5005 מעבדת מבוא להנדסת חשמל preliminary electrical ... course.doc · web...

מעבדה לאלקטרואופטיקה(50067)

חוברת ניסויים

פלד - פרופ' אהרון אקדמי אחראי

זגון מאיר - מר מחבר

אפטר דר' בוריס – מעבדה מדריך זגון מאיר מר

2002 תשס"ב

1

כללי

על2000 בשנת אופטיים, פותחה סיבים תקשורת בנושא כיום המתמקדת זו מעבדה במחלקה והמהנדסים המרצים צוות ע"יNEWPORT חברת של ניסויים מערך בסיס

את: שכוללים לאלקטרוניקה

זגון, מאיר מהנדס

צדקה, בעל איציק מהנדס

מירצין, דר' נינה

פלד. ופרופ' אהרון

כגון: נוספים בנושאים ולהרחיב להמשיך היא הצוות מטרת -Imaging Systems

-Laser Writing

-CCD/CMOS -Image Processing

2

ELECTROOPTICS לאלקטרואופטיקה מעבדהLAB .

50067: מחשב קוד - פוטוניקה50035 קדם:קורס דרישות

זגון מאיר /מר אפטר דר' בוריסמדריכים: אחד הקורס: סמסטר היקף

3:שבועיות שעותכללי:

בסיסיים. אופטיים סיבים ורכיבי מערכות להכיר הסטודנט ילמד זה בקורסעל מבוססת המעבדה

Projects in Fiber Optics (Newport Model #FKP)לביצוע הדרוש ציוד שמכיל ניסויים-פרוייקטים של סידרה

מערכת של ותיכנון ניתוח של בשיקולים בסיסית הבנה לסטודנט תנתן שבביצועם. אלקטרואופטיות מערכות עם בעבודה וניסיון בסיסית אופטית סיבים

מפורטת: תוכנית , סיבים , סוגי אופטיים: יתרונות, מאפיינים סיבים בנושא . עיוני: הקדמה1

אופטי. בסיב הפסדים) מספרי מפתח סיב, ומדידת לתוך לייזר מקור לצימוד ראשוניות . מעשי:הכנות2

NA .) אופטי לסיב אופטי סיב בצימוד הפסדים מדידת ,וכן בסיב הניחות הפסדי

אחר.Connectors & Splices באמצעות

לייזר אלומת צימוד של ואופטימיזציהSingle Mode( SMמסוג- ) סיבים . הכרת3 .S.M סיב לתוך

" גבולי,” V numberב-Single Mode מסוג סיב לאורך המתפשטים המודים . הכרת4 הפעימה. אורך ומדידת

אופטי. לסיב כמשדר(, וצימודILD ו- LED )דיודותIR אור מקורות . הכרת5 וקליטה( )שידור הנתונים ופענוח אופטית: ריבוב סיב תקשורת . עיוני: מערכת6

, MUX/DEMUX- WDMאופטיים: סיבים במערכת תקשורת רכיבי הכרת Multi-mode Bidirectional Couplers.

לאפנון תקשורת ערוץ ובנית להכנת ושימושם התקשורת רכיבי . מעשי:הכנת7 משני אנלוגי מידע

המועברתILD וה-LEDה- מדיודות אור של הנושא הגל על קול רשמי הסיב באמצעות. האופטי

Power) המידע העברת לערוץ ההפסדים ומאזןInsertion Loss . מעשי: בדיקות8 loss Budget)

כחיישניםMulti-Mode מסוג בסיבים . עיוני: שימוש9 שינוי של גילוי המבצעים הקרינה בעוצמת

הסיב. לאורך האור של פרמטרים למדידת חיישנים בנושא אופטי סיב מערכת תכונות .מעשי:ניצול10

כדוגמת: פיסיקליים / סנסור קירבה / סנסור לחץ למדידת / סנסור נוזל פני גובה למדידת סנסור

הזזהמשטחים(. )בין

גילוי המבצעיםSingle Mode Phase Sensors מסוג התאבכות בחיישני :שימוש .עיוני11 השינוי של.Mach-Zehnder מטיפוס התאבכות מד על ,המבוססים האור של בפאזה

למדידת / סנסורהתאבכות טמפרטורה למדידת התאבכות סנסור מעשי:בנית לחץ.

3

מסכם. מבחן.12

מהסטודנטים: דרישות xx - % במעבדה ניסוים הכנתxx % - מעבדה דוח הכנת xx % - סמסטריאלי מבחן

לעיל. ההישגים פי על סופי משוקלל ציון : מקצועית ספרות

1. Joseph C.Palais, Fiber Optic Communication" Third Edition 1995.2. Kasap S.D., Principles of Electrical Engineering Materials and Devices

1997.3. Projects in Fiber Optics Application Handbook. Newport Corporation

1986. 4. יםהניסוי לביצוע והוראות רקע חוברת .

קבלה: שעות : אפטר דר' בוריס

___ חדר5 בנין__ -___ השעות בין__ יום

העינינים תוכן

5 ____________________________ אופטיים לסיבים הקדמה12 נתונים_________________________ בתקשורת אופטיים סיבים

Giga Bit Ethernet_________________________________ 14 תקן16אופטי_________________________ סיב של הפעולה עקרונות18אופטית___________________________ לתקשורת אור מקורות

20(_______________________________ LED) אור פולטות דיודות21 (______________________________ ELED) קצה פולטת דיודה

LED_______________________________ 21 דיודת של מאפיינים23אחיד______________________________ צומת עם לייזר דיודת24כפול________________________ מעורב צומת עם לייזר דיודת

25לייזר_______________________________ דיודת של מאפיינים27אופטי_________________________ סיב דרך העובר האור מהות

29אופטי___________________________ סיב של הפעולה מאפייני 30אוםטיים___________________________ סיבים של אפליקציות

31אופטית________________________________ תקשורת מערכת

35לניסויים_______________________ נלווה ציוד35הגלאי_____________________________________________

RED HeNe Laser_____________________________________ 39Power Meter________________________________________ 41

Sumiofcas FCP-22_______________ 44 סיב חותך של הפעלה הוראותSumiofcas JR-22____________ 45 סיב ציפוי מסיר של הפעלה הוראותLaser Vision_________________________ 46חב. לליזר מגן משקפי

47הניסויים__________________________ פירוט47 ______________________________ 1מס. לניסוי הכנה תרגילי

48 _________________________ ראשוניות –הכנות1מס' מעבדה

52 _____________________________ 2מס. לניסוי הכנה תרגילי53 אופטיים_____________________ בסיבים –ניחות2מס' מעבדה

4

57 __________________________________ 3מס' לניסוי נספח

SM __________________________ 64 מסוג –סיבים3מס' מעבדה

71 _________________________________4מס' למעבדה נספח

SM___________________________ 75 מסוג - סיבים4מס' מעבדה

79 _________________________________5מס' למעבדה נספח

ILD_____________________ 80 ו- LED דיודת - צימוד5מס' מעבדה

86 _______________ אחר לסיב סיב בצימוד - הפסדים6מס' מעבדה

92 אופטי____________ סיב במערכת תקשורת - רכיבי7מס' מעבדה

101 ________________________________________ 8מס' נספח

103 _________ אופטיים סיבים במערכת תקשורת –ערוץ8מס' מעבדה

109האור_ של Intensityה- שינוי על המבוססים – סנסורים9מס' מעבדה

118 _____ התאבכות מד עקרון על המבוססים – סנסורים10מס' מעבדה

אופטיים לסיבים הקדמה כללי תאור

Plastic clad מחומר או או, פלסטיק מזכוכית כלל בדרך העשוי אור צינור הוא אופטי סיבSilica (PCS)ופיזור( ובמחיר. מבליעה )הנובע בניחות , השונים

אופטיים סיבים של הפעולה מאפייניוהן עשוי הוא מהם החומרים של המסוים בהרכב הן תלויים האופטי הסיב של הפעולה מאפייניובממדיו. הסיב בצורת

חומר הם: הרכב בסיב האור העברת של הביצועים על ישיר באופן המשפיעים הגורמים של הזכוכית

. למעטה הליבה שבין בתווך השבירה מקדם משתנה שבו הסיב, קוטרו, והאופן

הגדול המחיר בעל מזכוכית, והוא העשויים ומעטה ליבה בעל הינו טהור זכוכית סיבביותר(. שימושי )סיב ביותר הקטן והניחות ביותר נקיונות אי מוחדרים הייצור , ובמהלךSilicon Dioxide or Fused Quartz הוא הזכוכית חומר

האור. להעברת הדרוש המתאים השבירה מקדם לקבלת הסיב, בעוד של השבירה מקדם את מגדילה זרחן או גרמניום של נקיונות אי תוספתהשבירה. מקדם את פלואורין, מקטינה או בורון של נקיונות אי תוספת

או בליעה ע"י הניחות את , מגדילים הסיב בתוך הייצור לאחר שנותרו נוספים נקיונות איהאור. של פיזור

בתעשיית שימושי )היה ביותר הגדול הניחות בעל ביותר, אולם הזול הוא פלסטיק סיבביפן(. הרכב

יחסית גדול ועוביו מפלסטיק העשויים ומעטה ליבה בעל הינו פלסטיק סיב(. 480/500μm , 735/750 μm ,980/1000 μm : שלו אופייניים )קוטרים

fluropolymer עם ומעטהPMMA (PolyMethylMethAlcrylate) מכילה הליבה

5

גבוהה בגמישות יתרונו בשריפה, אולם עמיד שאינו הוא הפלסטיק סיב של חסרונולכיפופים.

זכוכית(. סיב של לזה פלסטיק סיב של זה )בין ביניים ומחיר ניחות בעל PCS סיב, והמעטהvitreous silica כלל בדרך שהיא מזכוכית עשויה הסיב ליבת שהוא פלסטיק עשוי בדרך

נמוך. שבירה מקדם עםsilicone elastomer כלל מעטה , כוללμm 200 בקוטר ליבה על , מצביע1984 מ- IEC סטנדרט ע"פ הסיב קוטר

silicone elastomer .μm 600 שרוול, בקוטר כולל , וכןμm 380 של בקוטר בתקשורת: פופולרי אינו שבעטיין מגרעות3מ- סובלPCS סיב

. מפלסטיק הגדול בחלקו והסיב היותConnectorל- בהתחברות -קושי.Adhesive bonding דבק בעזרת אותו להדק ניתן -לאאורגניים. חומרים של בסביבה לשימוש ניתן -לא

ההחזרה עקרון על בהסתמך למקלט מהמשדר הסיב לאורך מועברת האור אנרגית שונים שבירה מקדמי בעלי הם והמעטה שהליבה העובדה , ובשל האופטית הפנימית הסיב. בתוך מלאות החזרות לקבלת ( כתנאי)

מעטה ללא בסיב האור מעבר

הפסדים

הפסדים

(JACKET) ושרוול(CLADDING) מעטה בעל בסיב האור מעברליבה שרוול מעטה

6

אופטיים בסיבים בשימוש היתרונות (nm /1300 1550nm גל , באורכיGHZ גדול) תחום סרט - רוחב

העברת בתמסורת( , וקצב שגיאות )מינימום הנתונים בהעברת גבוהה - אמינות SHORT LINK(, ב- Premises Environment )בסביבת ק"מ5 עד בטווחים גבוה נתונים . LAN רשתות על הנמנים טלקומוניקציה ובהתקני מחשבים בין (nm 1550/1300 גל באורכיdB/Km2 עדdB/Km1 של גודל )בסדר נמוכים - הפסדים

רגיש. אלקטרוני לציוד התחברות מאפשרים שלהם הנמוכים הניחות ומקדמי , שונים פיסיקליים פרמטרים למדידת כחיישנים לשימוש מתאימים אופטיים - סיבים

מוליכים שאינם העובדה בשל בהנחתם, וכן הזעירים, הגמישות ממדיהם בשל זאת בפני חסין האות שידור ( וכןExplosive Environmentל- )מתאימים חשמלית נלווה. חשמלי מציוד או מברקים הנגרמות חשמליות הפרעות

ביחס אופטי סיב כבל של יותר גדול חיים ואורך גבוהה ,אמינות קטן - משקלחשמלי. לכבל

וקרינה, ושיתוך)קורוזיה(. אוויר מלח, זיהום כגון סביבתיים מפגעים בפני - עמידות גורמת אינה אופטי סיב מערכת החוצה, ולכן מהסיב אלקטרומגנטית פליטה - אין

אחר. לציוד להפרעות קיימת לא פרטיות, וכן על שמירה ומאפשר יותר מאובטח אופטי בסיב המידע - שידור

דרכו. המועבר למידע והאזנה לציתות אפשרות

אופטיים בסיבים בשימוש החסרונות (,CONNECTORS אוSPLICES דוגמת נוספים אלמנטים )או לסיב הקצה יחידות - חיבור

: נוספות ועלויות בקו /הפסדים לניחות גורם לאורכם( יחסית קטן חיבורים מספר בעלי ארוכים נתונים לקווי )מתאים

סיבים שני דרושים כלל )בדרךHalf-Duplex תקשורת להעביר ניתן יחיד סיב - על דו-כיווני(.Full-Duplex תקשורת עורק להקמת

אופטי בסיב להפסדים מקורות המרכיבות למולקולות האור שבין ההדדית בפעולה שמקורם בחומר בליעה הפסדי-

בחומר. בזיהומים שמקורם בליעה הפסדי , וכן הסיב את ריילי(, בסיב)הפסדי השבירה במקדם אחידות חוסר הם ,שגורמיו האור פיזור הפסדי-

מתקדם אינו המפוזר )האור למעטה הליבה שבין במעבר מאי-רציפות כתוצאה וכן לאיבוד(. והולך הסיב לאורך (. סיבים בשרשור לקו, או משדר/ מקלט )בחיבורי הסיב לאורך במחברים הפסדים- הסיב. לאורך גבוה מסדר אופנים של לצימוד הגורמת בסיב כפיפה הפסדי- ניחות על המשפיעים הסיב במבנה ועיוותים פגמים בשל הנגרמים גלבו הפסדי-

. בסיב האור .λ של נכונה בחירה ע"י אותם לצמצם וניתן הגל באורך תלויים הנ"ל ההפסדים כל ע"י מבוטאיםdBב- ההפסדים

7

אופטיים סיבים של כללי תאור לאורך האור אנרגיית התפשטות מסלול של במונחים לתיאור ניתן אופטי סיב כבל

מסיב השונים בזמן ומדיספרסיה מניחות מושפעים הסיב מערכת הסיב, כשביצועי ,התקדמות גדול יחסית שלהם הליבה שקוטרMulti-Mode – מסוג לסיב: בסיבים אור קרן למעשה הוא מהם אחד )שכל התפשטות מודי של רב במספר נעשית האור שלהם הליבה שקוטרSingle-Mode – מסוג הסיב(, ובסיבים לאורך המתפשטת יחיד( . למוד )עד מודים של קטן במספר האור, נעשית אנרגיית יחסית, התקדמות קטן יותר. רב אורך ליחידת וההחזרות הפגיעות מספר יותר, כך גבוה מסדר שהמוד ככל Multi-Mode Step Index מסוג סיב

בהרבה מונחת מדרגה בפרופיל שבירה מקדם עםMulti-Mode בסיב היציאה -פולסמכל מורכב ((, והואTime Dispersion בזמן מפיזור הכניסה, הסובל לפולס ביחס שעוברת קרן ל ביחס בזמן פיזור תוך הסיב לאורך שונים מסלולים שעברו הקרניים לאורך המתפשטות השונות הקרניים כל בין מתפצל הכניסה הליבה. פולס במרכז בין שונים ובמסלולים השני את אחד החוצים במסלולים הנעות ופוגעות המוחזרות והקרניים הסיב זמן. פרק באותו הסיב לקצה מגיעים שאינם ליציאה, כך הכניסה

מדרגה בפרופיל שבירה מקדם עם Multi-Mode בסיב היציאה פולס Refraction Dispersion Input Output Higher-Order

Index Pulse Pulse Mode Profile n2

n1

Multi-Mode Step Index Fiber

Mode Low-Order

מדרגה. בצורת ומשתנה הסיב מעטה של מזה גדול הסיב ליבת של השבירה מקדם Numerical Aperture – המספרי במפתח תלוי המודים מספרMulti-Mode – מסוג מדרגה בסיב

(NA). .Single-Mode מסיב יותר זול והוא אותו לייצר יותר קל (,ולכןm 50- 200μ–) בין נע הליבה קוטר =M ע"י בקירוב ניתןM מס. המודים

aהליבה - רדיוס λהגל – אורך הליבה של השבירה - מקדם המעטה של השבירה - מקדם : השבירה מקדמי בין יחסי - הפרש

8

Multi-Mode Graded Index מסוג סיב מודרג: בפרופיל שבירה מקדם עם Multi-Mode בסיב היציאה פולס

Refraction Dispersion Input Output Index Pulse Pulse Mode Profile n2

n1

Multi-Mode Graded Index Fiber

מחייב וייצורוStep Indexה- לסיב בממדיו דומה Graded Indexה- סיב , המשתנה הסיב ליבת של השבירה מקדם של פרבולי פילוג קבלת

בהדרגה , והוא פרבולי פרופיל הואGraded Indexה- : פרופיל החוצה מהמרכז שימושי

אופטית. תקשורת של באפליקציות

Mode Step Index Single - מסוג סיב מדרגה. בצורת ומשתנה הסיב מעטה של מזה גדול הסיב ליבת של השבירה מקדם

הליבה. מרכז לאורך ישירות ביותר, ומתקדם הנמוך מהסדר במוד מתפשט לליבה החודר -האור ע"י חום בצורת אנרגיה הפסדי אין , ולכן גבוה מסדר במודים הסיב לתוך אנרגיה כניסת אין .Claddingב- בליעה

מדרגה בפרופיל שבירה מקדם עם Single-Mode בסיב היציאה פולס

Refraction Input Output Index Pulse Pulse Profile

n2

n1

Single-Mode Step Index Fiber

דיספרסיה ומעט נמוך ניחות על מצביעה הכניסה לפולס היציאה פולס בין השוואה בזמן. Single-Mode– מסוג וניחות, סיב נתונים קצב של , במונחים הכוללים הביצועים מבחינת ביותר(. הנמוך והניחות ביותר הגבוה הנתונים )קצב ביותר הטובות התכונות בעל הוא ממדיו בשל יותר קשה לתוכו האור אנרגיה צימוד ובעיית יותר היקר הסיב גם זהו נתונים. תקשורת העברת היום המקובל הסיב זהו (, אולםm 4-9 μ) הקטנים

