Laser i svjetlovodna vlakna: osnove optike i prijenosa

Osnovni pojmovi laserske tehnologije

Laser je uređaj za stvaranje i pojačavanje koherentnog elektromagnetskog usko usmjerenog zračenja, valnih duljina približno 430 THz – 750 THz.

Maser je izvor mikrovalova, dok je laser izvor elektromagnetskih valova u infracrvenom i vidljivom dijelu spektra, 1 GHz – 30 THz.

Svjetlosni val nastaje kada pobuđeni atom emitira višak energije u obliku svjetlosti.

Svjetlosna zraka je zamišljena ravna linija koja predočuje smjer rasprostiranja svjetlosti; više zraka čini svjetlosni snop.

Koherentnost svjetlosti

Ako kod svjetlosti ne postoji pravilna razlika u fazi između valova od kojih se sastoji, ona je nekoherentna.

Analogno, ako je razlika u fazi između valova svjetlosti stalna, kažemo da je svjetlost koherentna.

Zakoni geometrijske optike

1. Pravocrtno širenje svjetlosti
2. Odbijanje ili refleksija svjetlosti
3. Lom ili refrakcija svjetlosti
4. Nezavisnost širenja svjetlosnih snopova

Dijelovi lasera

• Zrcalo
• Pobuda
• Aktivni medij
• Laserski snop

Laserska dioda

Laserska dioda je svjetlosna dioda s optičkom rezonantnom šupljinom koja pojačava svjetlost emitiranu iz energetskog procjepa koji nastaje u poluvodiču.

Sastavni dijelovi: poluvodič, električni kontakt, P-N spoj, refleksivne površine i laserski izlaz.

Komunikacijski kanal i svjetlovodna vlakna

Komunikacijski kanal je fizički komunikacijski put za prijenos podataka između dva uređaja.

Svjetlovodno (optičko) vlakno je sredstvo koje se primjenjuje za prijenos signala; sastoji se od staklene jezgre obložene zaštitnim omotačem.

Optički prozori

Danas se u svjetlovodnim vlaknima primjenjuje svjetlost valnih duljina s najmanjim optičkim prigušenjem za pojedinu vrstu materijala. Te valne duljine nazivaju se optički prozori.

Modovi u optičkom vlaknu

Putanje kojima se prostiru svjetlosne zrake istog upadnog kuta pri ulazu u vlakno nazivaju se modovi. Mod najniže razine ima najkraću putanju, dok mod najviše razine ima najdužu putanju kroz optičko vlakno.

Slabljenje i gubitci

Prolazeći svjetlovodnim vlaknom, svjetlosne zrake gube energiju, pa se svjetlosni impulsi prigušuju. To se događa iz više razloga; jedan od njih su nečistoće u strukturi materijala koje ostaju u vlaknu nakon proizvodnog procesa i upijaju optičku energiju.

Optički predajnici i prijamnici

• Optički predajnici su dijelovi svjetlovodnog sustava koji pretvaraju električni signal u modulirani svjetlosni signal.
• Optički prijamnici su dijelovi svjetlovodnog sustava koji pretvaraju ulazni modulirani signal natrag u električni.

Dense Wave Division Multiplexing (DWDM)

DWDM je tehnologija valnog multipleksiranja koja prenosi mnogo (>32) gusto pakiranih valnih duljina preko istog para optičkih vlakana, gdje svaka valna duljina nosi visokoagregirane signale.