Применение лазеров в связи и локации
Информация - Радиоэлектроника
Другие материалы по предмету Радиоэлектроника
?е при помощи автоматической регулировки удается повысить отношение сигнал/шум при различных метеорологических условиях.
Рисунок 1.10 Приемник импульсных сигналов с АРУ
1.4 Световодные линии связи
Оптические линии связи, в которых луч лазера между передатчиком и приемником распространяется в окружающем их пространстве, имеют ряд недостатков: значительное ослабление луча, сильное влияние окружающей среды на работу линии связи, ограничение дальности расстоянием прямой видимости. Для устранения этих недостатков в системах связи применяют оптические волноводы - световоды.
Волноводы можно разделить на два класса. К первому относятся волноводы, в которых электромагнитные волны распространяются благодаря многократным отражениям между двумя проводящими поверхностями, ко второму те, в которых распространение происходит благодаря многократному отражению на границах диэлектрической среды, обусловленному изменением коэффициента преломления. Конфокальные линзовые и зеркальные системы не являются волноводами в указанном смысле, однако мы рассмотрим их, называя в дальнейшем лучеводами.
1.4.1 Основные типы световодов
В волноводах первого класса лучи многократно отражаются от металлических стенок волновода, следуя по зигзагообразной траектории. Волновод обычно заполняется инертным газом с малыми потерями. Затухание определяется неполным отражением от стенок и зависит от состояния металлических стенок, поляризации и угла скольжения. Для достижения наименьших потерь вектор электрического поля должен быть тангенциален к отражающей поверхности, а угол скольжения мал.
При определении угла скольжения образуется, поле волны соответствующего типа (мода). На оптических частотах эти моды не могут быть разделены, так как они связаны друг с другом по случайному закону из-за наличия малых неоднородностей на стенках волновода. Это явление ведет к искажению сигнала и накладывает определенные ограничения на характеристики волноводов.
В зависимости от допусков на точность механического изготовления устанавливают пределы применимости волноводов. Чем выше частота, тем жестче должны быть допуски. Во всех случаях при уменьшении диаметра волновода искажение сигнала из-за преобразования мод несколько уменьшается, но при этом сильно увеличиваются дисперсионные искажения и затухание.
Второй класс волноводов включает в себя диэлектрический стержень и его варианты. В этих волноводах лучи также идут по зигзагообразному пути в результате многократного отражения от границы диэлектрика с воздухом. В случае применения обычных диэлектриков потери на отражение при падении под некоторым углом значительно больше, чем в волноводах первого класса. Но при углах скольжения , меньше критического угла для этого диэлектрика, происходит полное внутреннее отражение. Именно такое распространение и рассматривается в волноводах второго класса. Затухание волн здесь происходит из-за потерь в самом диэлектрике.
В диэлектрическом стержне, так же как и в волноводах первого класса, возможно одномодовое и многомодовое распространение сигнала. Многомодовое распространение наблюдается тогда, когда величина диаметра волновода составляет несколько длин волн. Уменьшение диаметра приводит к одномодовому режиму передачи.
1.4.2 Световые лучеводы
Световые лучеводы можно разделить на три типа, показанные на рисунке 1.11. На рисунке 1.11, а показана общая структура лучевода: 1 источник; 2 коллиматор; 3 фазовые корректоры (на рисунке 1.11, б диафрагменные лучеводы; на 1.11, в линзовые лучеводы; на 1.11, г зеркальные лучеводы). Принцип работы всех этих лучеводов почти одинаков, поэтому достаточно рассмотреть линзовый лучевод, который исследован лучше других. Линзы производят преобразование фазы пучка лучей, корректируя форму фазового фронта. Эта функция выполняется и диафрагмами (1.11, б) и соответствующими зеркалами (1.11, г).
Рисунок 1.11 Основные типы лучеводов
В лучеводной системе может распространяться большое число различных волновых пучков мод, каждый из которых характеризуется своей структурой распределения поля в поперечном сечении пучка.
Потери в лучеводах значительно меньше, чем в световодах. При применении фазовых корректоров лучеводы могут использоваться во всем диапазоне от видимого света до миллиметровых волн. Но в миллиметровом диапазоне они применяются ограничено, так как для достижения малых дифракционных потерь в этом случае требуются большие апертуры и малые расстояния между корректорами. Наименьший диаметр апертуры линз приблизительно равен среднему геометрическому от длины волны и расстояния между корректорами.
Дифракционные потери составляют только часть полных потерь энергии при передаче сигнала. Не говоря о потерях возбуждения, сигнал в линии затухает также из-за потерь на отражение от поверхности линз и поглощение в материале линз. Потери на отражение могут быть значительно снижены просветлением линз, хотя это и увеличивает стоимость линии и сужает полосу передаваемых частот. Обычно потери на отражение и поглощение составляют большую часть потерь. Увеличивая расстояния между линзами, можно потери уменьшить, но тогда нужно применять линзы большого диаметра для того, чтобы снизить возрастающие при этом дифракционные потери.
Необходимость использования линз и зеркал больших размеров знач