9

שונים סיב לכבלי שונים גל באורכי הסרט ורוחב הניחות אופייני

MHz/KmdB/KmSize

(μicrons)λ

( (μicrons)Index of Refraction

Profile 6 5.0 62.5/125 800 Step Glass Multi-Mode

6 4.0 62.5/125 850 Step Glass Multi-Mode

200 3.3 62.5/125 850 Graded Glass Multi-Mode

600 2.7 50/125 850 Graded Glass Multi-Mode









5 @ 680 240 735/750 650 Step Plastic Multi-Mode



20 10 200/350 790 Step PCS Multi-Mode

600 10 3.7/80 or 125650 Step Glass Single-Mode

1000 2.3 5/80 or 125 850 Step Glass Single-Mode

*0.5 9.3 /125 1300 Step Glass Single-Mode

*0.2 8.1 /125 1550 Step Glass Single-Mode

אופטי כבל באורך בתלות הסרט רוחב השתנות BW (MHz) 3dB 200

100

40 30

20

10

4 3 2 1 0 (Km )Length

.10MHz מעל הוא הסרט רוחב ק"מ4 לטווח שעד בבירור לראות ניתן הגרף מתוך

של בקצבים תומכת אופטי סיב מערכת זה שבטווח היא מכך הנובעת המסקבהבעיה. ללאMbit/sec עשרות

10

עבודה חלונות הגל, בשלשה באורך בתלות הניחות השתנות

Attenuation (dB/km)

10

8

6

4 1 חלון

2 חלון 3 חלון

0

nm λ 1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 700

Single Mode מסוג לסיב הניחות ספקטרום

Attenuation (dB/km)

4

3

2

1

0

nm λ 1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800

11

נתונים בתקשורת אופטיים סיבים 62.5) בקוטר- בתקשורת היום המקובליםMulti-Mode (MM)ה- מסיבי המרב הוצאת מכתיב השוק

μm Core ,) קצב את הקובע הסרט רוחב בנושא שלהם capacityמה- פחות סיפקו היום שעד

הנתונים העברת(.MHz 500לכ- היום מגיע אלה סיבים של הרגיל הסרט רוחב)

.Gbit/sec 10 עד של לקצבים היא הקצרים לטווחיםLAN לרשתות השוק דרישת

הסרט רוחב על הנפיצה השפעת.dispersion)) הנפיצה עקב מוגבל מידע להעברת סרט רוחב

ע"י: מוגבל הסרט רוחבMM מסוג אופטי בסיב הסיב בתוך מהמודים אחד שכל בעובדה שמקורה האינטרמודאלית נפיצה -

שונה במהירות נעים פולס של הרחבה , ונקבל הסיב של השני לקצה התיזמון באותו יגיעו לא המודים לכן

– היציאה,DMD (Differential Mode Delay)מ- כתוצאה אורך של כפונקציה משתנהn השבירה שמקדם בעובדה שמקורה החומרית נפיצה-

הגל( . הסיב עשוי שממנו הזכוכית לחומר )אינהרנטי

של ,כפונקציהn השבירה במקדם נוסף לשינוי הגורמת waveguide dispersion נפיצת- הגל. אורך

ע"י: מוגבל הסרט רוחב -Single Mode (SM) מסוג אופטי בסיב waveguideו- החומרית הנפיצה את הכוללת - chromatics dispersion נפיצה-

dispersion, החזרה ע"י , היא בסיב האור בהולכת אופטי בסיב המידע העברת ליעילות השיטהמלאה פנימית

סנל(. בחוק שימוש )תוך

להגבלת , גורמת הסיב- ביציאה לתוך המוזרק הפולס הרחבת שמשמעותה הנפיצה הסרט רוחב

הנתונים. העברת קצב ולהקטנת, מודים של במס. רב מתבטא בו המתקדם , האורStep Index פרופיל בעל בסיב

(. מודים1000כ- עוברים62.5/125μm בסיב לדוגמא הנמוכים המודים של התנועה מהירויות , הפרשיGraded Index פרופיל בעל בסיב

הפולס: של יותר קטן עיוות הסיב ביציאת נקבל , ולכן ומצטמצמים הולכים והגבוהים הפולס הרחבת יותר, וכן טוב אותו לתזמן ניתןGraded Index פרופיל בעל סיב כלומריותר. נמוכה ביציאה

משמש לאStep Index פרופיל בעל, Multi-Mode (MM)- מטכנולוגית שסיב הסיבה זוהיבלבד. תאורה של לצרכים אלא לתקשורת

Graded Index פרופיל בעלי סיבים מדורג(, )פרופילGraded Index פרופיל בעלי הם לתקשורת משתמשים שאנו הסיבים

ומוגדרת. מורכבת, מסוימת פונקציה שהוא השבירה מקדם תלות את נקבלIdeal Graded Index נ פרופיל בעל אידאלי בסיב

כמתואר.n=f(radius), – הליבה ממרכז במרחק

12

Actual פרופיל , נקבל בפועל סיבה בייצור Graded Index נקבל , שבו Jitterה- הגדלת הליבה במרכז הפרעה (,וכן בסיב פגום באזור הנמצאים מודים )קבלת

-כמתואר Center-line Dip in fiber pre-formשל מהתאיידות כתוצאה היא : ההפרעה

הזה הסרט. העיוות רוחב את במקצת מגבילה והיא הייצור בתהליכי רכיבים Differential Modeהדיפרנציאלית המוד השהייתל הגורם הוא הסיב במערכת

Delay DMD ,בעייתית. שהיא Differential Mode) הדיפרנציאלית המוד השהיית על לפצות יהיה ניתן מתאים בייצורDelay )ה- ע"י , הנגרמתcenter–line Dipשל הגעה בזמני מינימליים הפרשים , ולקבל

רוחב להקטנת יגרום הנדרשת מהפונקציה שינוי או חריגה הסיב. כל ביציאת המודיםהסרט.

13

Power Relative

Input Pulse

Time (Psec) 1600 1200 800 400

Jitter caused by DMD Relative Power

Receive Pulse

Time (Psec) 1600 1200 800 400

נקבל:Graded Index פרופיל בעל62.5/125μm בסיבn

Ideal Graded Index Profile

-1.490

clading core clading

1.465 radius

) μm )60 40 20 0 -20 -40 -60

n Actual Graded Index Profile

-1.490

14

1.470 clading core clading

1.465 radius ) μm )60 40 20 0

-20 -40 -60

מסוים ספציפי גל לאורך הסיב לתכנן צריך גדול סרט רוחב לקבלת גל(. )למס. אורכיDual Window שהם סיבים על מבוססת הטכנולוגיה היום

OFL OverFilled Launch , ה- שיטת: היום , עד הסרט רוחב הגדרת השיטה היא

הזוויות ובכל המודים בכל הסיב ליבת כל את ממלאים אנו LED מקורות עם בעבודה.DMDה- תופעות את וממסכים

, RestrictedFilled Launch- RFL או UFL UnderFilled Launch , ה- שיטת מהמודים חלק המודים, ורק מרחב כל את למלא ניתן לאLASER מקורות עם בעבודה

מהליבה. בחלק מועברים

LED

Laser/VCSEL

Mode Conditioning PatchCord מהעיוות להתעלם כדי במשחק" )כלומר "משתתפים שלא המודים את לנצל מנת על

מתוחכמת יותר בצורה ,לסיבVCSEL מדיודת האור את להחדיר הליבה, ניתן במרכזלצדדים. אור ושילוח הליבה של המרכזי האזור הסתרת למרכז(. ע"י ולא לצדלמרכזה. ולא הליבה לצידי האור את שמשלחMM לסיבSM סיב לחבר גם ניתן

15

) GbE) - Giga Bit Ethernet תקן.1995 – מFDDI לתקן המותאמים בסיבים לעבודה מתייחס

3.75/1.5 המקסימלי הניחות שלגביהם62.5/125μm MM סיבים עם לעבוד )מאפשרdB/Km 160/500 מינימלי סרט ורוחבMHz.Km, 50/125 סיבים ועםμm MM שלגביהם

סיבים עם , וכן400/400MHz.Km מינימלי סרט ורוחב dB/Km 3.50/1.5 המקסימלי הניחותSM 0.50 המקסימלי הניחות שלגביהםdB/Km 1300 גל באורךnm.

,Ethernet IEEE802.3 ( לתקן98 )יוני חדשה תוספת הוא התקן) של אפקטיבי נתונים העברת קצב על כאן מדובר )כאשר

1000MBaud/sec=1Gbaud/sec. LEDה- ומקורות קשה, היות דרישה מהווה הנתונים העברת בקצב זה עדכון

MHz עד בקצב אפנון ברי , הם הנ"ל התוספת הכנסת עד התקשורת בשוק הדומיננטיים LEDה- מקורות את החליף צריך1Gbaud/sec< בקצב לאפנון המעבר עם , והיום500

לייזר. במקורות

במגבלת כי , אם קיימים MM לסיבי אחורה תאימות מאפשרת הנ"ל החדש התקן הכנת לייזר דיודות על בהתבסס וזאת אלה סיבים ע"י המוגבל הסרט מרוחב הנובעת מרחק

(. LED )לא

מסוג זולות חדשות לייזר בדיודות שימוש מגדיר החדש התקןVertical Cavity Surface Emitting Laser –VCSEL:

שהיוEdge Emitting Diodes מהדיודות להבדילSurface Emitting Diodes שהן אלה דיודותהחדש. התקן הכנת עד בשימוש

VCSEL ה- תכונותנמוכה. זרם גבוה, וצריכת פליטה -הספק

גבוה. אפנון -קצב גל באורךVCSEL דיודות לפתח במרוץGORE , )חברת850nm SXבלבד- קצר גל אורך -כיום

.1300nm (LX של מהצד. האור פליטת שבהןLED מדיודות להבדיל מעלה כלפי האור ופליטת אנכי הוא בהן -המהוד

. עגולה שלהן מעלות( והאלומה10 עד5) נמוכה מאד שלהן ההתבדרות -זווית μm 62.5) בתקשורת)שהוא בסיב המקובל הליבה מקוטר קטן ,והואμm20 עדμm 10- האור כתם -גודל

Core Diam בדיודת האור כתם גודל לעומת LEDהסיב ליבת מקוטר ערוך לאין גדול שהוא רגילה .

LED VCSEL

.-MM 62.5 μm Core Diam מסוג הסיב של המודים ממרחב חלק רק ממלאתVCSEL --דיודתגדול. סרט רוחב הקיימים(, ומקבלים המודים1000כ- מתוך50) המודים:לכן כל בין גדול Time Delay ומקבלים בסיב המודים מרחב כל את ממלאתLED דיודת (.800MHz.Km במקום500MHz.Km) יותר קטן Differential Mode Delay -ה- נמוך. הסרט רוחב

16

אופטי סיב של הפעולה עקרונות הסיב, הליבה ממרכז מדרגה בקפיצת משתנה שבירה מקדם שבו מדרגה לסיב נתייחס

החיצונית, המעטה. הקליפה אל

חד-צבעי, שאינו אור פולטים הסיבים באופטיקת משתמשים שבהם האור מקורות אורכי של לתחום המתאים תדירויות פס אלא יחידה בתדירות אור פולטים אינם כלומר

. גל∆λהאור אנרגיית שבהן נקודות שתי בין הגל אורכי תחום כרוחב מוגדר האור מקור של

שלה. ההספק למחצית יורדת∆λהעברת קצב את מקטין הסיב-אופטית, והוא השידור מערכת ביצועי על משפיע

רחב. הוא כאשר המקסימלי הנתונים ∆λאופטי פס לרוחב הקו( מתאים )רוחב ∆f) של מקור האור כך שעבור קו פליטה צר λ0

>> ∆λ : ) ∆f =f2-f1 ) ∆f, f2 f1(הן תדירויות מחצית ההספק של מקור האור

שווים. , הם היחסי הפס רוחב- ו היחסי הקו רוחב

Pout 1.0

0.5

∆λ

nm) ) λ 840 830 820 810 800

גבוה שבירה מקדם בעל מתווך נע האור כאשר רק להתרחש יכולה מלאה אור החזרת השבירה ממקדם גדולn1 בליבה השבירה )מקדם יותר נמוך שבירה מקדם בעל לתווך

.(n2 במעטה

θc θin θc θin

core n clad n

הדבר ממנה: פרוש קטנה או הקריטית לזווית שווה להיות חייבת ההתקדמות זווית זה שתנאי כדי מספיק צר להיות חייב לסיב החודר האור אלומת של הזוויות שתחוםיישמר. כאשרθin2ל- השווה הקליטה זווית ע"י מוגדר זה תחום

clad n = *sin90 clad n * sin(90- θc)= core n: סנל חוק לפיcos θc=nclad/ncoreהסיב: של המרכזי הציר עםθc זווית יוצר הקריטית

כולן לא בסיב, אולם "לכודות יישארוθcמ- הקטנות זוויות בעלות שהן הקרניים כל אלא קובע הקרניים כוון רק שלא היות הסיב: זאת לאורך אנרגיה להעביר ממש יכולות

. שלהן המופע גם 17

אופני אנרגיה- קוראים העברת המסוימות, והמאפשרות בזוויות המתקדמות לקרניים ולכן n2/n1 ביחס תלויθc) גדלהθcש- ככל גדל התפשטות( שמספרם )או התקדמות

((.-n2-n1/ )n1 ביחס גם

לזווית קרובות ההתקדמות זוויות הגבוה, שבהם מסדר אופנים בין להבחין מקובלθc הקריטית

הקריטית מהזווית בהרבה קטנות ההתקדמות זוויות , שבהם נמוך מסדר אופנים לבין"שטוחות" מאד(. )זוויות

"זנב" יש גבוה מסדר ,לאופן במעטה, כלומר יותר להיבלע נוטים גבוה מסדר האופנים ולא המעטה לתוך מההספק משמעותי חלק להתקדמות , שגורם משמעותי רוחב בעל

בליבה. שבהם במקומות בעיקר משמעותיים הפסדים נגרמים הגבוהים שלאופנים הסיבה זו

מכופף. הסיבתלוי: הסיב של השונים ההתפשטות אופני בין האור הספק מתחלק שבה הצורה בקצה הקרניים של הפגיעה בזוויות )כלומר הסיב לתוך האור של הצימוד -בצורתהסיב(. אחד מאופן אור אנרגיית להעברת הגורם אופנים בין צימוד מתרחש שבה -במידהבסיב. ההתפשטות כדי תוך אחר לאופן – האופנים כהתפלגות אותה שנכנה אופן כל ע"י הנישאת היחסית האנרגיה כמות

בין הצימוד הסיב, בשל לאורך האור התפשטות עם משמעותית בצורה משתנהבסיב. כיפופים בשל השונים, הנגרם האופנים

לתוך האור צימוד , לאחר קצר מרחק בתוך האופנים התפלגות את לייצב רצוי לעתיםהסיב. המכוסים לוחות שני בין הסיב לחיצת בסיב, ע"י זעירים כיפופים במכוון יוצרים כך לצורךמוגבר. אופנים לעירוב לטש, הגורם בנייר

18

אופטית לתקשורת אור מקורותB.אור פליטת של העקרונות

שהאנרגיה אור חלקיקי שהם פוטונים פליטת של כתהליך האור יצירת את לתאר ניתן ע"י נתונה שלהם

f האור- תדירות

יותר נמוכה אנרגיה לרמת גבוהה אנרגיה מרמת עובר אלקטרון כאשר להיווצר עשוי פוטוןהאטומי. במבנה

של למיקומו המתאימים אנרגיה פסי יוצרים האלקטרונים של המותרות האנרגיה רמותהאטום. של הקליפות במבנה האלקטרון

את ביותר( המאכלסים הגבוהים האנרגיה )פסיE2 ההולכה פסי הם האור ליצירת הקשורים האנרגיה פסי המאכלסים E1 הערכיות , ופסי החשמלי הזרם את ה"חופשיים" ) ( היוצרים האלקטרונים

בפס מקומם את שעזבו אלקטרונים ע"י ) ( שנוצרים חורים , או "קשורים" לאטום אלקטרונים לאלקטרונים הערכיות, הפכו

חורים. של שווה מספר מאחוריהם והשאירו חופשייםאנרגיה E2פס רמת

ההולכה

E1פס רמת הערכיות

חור, עם אלקטרון של שחבור הערכיות, הנקרא פס אל בחזרה ההולכה מפס אלקטרון של המעבר גדול, במספר שחבורים להתרחש חייבים יעיל אור מקור לקבל פוטון. כדי ביצירת מלווה להיות עשוי

מתאימים חומרים בחירת זאת, ע"י : משיגים פוטון בפליטת ולהסתיים קרינתי להיות חייב מהם וחלקקרינתיים, להיות נוטים השחבורים שבהם

לפס מעבר לחול עשוי שלגביהם ההולכה בפס אלקטרונים של מס. גדול בו שיש מבנה יצירת ע"י אומועדף. בכיוון תהיה שהקרינה כך הנוצר האור כליאת ע"י הערכיות, או

מוזרקים וחוריםN אזור לתוך מוזרקים או נדחפים , האלקטרוניםN-P צומת על מתח מופעל כאשר.P אזור לתוך ההפוך המצב ההולכה, כאשר בפס מאשר הערכיות בפס אלקטרונים יותר הרבה יש החומרים בכל

אוכלוסין. היפוך נקרא של אנרגיה כמעבר המיוצג זה ומשתחברים: שחבור המחסור לאזור חודרים והחורים האלקטרונים

לצומת. קרוב מתרחשת האור פליטת )קרינה(, כאשר פוטון בפליטת , מלווה אלקטרוןאור. ופליטת השחבור בתהליך לרציפות ובכך אלקטרונים לאספקת דואג החיצוני המתח מקור

להיות חייב הוא (, אזיE1- E2) בשעור אנרגיה איבד שאלקטרון לאחר פוטון נוצר מעורב, אם בשחבורל- : השווה אנרגיה בעל

הערכיות לפס ההולכה פס בין האנרגיה בפער תלוי הנפלטת הקרינה של הגל אורך

באורכי קרינה יוצרים שונים- הם אנרגיה פערי , ולכן שונה אלקטרוני , מבנה שונים שלחומרים מאחרשונים, גל

)בניגודLED אור פולטות בדיודות האור ביצירת לחלוטין( , שאופיינית )אקראית ספונטנית פליטה שהיאמסודרת(. שהיא בלייזרים הפוטונים לפליטת של גל באורך הוא המתקבל , והאור1.43eV הוא(GaAs)ארסניד, גאליום של האנרגיה פער לדוגמה

19

.-IR Diodes אדום בתת הפולטות הדיודות ליישומי הטיפוסיIRה- תחום שהוא אופטי סיב במערכת אור ממקור נדרשות תכונות

הבאות: התכונות בעל להיות , צריך אופטיים סיבים בתקשורת המשמש אור מקורארוכים. למרחקים תקשורת לאפשר מנת על גדול להיות חייב האופטי -ההספק יעיל צימוד לאפשר חייבים האור עוצמת התפלגות ומאפייני האור מקור של -המבנה

