Optilised võimendid. Valgussignaali võimendeid on optilises sides kasutusel kolme tüüpi:

Optilised kommutatsioonilülid. Passiivseteks optilisteks seadmeteks või elementideks on elemendid:

 
Passiivseteks optilisteks seadmeteks on:

Optilised jaoturid koos optiliste kaablitega moodustavad passiivsete optiliste võrkude põhiosa. Need on põhielementideks puutopoloogia rakendamisel. Optilised jaoturid jagavad valgusvoo osadeks vastavalt etteantud jagamistegurile. Optilised jaoturid on ühesuunalise toimega. Vastupidises suunas valgusvoo jagamist ei toimu kuigi energiakadu on olemas. Jaotureid on kahte liiki: X-jaotur ja Y-jaotur.

                            Joonis 3.5.1 X-jaotur

X-jaotur valmistatakse kahest optilise kiu (valgusjuhi) lõigust. Kindla pikkusega lõigul L lihvitakse kummalgi kiul ära osa kiust ja ühendatakse nad keevituse teel. Seetõttu paiknevad kiudude südamikud pikkuse L ulatuses paralleelselt. Olenevalt keskpunktide vahelisest kaugusest H ja pikkusest L toimubki valgusvoo jagunemine ja valgusvoog jaguneb ühtlaselt mõlema valgusjuhi vahel. Lõigu pikkus L oleneb telgedevahelisest kaugusest H ja valguskiirguse lainepikkusest. Kõige sagedamini valmistatakse X-jaoturid selliselt, et nad jagavad valgusvoo kaheks võrdseks osaks. Olemas on ka X-jaoturid, mis eraldavad üldisest valgusvoost vähem kui 10 %.

Ligilähedaselt sama laialt kui X-jaotureid, kasutatakse ka Y-jaotureid. Y-jaoturid jagavad valgusvoo valdavalt kaheks vooks, mis ei pruugi olla võrdsed. Y-jaotur on ka paljukanalilise maatritsjaoturi põhielemendiks.

 

 

                                Joonis 3.5.2 Y-jaotur

 
Jaotureid iseloomustatakse järgmiste parameetritega:

• ülekandetegur k₁₂ = P₂/P₁ või k₁₂ = 10 log P₂/P₁ dB, k₁₂ ≈ k_21;
• lahutustegur või läbikoste k₂₃ = k₃₂ = 10 log P₂₁/P₃₁ dB.

 

See parameeter näitab kui suur osa energiast kandub harust 2 harusse 3 või vastupidi. Nende mõõtmiste korral peab ühise haru (kanal 1) ots olema immersioonvedelikus, see on vedelikus, mille murdumisnäitaja on võrdne valgusjuhi soone murdumisnäitajaga. Y-jaoturi üheks kasutusnäiteks on optiline plokk, mida kasutatakse optiliste signaalide sisend-väljundseadmena kohtvõrkudes.

 

                Joonis 3.5.3 Optiline plokk

 

Eeltoodud skeemilt on näha, et plokk koosneb kuuest üksteisega ühendatud Y-jaoturist. Nooled näitavad optiliste signaalide kulgemissuundi. Parempoolsel joonisel on näidatud ploki ühendusskeem kohtvõrku. Energiakadu plokis ei ületa 6,5 dB.

Optiline lüliti. Valgusjuhtidel põhinevates võrkudes on paindlikkuse suurendamiseks vaja teha lülitusi ja kommuteerida valgusvooge. Selleks kasutataksegi optilisi lüliteid. On olemas mitmeid erinevaid optilisi lüliteid:

• elektromehaanilised;
• termooptilised;
• elektrooptilised jt.

Elektromehaaniliste optiliste lülitite tööpõhimõte on sarnane elektromagnetreleede tööpõhimõttele. Elektromagnetiliselt nihutatakse liikuva valguskiu ots kohakuti liikumatu kiu otsaga või sellest kõrvale. Selliste lülitite ülekandetegur on 0,3 dB kuni 1,5 dB, lahutustegur >60 dB. Elektromehaaniliste optiliste lülitite puudusteks on:

• väike töökiirus;
• tundlikkus väliste mõjutuste (eriti vibratsiooni) suhtes;
• suhteliselt suured mõõtmed.

Vaatamata toodud puudustele toodetakse selliseid lüliteid tööstuslikult ja kasutatakse küllalt palju.

 
Termooptilised lülitid toimivad mitmel erineval tööpõhimõttel.

