Tolali optik aloqa tizimlarida qo’llaniladigan
yorug’lik manbalarining parametrlarini hisoblash
Yorug‘lik manbai TOAT uzatuvchi optoelektron modulning asosiy va ajralmas elementi bo‘lib, u elektr signalini yorug‘lik signaliga o‘zgartirib beradi. Tolali optik aloqa tizimlarida yorug‘lik manbai sifatida yarim
o‘tkazgichli yorug‘lik diodi yoki lazer diodi ishlatiladi. Bunda yorug‘lik diodidan nomonxromatik va nokogerent nurlanish manbai, lazer diodlaridan esa, monoxromatik va kogerent nurlanish manbai sifatida foydalaniladi. Tolali optik aloqa tizimlarida qo‘llaniladigan yorug‘lik manbalariga quyidagi talablar qo‘yiladi:
– yorug‘lik manbai optik kabelning ko‘ndalang kesimiga muvofiq
o‘lchamlarga ega bo‘lishi kerak;
– signalni uzoq masofaga uzatish uchun yorug‘lik manbai yetarli darajada katta quvvatga ega bo‘lishi kerak;
– nurlanish quvvatining yorug‘lik manbaidan chiqishidagi yo‘qotishlarni imkon qadar kamaytirish uchununing sindirish ko‘rsatkichi optik tolaning sindirish ko‘rsatkichiga yaqin bo‘lishi kerak;
– yorug‘lik manbaining nurlanishi optik tolaning shaffoflik «darcha» laridan biriga mos kelishi kerak. Hozirgi kunda qo‘llanishda bo‘lgan optik
tolalarda yorug‘likning tarqalish jarayonida yutilishi va boshqa turdagi yo‘qotishlar juda kam sodir bo‘ladigan uchta ana shunday «darcha» mavjud. Ularning markazlari quyidagi to‘lqin uzunliklariga mos keladi:
λ=850 nm; λ=1300 nm; λ=1550 nm;
– yorug‘lik manbai katta tezkorlika ega bo‘lishi, uning xizmat muddati
yetarli darajada katta bo‘lishi va tannarxi nisbatan arzon bo‘lishi kerak.
Bugungi kunda tolali optik uzatish tizimlarida bu talablar majmuiga
javob beradigan yorug‘lik manbalarining ikki turi mavjud.:
– yarim o‘tkazgichli yorug‘lik diodlari;
– injyeksion lazer diodlari.
Bunda yorug‘lik diodidan nomonxromatik va nokogerent nurlanish
manbai, lazer diodlaridan esa, monoxromatik va kogerent nurlanish
manbai sifatida foydalaniladi.
Biz bu o‘rinda magistral, mintaqaviy va mahalliy tolali optik
tarmoqlarda keng qo‘llaniladigan lazer diodlarining asosiy
xarakteristikalari ustida qisqacha to‘xtalib o‘tamiz.
Vatt-amper va spektral xarakteristikalari lazer diodlaridan TOAT
larda foydalanish nuqtai nazaridan asosiy xarakteristikalar hisoblanadi
(3.3- va 3.4-rasmlar).
Nurlanish quvvati P va lazerdan oqib o‘tadigan tok orasidagi
bog‘lanish lazerning vatt-amper xarakteristikasi deb ataladi.
Bu xarakteristikada lazer diodining turli xil ish rejimlariga mos
kelgan uchta bo‘lak yaxshi aks etgan. Kichik og‘ish burchagiga mos
kelgan I bo‘lak lyuminessensiya rejimiga, o‘zgaruvchan og‘ishga ega
bo‘lgan II bo‘lak esa, o‘talyuminessensiya rejimiga mos keladi. Lazerdan
o‘tadigan tokning bo‘sag‘a qiymati Ibo‘s dan boshlanadigan va taxminan
o‘zgarmas og‘ish burchagiga ega bo‘lgan III bo‘lak esa, kogerent nurlanish
rejimini aks ettiradi.
Yarim o‘tkazgichli injyeksion lazer diodining vatt-amper
xarakteristikasi.
Lazer diodiga xos muhim xususiyatlardan biri shundaki, atrof muhit
haroratining o‘zgarishi vatt–amper xarakteristikasi ko‘rinishining
o‘zgarishiga olib keladi.