האור שלהסיב. לתוך

באופטיקת לשימוש ביותר המתאים הגל לאורך תואם להיות חייב האור של הגל -אורךהסיבים

ביותר, לדוגמה הנמוך הוא ההפסדים חלון שבוהראשון, הנמוכים ההפסדים חלון את המיצגμm 0.83 עדμm 0.82 התחוםמינימלית, היא אופניים חד בסיבים הנפיצה שבוμm 1.3 של הגל אורך סביבת התאורטי לגבול וקרובים במיוחד נמוכים ההפסדים שבוμm 1.55 של הגל אורך סביבת

.0.2dB/km כ– ריילי פיזור ע"י שנקבע מאד גבוה להיות חייב הפס רוחבGHZ עשרות של גבוה נתונים העברת קצב לאפשר כדי

קצר(. תגובה )זמן-∆λגבוה. בקצב נתונים תקשורת לאפשר כדי צר להיות הקו( חייב )רוחב

Cהסיב לתוך לשידור הנדרש ההספק חישוב שייקלט מנת לפחות, עלnw100 לכ- להגיע חייב לגלאי המגיע שההספק בהנחהנאותה בצורה

dB 30 הם השידור מסלול לאורך שההפסדים גבוה( ובהנחה לרעש אות יחס )עם

לפצות הנקלט, כדי מההספקdB 30ב- גדול להיות חייב המקור ע"י המשודר ההספק 10dBm 30dBm + -40dBm= - הסיב לתוך שיצמד מקור ההפסדים: מכאן על

בד"כ , הואLED אור פולטת דיודה ממקור בסיב הטיפוסי האור הספק תקשורת ביישומיμw 10עד μw 100 -ו mw 1לייזר. דיודת הוא המקור כאשר בקירוב

בעל יהיה האור שמקור נדרש ניכרים, ולכן להפסדים גורם סיב לתוך אור של הצימודגבוהה. יעילות

לכל הנוצרים מס. הפוטונים של במונחים להגדיר ניתן האור מקור של היעילות אתזרם: אלקטרון

היעילות הקוונטית (הפנימית)=ηQנוצרים( ) פוטונים/מוזרקים( )אלקטרונים

יעילותהנפלט( האופטי למקור( /) ההספק המסופק החשמלי הספק)החיצונית(. ההספק

האופטי ההספק לבין לסיב המצומד ההספק בין היחס מתקבלת ע"י ηc הצימוד יעילותהמקור. במוצא

את נותן למקור המסופק החשמלי ההספק , לבין לסיב הנכנס ההספק בין היחס התפלגות ושל האור מקור מבנה של פונקציה , שהיאהכוללת. היעילותשלו. הנומרי והמפתח הסיב מבנה של שלו, וכן האור עוצמת

20

( LED ) אור פולטות דיודות לאמברטי: מקור -מהווה הקרינה להכוונת מתאים אופטי שיפור בהעדר,LEDה-

. הקרינה כוון זווית בקוסינוס תלויה כלומר, העוצמה באמצעים לאמברטי, נוקטים למקור מאשר יותר צרה קרינה התפלגות להשגת

שונים. אופטיים LED של פשוט מבנה מתרחש הקרינתי , כשהשחבור1μm , כ- יחסית דק הואP רגילה, אזורLED בדיודתה- שיכבת דרך ויוצא נפלט הנוצר האור רוב כאשר הכיוונים לכל נפלט (, ואורN-P) בצומת

P.הדקה מועדף. מסוים בכיוון , יוצא בפנים הנוצר מהאור חלק שרק , מאחר יעילה אינה כזו דיודה

גרמניום )ולאInGaAsP אוAlGaAs אוGaP אוGaAsP אוGaAs הוא שמשתמשים החומר(. קרינתיים שיחבורים ליצור ניתן לא שבהם צורן או

GaAs-Pחשמלי מגע טבעת

פעיל אזור

זרם GaAs-Nאלקטרונים

LEDאחיד צומת ( ( Homojunction (.N אוP) האילוח בטיב רק הוא ( וההבדלGaAs) זהה הוא הצומת צדי משני החומראחיד. צומת נקרא כזה מבנה

LED מעורב צומת ( Heterojunction ) כךN אוP למבנה- שכבות , מוסיפים אחיד צומתLED של הביצועים את לשפר כדי

הגורם )דבר שונות ריכוז ברמות מאולחים אשר שונים חומרים יש הצומת צדי שמשני השבירה מקדם של הגדלה וכן הפעיל באזור והאלקטרונים החורים ריכוז להגדלת

סביבתו(. לעומת הפעיל באזור עוצמת את להגדיל ובכך הפעיל האזור בתוך הפוטונים את לכלוא מאפשר זה שיפור, הנפלט האור שמעל במגע ואילו החזרה כמשטח משמשת התחתוןP באזור המגע שיכבת כאשר½ ההספק. נקודות ביןdeg 120) האלומה נפלטת שדרכו פתח ישN אזור

SLEDמשטח פולט Surface LED ) ) הפולט -הוא הפעיל האזור של הפנים שטח, Surface LED or SLED משטח פולטLEDב-

קרינה. את למקד בקירוב(, וכדי )למברטית רחבה אלומה בעלת היא המשטח פולטתLEDה-

שונות. בשיטות -נוקטים האופטי הסיב לתוך האלומה

קצה. בדיודת כמו מהקצה ולא הצומת של הפנים משטח קורן הנ"ל המבנהשיא הספק

מחצית זווית ההספק מחצית זווית ההספק

N חומר N חומר פעיל אזור

21

צומת P חומר P חומר

מגע אזור מגעים

LEDכפול. מעורב מבנה עם משטח פולט

22

ELEDקצה פולט , דיודה (Edge emitting LED )

ELEDדיודת של מזו יותר ממוקדת אלומה שתיצור כך מתוכננת SLED. קטן.A.N. בעל לסיב יותר יעיל צימוד מאפשרת הניצב בכוון הצרה האלומההשכבות(. לפני הניצב ההספק, בכוון חצי נקודות , בין30 ˚כ- של צרה )אלומה

(.120 –˚ )כ בהרבה ורחבה למברטית היא השכבות, האלומה לפני המקביל בכוון יעילות את ומשפר קטן לאזור המוזרק הזרם את מרכז הדיודה של הרב-שכבתי המבנה

האור. יצירת ע"י המוזרקים והחורים האלקטרונים את הפעיל באזור מרכזות1N ושכבת1P שכבההפעיל. האזור בקרבת הנוצר האור את כולאות2N ושכבת2P המתח. שכבת מקור יותר, ובנוסף רבים , ומעברים וחורים אלקטרונים של גבוה ריכוז מקבלים זו בדרךאור. יותר נפלטהקצה. בסביבת רק , ולאL הדיודה אורך לכל נוצרLEDה- של בקצה הנפלט האור2 השכבות שיוצרות האופטי waveguideה- ע"י מונחה הפעיל האזור בתוך הנפלט האור

P -2 וN הקצה. לעבר

מגע מתכתי

המגע מישור בידוד

SiO2

1P 2P פעיל אזור

(N-P לצומת )סמוך L N1

מצע 2N

LEDקצה פולט

˚ 30 ˚ 120 LED דיודת של מאפיינים

-הספק יעילות

אותה(. שמזין החשמלי להספק הדיודה שפולטת האור הספק בין )יחס . mw 0.8 הכיוונים( הוא )לכל , הנפלט ממוצעת לדפ"א האופייני האור הספק להספק פנימי באופן הנוצר האור הספק בין יחס ηQ -קוונטית יעילות

, החשמלי זרם של האלקטרונים לכמות פנימי באופןLEDב- הנוצרים האור פוטוני כמות בין )יחס

(. המבוא יוצרים המוזרקים מהאלקטרונים50%כ- רק )כלומר0.8 ל- 0.5 בין משתנה ערכה

פוטונים(. I - V , I - P אופייני

דפ"א של הקדמי המתח מפל רגילה, כאשר דיודה של לזה דומהI-V אופיין ישLEDל- ma100 עד 50maל- מוגבל והזרם2.0v ל- v1.3מ- משתנה

23

(ma )ID

100

50

VD 3 2 1

ישר(. )יחס לינארי הוא במוצא האור להספק המבוא זרם בין היחס

24

טיפוסית LED דיודת של הספקטראלית התגובההלייזר. של לזה בהשוואה יחסית רחב הואLED של האור פליטת ספקטרום

ההספק. חצי נקודות ביןλ∆ הגל אורכי הפרש הוא הקו רוחב

ב- % יחסי ספקטראלי קרינה שטף 100

80

60

40

∆λ

20

0 (nm) λ 1050 1000 950 900 850

∆λנתונים ולקצב האפנון של הפס רוחב להקטנת כך גדולה, ועקב לנפיצה גורם גדול יותר. נמוך

פס ורוחב תגובה זמן העליה זמן ע"י בד"כ , נתוןLEDה- את ולכבות להדליק אפשר שבה התגובה- המהירות זמן :LEDה- לזרם ולא האור לקרינת הירידה, המיוחסים וזמן

להספק הנדרש הזמן שזהו , פירושוma50 של קדומני זרם עבור300nsec של עליה זמן לדוגמההמקסימלי. מערכו90% ל- 10%מ- לעלות המוקרן האור

מידיים הםLEDה- זרם פולס של וירידה עליה זמן אם

T

90%

10% המוקרן האור עוצמת tf tr

ולרדת. לשיא לעלות כדי זמן נדרש הנפלט האור שלעוצמת נקבל אזי

– בו לפעול יכולLEDשה- המקסימלי הנתונים וקצב המקסימלי האפנון קצב זמן ע"י מוגבל

. הירידה וזמן העליה קצרים. וירידה עליה זמן בעל להיות חייב , המקור גבוהים נתונים קצבי עבור

25

ע"י נתון הנפילה זמן לבין האופטי האות שלBW הפס רוחב בין הקשר

( Stimulated Emission ) מאולצת פליטה או )אופטית מתאים שאיבה מנגנון המצריכה מאולצת פליטה על מבוססת הלייזר פעולת

מסוימת. ספונטנית קרינה חשמלית( וקיום את לכלוא לאטומים, יש פוטונים בין להתנגשויות הסיכויים את להגדיל לכך, כדי בנוסף

אוכלוסין. היפוך של מצב וליצור שאיבה מתקיימת שבו לאזור הפוטונים בפס אלקטרון "טעון" )בעל באטום פוגע פוטון כאשר מתרחשת המאולצת הפליטה

הערכיות: לפס האלקטרון הורדת כדי נוסף, תוך פוטון נפלט מכך ההולכה(, וכתוצאה שנוצר והחדש( והפוטון )המקורי פוטונים שני נוצרים אחד שמפוטון היא התוצאה כלומר

שפגע. לפוטון זהה במופע הוא מופע, אותו בעלי גדולה פוטונים חבורת ונבנית שהולכת כך עצמו על חוזר הנ"ל התהליך

המרחק. עם אופטית קוהרנטי, המוגבר אור גל יוצרת אשר ושיתבצע קרינתי יהיה E1 ל- E2 מ- האנרגיה שמעבר צריך מאולצת פליטה לקבל כדי

בחומר. אוכלוסין היפוך החומר אטומי ממחצית ל"טעון" יותר יש אוכלוסין היפוך ליצור כדי

ההולכה( . לפס יעברו אלה אטומים של הערכיות שאלקטרוני לכך )לגרוםשאיבה. חיצוני-מקור ממקור החומר לתוך אנרגיה לשאוב צורך יש כך לשם

( Pump Sources ) שאיבה מקורותחשמלית: ושאיבה אופטית שאיבה הן המקובלות השאיבה שיטות

אופטית שאיבה לחלק הלזירה( ומספק מתבצעת שבו )החומר המגביר התווך את מאיר חזק אור מקור

יוכלו יותר, שממנה גבוהה אנרגיה לרמת לעלות כדי הדרושה האנרגיה את החומר מאטומי של לזה זהה אינו השאיבה פוטוני של הגל פוטונים. )אורך של מושרית פליטה תוך לרדתיותר(. קצר תמיד מושרה, והוא באופן מהאטומים שנפלטים הלזירה פוטוני

האנרגיה לרמת אטומים יותר להעלות יותר, ניתן גבוהה השאיבה מקור שעוצמת ככלהגבוהה.

האטומים ממחצית יותר העלאת ידי על אוכלוסין היפוך ליצור ניתן מסוימת סף עוצמת מעלהגבוהה. לרמה

חשמלית שאיבה תווך לתוך המוזרם החשמלי הזרם ע"י והשאיבה- נוצרים ההתחלתיים הפוטונים לייזר בדיודת

הלזירה. השאיבה מנגנון ע"י אוכלוסין היפוך נוצר )שבו הפעיל באזור נכלאים הפוטונים

(, החשמלית המהוד את מגדירות אלה )מראות הדיודה בפיאות הנוצרות המראות שתי באמצעות

האופטי(.

לייזר דיודות סוגי 26

אחיד צומת עם לייזר דיודת למחצה מוליך לייזר של אחיד מבנה מהצד מראה

L פעיל אזור

נפלט אור

מראה אלקטרונים למחצה שקופה מראה מוזרקים

הלייזר מפיאות לאחת מבט

אל שבקצוות המראות מן המוזרק, מוחזרים הזרם באמצעות המוזרקים הפוטוניםהפעיל. האזור

בין לנוע פוטונים, הממשיכים עוד ונוצרים פוטו-אלקטריות התנגשויות מתרחשות כאן , עד וגדל הולך הנוצרים מס. הפוטונים זה המהוד. בתהליך של הקצה מראות שתי

בלבד(: מסוימים גל )באורכי לזירה שמתחילהלמהוד. מחוץ אל יוצא וחלקו קבועה ברמה הוא במהוד הפוטונים שטף זה במצב

אחת אור(, אזי של )פליטה המהוד את לעזוב מהפוטונים לחלק לאפשר מנת על .למחצה( )שקופה חלקית העברה בעלת להיות צריכה לפחות מהמראות

הלזירה, ובאורך בתווך האופטית ההגברה בתחום תלויים הלזירה תתרחש שבהם הגל אורכי :L המהוד שהתנאי עומדים גלים במהוד נוצרים שעבורם אלה הם המותרים הגל אורכי

הוא אורך הגל בתוך המהוד).2λ/ ) λ של שלם מספר הוא L כאשר הוא להיווצרותם המהוד, או/ וגלים לאורך משתנה שהמשרעת אורכיים )גלים העומדים הגלים בלייזר

נחלקים הם וגם לזירה אופני המהוד( - קרויים לרוחב משתנה שהמשרעת רוחביים ( ולאופניםSpectral Linesספקטרליים- קווים )אוLongtitudal Modesאורכיים- לאופנים(.Spatial Modesמרחביים- )אוTransverse modes רוחביים

לייזר דיודת של ספקטרליים קווים לתחום נכנסים אשר המהוד של הספקטרליים מס. הקווים פשוטה לייזר בדיודת

הלייזר. של מס. הקווים את הלזירה, קובע תווך של ההגברה ספקטרום ביןL )המרחק האופטי המהוד אורך ע"י , נקבע שכנים קווים בין הספקטרלי המרחק

המראות(, הוא הקווים בין , המרווחתדר ביחידות

הוא הקווים בין , המרווחגל אורך וביחידות

27

P אזור

N אזור

n –הלזירה תווך של השבירה מקדם λ0 -למהוד. מחוץ שנראה כפי הלייזר של המרכזי הגל אורך

אורכיים. לזירה מס. אןפני מכיל שלו , הספקטרום אופני רב מסוג דיודה לייזר לליזר מונחתים(, אופייני האחרים הפליטה קווי )כל יחיד דומיננטי פליטה קו עם לייזר

אןפני. חד

כפול מעורב צומת עם לייזר דיודת (Double Heterostructure Laser Diode )

מחמש מורכב כזה כפול. צומת מעורב צומת בעלות הן כיום המקובלות הלייזר דיודות GaAs/GaAlAs החומרים עבור שכבות

(GaAs שיחבורים של ה- % הגבוה בגלל אור לפליטת טוב חומר הוא .)קרינתיים אינה )כלומר מאולחת ( שאינהμm 0.2– 0.5) דקהGaAs בשכבת נוצר עצמו הצומת

(.N אוP מסוג.N מסוג שכבות2 ו- P מסוג שכבותGaAlAs : 2 של שכבות4 מצויות זו שכבה צידי משני האילוח בעלתP שונות: שכבת אילוח רמות בעלות בשכבות , מדובר הללו הזוגות בשני

ה- שכבות שתי לגבי . כנ"לב- מצוינת החלש האילוח בעלת וזוב- החזק, מצוינתN.

האחיד המבנה על הכפול המעורב המבנה יתרונות הצומת באזור האור כליאת - GaAs , ( 0.2=n1ה- שכבת שלn2 מ- במקצת נמוך ו שכבות שלn1 השבירה מקדם

n2) ו- ליבה מהווהGaAsה- שכבת , כאשר אופטי סיב לפעולת עקרונית דומה הנ"ל המבנה

השכבות4 ונוצר ממנו יוצאים אינם הצומת באזור שנוצרים שהפוטונים היא מעטה. התוצאה מהוות

waveguideהמראות(. )בין המהוד קצות בין ושוב הלוך המתקדם

הצומת באזור החשמלי הזרם כליאתהצומת. באזור האלקטרונים ריכוז את מגדיל זה מבנה

ההגברה את -מגדילה הצומת באזור נכלאים והאלקטרונים שהפוטונים העובדה מוצא הספק לקבלת הנדרש )הזרם הלזירה יעילות את ומשפרת בצומת האופטית

רבה(. במידה מסוים- קטן מעורב צומת דיודת בין הבדל ( איןFabry Peror cavity )הקרוי האופטי המהוד מבחינת חלקית העברה יש ההתקן פיאות ולשתי היות משתיהן החוצה נפלט )האור אחיד לצומת

האור(. של המבנה. האור חתך כל דרך זורם הכפול המעורב במבנה הדיודה לתוך המוזרק הזרם

מכל אז נפלטהפעיל. האזור של רוחבו

השאיבה. זרם מוזרם בלבד (שבהμm 5-15( של צרה לרצועה מוגבל , הרוחב מעשית האור היעילות, ועוצמת את משפר ( , ולכן/A) הזרם צפיפות את מגדיל כזה מבנהעולה.

