لیزر دیود متصل به فیبر یا مجتمع با فیبر، مزایای دیگری نیز دارد که به قرار زیر است: نور خروجی از فیبر دارای نمایه شدت دایروی و همگن است و کیفیت پرتو آن از لحاظ هندسی متقارن است. این ویژگی مزیت قابل توجهی به شمار میآید.
به عنوان مثال برای تولید دمش نقطهای با مقطع دایروی در یک لیزر حالت جامد پمپ از انتها، اپتیک سادهتری مورد نیاز است.آرایش جمع و جور لیزرهای دیودی و تجهیزات خنک-سازی، آسان بودن و بدون نیاز به تنظیم مجدد و هممحورکردن دیود لیزری که به فیبر تزویج شده تعویض در صورت خرابی از دیگر مزایای دیود لیزر تزویج شده به فیبر است. جهت بدست آوردن لیزر و فیبر نوری مناسب همراه با یک توزیع شدت یکنواخت در خرروجی از نرم افزار استفاده شده است.
-2 دیود لیزرهای متصل به فیبر نوری
دیود لیزرهایی که به صورت متصل شده به فیبر هستند، دارای اتصالات اپتیکی مقاومی هستند که بصورت دائمی و با لیزر جوش داده شدهاند و در مجموعه لیزر جاسازی میشوند. فیبر مورد استفاده و روشهای اتصال، بسیار متنوع هستند. سادهترین شکل، مربوط به لیزر گسیل سطحی با کاواک عمودی - VCSEL - است. پرتو خروجی از این لیزر دارای ویژگیهایی به شرح زیر است:
یکپارچهگی در پیکربندی آرایهای دوبعدی، چگالی آرایهای بالا به دلیل آستانه فعال پایین لیزر، پرتوی خروجی لکه دایروی متقارن با واگرایی کم، عدم وجود ناهمخوانی نوری، کیفیت پرتو بالا، سرعت عبور بالا و مصرف توان کم. همچنین یکی از مزیتهای مهم لیزر گسیل سطحی در این است که لیزرهای معمولی تا زمان اتمام فرایند ساخت قابل آزمایش نیستند به همین دلیل در صورت هرگونه نقص و کاستی هزینه بالایی را در بر خواهند داشت. در صورتی که این نوع لیزرها قابلیت آزمایش در هر مرحله از ساخت را دارند.
یک لنز غیر کروی، برای انداختن لکه گسیل شده، در مغزی یک فیبر تک مد کافیست. راندمان اتصال بین70 تا 80 درصد خواهد بود. البته امکان اتصال مستقیم فیبر، به سطح گسیل، هم وجود دارد که به آن اتصال لب به لب میگویند .لیزر دیودهای کوچکی که از لبه گسیل میکنند نیز پرتوی فضایی تک مد خود را به گونهای می-فرستند که با راندمان بالا، قابلیت اتصال به یک فیبر تک مد را دارا باشد. در اتصال بوسیله یک لنز غیر کروی، راندمان اتصال شدیداً با بیضیگونی پرتو کاهش مییابد. در عین حال اگر واگرایی پرتو لیزر، حتی در یک جهت زیاد باشد برای تصحیح آن به لنزی با گشودگی عددی بالا نیاز است.
-3لنز متمرکز کردن پرتوها
در اینجا با استفاده از قانون اسنل و محاسبه ثابت طول راه نوری، معادله دیفرانسیل مربوط به منحنی سطوح غیر کروی بدست بیاوریم. طول راه نوری یک پرتو عبوری در طول محور اپتیکی و موازی کننده در شکل 1 نشان داده شده است.با انجام محاسبات شیب غیر کروی را میتوان بدست آورد که در این جا L،n، dو R به ترتیب فاصله بین لیزر دیود و در راستای محور r است.
شکل: 1 طرح نوری از یک لنز غیرکروی موازی ساز
-4شبیه سازی
-4-1شبیه سازی لیزر دیود
شبیه سازی لیزر دیود را میتوان به عنوان یک دیود،آرایه یک بعدی از دیود بار یا یک آرایه دوبعدی از دیود ها انجام داد.به ازای هر دیود تابع توزیع شدت به شکل زیر است :
که در اینجا x زوایه واگرایی در جهت XZ برحسب درجه و Gx عامل سوپرگاوسین در جهت X است. بطور
مشابه y زوایه واگرایی در جهت YZ بحسب درجه و G y عامل سوپر گاوسین در جهت Y است.که رابطه سوپر گاوسین به شکل زیر است:
اگر عبارت آسیگماتسم صفر باشد پرتو ممکن است از یک نقطه، از یک خط یا از یک منطقه مستطیل شکل منتشر شود. توزیع فضایی منبع دیودی به شکل زیر داده میشود:
در اینجا sx نیم پهنای گاوسی توزیع فضایی و Hx عامل سوپرگاوسین توزیع فضایی در جهت در جهت X است به همین صورت ys نیم پهنای گاوسی توزیع فضایی و yH عامل سوپرگاوسین توزیع فضایی در جهت در جهت Y است.
شکل: 2 نمایش سیستم کلی طراحی شده برای VCSEL در نرم افزار
-4-2شبیه سازی لنز غیر کروی
سطوح غیر کروی بصورت چند جمله هایی هستند که تقارن دورانی دارند و بوسیله یک عبارت چند جملهای دارای انحراف از سطح غیر کروی توصیف میشوند. در مدل سطح غیرکروی زوج تنها جملاتی با توان های زوج از مختصات شعاعی در نطر گرفته شده است. این مدل بر اساس شعاع انحنا و ثابت خروج از مرکز منحنی قابل استفاده است.
