11.1. Параметры и характеристики источников излучения
11.2. Измерение энергетических параметров источников излучения
11.3. Измерение пространственно-энергетических параметров источников излучения
11.4. Измерение временных параметров импульсов
11.5. Измерение спектральных характеристик
11.5.1. Анализаторы оптического спектра на основе оптического фильтра
11.1. Параметры и характеристики источников излучения
Источники оптического излучения относятся к базовым элементам ВОЛП. Применение тех или других источников изучения в ВОЛП обуславливается их надёжностью, технологической интеграцией с другими компонентами, микроминиатюризацией, реализацией одномодового режима генерации в широком диапазоне рабочих мощностей, высоким быстродействием. Наилучшим образом этим условиям соответствует полупроводниковые источники излучения – светоизлучающие диоды (СИД) и инжекционные лазеры (ИЛ). Они и представляют собой основной вид излучателей в волоконно-оптической связи. Широкий спектр задач, решаемых в ВОЛП, и постоянное совершенствование источников излучения привели к созданию большого числа разновидностей этих источников, различающихся конкретной структурой и используемыми материалами.
Параметры и характеристики источников излучения делятся на пространственно — временные и энергетические. Эти группы охватываю практически все параметры и характеристики. Однако с точки зрения методов и техники измерений такой подход к классификации ни технически, ни методически не оправдан. Поэтому, полностью придерживаясь стандартизованных терминов и определений, объединим в дальнейшим изложении измеряемые величины, параметры и характеристики источников излучения в следующие группы:
1. Энергетическая группа. Основной физической величиной, чаще всего подлежащей является мощность изучения Р. Все остальные параметры и характеристики этой группы функционально связаны с мощностью, аргументами в этих функциональных зависимостях является время t, длинна волны λ, пространственные координаты сечения пучка x, y, z (x, y- координаты в поперечном сечении, z – расстояние до центра сечения от входной грани источника излучения). Таким образом, внутри энергетической группы можно выделить, в свою очередь, две подгруппы параметров, определяемых через измеряемую мощность излучения:
- временная: энергия Е; энергия импульса Еи; средняя мощность Рср; максимальная мощность импульса Ри мак; длительность tи и частота повторения Fиимпульсов;
- пространственная: плотность энергии (мощности) WЕ(WР);относительное распределение плотности энергии (мощности) в сечении пучка, диаметр пучка d, расходимость Өр; энергетическая расходимость ӨЕР.
2. Спектральная группа. Основной физической величиной в этой группе является спектральная мощность плотности источника излучения (СПМ). В группу входят следующие параметры: частота излучения ν, длинна волны λ, ширина огибающей спектра излучения∆λ.
3. Корреляционная группа. Основные параметрами этой группы является когерентность и поляризация излучения.
В таблице 11.1 приведены основные параметры и характеристики источников излучения, контролируемые при выпуске их из производства и при эксплуатации.
Таблица 11.1. Основные параметры и характеристики источников излучения.
| Параметр | Определение | Обозначение | ||
| Энергетические параметры и характеристики | ||||
| Энергия | Энергия переносимая лазерным лучом | W | ||
| Мощность | Энергия переносимая лазерным лучом в единицу времени | Р | ||
| Интенсивность | Величина, пропорциональная квадрату амплитуды электромагнитного колебания | J | ||
| Спектральная плотность энергии (мощности) | Wλ, Wν
Pλ, Pν | |||
| Средняя мощность импульса | Ри. ср | |||
| Максимальная мощность импульса | Ри. max | |||
| Пространственно — энергетические параметры и характеристики | ||||
| Диаграмма направленности | Угловое распределение энергии или мощности лазерного излучения | |||
| Диаметр пучка | Диаметр поперечного сечения пучка лазерного излучения, внутри которого проходит заданная доля энергии или мощности лазерного излучения | d | ||
| Расходимость | Плоский или телесный угол, характеризующий ширину диаграммы направленности лазерного излучения в дальней зоне по заданному уровню углового распределения энергии или мощности лазерного излучения, определяемому по отношению к его максимальному значению | ӨР ӨS | ||
| Энергетическая расходимость | Плоский или телесный угол, внутри которого распространяется заданная доля энергии или мощности лазерного излучения | ӨW, PӨW,S | ||
| Относительное распределение плотности энергии (мощности) | Распределение плотности энергии (мощности) излучения по сечению лазерного пучка, нормированное относительно максимального значения плотности энергии (мощности) | |||
| Временные параметры | ||||
| Частота повторения импульсов | Отношение числа импульсов лазерного излучения ко времени | Fи | ||
| Длительность импульса | τи | |||
| Спектральные параметры и характеристики | ||||
| Длинна волны | Середина длинны волны спектра лазерного излучения в пределах интервала длин волн линии спонтанного излучения | λ | ||
| Частота | Средняя частота спектра лазерного излучения в пределах интервала частот линии спонтанного излучения | ν | ||
| Ширина спектральной линии | Расстояние между точками контура спектральной линии лазерного излучения, соответствующие половине интенсивности линии в максиуме | δν, δλ | ||
| Степень монохроматичности | Отношение ширины огибающей спектра лазерного излучения к усреднённой по спектру по спектру частоте или длине волны лазерного излучения в данный момент времени | δν/ν, δλ/λ | ||
| Параметры когерентности | ||||
| Степень пространственно временной когерентности | Модуль комплексной степени пространственно – временной когерентности при фиксированных координатах точки в пространстве и времени, равный
где: 0≤│γ12(τ)│≤1; Г12(τ) – функция взаимной когерентности; Г11(0), Г22(0) – функция взаимной
когерентности; для точек пространства с радиусами–векторами r1 и r2 соответственно при τ=0 | │γ12(τ)│ | ||
| Степень пространственной когерентности | Модуль комплексной степени пространственной когерентности для фиксированного момента времени, равный 
где: Г12(0) функция постоянной когерентности | │γ12(0)│ | ||
| Степень временной когерентности | Модуль комплексной степени временной когерентности для фиксированной точки пространства, равный 
где: Г11(τ) – функция взаимной когерентности для точки пространства с радиусом –вектором r1 | │γ11(τ)│ | ||
| Время когерентности | Минимальное запаздывание, для которого степень временной когерентности принимает значение, равное нулю | |||
| Длинна когерентности | Произведение времени когерентности на скорость электро — магнитного излучения в вакууме | |||
| Параметры поляризации | ||||
| Плоская поляризация | Плоскость, проходящая через направление распространение линейно – поляризованного лазерного излучения и направление его электрического вектора | |||
| Эллиптичность поляризованного лазерного излучения | Отношение малой полу оси эллипса, по которому поляризовано лазерное излучение к его большой полуоси | |||
| Степень поляризации | Отношение интенсивности поляризованной составляющей лазерного излучения к полной его интенсивности | |||
,