הלזירה יעילות גבוהה, אזי להחזרה בציפוי הגביש פיאות את נצפה לכך בנוסף אםיותר. עוד תשתפר

28

כפול מעורב צומת בעלת לייזר דיודת

השכבות מבנה

מתכתי מגע GaAs

AlGaAs P

GaAs פעיל אזור

N AlGaAs מתכתי מגע

AlGaAs

השונות בשכבות השבירה מקדם פילוג מתכתי מגע GaAs

AlGaAs

Optical Waveguide מקדם השבירה

n n1 n2 AlGaAs מתכתי מגע

AlGaAs

הארוכים הגל לאורכי לייזר דיודות נקראים והם μm) ) λ=1.5 ו - μm) ) λ=1.3 הוא תקשורת ליישומי המועדפים הגל אורכי, =μm) ) 0.85 λהיום- עד בו שהשתמשו הגל לאורך בניגוד הארוכים הגל אורכי

פנימית יעילות בעלי חומרים הארוכים, צריך הגל באורכי הפועלים לייזרים לפתח כדי)קוונטית( גבוהה.

.GaAlAsSb/GaSb – ו InGaAsP/InPהן- מתאימות תרכובות שתי μm) )1.7 של גל באורכי לפעולה המתאימות תרכובות הם ואנטימון ,זרחן אינדיום היסודות

- λ=1.0.

לייזר דיודת של מאפיינים-PigTailאופטי לסיב לייזר דיודת של קבוע , חיבור של )גרף הקדמי הזרם לעומת הקדמי המתח של , כולל: גרף I - V אופיין-

הדיודה(. (.v1.5 ל- v 1.0 בין נע הקדמי המתח )מפל

הסף -זרםבטמפרטורה( . תלוי )הוא ללזירה הדרוש המינימלי הקדמי הזרם זהו .LED כדיודת מתנהגת הלייזר דיודת , מ- קטנים זרמים עבור ומעלה.A0.5לכ- שפותחו, הגיע הראשונות הלייזר בדיודות הסף זרם

P out המוצא והספק 29

הפעיל(- האזור של צרה )רצועה מצומצם לתחום החשמלי והזרם הקרינה הגבלת ע"י. הלייזר דיודת של ההספק פיזור את ולהקטין החשמליים המעגלים את לפשט ניתן

הסף זרם לעליית וגורם הלייזר דיודת של הטמפ. הפנימית את מעלה היתר הספק )פיזורהמוצא(. בהספק ולירידת מיוחדים חשמליים קירור רכיבי עם הדיודה את מזוודים החימום השפעת למניעת

המוצא. הספק הטמפ. ואת את המייצבים בקרה מפוטודיודת המתקבל במשוב שימוש הוא האלומה הספק לייצוב נוסף אמצעי

שלה. האור עוצמת את ודוגמת הלייזר דיודת עם יחד מזוודת אשרהטמפרטורה. עם משתנהPout המוצא , הספק נתון זרם עבור כאשר משתנהPoutו- מוגדרים, היות- ו- ב המינימליPout יופיע הנתונים בדף

. מעל עולה הפליטה בשיא הגל אורך גדל.עולה, הטמפרטורה . כאשרPoutול- לטמפרטורה מאד רגיש השיאי הגל אורך

האלומה התבדרות זווית של הרוחבית האופקית הזווית את בנפרד מגדירים הרוחביים, ולכן הכוונים בשני שונה

θ האלומה .θ האלומה של האנכית הזווית ואת

נקודות בין המלאה כזווית , כלומר ההספק מחצית כזווית מוגדרות האלומה זוויות שתי(.35˚- ו28˚ )וערכן המקסימלי ההספק מחצית פילוג של המדידה תוצאת של הגרפים את מבטא האלומה של הרחוק השדה פילוג

הדיודה. מ"מ( מקצה )כמה גדול במרחק האלומה שיוצרת הכתם של ההספק הכיוונים: בשני האלומה של הזוויתי הפילוג גרפי

Far field pattern θ θ Far field pattern

˚35 ˚28

˚40 20 0- 20- 40 ˚ 40 20 0- 20- 40

האלומה זוויות לייזר דיודת

פעיל פליטה אזור

θ המלאה כזווית האלומה זווית הגדרת האלומה זווית המירבי ההספק מחצית נקודות בין

האלומה זוויות ההספק גרף θ בזווית בתלות

30

t f ירידה וזמן t r עלייה זמןהנתונים( פולס )של

.GHz0.5מ- גדול איפנון פס לרוחב לתרגמם , שניתןnsec –0.5 nsec07 טיפוסיים ערכים

אופטי סיב תווך דרך המועבר האור מהות . האלקטרומגנטיים הגלים תורת בעזרת במדויק לנתח ניתן האור התפשטות את

התקדמות כוון את לבחון מנת , על הקרניים ניתוב בשיטת אפשרי יותר פשטני ניתוחבכך(. המעורבים והמגנטי החשמלי השדה מן התעלמות )תוך האור קרני של

התדירויות שבתחום באור בעיקר משתמשים אופטית סיב בתקשורת

הוא לעין הנראה האור שתחום , בעוד אדום האנפרא בתחום הנמצא

. בתחום הן הרדיו גלי - תדירויות )להשוואה

Z בכיוון ומתקדם בריק המתפשט יחיד בתדר אלקטרומגנטי גל המגנטי ( והשדהY )בכיוון החשמלי השדה רכיבי שני של במרחב "צילום" ההשתנות

הגל רכיבי השתנות את המייצג המתמטי התאור , כאשר להלן , מתוארX) )בכיווןהוא: האלקטרומגנטי

ωt-kz) (0,0)•sin( Ex(z,t)=Ex

ωt-kz) (0,0)•cos( Hx(z,t)=Hy Y, X הרוחביים בכיוונים משתנים אינם שהשדות בהנחה מישורי נקרא גל .Z ציר סביב מסתובבים –אינםE, H שוקטורי וכן

נתון.z וב- t נתון ברגע הגל מופע את מתאר), (ωt-kz הפונקציה של הערךזהה. ההתפשטות( שמופען לציר ניצב שטח )על הנקודות כל אוסף היא הגל חזית

Hy Z

Ex

. ω=2πf הזוויתי התדר ע"י מאופיינת הגל של הזמנית ההשתנות הגל מספר ע"י מאופיינת הגל של המרחבית ההשתנות

לזמן שלם מחזור במשך עבר שהגל המרחק בין היחס היא הגל שלvp המופע מהירות : זה מרחק לעבור לו שארך

31

-ωt מתקייםZ כל ,עבור קבוע שמופעה גל נקודת אל צמודים אנו כאשרkz=0 ,

הגל שעבר המרחק הואZ) = המופע מהירות את נקבל ומכאן

(.t זמן במשך

גל כל של המופע שמהירות העובדה ע"י ביניהם קשורים k – ו ω הגל קבועי שני c : m/sec שסימנה בריק האור מהירות קבוע, שהיא גודל בריק- היא אלקטרומגנטי

vp= c=3

2π/λ הגל וקטור הגל, הקרוי של הבסיסי מאפיין את נגדיר הגל של הגליות התכונות לתאור= =kz kהאלקטרומגנטי. הגל וכיוון( שמייצג )גודל הפוטון של התנע את המייצג

zבכיוון היחידה וקטור הוא zו , – kהגל. מספר הוא

בחומר אלקטרומגנטי גל התפשטותהחומר(. של השבירה מקדםn1)c/n1 : vp= אופטי בסיב והמתפשט תדירויות מחבורת המורכב בגל

n=c/v= כאשר ε1, ו- = החומר של היחסי הדיאלקטרי המקדם הוא μ בחומרים הרלוונטיים.

. הגל אורך הקטנת מחייבת המהירות הקטנת בחומר, לכן המעבר עקב משתנה אינה הגל תדירותλ1= λ0/n1בחומר. הגל =אורך אלקטרומגנטי בגל החבורה מהירות. הגל מורכב ,שמהן מסוים מרכזי גל אורך בתחום התדירויות קבוצת את -מגדירה גלים חבורת מ- אנגסטרום לפחות להגיע יכול , והוא קטן הקו רוחב לייזר )במקורות הקו רוחב קרוי זה תחום

אחד(.

הגלים עבור מעט שונה המופע שמהירות לכך הגל, גורמת באורך תלוי השבירה שמקדם העובדההסיב. להעביר שמסוגל הנתונים קצב את מגבילה זו החבורה. תופעה את שמרכיבים השונים

המופע. מהירות על ולא הגלים חבורת של למהירות נתייחס בסיב המידע להעברת בהקשר מכאןהמופע(. מהירות ולא החבורה מהירות היא המידע אות של ההתפשטות )מהירות

קוהרנטיותמקור. מאותו הנפלט גל של התאבכות אור- לבצע מקור של החשובות התכונות אחתקוהרנטי. מקור נקרא כזה מקורמרכיבים: שני כוללת הקוהרנטיות תכונת

זמנית קוהרנטיותנקודה, מאותה מהמקור שנפלטים הגלים אקראיות( , בין )חסר היטב מוגדר מופע הפרש קיים

שונים. זמן רגעי בשני אך התלות ע"י ברור, ומוגדר הוא זמן רגעי שני כל בין המופע יחיד, הפרש בתדר גל פולט המקור כאשר

המתמטיות. הגל שבמשוואות הסינוסואידליתכזה(. מקור קיים לא )בפועל מלאה זמנית קוהרנטיות בעל הוא יחיד בתדר גל הפולט מקור לכן

את )המבטא הקוהרנטיות זמן הוא המקור של הזמנית הקוהרנטיות דרגת של הכמותי המדדהמירבי ההפרש

(. סבירה במידה מוגדר עדיין המופע הפרש שעבורו עוקבים פליטה רגעי ביןהקוהרנטיות. זמן במשך האור גל שעובר המרחק את , המבטא הקוהרנטיות אורך הוא אחר מדד

מרחבית קוהרנטיות( spatial coherence )

זמן. רגע באותו אך במקור שונות נקודות משתי שנפלטים הגלים בין היטב מוגדר מופע קשר קייםמלאה. מרחבית קוהרנטיות בעל אידאלי- הוא גאוסי או כדורי או מישורי גל הפולט מקור

בין המרחק שהוא הקוהרנטיות רוחב ע"י מאופיינת הקוהרנטיות כזה, ומידת מקור קיים לא בפועלטובה. במידה מוגדר ביניהן המופע שהפרש הגל חזית על נקודות שתי

32

אופטי סיב של הפעולה מאפייני ובגודלו. הסיב בצורת והן החומרים של המסוים בהרכב הן תלויים הפעולה מאפייני

בתוך השבירה מקדם משתנה שבו והאופן הסיב הזכוכית, קוטר הרכב באופן הסיב-משפיעים

הסיב. ביצועי על ישיר

DISPERSION ) ) בסיב האור נפיצת(Intermodal and Intramodal Dispersion )

במהלך האור פולס התרחבות של התופעה לתיאור משמש נפיצה המונחבסיב התקדמותו

(Pulse broadeningכאשר ) הכניסה. פולס מאשר יותר ארוך זמן נמשך המוצא פולסבאורכו: תלויה בסיב הכוללת הנפיצה

הנפיצה את מציין היצרן יותר, לכן רבה במידה להתרחב לפולס יגרום יותר ארוך סיב(.ns/km or ps/km ביחידות )בד"כ הסיב של אורך ליחידת.t∆ = ע"י , ומוגדרת (nsec or μsec) בזמן נמדדת t∆ הנפיצה

המוצא פולס t tpout

הכניסה פולס t tpin

שואף שרוחבו אידיאלי כניסה מפולס המתקבל המוצא כפולס הנפיצה את להגדיר ניתן,0ל-

הנפיצה של תוצאה כולו הוא המוצא שפולס נקבל0– ברוחב כניסה פולס עבור כלומרבסיב.

Intermodal Dispersion אופנית, בין נפיצהשונה. מהירות מהם אחד שלכל מס. מודים בין האופטי האות מחלוקת נובעת

הסיב. למוצא האות חלקי של ההגעה זמני בין הפרש נוצר מכך כתוצאההסיב- לאורך המתקדמים קיצוניים מודים בשני נתבונן אם

הציר, נראה לאורך המתקדם אפס ומודθc הקריטית בזווית המתקדם הקריטי המוד תהיה לכאורה האפס, לכן מוד של מזו ארוכה הקריטי המוד שעובר הדרך כאילו

מוד דבר של לאמיתו יותר, אולם איטית תהיה הסיב לאורך שלו ההתקדמות מהירותהקריטי. מהמוד יותר לאט מתקדם האפס בכיוונו שונה אך בגודלו זהה הוא בליבה הללו המודים משני אחד כל של( K) הגל וקטור

.הקריטי והמוד האפס מוד

34

θc הקריטית זווית

אופטיים סיבים של אפליקציות למס. קטגוריות: מתחלקות אופטיים סיבים של האפליקציות

-תקשורת-סנסוריםהספק -העברת-רפואה

תקשורת: הכולל התקשורת בשטח הוא בסיבים העיקרי השימוש

LINK SHORTרשתות על הנמנים טלקומוניקציה והתקני מחשבים בין LAN.

האור גל על אופטי, מקודדת סיב מערכת באמצעות מועברת האינפורמציההזמן(. של כפונקציה האור קרינת שינוי )ע"י

האור(. של מודולציה נקרא בזמן האור רמת שינוי של )התהליךרציף. באופן האור שינויי את מכילה אנלוגית מודולציה

המופרדים פולסים סידרת באמצעות מקודדת האינפורמציה ספרתית במודולציהאינפורמציה. שלbit מיצג פולס קיום ביניהם, כאשר מרווחים ע"י

סנסורים: בשל פיסיקליים, וזאת פרמטרים למדידת סנסורים בנושא הוא בסיבים נוסף שימוש

קונוונציונליים(. לסנסורים ביחס )יתרון הסיב של הקטן -הקוטר אקספלוסיבית. בסביבה לשימוש אפשרות קימת חשמלית, ולכן מוליך אינו הסיבים -תווך .Intensity Sensors Multi-Mode של סוגים4ל- התיחסות , קימת9- בניסוי של הפאזה שינויי של גילוי המבצע התאבכות ל- סנסור התיחסות , קימת10- בניסוי האור.

הספק העברת והפסדי האור , ובליעתMode Distribution , ה- NAהסיב, ה- לתוך האור של הצימוד תנאי

אופטי. הספק של כמוליך בסיב השימוש להקטנת תורמים אלה כל – בסיב הפיזורCarbon Dioxide לייזר ממקורLong λ של גל באורךIR קרינת הנושא אופטי אולם, סיב

ניתוחים. לביצוע לאידיאלי אותו הופכת הממוקדת שיציאתונמוכה- ובליעה נמוך גבוהה, מחיר גמישות בעלי בסיבים השימוש להיום, עדיין נכון.Co2 Laserה- של גל באורך אופטי הספק נפוץ, להעברת אינו

חומרים, של והתכה , ריתוךEvaporationלחימום, בסיבים שימוש של האפליקציהלפעולה. אידיאלית שיטה הקרינה, הוא שלλה- שינוי ע"י לנקודה הלייזר הספק במיקודmultiple lens על המבוסס אופטי הספק העברת של , ההחלפה וקשה מאובקת בסביבה

ותחזוקתיות. בזמן ההקטנה בשל אפשרית סיב, היא במערכת

35

רפואה נגועים אזורים לתוך דקות צינוריות באמצעות אופטי סיב של אנרגיה להחדרת היכולת

ללא ,וזאת קריטיים טיפולים לצורך כירורגיים בניתוחים להצלחה הביאה בגוףנדרשים. מיותרים חיתוכים

צינורית הניתוח בזמן הטיפול, מוחדרת לביצוע אופטי סיב אנרגית להחדרת בנוסףבזמן לרופא משוב ומתן הגוף בתוך הנגוע האזור של הארה לצורך נוספת אופטי סיב

. הניתוח

36

אופטית תקשורת מערכת

בהתפתחות להאצה הביאה והולכים גדלים בקצבים אינפורמציה להעברת הדרישההאופטית. התקשורת טכנולוגיית

מתפשט שהאור העובדה על אופטי, מבוסס סיב בעזרת המידע העברת של התהליך הסיב, של וההתפתלות כיפוף ובמסלולי מזערי בניחות אופטי סיב לאורךהתקשורת. לביצוע למשדר , מועבר המקור ע"י המיוצר מידע כאשר

הנמסר האות , אשר לייזר דיודת )דפ"א(, או אור פולטתLED דיודה הינו המשדר לבאנלוגיים. באותות או בפולסים מאופנן להן

המקלט עד האופטי הסיב דרך , עוברIR הוא שלו הספקטרלי שהתחום זה אורשהועבר. המידע את ומשחזר חשמליים לאותות האור עוצמת שינויי את שהופך: ע"י להתבצע יכולה המידע שחזור שיטת (, אוIntensity Modulation) הגל עוצמת אפנון (, עבורDirect Detection) ישיר -גילויהגל תדר או המופע עוצמת אפנון ( עבורCoherent Detection) קוהרנטי -גילוי

(Freq /Phase Modulationשבו ,) הנקלט הגל עם התאבכות מבצע המקומי הלייזר גל הגילוי. לפני

ל- מתחלקים קוהרנטיים גלאיםהנקלט. הגל של לאלה זהים המקומי הלייזר גל של והפאזה התדר שבהםHomodyne גלאי. במעט שונים המקומי הלייזר גל של והפאזה התדר שבהםHeterodyne גלאי

(Intensity Modulation) עוצמה איפנון האופטי(, את המקור ע"י )המיוצר הנושא הגל על לאפנן ביותר הפשוטה השיטה

, בשמה: אוIntensity Modulationה- היא האינפורמציה ASK:Amplitude Shift Keying , or

OOK: On Off Keying הנוסחה ע"י מתקבלת הנושא הגל משוואת

m(t)האינפורמציה, סיגנל את מייצגfsהנושא. הגל תדר את מייצג.LED’s עם לפעולה שלו ביציבות היאIntensity Modulation של הפופולריות

LEDו קוהרנטי, והיות לא אופטי הספק רק לייצר יכול Intensity Modulationלא הנושא הגל האיפנון, כשעל לצורךLEDב- להשתמש ניתן קוהרנטיות, אזי מחייב

האינפורמציה. את מאפנניםLEDה- ע"י שמיוצרלעוצמת ליניארי באופן האור קרינת של לפליטה גורם הדיודה דרך זרם מעבר

דרכה. הזרם הבינרית האינפורמציה את המייצגm(t) גל צורת בעל הוא לדיודה הכניסה זרם אם

, כאשרBurst of optical signalכ- תיראה האופטי הסיגנל תוצאת בסיב, אזי הזורמת היעלמותו. את " מיצג0האופטי, ו- " הסיגנל קיום את " מיצג1"

37

אנלוגית במודולציה אופטי סיב מערכת ביצועי שניתן המינימלי ,ובסיגנל הסיגנל שיחזור בתוצאת אמינות ע"י נקבעים הביצועיםלהעביר,

המערכת. של הרעש ע"י המוגבל לסיגנל המאופנן הסיגנל את ומתמיר היות הביצועים על המשפיע פרמטר הוא הגלאי – הרעש, נקרא לרמת בגלאי המתקבל הסיגנל בין )היחס חשמלי

SNR Signal to Noise Ratio.)

