Волоконно-оптические системы передачи


При прохождении света через вещество одновременно может происходить три процесса



страница23/39
Дата14.02.2020
Размер0.65 Mb.
Название файлаВОЛОКОННО.docx
ТипЗадача
1   ...   19   20   21   22   23   24   25   26   ...   39
При прохождении света через вещество одновременно может происходить три процесса:

1) Процесс поглощения фотонов при переходе атомов из невозбужденного состояния в возбужденное.

2) Процесс самопроизвольного, спонтанного испускания фотонов при переходе возбужденных атомов в невозбужденное состояние;

3) Вынужденное излучение фотонов возбужденными атомами;

Эти три процесса, сопровождающие переходы атомов в возбужденные состояния и обратно, были постулированы А. Эйнштейном ещё в 1916 г.

Для того, чтобы мощность светового излучения увеличивалась после прохождения через вещество, больше половины атомов вещества должно находиться в возбуждённом состоянии. То есть число электронов в зоне проводимости N2 должно быть больше, чем число электронов в валентной зоне N1. Состояние вещества, в котором меньше половины атомов находится в возбуждённом состоянии, называется состоянием с нормальной населённостью энергетических уровней. Состояние, при котором больше половины атомов вещества находится в возбуждённом состоянии, называется состоянием с инверсной населённостью уровней (рисунок 3.8).



 

 



Рисунок 3.8

 

В веществе с инверсной населённостью уровней на пути фотонов чаше встречаются возбуждённые атомы, чем атомы в основном состоянии, поэтому индуцированное излучение фотонов происходит чаще, чем их поглощение.



В результате при прохождении света нужной частоты через вещество с инверсной населённостью уровней поток света усиливается, а не ослабляется.

Экспериментальное явление усиления света при его прохождении через среду с инверсной населённостью уровней было открыто в 1951 году советскими учёными В.А. Фабрикантом, М.М. Вудынским и Ф.А. Бутаевой. Система атомов с инверсной населённостью уровней способна не только усиливать, но и генерировать электромагнитное излучение. Для работы в режиме генератора необходима положительная обратная связь, при которой часть сигнала с выхода устройства подаётся на его вход. Для этого активная среда, в которой создаётся инверсная населённость уровней, располагается в резонаторе, состоящем из двух параллельных зеркал.

Принцип действия полупроводникового лазера

Простейшим лазером является лазер с резонатором Фабри-Перо, представленный на рисунке 3.9. ППЛ имеет такой же излучающий PN переход, как и СИД, но структура его отличается тем, что кристалл полупроводника полируют с торцов, чтобы получить зеркальные стенки, между которыми образуется оптический резонатор (так называемый резонатор Фабри-Перо).





Рисунок 3.9 – Лазер с резонатором Фабри-Перо

Одно из зеркал резонатора отражает свет с коэффициентом отражения близким к 100% , а другое зеркало является полупрозрачным (коэффициент отражения К=0,3), обеспечивая тем самым выход излучения наружу.



Рисунок 3.10 – Резонатор Фабри-Перо

На ППЛ подается прямое напряжение, под действием которого в активном слое происходит рекомбинация электронов с дырками, при этом электроны переходят из зоны проводимости в валентную зону, и возникает лазерное излучение.

Кристалл ППЛ имеет приблизительно следующие размеры: L=100-500 мкм; W=10 мкм; d=1 мкм (рисунок 3.9).

В пространстве между двумя плоскими зеркалами (рисунок 3.10), одно из которых 2 полупрозрачное, движется поток излучаемых атомами фотонов от зеркала 1 к зеркалу 2. Большая часть этого потока проходит через полупрозрачное зеркало 2 и излучается наружу, а небольшая часть потока отражается, движется обратно, затем отражается от зеркала 1, снова движется к зеркалу 2, где отражается частично, снова движется обратно и т.д. Фотон, отразившийся от зеркала 2, при движении обратно сталкивается с возбужденным атомом из-за чего тот излучает фотон-клон, с той же энергией и направлением излучения, что и первый фотон. Один из этих фотонов ударит следующий атом, который даст излучение ещё одного фотона и т.д. В результате цепной реакции размножения фотонов световой поток усиливается, и между зеркалами будет двигаться целая армия фотонов - близнецов, имеющих одинаковую энергию (а значит, длину волны), одинаковое направление движения и одинаковую поляризацию. Так на выходе лазера появляется когерентное излучение.





Рисунок 3.11 – Ватт-амперная характеристика лазера



Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   19   20   21   22   23   24   25   26   ...   39


База данных защищена авторским правом ©genew.ru 2020
обратиться к администрации

    Главная страница
Контрольная работа
Курсовая работа
Лабораторная работа
Рабочая программа
Методические указания
Практическая работа
Методические рекомендации
Теоретические основы
Пояснительная записка
Общая характеристика
Учебное пособие
История развития
Общие сведения
Физическая культура
Теоретические аспекты
Практическое задание
Федеральное государственное
Техническое задание
Направление подготовки
Теоретическая часть
Самостоятельная работа
Образовательная программа
Общие положения
Дипломная работа
Методическая разработка
государственное бюджетное
квалификационная работа
Выпускная квалификационная
Технологическая карта
Техническое обслуживание
Решение задач
учебная программа
Методическое пособие
История возникновения
Общие требования
Рабочая учебная
Краткая характеристика
Исследовательская работа
Общая часть
История создания
Метрология стандартизация
Основная часть
Рабочая тетрадь
Техническая эксплуатация
Название дисциплины
Современное состояние
Государственное регулирование
Внеклассное мероприятие
Организация работы
Математическое моделирование
Экономическая теория