Nurlanish quvvatining spektral zichligi va nurlanish to‘lqin uzunligi
(chastotasi) orasidagi bog‘lanish lazerning spektral xarakteristikasi deb ataladi.
galliy arsenidili injeksion lazerning spektral xarakteristikasi
haqida tasavvur beradi. Bu rasmda 1-egri chiziq bo‘sag‘a toki Ibo‘s dan
kichik toklardagi (2,5 A), 2-egri chiziq esa, bo‘sag‘a toki Ibo‘s dan katta
toklardagi (10 A) nurlanish spektrini ifodalaydi. Bo‘sag‘a tokidan kichik
injeksiya toklarida spektral xarakteristikaning kengligi 0,1 mkm dan ortiq,
bo‘sag‘a tokidan katta toklarda esa spektral xarakteristikaning kengligi
(1-1.5)*10-3 mkm gacha kamayadi. Shunga qaramasdan, yarimo‘tkazgichli
lazerdiodlarining monoxromatikligi boshqa qattiq jismli lazerlarnikiga
nisbatan ancha kam. Bu hol yarimo‘tkazgichlarda energetik sohalarga
tegishli sathlarning sezilarli darajada “yoyilganligi” bilan izohlanadi.
Galliy arsenidili injyeksion
lazerning spektral xarakteristikasi.
Fabri –Pero rezonatorili ko‘p modali lazer diodi (a) va bir
modali lazer diodining (b) spektral xarakteristikalari keltirilgan.
3.5, a rasmdagi katta amplitudali moda – bu to‘lqin uzunligining
asosiy modasi, kichik amplitudali modalar esa, yon modalar hisoblanadi.
Yon modalar orasi taxminan 1 nm ga teng. Lazer nurlanishining
modulyatsiyasi jarayonida nafaqat asosiy moda, shuningdek yon modalar
ham modulyatsiyalanadi. Bunday lazerlarda optik nurlanishning to‘liq spektr yarim kengligi 4 – 5 nm ga teng [5].
Nurlanish spektrning kengligi dispersiyaning ortishiga olib keladi.
Fabri-Pero rezonatorili, ko‘p modali lazerlar yuqori texnik tavsiflarga ega emas. Biroq tuzilishi sodda bo‘lgani uchun, narx-samaradorlik nuqtai nazaridan, bunday lazerlar juda yuqori tezliklar talab etilmaydigan optic aloqa tizimlarida qo‘llaniladi.
Bir modali lazer diodlarida spektral kenglik 0,1 – 0,4 nm ni tashkil
etadi. Bu turdagi lazer diodlaridan katta tezlikli magistral, mintaqaviy, mahalliy TOAT larda foydalaniladi.
3.6 – rasmda lazer diodi nurlanishining yo‘nalganlik diagrammasi
ko‘rsatilgan. Undan ko‘rinib turibdiki, lazer nurlanishining diagrammasi nosimmetrik ko‘rinishga ega. Quvvatning yarim sathida o‘lchanganda uning kengligi o‘tishga parallel yuzada 200 dan kichik va perpendikulyar yuzada 400 dan kata.
Lazer diodlarning nurlanish spektrlari:
a) ko‘p modali lazer diodining nurlanish spektri; b) bir modali lazer
diodining nurlanish spektri.
o‘zaro perpendikulyar yo‘nalishlarda nurlanish
quvvatining burchakka bog‘liqligi ko‘rsatilgan. Yo‘nalganlik diagrammasi ellips asosli konus ko‘rinishiga ega. Generatsiyalanadigan nurlanishning yetarli katta yoyilganligi, uni kichik sonli aperaturali optik tolaga samarali kiritishga to‘sqinlik qiladi.
Buning uchun maxsus moslashtiruvchi qurilmalarni qo‘llash talab
etiladi. Magistral tolali optik aloqa liniyalarida asosan signallar 1,3 va 1,55 mkm to‘lqin uzunliklarida uzatiladi. 1,55 mkm to‘lqin uzunligida so‘nish qiymatlari kichik bo‘lgani uchun retranslyasiyasiz (L=100 km) uzun uchastkalarda ana shu to‘lqin uzunlikdagi optik uzatish manbalaridan foydalanish samaralidir. Magistral aloqa liniyalari kabellari bir modali tolalardan iborat bo‘lgani uchun ham lazer diodidan foydalanish kerak.
Zero, lazer diodining yo‘nalganlik diagrammasi yorug‘lik diodlarnikiga qararaganda tor va bu nurlanishni tolaga kiritishni osonlashtiradi.
Lazer diodi nurlanishining yo‘nalganlik diagrammasi:
a) parallel va perpendikulyar yuzalardagi nurlanish kengligi; b) o‘zaro
perpendikulyar yo‘nalishlarda nurlanish quvvatining burchakka
bog‘liqligi.
|