ספרתית במודולציה אופטי סיב מערכת ביצועי יותר לעדיפה המערכת את ההופך הסיגנל, דבר שיחזור בתוצאת לאמינות דרישה אין כאן . רעש מקורות בנוכחות

לגלאי, ושהאלקטרוניקה בהגעתם מתאים בהספק יועברו שהפולסים היא הדרישה פולס. חוסר או קיום זיהוי תאפשר

הבאים: הפרמטרים ע"י נקבעים ספרתית במודולציה אופטי סיב מערכת ביצועי BER ,Bit Error Ratio - ה

כשגוי(, המקלט בצד ישוחזר התקשורת בערוץ המשודר שביט )ההסתברותשהועברו. הביטים כל לסך בשגיאה המועברים הביטים מספר בין המנה את המבטא .Source-User הספציפית באפליקציה בד"כ תלוי זה פרמטר

, אוDigitized Voice של לאפליקציות ל להגיע יכול ערכו.Scientific Data עבורל-

BERסיפרתית. תקשורת במערכת סביר ערך הוא- מ הקטן - Insertion Loss ה-

פסיביים רכיבים מהכנסת תוצאה שהוא הסיגנל בעוצמת ההפסד את המבטא למסלול

התקשורת: ערוץ .Splices)מחברים, מצמדים, ו- כדוגמת )רכיבים

: , אזיPt הוא הכולל וההספקPi הואiה- מהמקור ההספק אם Insertion Loss=Pt/ ∑Pi

של לערכים להגיע ויכולים2dB עד1dB הם אופיניים ערכים 8dB10 עדdBדיודת של אור כשמקור LEDלתוך מאיר Grating WDM

38

משתמשים מרובה אופטי סיב כבל של הסרט רוחב ניצול

פשוטה אופטי סיב מערכת של מודל

Fiber Optic CableSource Transmitter Receiver User

שונים אופטיים סיבים של סרט ורוחב ניחות אופייני

אופן חומר מקדם פרופילλ קוטר ניחות סרט רוחב μm μm dB/Km MHz/Km השבירה




1000 2.3 or 5/80 850 Step Glass Single-Mode 125

באמצעות המשתמשים בין האופטי הסיב כבל שלSharing ע"י הסרט רוחב את לנצל ניתןיחיד העברה תווך ע"י משודרים סיגנלים יותר או2 שבה Multiplexing מערכת

או, TDM , Time Division Multiplexing- ריבוב )מערכת(WDM Wavelength Division Multiplexing – מערכת

39

והשחזור הריבוב קונספט

המידע ושיחזור ריבוב של קונספטואלית הצגה(Data Links לערוצי מחובר האופטי התקשורת )קו

Source Source 1# 1#

Composite link

Multi- Multi- Plexer Plexer

Source Include Fiber Optic Cable Include Source #2 REC. TRAN 2#

DEMUX MUX

Source Source

#n # n

והמקלט( המשדר את כולל אינו )השרטוט

המקורות: מכל המידע את מאחדMUXה- האופטי. הסיב באמצעות יחיד קו על אותם ומשדר מקור מכל הנתונים את אוסף

המשותף(- מועברים )המידע בנפרד מקור כל ע"י המיוצרים הנתונים רצף זו בצורהמשותף. קו על המקלט לכוון

הנתונים את ומפריד האופטי מהסיב – המשותף המידע רצף את קולטDEMUXה- מהמרכיבים אחד כל של הכוונה תוך שאוחדו

40

לניסויים נלווה ציוד

הגלאי

כללי -1 פוטו-דיודות סוגי

PIN Positive Intrinsic Negative Diode (.V15 ל-V5 )בין סטנדרטי מספק להפעלה שניתן העובדה בשל אופטי, זאת למקלט יותר המועדף הרכיב

APD Avalanche Photo Diode (,dB10 עדdB5 )High Sensitivity יותר גבוהה רגישות בעל , הואLong Haul Com. Linkב- השימושי

כפול. סרט רוחב וכן גבוה ומחירו יותר גבוה במתח מיוצב ספק דורש , שכןV5מ- המוזןPCB על להפעלה ניתן , שלא חסרונו

יותר.

הגלאי ומגבלות הכיול דיוק בתחום )במיוחד הגל באורכי בתלות הזמן עם להשתנות יכולה מסוים גלאי כל תגובת

הדיוק את לאמת מנת , עלNEWPORT בחברת שנתי חד כיול לבצע יש (, ולכןUVה- במדידה.הגלאי. מרכז שסביב מהשטח70%ב- פוגע האופטי הסיגנל כאשר תבוצע המדידה

הגלאי של ספקטרלית תגובה

בגלאי. הפוגע האור של הגל באורך תלויה הגלאי תגובת , הסרט לרוחב מאשר יותר פחותה במידה האור לאנרגית שקופה הפוטו-דיודה

מגבלת את המצייןהפוטו-דיודה(. יצרן ע"י נקבעת SHORT λה- רגישות .)מגבלת LONG IR λה- רגישות

בפוטו-דיודה הפוטו-דיודה, ולכן ייצור בתהליך תלוי הקצרים הגל לאורכי הרגישות גבולבהתקן. הקיימת החזקה בבליעה תלוי סיליקון, הוא מסוג

הגל. אורכי בתחוםResponsivityה- מנחת( הוא בלי או )עם בגלאי הקובע הפרמטראליו בכניסה האופטי להספק הפוטו-גלאי זרם בין היחס את מבטא הוא

(.W / A- Ampere/Watt )ביחידות .AMP of Photocurren, per WATT of incident Optical Powerב- נמדדת הפוטו-דיודה תגובת

הגלאי. של העבודה בתחום תלויה המנחת של ההעברה

הגלאי של רוויה מצב יש: רוויה במצב הגלאי לזיהוי

.A ערכו את ההספק(, ולרשום את )אוphotodetectorה- זרם את -למדוד T העברה מקדם בעל מנחת או מסנן האור במסלול -להרכיב .B הזרם ערך את זה במקרה ( , ולרשום0.001 של העברה מקדם בעל )מומלץ

פילטר ללא המתקבל הזרם של מכפלה הוא פילטר בהכנסתB הזרם של הערך: ההעברה במקדם

B=AxTהבאים: השלבים ע"י מתקבל המסנן שלT ההעברה מקדם

של למדידה מספקת ברמה אבל רוויה ממצב ליציאה האופטי ההספק -הקטנת. מסנן עם ההעברה

המסנן של ההעברה מקדם וחישוב מסנן , עםBו- מסנן ללאA הזרם -מדידתT=B/Aהגל לאורך λהמועבר האור של .

41

ללא מאלה יותר גבוהים אלומות הספקי למדוד המנחת( ניתן ) או המכויל המסנן בעזרתמסנן.

42

Model 818-SL Newport - הגלאי- 2

לתחום , מיועדNewportחב. " שלSeries Low Power Detectors818" מסדרת הגליליSL-818 הגלאי,Diffused PIN Silicon Diodeה- דיודת (, וכוללUv,Visible,Near IR, and IR Regions) רחב גל אורכי

המכויל. הדינמי האופטי התחום את , המרחיבExclusive OD3 Attenuator Technology וכן. שטוחה ספקטרלית גבוה, ועקומה נזק נמוכים,סף החזרים מאפשר המנחת תכנון

הגלאי מעגל פעולת הדיודה. צומת על מתפתח ומתח / חור אלקטרון זוג נוצרים בפוטו- דיודה פוגע פוטון כאשרהאור. לשטף היחסי פוטו-זרם יווצר אזי מחוברים הפוטו-דיודה הדקי כאשר. בגלאי הפוגע האופטי ההספק על אינדיקציה נותנת הפוטו-זרם מדידת

הפוטו-דיודה: ע"י הנוצר הפוטו-זרם למדידת שיטות שתי PhotoConductive mode of operation ה- -שיטת א

המתח נפילת נמדדת העומס, כאשר נגד דרך הזרם לדחיפת המשמשVoltage Bias ממתחחושך. וזרם רעש מוסיף הזרם, אולם ייצור של והליניאריות הגלאי תגובת את מאיץ הנ"ל הממתח

Reverse Bias CircuitPhotoconductive Mode-improved time response and linearity

Vout i

Rload Light

Vbuias

43

Photovoltaic Mode ה- שיטת - ב

Unbiased Photocurrent Measurementמדידת- לאיפשור אופרטיבי ב- מגבר שימוש(Newport Power meters – שבשימוש )השיטה

את למעשה מיצרת וה-פוטודיודה , היות Photovoltaic Mode גם נקראתZero Bias עם עבודהלבחירה( ניתן המשוב נגד )biasה- ממתח

Op-Amp Circuit

Photovoltaic Mode-reduced Noise

-

+ Vout Light

נמוכות הספק ברמות אופטיים סיגנלים מדידת : רעש אופייני

המגבר. או הגלאי של הרעש אופיין ע"י מתקבלת אופטי גילוי של הסף רמת ( הקשורjohnson) תרמי מרעש הגדול ברובו נובע הפוטודיודה שרעש להניח ניתן בתאוריה

החושך. מזרם נובע ומרעש הפוטודיודה של האפקטיבית להתנגדות של האפקטיבית ההתנגדות ערך חישוב , לצורךmv10 שלbias בממתח נמדד החושך זרם

הדיודה, כאשרRshunt=Vbias(10mv)/Idark

Rshunt ה- ע"י מתקבלdata sheet.– גם הנקראZero Bias עם במעגל כמו המחובר מגבר של כניסה מעגל

Photovoltaic Mode circuitממתח ללא , הוא Offsetממתח קיים מעשי חושך. באופן זרם ללא ולכן biasמזערית. היא החושך בזרם היצרן.)הסחיפה ספציפיקציות ע"י קטן, הנתון חושך וזרם מסוים

הדרושה האור : צפיפות הגלאי של נוסף פרמטר להגדיר , ניתןDC רכיבי כוללות שאינן במדידות , מבוטאNoise Equivalent Power (NEP)ה- הואו זה הרעש. פרמטר לזרם השווה זרם ליצירת.W/- הסרט רוחב של ריבועי לשורש ביחס אופטי הספק של ביחידות

, בתדרλ הגל באורך ותלוי הגלאי של הספקטרלית ל- תגובה הפוך ביחס משתנהNEP)ה- ).)f Δ : ( λ , f , ∆f NEP הסרט וברוחבf הרעש

NEP יכולות לשמש להשגת ה- Lock-In Amplifierטכניקות של

44

Non-CW למדידות בגלאי שימוש במעגל ( כמוbias) מיקדם ממתח ללא פועל אופטי, הוא הספק למד מחובר הגלאי כאשר

Photovoltaic Mode. אופרטיבי(. מגבר עם )מעגלהאות. של מזה יותר איטי הוא האופרטיבי והמגבר הגלאי שילוב של האפקטיבי הזמן קבועברוויה. אינו המעגל כאשר אור של קצרים פוסים של אנרגיות של מדויקות מדידות לבצע ניתןהאופטי. האות התנהגות לאוסצילוסקופ-להצגת ישירות הנ"ל הפוטו-דיודה את לחבר ניתן

Biasהחושך. זרם את ויגדיל הגלאי של הספקטרלית התגובה את ישפר אחוריהמוזרק. האופטי לסיגנל בהתאם העומס נגד את לשנות ניתן Reverse Biasה- במעגלRloadמסוג סיגהלים מדידת מאפשר גבוה ערך בעל Low Powerלהגיע הסיכוי את יגדיל אבל הגלאי. תגובת זמן את ויאיט לרוויה

.biasה- ממתח גדול הוא באוסצילוסקופ הנמדד המתח כאשר לרוויה כניסה לגלות ניתן

45

Red HeNe LASER U-1301P (633nm) “ Uniphase ”

Laser Plasma Tube and Ballast Resistance are sealed in the laser head

:ON למצב key control) ) המפתח סיבוב בעזרת נעשית הלייזר הזנת. נדלקתEmission Indicator נורית שניות, כאשר3כ- של השהייה לאחר יופעל הלייזרלהוציאו. ניתן לאON במצב המפסק כאשר

ראש , בקצהBeam Attenuator – האלומה חוסם את לשים , יש פועל אינו הלייזר כאשרהלייזר.

Model Selection

Power SupplyOutput(mw)Packaged HeadSystem

1201-X1.5( minimum)1101,1101P1301,1301Pהכח. +ספק הלייזר ראש כוללת לייזר מערכת

Alden – type connector מסוג הוא הלייזר מחבר Pמציין :Linearly Polarized Output. X :עבור2מציין = Vac 220 . 1עבור = Vac 120

בטיחות הנחיותהלייזר. אלומת לתוך ישירות להסתכל -איןהעיניים. בגובה תהיה לא הלייזר שאלומת כך הניסוי את להכין -יש

ל- בהתאמה הואSeries 1100 מודל Title 21 , U.S. Government FDA/CDRH Performance Standards, Chapter 1, Section 1040, as

applicable. This product falls into Class II , IIIa, or IIIb.This product is also in conformance with the European Laser Safety Standard IEC 825-1:1993 .

46

Model 1100 Head Specifcation

1101 / 1101P1100 Series 0.5Min. output Power633Wavelength (nm)

0.63Beam Diameter (mm,TEM00, 1/e^2 points+/-3%)1.3Beam Divergence (mrad,TEM00,+/-3%)

500:1Minimum polarization ratio (P version)730Longitudinal mode spacing (MHz)

Amplitude flactuations:0.1%Maximum noise(rms) (30Hz-10MHz) ** , *

-/+2.5%Maximum drift in respect to mean power measured over 8 hours .3%Maximum Mode Sweeping contribution

10Maximum warm-up time (minutes to 95% power)

N/ABeam pointing Stability from cold start (25˚C)(mrad) N/AAfter 15 minute warm_up(mrad)

1700Operating voltage (Vdc+/-100)4.9Operating current (mA+/-0.1)10Maximum starting voltage (KVdc)

>15,000Expecting operating lifetime(hours)2lb.Weight(laser tubes and 1100 series heads)IIIaCDRH Class (1300Series)IIIbIEC 825-1 Class(1300 Series)

הלייזר תכונות

נמוכה והתבדרות כיווניות

מונוכרומטיות

קוהרנטיות ולקורלציה להערכה ניתנים שלו שהפרמטרים לאור אחידים:הכוונה גל וחזית תדר בעל של הפאזות בין קורלציה ) קיום האור התקדמות לכיוון בניצב ובמרחב בזמן נקודה בכל בכיוון אור גל של החשמלי השדה , לרכיבX בכיוון האור גל של החשמלי השדה רכיב

Y.)

47

Newport Optical Power Meter , Model 1815-C

כללי Model 1815-C בתחום אופטי הספק מודד nw- kw

Physical Specifications

C. Connectors: Signal input BNC; Signal Output BNC

Power : 6 X 1.5 V AA batteries (Alkaline)

Battery Life: 130-180 hrs (Alkaline)

Display: 3.5 Digit, LCD

Sample Rate: 2.5 Hz

Range Switch : 6 Positions, one per decade of gain.

Compatible Detector: Newport 818-SL Low-Power Detector 0.4-1.1μm, Silicon, cylindrical with

detectable OD3 Attenuator

המודד הפעלתבלבד. המכשיר חזית בבקרי משתמשים רגילה לפעולה המכשיר. עורף בבקרי משתמשים הגלאי לכיול

Front Panel

המכשיר. להפעלתON/OFF POWER לחצן הצג. עלCalibration Factor mantissaה- ערך מאפשר: הצגתCAL לחצן

סיבובים,Trim Pot CAL ADJ 10 פוטנציומטרי בורג :Calibration Factor Mantissa Adjust מאפשר

offsetה- להקטנת השעון כוון )עם סיבוביםZERO Knob 10 פוטנציומטרי כפתור signal )

:Zero Offset Adjust over a 5 decade range מאפשר 48

המדידה. ביצוע המכשיר, לפני קריאת את מאפס הפוטנציומטר סיבוב

:Meter’s Signal Gainה- בחירת סקלות, מאפשר3, מצביםRANGE , 6 בורר ניחות, פילטר הכוללLOW POWER גלאי עם במדידה שתיקרא , הסקלה לדוגמה הסקלה תהיה

)הכחולה(. האמצעית

49

Rear Panel סיבובים,Trim Pot ACCEL ADJ 25 פוטנציומטרי בורג

.Termopile acceleration Time Constantה- שינוי מאפשר

המחוברNEWPORT לגלאי המודד , להתאמתDip Switch Bank SET-UP בוררי4 אליו.

SET-UP DIP Switch Functions

SET-Up Switch Switch Position Description

את בוחר (1, 0) 1 & 2 1 2 3 4 Low Powerה- גלאי

Semiconductor)) בוחר (0, 1) 1

High Powerה- גלאי את 0( ( Thermopile

ה- את בוחר3 calibration Factor Exponent

) מואצת תגובה בוחר4

(, או1(0) מואצת לא תגובה בוחר

50

המכשיר , חזית – Model 1815-C בקרי Range Knob

mw w μw 20 2 μw mw w mw w μw 200 200 nw μw

w Kw mw 2 20 nw μw

LOW POWER

LOW POWER W/ATTN

HIGH POWER

ZERO CAL ADJ CAL POWER

המכשיר , עורף – Model 1815-C בקרי

+3+2+10-1Cal.Factor Exp.

11

00

10LOW POWER LOW POWER w/Attn

HIGH POWER

Low power (semiconductor)1 0 X 0High power (Thermopile)

Not Accelerated 0 1 X 0High power (Thermopile)

Accelerated Adj. Reqd .

