LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Електроніка. Обчислювальна техніка → Фізичні закономірності перетворення оптичного випромінювання у волоконних світловодах і пристроях на їх основі


Київський національний університет імені Тараса Шевченка









ГРИГОРУК Валерій Іванович






УДК 535.5:621.029.7







ФІЗИЧНІ ЗАКОНОМІРНОСТІ

ПЕРЕТВОРЕННЯ ОПТИЧНОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ

У ВОЛОКОННИХ СВІТЛОВОДАХ І ПРИСТРОЯХ НА ЇХ ОСНОВІ









Спеціальність 01.04.05 – оптика, лазерна фізика






Автореферат дисертації

на здобуття наукового ступеня

доктора фізико-математичних наук










Київ - 2001

Дисертацією є рукопис



Робота виконана в Київському національному

університеті імені Тараса Шевченка.



Науковий консультант, доктор фіз.-мат. наук, професор,

академік АПН України

Третяк Олег Васильович

Київський національний університет

імені Тараса Шевченка

перший проректор,

завідувач кафедри напівпровідникової електроніки



Офіційні опоненти доктор фіз.-мат. наук, професор

Шайкевич Ігор Андрійович

Київський національний університет

імені Тараса Шевченка

професор кафедри оптики


доктор фіз.-мат. наук, професор

Чайка Георгій Євгенійович

Київський інститут зв’язку

професор кафедри фізики





доктор технічних наук, професор, чл.-кор.НАН України

Олексенко Павло Феофанович

Інститут фізики напівпровідників НАН України

заступник директора




Провідна установа Інститут фізики НАН України, м. Київ


Захист відбудеться “26” листопада 2001 р. о 14 годині на засіданні

спеціалізованої вченої ради Д26.001.23 у Київському національному

університеті імені Тараса Шевченка

(03127 м. Київ, просп. акад. Глушкова 2 корп. 1).


З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Київського

національного університету імені Тараса Шевченка,

01033, м. Київ, вул. Володимирська 58.


Автореферат розісланий “24” жовтня 2001 р.


Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Б.А.Охріменко ЗАГАЛЬНА


ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ


Актуальність теми. Однією з найсуттєвіших особливостей науково-технічного прогресу останніх десятиліть є велика і всезростаюча потреба в обробці, збереженні та передачі інформації. Цим пояснюється високий рівень досліджень волоконно-оптичних систем передачі (ВОСП) взагалі і волоконно-оптичних ліній зв’язку (ВОЛЗ) зокрема. Їхні характерні відмінності від традиційних комунікаційних систем полягають у величезній густині інформації в каналі і значній швидкості її передачі. Управління ВОСП забезпечується методами електрооптики та нелінійної оптики, котрі реалізують дію хвилеводних модуляторів, перемикачів, фільтрів, інтерферометрів тощо. Перспективний напрямок подальшого розвитку оптичних систем зв’язку базується на часовому та частотному ущільненні каналів. Проблеми створення і вдосконалення ВОЛЗ за своєю загальнодержавною значущістю знаходяться на одній сходинці з проблемами атомної енергетики і космічної індустрії.

Сенсоризація виробничої діяльності забезпечує розвиток гнучких автоматизованих систем контролю та управління технологічними процесами. Окрім високих метрологічних характеристик, датчик повинен мати достатні надійність, довговічність, стабільність, малогабаритність та малу енергоємність, сумісність з мікроелектронними приладами обробки інформації при низькій трудомісткості виготовлення та незначній вартості. Саме цим вимогам максимально відповідають волоконно-оптичні датчики.

Випромінювання з багатомодових волокон має складну, так звану спекл-структуру, яка проявляється на екрані у вигляді стохастично розташованих світлових плям. Розподіл інтенсивності в спекл-картині надзвичайно чутливий до дії зовнішніх збурень на світловід: температури, тиску, деформацій і т.і., що дозволяє побудувати датчики вимірів параметрів різноманітних фізичних полів. Ключові характеристики таких датчиків кращі від існуючих.

Можливість швидкого і паралельного перетворення відеосигналів обумовлює переваги оптичних комп’ютерів (ОК) порівняно з електронними обчислювальними машинами (ЕОМ). Створення ОК потребує, як і у випадку ЕОМ, наявності логічних елементів. У якості останніх можуть використовуватись бістабільні оптичні елементи на основі тунельно-зв’язаних хвилеводів з нелінійними характеристиками. Проблема полягає не тільки в створенні матеріалів, у яких електромагнітна хвиля керує характеристиками іншої хвилі при нановатних або менших потужностях. Значно важливіше – забезпечення високої швидкодії ОК, що обмежується релаксаційними процесами.

З науково-технічної точки зору волоконні світловоди є винятковим об’єктом для вивчення нелінійних оптичних явищ. Це обумовлено двома обставинами. По-перше, мала площа поперечного перерізу серцевини дозволяє при відносно малих потужностях збуджувального джерела сконцентрувати високу густину потужності - до ~10 МВт/см2, при якій відбувається механічне руйнування торця хвилеводу. По-друге, на відміну від нелінійних кристалів, довжина волокна практично необмежена, що зручно для досліджень ефектів, величина яких накопичується зі збільшенням шляху поширення хвиль.

Волоконні світловоди дозволяють проводити трансформацію імпульсів, наприклад, виконувати часову компресію, реалізовувати так звані солітонні режими поширення, при яких практично не відбувається втрати інформації, отримувати імпульси з гранично малими тривалостями - порядку фемтосекунд, що важливо для спектроскопії з унікально високою роздільною здатністю.

Отже, вивчення фізичних закономірностей перетворення оптичного випромінювання у волоконних світловодах і пристроях на їх основі актуальне як у фундаментальних, так і прикладних аспектах. Воно дозволяє вирішити такі проблеми:

створення удосконалених елементів для ВОЛЗ і датчиків фізичних полів, що сприятиме підвищенню швидкості передачі інформації і точності вимірювання фізичних величин, поліпшенню характеристик датчиків;

встановлення закономірностей перетворення хвильового фронту випромінювання у волоконних світловодах при вимушеному розсіюванні Мандельштама-Бриллюена дозволить компенсувати фазові шуми і підійти до розвязку задачі передачі двомірного зображення по окремому волокну без попереднього його (зображення) сканування;

володіння реалізацією лінійного і нелінійного поширення імпульсів наносекундного діапазону у волокнах дозволить створити генератори зі змінною тривалістю вихідного імпульсного випромінювання;

побудова волоконно-оптичних інтерферометричних датчиків на основі корекції поля і (або) з застосуванням керованих світловодних елементів приведе до зменшення власних шумів таких пристроїв.

Проте велика кількість опублікованих наукових робіт присвячених цій тематиці далеко не повністю вичерпує дану проблему.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Представлені в роботі результати отримані при виконанні держбюджетних і госпдоговірних науково-дослідних тем на кафедрах нелінійної оптики та напівпровідникової електроніки радіофізичного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка:

1. Исследовать когерентные нелинейные электромагнитные процессы в оптическом, рентгеновском и гамма диапазоне. № г/р 81005103. Тема выполнена по КП АН СССР по проблеме 1.6.2 (спектроскопия атомов и молекул); Постановление Президиума АН УССР № 251 от 20.05.81; КП Минвуза СССР (Лазеры) – Приказ Минвуза УССР № 376 от 24.07.81 г.

2. Комплексная целевая программа “Лазеры-2”: “Создать лазерные спектрометры, приборы и технологические процессы для народного хозяйства и медицины”. Основани