Útlum optického vlákna

Útlum optického vlákna

Technologie výroby vláken se neustále zlepšuje a tak se podařilo dosáhnout extrémě nízkých hodnot útlumu. Z obrázku je vidět jeho obvyklý spektrální průběh pro kvalitní jednovidová vlákna používaná v telekomunikacích. Absolutní minimum je v oblasti 1550 nm a má hodnotu přibližně 0,2 dB/km. Toto absolutní minimum útlumu je ze strany kratších vlnových délek omezeno. Rayleighovým rozptylem a ze strany větších vlnových délek infračervenou absorpcí. Křivka na obr. 1 tedy zachycuje útlum vlákna, vyčištěného ode všech absorbujících příměsí a představuje limit. V okolí 1400 nm je pás zvýšeného útlumu, který je způsobován absorpcí světla na O-H iontech, přítomných ve vlákně. Proto je třeba vlákna chránit různými ochranami před kontaktem s vodou a před zvýšenou vlhkostí, aby do vláken nedifundovalo více O-H iontů a útlum se tak nezhoršil. Absorpční pás odděluje od absolutního minima útlumu jedno lokální minimum, situované kolem 1310 nm. Této oblasti se říká druhé přenosové okno, kdežto oblast absolutního minima útlumu je tzv. třetí přenosové okno.

3. Princip funkce laserových diod

Základem funkce všech laserů je proces stimulované emise. U polovodičových laserů - laserových diod je však tento proces specifický v tom, že v polovodičových krystalech jsou aktivní atomy hustě vedle sebe a zářivé přechody se neuskutečňují mezi diskrétními energetickými hladinami, ale mezi energetickými pásy. Elektrony obsazují nejnižší energetické hladiny ve vodivostním pásu až po Fermiho kvazihladinu pro elektrony Efn . Stavy ve valenčním pásu jsou bez elektronů až po Fermiho kvazihladinu pro díry Efp (plyne z principu zachování neutrality náboje). Při dopadu fotonů na polovodič s energií větší než Eg (šířka zakázaného pásu [eV]), ale menší než Efn-Efp , nemůže dojít k jejich absorpci, protože hladiny, na něž by se mohl uskutečnit přechod spojený s pohlcením fotonu, jsou již obsazeny. Dopadající fotony tedy mohou stimulovat přechody elektronů z vodivostního do valenčního pásu s následnou emisí nerozlišitelných fotonů od budících. Podmínka pro jejich stimulaci je :

Eg< hn < Efn- Efp .,

Aktivní prostředí v "injekčních" polovodičových laserech (laserové didoy čerpané elektrickým proudem) vzniká při injekci elektronů a děr z přechodu PN nebo z heteropřechodu. Ke generování optického záření pak dochází, jak je tomu i ve všech generátorech, v důsledku zavedení kladné zpětné vazby, která část zesíleného signálu z výstupu přivádí na vstup. K tomuto účelu se používají různé typy rezonátorů, selektivních odražečů nebo rozložené zpětné vazby. V současnosti je nejužívanějším rezonátorem v polovodičových laserech Fabry-Perotův rezonátor (stále více se však uplatňují tzv. DBF lasery, u kterých se rovnoběžných zrcadel využívá difrakčních mřížek, viz další části seriálu). Vzhledem k tomu, že poměrný index lomu rozhraní polovodičový krystal - vzduch má poměrně vysokou hodnotu (pro GaAs je nr=3,34) nemusíme u injekčních polovodičových laserů používat speciální zrcadla, stačí využít odrazu elektromagnetické vlny od rozhraní. Podmínkou realizace takového rezonátoru je pak vzájemná rovnoběžnost dvou protilehlých stěn polovodičového laseru a jejich kolmost k rovině přechodu PN. V kubických krystalech se zrcadla rezonátoru získávají štípáním orientovaných polovodičových destiček s přechodem PN podél krystalografických rovin.