0 1 X 1

ANALOG DIP SWITCH OUTPUT ACCEL INPUT

ADJ 1 0

51

18.15

, מסוג Optical fiber Cleaver סיב- חותך של הפעלה הוראות SUMIOFCAS” FCP-22(L)- for Single Fiber

Precision Fiber Cleaver for Single Fiber כללי – 1

הבאים: האיפיונים בעל יחיד סיב לחיתוך מיועד המכשיר1.01 SPECIFICATIONS single fiber 250&900μm jacketed- הסיב סוג μm 80-150- המעטה קוטר של מהקצה במרחק להיחתך יכולmm 0.25 סיב )רקmm 12-16- הנחתך קטע אורך

מ"מ(16 עד9mm 59H 58W X 55D X- המכשיר מימדי grams 260- המכשיר משקל

0.5 ˚ האופיינית– החיתוך זוית סכין חיתוכי36,000הסכין- חיי אורך

הפעלה – 2 A ה- זרוע את הרםBare Fiber Clampה- זרוע ואתFiber Clamp. Bהמפעיל. צד לכוון ממוקמת הסכין תנועת שמסילת וודא Cה- זרוע הורדת ע"י אותו והדק המתאים לחריץ הסיב את הכנסFiber Clamp. Dה- זרוע את הורדBare Fiber Clamp. Eלסיב. מתחת להגעתו עד הסכין תנועת מסילת את הסט Fה- לחצן על לחץCleaving Buttonהסיב. חיתוך לצורך Gה- זרוע את הרםBare Fiber Clamp Hשנחתכו. הקצוות את וזרוק מהחדיץ הסיב את הסר

תחזוקה3:הבאים הצעדים גרועים, נסה נעשים החיתוך תנאי אם 3.01

Aה- של / מטה מעלה הגומי משטחי את נקהbare fiber clampהסכין קצה את ו בשימוש

באלכוהול. טבולה כותנה בפיסת Bע"י: הסכין מיקום )סובב( את שנה

.blade fixing screwה- בורג - שחרור הבא. הממוספר למיקום הסכין -הזז .blade fixing screwה- בורג את שוב -חזק

הסכין: גובה כוונון 3.02 הסכין את להרים , ניתן האפשריים המקומות12 לכל הסכין הזזת לאחר

חיתוכים לאיפשור. נוספים משומשים. סכינים מיקומי36 לאיפשור פעמיים להיעשות יכול גובה כוון הבאים: הצעדים את לבצע יש הסכין להרמת .blade height locking screwsה- ברגי את -שחרר שהקצה כךblade height adjustment screwה- בורג את סובבFIG 3ל- -בהתאם

החשוף מ"מ.5 ל- 4 בין הואbare fiber clampה- לאורך הסכין של

52

.blade height locking screwsה- ברגי את -חזק הסכין החלפת 3.03

המשומש. הסכין ואת fixing screwה- בורג את - הסר .blade fixing screwה- בורג את וחזק חדשה סכין -הכנס

53

Single Optical fiber JACKET סיב- ציפוי מסיר של הפעלה הוראותREMOVER

SUMIOFCAS” JR-22 : מסוג

הסיב. לליבת נזק גרימת ללא הסיב בקצותJacketה- ציפוי את מסירבמכשיר. הסכינים להחלפת אפשרות קיימתהמכשיר. גבי שעלGuide Markה- ע"י נקבע האופטימלי הגירוד אורך: הוא האפשרי המגורד הסיב של חיצוני קוטר

0.25mm / 0.4mm / 0.9mm- בקוטר סיב

54

ללייזר – מגן משקפיLaser Safety Glasses for NIR Diodes

Laser Vision: חב. , תוצרת משקפיים Filter type – P16 : הפילטר סוג

L3@780-790nm L4 @790-910 nm

55

mailto:L4@790-910nm

1 מס. לניסוי הכנה תרגילי? אופטי סיב בתקשורת המשמש אור ממקור הנדרשות התכונות מהו – 1

המקסימלי האור קונוס להיות צריך , ומה בסיב האור להתקדמות התנאי מהו - 2 לסיב החודר

לאורכו? ומתקדם אופטי, סיב בתוך מלאה אור להחזרת התנאי מהו-

clad n= 1.40- וcore n 1.43= בעל בסיבθc את מצא - 3 (θcהסיב לאורך שתתפשט הקרן של מקסימלית קריטית – זווית לאורך שתתפשט הקרן מעטה- של ליבה בממשק המינימלית הפגיעה - זווית

(. הסיב θc θin

core n θc θin

clad n

.∆ 2%הליבה(, ו- = )מקדם n1 1.45= מסוים בסיב -4 ?θin sin הקליטה זווית ואת N.A. את מצא ,∆השבירה- מקדמי של היחסי ההפרש באמצעותN.A. את לבטא )אפשר

ע"י המוגדר

סנל חוק לפי ∆ =

air n αc cos core n = (c α sin(90- core n = θc sin core n =θin sin N.A

המינימליתc α פגיעה זווית עבור (מתקבלתdeg90 החזרה )זוית קריטית החזרה אליה שמעבר

sin clad n = αc sin core n 90סנל: חוק לפי כלומרבלבד, פנימיות החזרות נקבל

=αc sin

= αc cos

N.A

∆ = 1ש- >> בהנחה

nclad ~ core n נקבל

?∆ב- בתלותN.A של ערכו מהי? θin sin של ערכו ומהו

.core n , clad=1.40 n 1.44= הם מדרגה בסיב הנתונים – 5: את מצא ? =N.A

56

=∆ ∆.הקליטה? זווית

6 – .NAגדול או קטן ∆ גם פרושו גדול ? NA מודים של גדול או קטן מספר יצירת פרושו גדול ?

לתקשורת? הסיב של הסרט רוחב את מגביל או מגדיל הוא האם

57

1 מס. מעבדה ראשוניות אופטיים-הכנות סיבים

מטרה הפסדים. ללא דרכו אור למעבר הסיב קצוות - הכנת .NUMERICAL APERTURE, (NA)ה- - מדידת

הסיב גאומטריית

שרוול

ליבה

מעטפת יסומןCOREה- של החזרה מקדם , בד"כ2a , והקוטרn coreכ- ( בסיב8 עדm4( בין

MODE SINGLE -ל )m50עד ל- m200( ועדMODE MULTI ( בסיב100 ( עבור1000 לנפיצויות , הכוונהMODES) הספק להעברת המשמשים גדול בקוטרCORES עם סיבים( . האור של הגל באורכי בתלות האלקטרומגנטי השדה.d , והקוטרn clכ- יסומןCLADDINGה- של החזרה מקדם

וה- COREה- CLADDINGבסיבים וסיליקט, בתוספת מזכוכית , עשויים טובה באיכות שלו.n core השבירה מקדם את להגדיל מנת עלCOREל- אי-ניקיונות

ה- פחות באיכות בסיבים עשויCOREטובה, עשויCLADDINGוה- מזכוכית מפלסטיק. נדרשים שבהם לאפליקציות רק משמשים הם ולכן גבוה הוא אלה בסיבים הניחות מקדםקצרים. תקשורת ערוצי

עשויJACKET(. ה-1000 עדm500(- של בקוטר והוא מפלסטיק בד"כ עשויJACKETה- אקרילי. חומר אוVARNISH מחומר גם להיות

אופטיים סיבים של מכניות תכונות1.2 בטכניקה הפסדים, משתמשים ללא אור למעבר הסיב קצוות הכנת לצורך

על סדק קרביד, לביצוע או יהלום בסכין שימוש כדי תוך "שבירת" הסיב של ס"מ.3כ- לאורךJACKETה- ציפוי להסרת לחץ והפעלת הסיב מעטפת גבי

לכדי להגיע ויכול מאד גדול הוא זכוכית סיבי של לשבירה תאורטית, החוזקKpsi 725כאשר( 1Kpsi=1000Pounds/sq.inch5ל- (,אוGPaכאשר(

1Pa=1Newton/sq.meter -1, וGpa=10^9Pa.) ערך שווה ,שהואMPa 50Kpsi (345–) ל להגיע יכול אופטיים סיבים של למתיחה חוזק

(.m125( של בקוטר סיב על Pound-1 של לעומס

58

( APERTURE NUMERICAL ) מספרי מפתח מדידת 1.3

אופטי סיב לתוך האור חדירת 1.3.1 סביב מעטה אופטי, קיים בסיבCOREה- דרך האור במעבר הפסדים למניעת שמקדם ( , כךJACKETנוסף, ה- מעטה ע"י המוגןCLADDING )ה- COREה- , זאתCLADDING (ncl)ה- תווך של מזה גדולCORE (ncore)ה- תווך של השבירה : כאשר רק מתקבלות מלאות והחזרות היות

ncl ncore> .והחזרה שבירה מקבלים לאחר אחד מתווך האור במעבר

>nt ni עבור

: ההחזרה חוק θt θr

θi

סנל חוק

nt ni< עבור

2 קרן של חדירה בזוית מתקבלת קריטית החזרה

1 2 3 ni nt/ θcrit = Sin nt ni

θcrit 1

3 2 ncor) השבירה למקדם– ncl ) (ncore השבירה מקדמי הפרש בין היחס את נגדיר

e: )

erocderoc nnn /()

סנל: חוק לפי

59

כאשר מתקבלת קריטית החזרה

erocderoc 1>> אם: nnn /()

ncore =ncl אזי: ו-

r

n θcrit t θ

θc -r

האור שבההאופטי( הסיב לציר )ביחס המקסימלית הזווית את מגדירהNAה-

לחדור יכולהסיב. לאורך ולהתקדם

האופטי הסיב תווך דרך המועברת האור אנרגית על אינדיקציה נותנתNAה- בסינוסni הפוגע התווך של השבירה מקדם של מכפלה ע"י מתקבלת והיא: המקסימלית האור זווית

: היא המקורבת הנוסחא

erocn ה- במרכז השבירה מקדם הואCORE. היחסי ההפרשי השבירה מקדם הוא .erocderoc nnn /()

.= (1 >> ) 0.01 בעל הואMulti-Mode לדוגמא, סיב .NA=0.2 ,מתקבלncore 1.46= שבהם סיליקט סיבי עבור ל- ,ועדMulti-Mode בסיבי0.3 עד0.2 ל- Single-Mode בסיבי0.1 בין נעיםNA ערכי

בסיבי0.5 Large Core. מתקדמת גל חזית ע"י לתיאור הסיב, ניתן לייזר( לתוך אור )ממקור האור מהלך

.Z בכוון.Z לציר בניצב אחידה בצורה מתקדמת הגל חזית הסיב בקירבת הזווית ואת לסיב הנכנסת האור אנרגיית את למדוד ניתן האור כניסת זווית בשינוי

. NA המקסימלית שהוא האופטי הסיב חריר לקוטר ביחס בהרבה , גדול - מ"מ1, כ האלומה )קוטר

(.m100- כ

60

לביצוע הוראות 1.4 Multi-Mode מסוג הסיב קצוות הכנת 1.4.1

צדדיו. משני מתיחה ע"י הסיב את ושבור היהלום סכין בעזרת בסיב סדק - עשה סכין ידי על הסיב גרוד ע"י החיצוניתJACKETה- משיכבת ס"מ2.5- כ - הסר

חדה בזווית הנטויההתקדמות. לכוון ביחס

הסיב קצות את ,והנח הסיב אורך ליתרת "חלק" ביחס שהוכן שהמשטח - בדוק שהכנת החתוך למיקרוסקופ( )המחובר המחשב מסך ע"ג לקבל מנת על למיקרוסקופ מתחת

הסיב קצות אתהסיב. לתוך האור אנרגיית במהלך להפסדים שיגרמו פגמים שאין לוודא מנת על מוגדלת בצורה

NA ה- מדידת 1.5 למדידה הכנות 1.5.1 בעזרת לשולחןHeNe model U-1301 1mw =6.33 מסוג הלייזר מקור את קבע ¼ מתאימים.20- וברגיMOUNT model 807ה-

.Short Rod model 41 – ה גבי על340c Clamp modelה- את הנח הכח ספק בין הכבל שלו, ואת הכח לספק הלייזר ראש בין ההזנה כבל את - חבר

.V220 לשקע

שלו. הכוח ספק גבי על )מפתח( המותקן Switchה- סיבוב ע"י הלייזר את - הפעל

.mount and the 340c Clamp 807 ה- באמצעות ייעשה הלייזר של מרחבי - כוונון

שקרן כך השולחן גבי על Rotation Stage RSX2הסיבוב, ה- טבלת את - חבר. RSX 2- ה גבי שעל המרכזי החור דרך תעבור מהלייזר האור

.8-32בורג בעזרתRSX2ה- גבי על MPH-1 Micro-Series Post Holderה- את - הרכב.MPH-1 ה גבי עלMSP-1 Micro-Series Postה- את - הנח

לעיל, כאשר שתואר כפי מוכנות אופטי, כשהקצוות סיב של מטר2כ- - הכןהסיב מחזיק

FPH-Sמה- כחלק , באFiber Positioner FP-1. .S-FPH ל הסיב של אחד קצה - הכנס

.- 1FP ה של כוונון ע"י הסיב קצות את - מרכז.STAGE ROTATIONה- סיבוב כדי תוך הסיב דרך הלייזר קרן מהלך את - בדוק .S-FPH ל הסיב של השני הקצה - הכנס. - 1FP ה של כוונון ע"י הסיב קצות את - מרכז

DETECTOR ה- חיבור 1.5.2.1010 יהיה המכשיר של הכיול דו"ח ע"פ המכשיר בגב Tumble-Switchesה- - כיוונון ע"ג1.899 של פקטור קריאת מכתיב המכשיר שבחוברת ההיענות - עקום

התצוגה.– ה מול המכוןן מתאיםHOLDER גבי על המותקןDETECTORה- ראש את - חבר

FPH-Sה- ליחידת , ומחוברMETER model 815 POWER היוצאת האור שקרן , כך.DETECTORב- האןפטי, פוגעת מהסיב

את לקזז מנת עלMETER POWERה- קריאות את ורשום הלייזר אלומת את - נתקהניסוי. בזמן המכשיר של מהקריאות הנמדד הרקע אור

כפתור באמצעות המדידות בתחילת לאיפוס ניתןMETER POWERה- - מכשיר האיפוס

המכשיר. ע"ג

האופטי הסיב ביציאת המתקבל האור הספק מדידת 1.5.3 הלייזר, קרן של הפגיעה בזווית בתלות POWER METERה- קריאות את - מדוד

האור. פגיעת זווית של ושלילי חיובי סיבוב תוך

61

Numericalה- לקבלת גרף ע"ג הפגיעה בזווית בתלות המכשיר קריאות את - העלה Aperture.

NA ה- של מקורבת מדידה תווך דרך המועברת האור אנרגית על אינדיקציה , הנותנתNAה- של גסה - הערכה

הסיב גבי על הלייזר אור מהקרנת המתקבלW הכתם רוחב מדידת ע"י ניתנת האופטי

מסךבנוסחה: ושימוש האור ממקורL מרחק המרוחק

SCREEN LASER

spot W L

2 מס. לניסוי הכנה תרגיליאורך. ליחידת לניחות כלל בדרך נתיחס ולכן הסיב אורך עם גדל הערה: -הניחות

מקבלים , כלומרPin מ- קטןPoutש- , פירושה )-( כתוצאה הסימן -קבלת ניחות.

מתקבל ובמוצאוPin=10μw בהספק אור מ' מצומד100 שאורכו סיב במבוא – 1Pout=9μw.

. dB/kmב- הניחות את מצא

מ'10 שאורכו לסיב המבוא מהספק3%ש- , מצאו הבליעה הפסדי חישוב בעת – 2 ע"י נבלעו–

של אחד ,ואטוםH, מימן של אחד אטום המכיל יון הואOH . ) הידרוקסילOH יוני .O)חמצן,

. dB/kmב- הההפסדים את מצא

- הוא שלו הניחות , ומקדם ק"מ10 שאורכו בסיב משתמשים תקשורת במערכת– 3dB/km2.5.

?400μw הוא המבוא הספק המוצא, כאשר הספק יהיה מה יהיה מהdB10 הוא הקו לאורך וההפסדיםdBm10 הוא לסיב החודר האור הספק אם– 4

ההספק (mwב- וכןdBm)ב- מהסיב האור ביציאת אור להספק ביחסdBב- להפסד הכוונה , כאשרdBm ביחידות מבטאים ההספק את) .1mw) של

לתוך החודר האור הספק להיות צריך מה18dB של הוא הקו לאורך הניחות אם– 5 על הסיב

? dBm 7 הסיב ביציאת שנקבל מנת

62

2 מס. מעבדה אופטיים בסיבים ניחות

מטרה 2.0 . Multi-Mode מסוג אופטי סיב של אורך ליחידת הניחות מדידתהניחות. אופטי, על בסיב האור והתקדמות חדירת מסלול השפעת בדיקת.Absorbtion Medium)) אופטי בסיב הניחות למדידתBACK -CUTשיטת

הקדמה 2.1 האור באנרגיית ניחות מקבלים(Absorption Medium) תווך דרך מועבר האור כאשרSpatialמ- בד"כ הנובע Absorptionוכן שבזמן מהעובדה הנובעים חום מהפסדי אותו. ומחמם בסיב נבלע מהאנרגיה חלק האור מעבר

האור פילוג של יציב מוד Stable Mode Distribution אופטי בסיב והתקדמותו האור אנרגית התפשטות של מצב הוא לקילומטרים(. להגיע יכול הסיב ) אורך

ופיתולים )לכיפופיםהסיב של לאורנטציה רגיש שאינו התפשטות מצב לדמות מנת על ,Mode Scramblingב- בשימוש להשגה שניתנת Mode Filtering של בטכניקה בו(, משתמשים

.Model FM-1 (Mode Scrambler) מתקן באמצעות הסיב לאורך כיפופים עושים שבוה- מצב ע"י המוגדר האור פילוג את לדמות מאפשרת הכיפופים תוצאת

Stable Mode Distribution .Mode Scramblingבעלי בסיבים אנרגיה( גם של )בליעה ניחות של מדידות מאפשר

יחסית. קצר אורך

הסיב ניחות מדידת2.2 נופלIrradiance,ה- Absorption Medium דרך עובר האור כאשר

.לפי: אקספוננציאלית .Z במרחקIrradianceה- את מבטא .Z=0 בנקודהIrradianceה- את מבטא Γב- )הבליעה( מבוטא ניחות מקדםKM/DB .ל- תשתנה והנוסחא10 לבסיס להתמרה ניתןe הבסיס Z.בק"מ Γב- ניחות מקדםKM/DB. בתווך התקדמותו אחרי בסיב שנותרה האור אנרגית הוא למדידה החיוני הפרמטר

מרחק.Absorption Mediumב- הבליעה ,או הסיב ניחות את למדוד נתון, וניתן

63

הניחות למדידת BACK - CUT שיטת את ומודדים ארוך סיב דרך ראשון בשלב הלייזר אלומת את מעבירים זו בשיטה תגובה עם בדטקטור שימוש )תוך הסיב של הרחוק )ההספק( בקצה האור נפיצת את שוב מינימלי, מודדים לאורך הסיב חיתוך לאחר שני ליניארית(, ובשלב הוא שנמדד שההפסד להבטיח מנת על המקוצר: זאת הסיב בקצה האור אנרגיית לסיב. מצומד האור כשמקור שנגרם ההפסד ולא בלבד הסיב הפסד