Joonisel:    1, 2 ja 3 - valgusjuhid

4 - kuumutatav immersioonvedelik

5 - suruõhk

                                 Joonis 3.5.4 Termooptiline lüliti

 
Termooptilises lülitis on valguskiu 1 ots lõigatud nurga φ₁ all, teised kiud on lõigatud risti kiuga. Immersioonvedeliku murdumisnäitaja on võrdne (lähedane) valgusjuhi soone murdumisnäitajale. Vedeliku nivoo on allpool valgusjuhtide soontest. Ruum vedeliku kohal on täidetud suruõhuga (rõhk 1,1 atm kuni 1,2 atm). Tavaolekus kiu 1 kaudu sisenev valgusvoog murdub selle otsal selliselt, et langeb valguskiu 3 otsale ning levib edasi piki seda kiudu. Kommuteerimiseks tuleb vedelikku kuumutada. Kuumenemisel immersioonvedelik paisub ja täidab ruumi valguskiudude 1 ja 2 otste vahel. Kuna immersioonvedeliku murdumisnäitaja on võrdne valguskiudude soonte murdumisnäitajaga, muutub optiline keskkond valgusjuhtide 1 ja 2 vahel ühtlaseks ja valguskiir kiu 1 otsal enam ei murdu vaid liigub immersioonvedelikus edasi sirgjooneliselt ning jõuab nüüd valguskiu 2 otsale. Edasi levib valgussignaal piki kiudu 2. Kuumutamise lõppemisel surub suruõhk vedeliku jällegi valguskiudude soontest allapoole ning taastub esialgne seis, see tähendab valgusvoog suundub kiudu 3. Valguskiudude otste vaheline kaugus on võrdne soone läbimõõduga (10 μm kuni 60 μm). Selleks, et vedelik ulatuks vajaliku ülemise tasemeni on piisav kui tõsta vedeliku temperatuur 50 ⁰C kuni 70 ⁰C. Selliseks temperatuuri tõstmiseks kuluv aeg on 50...100 ns kui kasutada kuni 10 mJ suurusi soojusenergia impulsse.

Teisel põhimõttel toimiv termooptiline lüliti on kokku pandud kolmest erinevast, kuid ühesuguste geomeetriliste mõõtmetega valguskiust. Kujult moodustavad need Y-jaoturi. Valguskiud 1 on tavaline klaaskiud, mille soone materjali murdumisnäitaja on n₁ ja katte materjali murdumisnäitaja on n₂, kusjuures n₁ > n_2.

 

                                            Joonis 3.5.5 Termooptiline lüliti

 
Valguskiu 1 ots on ühenduskohas teiste kiududega lihvitud "viilkatuse kujuliseks" teraviku nurgaga φ. Valguskiudude 2 ja 3 otsad on lihvitud ühtlaselt nurga all φ. Lähtetemperatuuri korral peavad murdumisnäitajad rahuldama tingimusi n₁ > n₃ = n₂ ja n₁ = n₄. Lüliti erinevate osade murdumisnäitajate olenevus temperatuurist on valgusjuhtidel erinev ja omavahel seotud

β₃ > β₁; |β₁ | < | β₄ |. Murdumisnäitaja n₄ temperatuuritegur peab olema negatiivne. Seega peab temperatuuri tõustes murdumisnäitaja n₃ suurenema kiiremini kui n₁ ja murdumisnäitaja n₄ peab samaaegselt vähenema. Temperatuuri tõustes peab n₂ alati olema väiksem murdumisnäitajatest: n₁, n₃ ja n₄.

Lähtetingimustes kulgeb valgusjuhti 1 sisestatud valgusvoog liitekohani ja peegeldunud lõigul BC suundub valgusjuhti 3. Temperatuuri tõustes muutub n₁ > n₄ ja n₁ saab võrdseks n₃ -ga ning valguskiir peegeldununa lõigul DC suundub valgusjuhti 2.

 

Optilistes ristkommutaatorites on kasutamist leidnud mikroelektromehaaniline (MEM) tehnoloogia. Selliste kommutaatorite põhielemendiks on 0,5 mm läbimõõduga mikropeegel. Selline peegel on paigaldatud selliselt, et on kahes suunas kallutatav.

                                        Joonis 3.5.6 Mikropeegel

 

Mikropeegleid kasutades on loodud küllalt suuri kommutaatoreid. Kommutaator koosneb suurest hulgast sellistest peeglitest (näiteks 256). Peeglite vahekaugus on 1 mm. Iga peegli vastas on valguskiudude mikroläätsedega otsad. Valguskiust tulev valguskiir suundub peeglile. Olenevalt peegli kallutusnurgast suunatakse kiir peeglilt ühisele reflektorile, mis on ka juhitav. Sellelt reflektorilt suundub kiir teisele mikropeeglile ja selle kaudu läätsele ning valgusjuhti. Selliselt saab valguskiirt kommuteerida 256 erinevasse suunda.

Kommutaatori parameetrid:

• kaod kuni 1 dB;
• kommuteerimisaeg millisekundites;
• juhtimissignaal 2,5 V, 25...30 mA.