CUTBACK בשיטת הניחות למדידת הציוד חיבורי סכימת

2)Cutback and Measure Fiber output Power Pf Detector

Laser Mode

1)Measure Fiber Spool Scrambler Coupler Output Power Pf

: ע"י מבוטאת הסיב דרך האור העברת Tבסיב המועברת האור – אנרגיית Pf – Output Power Pi Input Power– ע"י מבוטאיםdBב- ההפסדים

של אור להספק ביחסdBב- להפסד כשהכוונהdBm ביחידות מבטאים ההספק את 1mw,

: לדוגמא .0.1mw , הוא10dBm- של הספק mw 1.259 , הואdBm 1 של הספק mw 1.585 , הואdBm 2 של הספק של הם הקו לאורך וההפסדיםdBm 3(mw 2) של הוא לסיב החודר האור הספק אם

3dB , : 0dBm הספק הקו בקצה נקבל אזי ל- הספק הפסד, מןביל50% עם 2mw של מבוא שהספק לומר מקוצרת דרך זוהי

1mw של מוצא של הם הקו לאורך וההפסדיםdBm 10( mw 10) של הוא לסיב החודר האור הספק אם dB 1.5הספק הקו בקצה נקבל , אזי dBm 4.9 : להספק ,מוביל הפסד70% עםmw 10 של מבוא שהספק לומר מקוצרת דרך זוהי

3mw של מוצא Z הסיב באורךL ההפסד חלוקת ע"י מתקבל הניחות - מקדם

)תוצאה הסיב באורך הניחות מקדם של מכפלה ע"י ( מתקבלdB)ב- הכולל הניחות לוגריתמית

בסיב(. הפסד עבור

64

מעשיות בעיות2.3 (HI Lossגבוהים, ) הפסדים עם בסיבים בבדיקות היטב פועלתCutBack Methodה-

( .100 עד10 )dB/Km גודל בסדר הואΓכשה- יותר. בעיתיות(LO Loss) נמוכים הפסדים עם בסיבים הניחות מדידות

שהקטנת פחות, כך או 1dB/km של גודל בסדר הפסד בעל הוא גבוהה באיכות סיב. 20%בכ- היותר לכל ההפסדים להקטנת תגרום1Kmב- הסיב אורך

, שונים קרינה במודי אור אלומת לסיב חודרת אזיOverfilled הוא הסיב כאשרנמוך. מסדר שהם הקרינה למודי ביחס יותר מונחתים גבוה, ואשר מסדר שהם

מסדר קרינה במודי אור אלומת לסיב חודרת , אזיUnderfilled הוא הסיב כאשרנמוכים. יותר ההפסדים ולכן נמוך

שלNAמה- גדול האור מקור שלNA , כשה- Overfilled שהוא הסיב על )אומריםהסיב. ליבת מרדיוס גדול האור אלומת ,ורדיוס הסיב הסיב, ורדיוס שלNAמה- קטן האור מקור שלNA , כשה- Underfilled הוא הסיב

הסיב(. ליבת מרדיוס קטן האור אלומת

של מצב ליצור הוא הניחות על לסיב האור חדירת מסלול השפעת לבעית הפתרוןStable Mode Distribution”לסיב. האור חדירת " עם

ב- שמוש קצר, ע"י אורך בעל בסיב גם להשגה ניתנת זה במצב האור נפיצתMode Scramblingלסיב. האור חדירת לאחר מיד המודים בין צימוד המאפשר

שהאור , כך כיפופו תוך הסיב על לחץ הפעלת ע"י מתקבל זה מוד לתוך המצומד

על הוא הניחות הסיב, כשאופיין ביציאת גבוה מסדר מכופף- הוא סיב התאור פי

הבא:

( LOG (P

סיב לתוך האור של שונים חדירה בתנאי ניחות אופיוני השוואת Underfilled Launch

Stable Distribution

Overfilled Launch Distance Z

של- מצבCutBack methodה- בשיטת יוצרMode Scambling ה-Stable mode Distributionהקו. ניחות , למדידת

65

לביצוע הוראות 2.41מס. במעבדה שבוצע כפיm500 באורךFiber Spoolה- קצוות את הכן2.4.1

with a 100μm Core and 140μm OD . F-MLD-500- מסוג הוא זה בניסוי )הסיב ה- (, לתוךJACKETה- משיכבת מגורד )כשהוא הסיב של האחד קצה את השחל FPH-S Holderה- על אותו והנחFiber Positioner FP.

הסיב(- מחזיק מול )ומכוון מתאים Holder גבי על המותקןDetectorה- ראש את חברPH-S ההספק , למודד -Power Meter Model 815.

ה- על אותו והנחFPH-S Holderה- לתוך הסיב של השני קצה את השחל Fiber Positioner FPהסיב ביציאת האור אנרגיית את למדוד יהיה שניתן ,כך

.HeNe הלייזר ממקור המגיע האור לצימוד הוא F-916 Fiber Coupleב- השימוש2.4.2ה- ציר לאורך זוהרת שהאלומה כך הלייזר אור ואת Couplerה- את כוונן

F-916 Fiber Couple. .F-916 ה ביחידת20X Microscope Objective העדשה את הרכב Fiberה- “ (לתוךJACKETה- משיכבת מגורד ))כשהוא השני הסיב קצה את חבר

Chuck.F-916Couplerשב- לסיב. הלייזר אור של מקסימלית אנרגיה כניסת לקבלת הסיב את בזהירות כוונן

לפני הלייזר קרן של במסלול שממוקם Microscope Slide glassב- כך לצורך השתמש על מיקוד הסיב. בצע קצה מחזית פרנל החזרי את לקבל מנת על וזאתF-916 ה-

z adjustment) הכפתור כוונון בעזרת הסיב קצות מירכוז ע"י המתקבלים פרנל החזריknob)ה- , ע"ג Fiber Positionner , FP.

ה- עדשת של המוקד במישור נמצא הסיב קצה אזי ממוקדים ההחזרים כאשר20X Microscope Objectiveה , ביחידת F-916.

.Couplerל- המחובר הסיב לקצה קרוב ,במקוםMode Scrambling FM-1ה- את מקם2.4.3 מרווח את להגדיל מנת עלC.C.W , בכווןFM-1ה- גבי על הכפתור את סובב2.4.4

לוחותהאופטי. הסיב את מניחים שביניהם הממשק לא הסיב שלJACKETה- ששיכבת כך הפתוחות הממשק לוחות בין הסיב את הנח

C.W הכפתור את סובב מכן הלחיצה(, ולאחר בזמן עליו להגן )ע"מ הוסרהבסיב. נוגעים שהם למצב עד הלוחות לסגירת

המשך מכן הסיב, ולאחר של הרחוק מהקצה היוצא האור נפיצת על הסתכל2.4.5 את לסובב

הסיב. על לוחצות שהלוחות למצב עדCW הכפתור שהכיפופים הסיב, ככל של הרחוק בקצה היוצא האור בנפיצת שינויים וודא

)והעיוותים( גדלים. בסיב מהלייזר האור ואלומת היות : זאתUnderfilling מסוג תהיה לסיב בכניסה האור נפיצת קטנה. פתיחה בזווית מרוכזת אלומה היא לסיב החודרת ,Stable Mode Distributionל- מתאימה הסיב ביציאת האור נפיצת כאשר ייגרמו ואז ,היות יציבה אור נפיצת להשגת לנדרש מעבר נוספים בכיפופים צורך אין מיותרים. הפסדים

קריאות בעזרת הסיב של הרחוק מהקצה היוצאת האור אנרגית את מדוד 2.4.6ה- ממכשיר

.Power Meter Model 815הגלגל גבי על הרשום הסיב של האמיתי האורך את וודא . שלו

ה- משיכבת מגורד וכשהואMode Scamblerה- לאחר2mכ- הסיב את חתוך2.4.7 JACKET

המקוצר. הסיב בקצה שקבלת האור יציאת את ומדוד

66

שתתקבל )תוצאהSpoolה- גבי על הרשום לניחות והשווה הסיב ניחות את חשב 2.4.8 גבוהה

מהרשום(. במקצת

67

3 מס. לניסוי נספח Single-Mode Step Index ל- Multi-Mode Step Index Fiber בין השוואה

Fiber

Multi-Mode Step Index Fiber PCS-Plastic Clade Silica Fiberק"מ.5 עד של סיב לאורכי , טוב . Cladding ( (100 μm to 970 μmל- ביחס יותר גדול coreה- קוטר-

המתקדמות האור קרני ע"י מיוצגים גבוה מסדר הסיב, המודים לאורך האור -בהתפשטות הפיכת , תוךCladdingב- להיבלע נוטה )ושחלקןCladdingב- והחזרה פגיעה עקב לחום(. המתבזבזת האנרגיה יותר. רב אורך ליחידת וההחזרות הפגיעות מספר כך יותר גבוה מסדר שהמוד ככל

מפיזור הכניסה, הסובל לפולס ביחס בהרבה מונחתMulti-Mode בסיב היציאה -פולס לאורך שונים מסלולים שעברו הקרנים מכל מורכב (, והוא(Time Dispersion בזמן Coreה- במרכז שעוברת קרן ל ביחס בזמן פיזור תוך הסיב והקרניים הסיב לאורך המתפשטות השונות הקרניים כל בין מתפצל הכניסה פולס

בין שונים ובמסלולים השני את אחד החוצים במסלולים הנעות ופוגעות המוחזרותזמן. פרק באותו הסיב לקצה מגיעים שאינם ליציאה, כך הכניסה

Refraction Dispersion Input Output Higher-Order Index Pulse Pulse

Mode Profile

n2

n1

Multi-Mode Step Index Fiber

Mode Low-Order

68

Single-Mode Step Index Fiber . Premises Data Comm . )מ- )להבדיל ק"מ100 עד מורחבLAN אוWANב- ל- שימוש מתאים

מאד. גבוה נתונים העברת וקצב ביותר הנמוכים ההפסדים בעל והוא ביותר הגבוהה איכות בעל -הסיב .10 פי גודל - בסדרCladding ( μm 125)ל- ביחס יותר (, קטןμm 10 עדμm) 4הליבה קוטר )נפיצה( בזמן- דיספרסיה , ובפחות מעל רק נעשית הסיב לאורך האור אנרגית התפשטות (Less Time Dispersion )מסוג בסיב סרט כלומר, רוחב Single-Mode יותר גדול (GHz50 עד GHz 100) . הליבה במרכז העוברות הקרניים ביותר)רק הנמוך מהסדר במוד , מתפשט לליבה החודר -האור

ללאהליבה. מרכז לאורך ישירות -החזרות(, ומתקדם

חום בצורת אנרגיה הפסדי אין , ולכן גבוה מסדר במודים הסיב לתוך אנרגיה כניסת אין .Claddingב- בליעה ע"י

Refraction Input Output Index Pulse Pulse Profile n2

n1

Single-Mode Step Index Fiber

בזמן. דיספרסיה ומעט נמוך ניחות על מצביעה הכניסה לפולס היציאה פולס בין השוואה

בתאור מובאת אופטי סיב במערכת נתונים העברת על בזמן והדיספרסיה הניחות של ההשפעההבא:

Transmission Parameters

Attenuation

1 0 0 0 1 1 0 1 0 1

Time Dispersion

1 1 1 1 0 1

בלבד, אחד במוד ( תהיהSingle Mode Fiber) אןפני חד מדרגה בסיב האור שהתפשטות להראות ניתן מקיים שבה לנקודה עד הליבה קוטר או, הקטנתΔ ההפרשי השבירה מקדם הקטנת ע"י וזאת

פרמטר: Normalized Wavenumberה- הסיב. לאורך מתפשט יחיד מוד רק , שעבורו2.4>

69

: Normalized Wavenumber שבו הגל אורך ועבור , היות Cut-off wavelengthה- נקרא2.4= המודים כל שבו גדל, נקבל הקרינה של הגל , כשאורך של ספציפית מכפלההסיב. לאורך יתפשט יחיד מוד , ורקCut-off)) ייעלמו גבוה מסדר

(. של אחרת מכפלה מייצג של ערך )כל= Free Space Wavenumberה- הוא=

aהליבה. קוטר הוא NAמספרי. ,מפתח

האלקטרו-מגנטי לשדה הגל משוואת ע"י לתיאור ניתנים הסיב לאורך המתפשטים המודיםצילינדריות, מהצורה: בקואורדינטות

( . rad/sec) ב- . Hzב- הלינארית התדירות

(. /length unit rad) ההתפשטות מקדם הוא . z=0 ומיקוםt=0 בזמן האמפליטודה לקבלת הפאזה קבוע הוא qמס. שלם. הוא

z

r

אופטי בסיב המודים עבור הצירים מערכת

.z ציר על הגל התפשטות וקטור של היטל הוא (2= ) ההתפשטות וקטור של האמפליטודה את נותן בווקאום. האור של הגל אורך הוא אופטי בסיב נמוך מסדר מודים

0n HE11

TE01

TM01

5 4 3 2 1 (1-Δ) 0n

אופטי. סיב של נתונה אור, בקונפיגורציה של שונהλ גל אורך מייצג כל (.Single-Mode Fiber הוא- HE11 המוד את רק המעביר ) סיב

בסיב להגיע הגל(,ניתן ואורך הסיב )מימדי הסיב עשוי ממנו החומר של מתאימה בחירה באמצעות

מתאים אופני החד הסיב ( , לכן מאשר ) פחות ביותר קטנה לנפיצה אופני חד להעברת

מאד. גבוה בקצב נתונים [.הן: ] הנפיצה יחידות

70

( Time Dispersion ) האור נפיצת

הסיב. לאורך בהתפשטותו האור פולס התרחבות של לתופעה ( מיוחסתDispersion) הנפיצהאופטי. סיב במערכת הסרט רוחב להגבלת העקרי הגורם זהו

הסיב בגאומטרית שמקורה נפיצה ע"י מוגבל הסרט רוחבSingle -Mode Fiber מסוג אופטי בסיב(.Waveguide ונפיצת חומרית )נפיצה עשוי הוא ממנו ובחומר

נפיצה סוגי 3 קימים Modal /

Material / Waveguide/

מודלית נפיצה.מודלית לנפיצה , גורמיםMulti- Mode Fiber האור, בסיב קרני של שונים אופטיים מסלול אורכיבסיב. המתפשטים המודים בין החבורה במהירויות השוני ע"י מוגבל הסרט רוחב

הסיב, והיא של הליבה עשויה ממנו החומר ע"י נתרמת ברובה חומרית נפיצה כתוצאה נגרמת

.Waveguide Materialב- המתפשטת האור אנרגיית של גל אורכי של השונה מההשהייה ע"י נתונה החומרית הנפיצה עקב ההתפשטות בזמן ההרחבההתמסורת(. קו מרחק ליחידת גל אורך )ליחידת ( . ( = BW ע"י נתון ההרחבה , לבין BW האיפנון סרט רוחב בין הקשר

Aהמקלט קבועהחומרית הנפיצה זמן קבוע

נבחנת חומרית נפיצהגדולה, או שהיא המקור של/ λ ספקטרלית - בהרחבה

/ f / BW >> λהאיפנון( : מרוחב מאד.)קטן קטו המקור רוחב - כאשר

בסיב הליבה ייצור כחומר משמש מאד, לכן נמוכה חומרית - נפיצהfused silica לחומראופטי.

מסוג הסיב ובמעטה בליבה האור מהתפשטות כתוצאה נגרמת Waveguide נפיצתSingle Mode Fiber .

התדר. של , כפונקציהWaveguideב- ההתפשטות מקדם של לינארי הלא באופי מקורה זו נפיצההחומרית. הנפיצה של מזו אחד גודל בסדר נמוכהWaveguideב- הנפיצה של תרומתה

המצורפים בדפים השונות הדיספרסיות של גרפים ראה

71

הסיב מקצה Z0 במרחק האור נפיצת מדידת

הסיב, ( שלFar Field Distribution)ה- הרחוק באזור האור נפיצת מדידת ה- בעזרת מדידות ע"י הסיב, מתבצעת מקצהZ0 במרחק מתחילFar Fieldה- כאשר

Power Meter .Detector ל- ביחס הסיב וזווית מיקום של כפונקציה הסיב ביציאת

D. הקרינה עקום של גאוסי קירוב ) הלייזר מקור שלλהגל, לאורך מאד, בהשוואה גדול הואCOREה- קוטר שבהם בסיבים

nm633 λ=,) האור קרן ע"י המיוצג ביותר הנמוך מהסדר למוד גאוסי קרינה עקום מתקבל

המתפשטת. הסיב ליבת מרכז לאורך

I(0) האלומה. במרכז הקרינה - עוצמת

r 0האלומה שבמרכז / מזו1 היא הקרינה עוצמת שבו האלומה רדיוס

הליבה ממרכז למרחק ביחס גאוסית אלומה של קרינה עקום

rצינור הסיב

a r0

I(0) I

מנת על אוביקטיב בעדשת , משתמשיםSINGLE MODE מסוג לתווך האור צימוד לצורך את למקד

לנקודה. הלייזר אלומת אלומת , וקוטרf=8.3mmהעדשה: של המוקד רוחק נתוני פי על מתקבלSpot size , dfה- קוטר

d הלייזר: ע"י נתון האובייקטיב, והוא עדשת של האחורי הפוקאלי במישור

האוביקטיב. לעדשת מהלייזר והמרחקmrad 1.3 שהיא הלייזר סטיית ע"פ מתקבל

(= mm0.63) ביציאה הלייזר אלומת קוטר הוא Z האובייקטיב. לעדשת הלייזר בין המרחק הוא

Θהאלומה סטיית היא (1.3 mrad) d d0

θ Z

74

3 מס. מעבדה

SINGLE MODE מסוג סיבים

הניסוי מטרות - 1 .Single Mode מסוג סיבים תכונות הכרת-

, Single Modeמסוג- סיב שלμm4 בקוטרCORE לתוך לייזר אלומת צימוד -הסיב, שלFar Field Distributionה- האור נפיצת מדידת - הסיב: מקצהZ0 במרחק מתחילFar Fieldה- כאשר

וזווית מיקום של כפונקציה הסיב ביציאתPower Meterה- בעזרת )מדידות (.Detector ל- ביחס הסיב

שלFar Field Distributionה- גרף לפיI(0) המקסימלי היציאה הספק - מציאת. θ בזווית בתלות הסיב

טוב כמדדFar Field Distributionה- גרף ע"פ המקורב הגאוסי העקום - מציאתהסיב. במיקום בתלות האור אנרגית התפשטות להערכת

התאורטי. למודל בהתאמה התוצאות הערכת -

לניסוי הקדמה -2 – מסוג סיבים של תכונות למספר התיחסו הראשונים הניסויים שני

Multi-Modeהתפשטות מסלול של במונחים לתיאור בקלות הניתנים במספר נעשית האור אנרגית הסיב, כשהתקדמות לאורך האור אנרגית

רב גדול(. Coreה- שקוטר )בסיבים התפשטות מודי של במספר נעשית האור אנרגית יחסית, התקדמות קטןCoreה- שקוטר בסיבים

המותרים. המודים את לתאר נידרש יחיד( שלגביהם )מוד מודים של קטן ע"י לתיאור ניתן אופטי בסיב המתקדם הגל אופייני של מפורט תאור

המותרים המודים ידיעת המחייב )דבר גלילי לסיב מקסוול משוואותבסיב. הגל להתקדמות

חשיבות שיש להסיק ניתן המותרים המודים עבור מקסוול משוואות בפתרון הסיכ שלV-number ה באמצעות בסיב, וזאת המתקדם הגל לאיפיון מרובה

: המכפלה ע"י המוגדר ) ה- החופשי בחלל הגל וקטור את מגדיר

Free Space Wavenumber.) aהליבה. רדיוס הוא

Vהשדה של להתקדמות האפשריים המודים את המאפיין פרמטר הוא או שונה סיב קונפיגורצית מייצגV-number בסיב.כל האלקטרומגנטי האור. של שונה גל אורך

Single-Mode מסוג סיבים הםV<2.405 של ערך בעלי סיביםבגלבו להתפשט יכול11HE מוד שכן, רק

האפשרי המוד שבוCut-Off wavelength ,λc נקראV=2.405 שעבורוλה-יותר, ייקטע. גבוה מסדר

(Single-Modeמסוג- )סיבμm4 בקוטר ליבה עםSV-F מסוג לסיב(,NA=0.11 )הnm HeNe, 633 לייזר ממקור אור מעבירים שדרכו

ערך בעלי סיבים של התחום בתוך הנמצאV=2.19 ערך מהחישוב מתקבל .SINGLE MODE מסוג כסיבים שמוגדריםV<2.405 של

הקרינה עקום של גאוסי קירוב הגל לאורך מאד, בהשוואה גדול הוא הליבה קוטר שבהם בסיבים מהסדר לאופן גאוסי קרינה עקום (, מתקבל=nm633 λ) הלייזר מקור של . הסיב ליבת מרכז לאורך המתפשטת האור קרן ע"י המיוצג ביותר הנמוך

75

I(0) האלומה. במרכז הקרינה , עוצמת r0 האלומה. שבמרכז מזו היא הקרינה עוצמת שבו האלומה רדיוס

הליבה ממרכז למרחק ביחס גאוסית אלומה של קרינה עקום

r

a r0

I(0 I

-a

האור של ה- ג , כאשר גאוסי למוד מאד קרוב הוא סיב שלHE11 מוד

V עבורו גבוה, שכן מסדר הבא האופן שלCut-off (V= 2.4)ה- לערך קרוב.V = 2.405מ- במקצת קטן

76

. SINGLE MODE מסוג לסיב אור צימוד,SINGLE MODE מסוג סיב לתוך האור של מקסימלית בהחדרה קושי קיים

לתאם גם הפוגעת, דרוש לאלומה הסיב של עדין לכיוונון ובנוסף היות את

בסיב. המתפשט המותר במוד הגל עם הפוגע האלקטרומגנטי הגל התפשטות ע"י להערכה ניתןStep Index Fiber עם בסיב11HE מוד של פרופיל

ערכי של רוחב במחצית שלו הגאוסית ההרחבה : הנוסחא ע"י המתקבלת

והאור הליבה מקוטר10%בכ- גדול הגאוסי האור ,כתםV= 2.405 עבור לדוגמא . של כתם לגודל הסיב של הרחוק בקצה ימוקד בסיב הפוגע

V-number ב , האופטית האלומה קוטר , Mode Field Diameter (MFD) ה- תלות (μm)

5 4.5

4 .53

3 2.5

2 1.5

1 1 1.5 2 2.5 3 V-number

0.5

(MFDאותו הליבה, ומחליף מקוטר גדול .)כפרמטר

λ) הגדלת )עם קטןVש- נתון, ככל ברדיוס סיב שעבור להראות ניתן גדל. האור כתם אזי הסיב. לתוך פחות המוד, מתכנס של האלקטרומגנטי , השדהλ הגדלת עם , הקטעון של הגל שאורך כך מתוכנניםSINGLE MODE מסוג שסיבים הסיבה זוהי בסיב המתפשט האור שלλמה- מדי רחוק אינו (. לסיב החודר הגל מאורך90% עד80%כ- יהיהλc של גודל )סדר

77

הניסוי לביצוע הוראות -3 SINGLE MODE מסוג סיב לתוך לייזר אלומת צימוד של אופטימיזציה - 3.1

(Newportחב. של20m באורךS.M. F-SV מסוג μm 4/125 )סיב

V-number,ה- לחישובCharacteristic Waveguide Parameter של בנוסחה (- השתמש1 .SV -F (NA=0.11) מסוג בסיב λ=633nm, עבור V= 2.19 קבלת וודא

ע"י הניתנת של מרחבי רוחב מחצית עם גאוסי בפילוג השתמשה- עבור בסיב המוד כתם גודל את לקבל מנת לעיל, על של הנוסחא

V-number2הכתם= שקוטר : וודא שקבלת= .

בעדשת , משתמשיםSINGLE MODE מסוג סיב האור צימוד (- לצורך2 לנקודה. הלייזר אלומת את למקד מנת על אוביקטיב

,f=8.3mm המוקד רוחק נתוני פי על מתקבל, הכתם קוטר

האובייקטיב: עדשת של האחורי המוקדי במישור הלייזר אלומת קוטר mrad 1.3 שהוא הלייזר של הזוויתי המפתח ע"פ מתקבל והמרחק: האוביקטיב לאורך מהלייזר

(= mm0.63) ביציאה הלייזר אלומת קוטר הוא Zהאובייקטיב. לעדשת הלייזר בין המרחק הוא(mrad 1.3) האלומה סטיית היא

הצימוד ,אזי2 =ש- ( הראו2( ו- 1 בסעיפים שהחישובים (- בהנחה3 בסיב. הליבה למרכז ממוקדת הנכנסת כשהאלומה יתקבל האופטימלי

המצמד בין המרחק שינוי ע"י להתכוונן חיב ערכו אזי2w0 אם-916 Coupler להגדלת גורמת מהאוביקטיב הלייזר של , והלייזר. הרחקה

. הלייזר אלומת של סטיה , עקב האלומה קוטר

מחוברת,20X אוביקטיב עדשת עםF-916 Coupler וה- הלייזר את (- הרכב4 האוביקטיב. עדשת לציר מקבילה תהיה הלייזר שאלומת כך

האחורי המוקד שמישור כך והאוביקטיבfiber positionerה- את למקם יש להטייה. המשמשת הפלטפורמה מוט מעל מכוון יהיה שלו

העדשה. ½ מחזית“ נמצא האוביקטיב של המוקד מישור

78

למערכת. לחיבור הסיב קצוות את והכן2mכ- באורךF-SV מהסיב קטע (- חתוך5 .F-916 Couplerשב- הסיב למחזיק הסיב של אחד קצה חבר הלייזר אלומת במסלול שתמוקם מיקרוסקופ של נושא בזכוכית השתמשהסיב. קצה מחזית פרנל החזרי לקבל מנת עלF-916 Couplerה- לפני עדשת של המוקד מישור לתוך הסיב של הרחוק הקצה את הבא

על : זאתF-916 Couplerה- שלFP-1 Positionerה- סיבוב ע"י האוביקטיב הלייזר ואלומת במקצת יתוקן הסיב כיוונון שלZה- שרכיב להבטיח מנת

הרחוק. הסיב בקצה תופיע

,F-916 Coupler ה- של ההטיה רוכב שעל הכפתורים בעזרת הסיב את (- מרכז6 הסיב. לתוך הלייזר אלומת של מקסימלי צימוד לקבלת

: Power Meterה- באמצעות במוצא האות את מדודהסיב של הרחוק לקצה הלייזר ממוצא הכולל שההפסד וודא

סבירה, תוצאה הפסד(: זו50% )3dB של גודל מסדר הוא הפסד2dB( 37%.)מ- אפילו הקטנים להפסדים להגיע וניתן

הקרינה עקום של גאוסי קירוב - 3.2.1 בניסוי כמוRSX - 2 הסיבוב מתקן על הסיב של הרחוק הקצה את ( מקם1

(.FIG-3.7ב- מתואר הנסיוני )החיבור הסיב של הרחוק בקצה האור אנרגית מדידת היא זה בניסוי המטרה הסיב. מקצהZ0 במרחק מתחיל הרחוק השדה הרחוק(, כאשר השדה )פילוג

אנרגית התפשטות על משפיע " אינו0מ-" שונה ליבה שקוטר האזור הוא הרחוק האזור האור.

=0.041mm" ברוחב אנכי חריץ ע"י Detectorה- ראש את (- מסך2 הסיב. של הרחוק מהקצה מס. אינטשים במרחק ממוקם Detector)ה- בצמוד אחד המודבקים גילוח סכיני2ב- האנכי, השתמש החריץ ליצירת

הגלאי ראש הגלאי מיסוך . 1mm- ביניהם כשהמרווח לשני

גילוח סכיני מ"מ1

האור אנרגית את למדוד ניתן הסיבוב מתקן ע"י הסיב קצה סיבוב (- עם3 . הגלאי ע"י הנקלטת

לגלאי. ביחס הסיב מיקום של כפונקציה הנקלטת האנרגיה את מדוד מנת שלילי, על ובכוון חיובי בכוון הסיבוב מתקן ע"י הסיב קצה את סובבהזוויתי. בכוון שגיאות לקזז

79

,θ בזווית בתלות הסיב של הרחוק השדה פילוג גרף את (- צייר4 הבא: כבציור גאוסי גרף לקבל מנת על

Newport חב. של נסיוניות תוצאות על המבוסס השוואתי גרף Output

Power 10

8

6

4

2 2

0 8 6 4 2 0- 2- 4- 6- 8

(deg )θ

,I(0) המקסימלי המוצא הספק את מצא שקבלת הנתונים פי - על .I(0/) הוא המוצא הספק שלגביהם הנקודות את - מצא .θ0 היא האלה, שמחציתו הנקודות2 בין הכולל הרוחב את - מדוד שמדדת. הנתונים בעזרת הגאוסי העקום את צייר הגרף אותו - על בנוסחא: - השתמש

.ro את מחליףr , θ0 את מחליףθ כאשר עבור הגאוסי הקירוב נכונות את והערך שקבלת העקומות2 בין - השווה

שלו.λוה- זה סיב מסוג השבירה מקדם פרופיל בעלי הםMODE SINGLE מסוג הסיבים רוב Step Index:לכן ,הסיב, לקצה , קרוב המיקום של כפונקציה למדידה הניתן הקרוב השדה פילוג ,יהיו הסיב מקצה רחוק הזווית של כפונקציה למדידה הניתן הרחוק השדה ופילוג בכיול. השינוי עם בשני אחד מוחלפים - θ)/NA r & a & ( Sinכאשר- צורה אותה בעלי

הסיב. מוצא של הרחוק השדה בפילוג הסתכלות ע"י הגאוסי הקירוב את לבחון ניתן הסיב. במיקום בתלות האור אנרגית התפשטות להערכת טוב מדד הוא הגאוסי הקירוב

80

F 916 אופטי מצמד בעזרת Single Mode מסוג סיב לתוך האור צימוד

–F 916ה- ציר לאורך זוהרת הלייזר שאלומת כך הלייזר ואת המצמד את לכוון יש– 1.

.20X האובייקטיב עדשת את - הרכב2

(. המחזיק )לתוך במצמד המתאים למקום הסיב קצה את הכנס - 3

)השתמש הסיב לתוך הפוגעת האור אלומת להגדלת הסיב את בזהירות כוונן -4המד-הספק(. בתוצאות

מנת הלייזר, על קרן מיקרוסקופ( במסלול של נושא )זכוכית זכוכית בפיסת - השתמש5 רכיב שינוי פרנל, ע"י החזרי אלומת את הסיב, ומקד מקצה פרנל החזרי את לקבל הסיב( מחזיק עלZ כפתור )סיבוב הסיב מיקום שלZה-

עדשת של המוקד במישור נמצאת הסיב קצה חזית אזי ממוקדים פרנל החזרי - כאשר6האוביקטיב.

81

4 מס. לניסוי נספחכללי

.Single Mode מסוג סיב נקראHE11 המוד רק מתפשט שבו סיבלדוגמא:

.NA=0.11 ו- μm4 של ליבה קוטר בעל הואNewport F-Sv הסיב: למשוואה אלה ערכים נציב אם

aהליבה רדיוס הוא Kה- את מגדירFree Space Wavenumber.

= 633nm עבור V=2.19: נקבל

1>> חלש, שבו גלבו צימוד של המקרה עבור erocderoc nnn /()

Single Mode מסוג בסיבHE11 המוד את לייצג בקירוב(, ניתן ncore ~ncl )שמשמעותו

ע"י ומאופיינים ליניארית ,המקוטביםLP Modes, mn(Linear- Polarization ) מודים שני מציינים: שני

mמס. ה את נותן - nodes( האזימוטליים )הזוויתיים. או האפסיםnמס. ה את הנותן - nodes( הרדיאליים )המופיעים. האפסים

מסך. על המוארת הסיב ביציאת המופיעות תצורות ע"י לזיהוי ניתנים הנ"ל המודים בהירים אזורים בהן ומופיעים האלומה למרכז ביחס סימטריות האלה התצורות

כהים. אזורים ע"י המופרדים

אפס מסדר " הראשון0ה-" מופיע שבו )הערך במקצתV-number >2.405 עם בסיב. LP11 - וLP01 הם הסיב לאורך להתפשטות המותרים בסל( המודים בפונקציית

המודים בסל( ,גם פונקצית של " הראשון0ל-" )בהתאמהV-number 3.832= עם בסיב

LP02 -ו LP21הסיב. לאורך להתפשט מותרים ליניארית המקוטבים

עםMulti Mode בסיב הפוגעת הכניסה אלומת של והזווית המיקום את נשנה אםVnumber הסיב. ביציאת נוספים ייחודיים מקוטבים מודים נקבל נמוך, אזי

82

האור קיטובההתפשטות ולוקטור לשני אחד הניצבים וקטורים הם והמגנטי החשמלי השדה רכיבי האור, ידוע(. מסלול לאורך , ושכיוונו הוא שלוZה- )שרכיב השדה )כיוון המגנטי השדה כיוון את לזהות יהיה , ניתן החשמלי השדה כיוון סמך על הגל(. קיטוב את מגדיר החשמלי

הם אלה אקראי. מקורות באופן משתנה האור , קיטוב רגילים אור במקורות (.Randomly Polarized) אקראית מקוטבים

E האלקטרומגנטי השדה רכיבי

Propagation Direction

λ / K= 2 H החשמלי השדה , וקטור ליניארית, כלומר מקוטב הלייזר מקור בחלל. קבוע כיוון על שומר

Ex

לינארי קיטוב

Ey ניתן וקטור הוא האלקטרומגנטית הקרינה של החשמלי והשדה היות קרטזית. צירים במערכת מרכיביו את לתאר

, אזי פאזה להפרש המתורגמת הוקטור רכיבי שני בין בזמן השהייה קיימת כאשרנוספות: קיטוב צורות נקבל

, הואEy & Ex הקיטוב רכיבי שני בין בזמן ההפרש לדוגמה, כאשר. יהיה הרכיבים שני בין הפאזה הפרש ¼(, אזיλ) ¼ מחזור

אליפטי. במסלול , ישתנהEy & Ex של וקטורי סכום שהוא החשמלי השדה וקטורEx

אליפטי קיטוב

Ey

מעגלי קיטוב

Ex שווים הקיטוב רכיבי שני שבו הפרטי במקרה מעגלית. מקוטב יהיה האור גל , אזי ביניהם הפאזה והפרש

Ey

83

,לקבלת אותו אופטי, או, לערבל בסיב המתפשט האור קיטוב את לשמר ניתן האור. של אקראי קיטוב . הכיוונים לכל , מפוזר אקראית המקוטב שאור פיזיקלית תופעה קימת

הקיטוב וקטור בכיוון מפוזר ממנו מזערי חלק , רק -לינארית מקוטב כשהאור הקיטוב. לכיוון הניצב במישור מפוזר האור ורוב

( Dipole ) לינארית מקוטב שדה ע"י האור פיזור

הקיטוב ציר לאורך פיזור אין ,Dipoleה- לכיוון-ב חזק מתפזר האור - בכיוון כלל מתפזר אינו אולם . החשמלי השדה וקטור

במישור האור של חזק פיזור הקיטוב לציר הניצב

הקיטוב כיוון

HE11 המוד של הקיטוב לחלוטין, רכיבי סימטרי מעגלי חתך בעל בסיב בעלי והם הסיב, היות לאורך מהירות באותה לשני(, נעים אחד מאונכיםLP01 )מודי . התפשטות מקדם אותו

האיטי הציר הליבה(, אזי של אליפטי )חתך סימטרי מעגלי שאינו חתך בעל בסיב בהתאמה, ורכיבי שלה והקטן הגדול הציר לאורך נמצאים האליפסה של והמהיר . הסיב לאורך שונות במהירויות שונים, נעים התפשטות מקדמי בעלי שהם הקיטוב . מכוון מתכנון כתוצאה בייצור, או מפגם כתוצאה בד"כ מתקבל הליבה של אליפטי חתך לאסימטריות הגורם הסיב ליבת על חיצוני לחץ אזורי בונים קיטוב משמר לכן, בסיב הכפולה השבירה תופעת הקיטוב, לקבלת לרכיבי שונים התפשטות מקדמי היא שתוצאתה . (Birefringence) בסיב

הסיב ליבת אזורי קיטוב משמר סיב של חתך

לחץ

, לחלוטין סימטרי מעגלי חתך בעל אינו הסיב אם .(Birefringentic) כפולה בשבירה סיב ייקרא הוא ההתפשטות מקדמי בין , ההפרש הסיב ( לתוךEy & Ex ליניאריים רכיבים )בעל האור בחדירת ))האור התפשטות עם מחזורי באופן להשתנות לקיטוב , גורם הקיטוב רכיבי תנועת שלהמרחק( . )עם הסיב לאורך

ליניארית. מקוטב האור , אזי בפאזה נמצאים האור של הקיטוב רכיבי2 כאשר

הופך הקיטוב , אזי בפאזה שונים הלינאריים , כשרכיביו הסיב לאורך מתפשט כשהאור . של פאזה בהפרש וחזרה לאליפטי מליניארי

84

ליניארית המקוטב האור את , ומחדיריםאמפליטודה באותה הם האור של הקיטוב רכיבי שני כאשר , לליניארי בחזרה ושוב למעגלי לאליפטי מלינארי הופך הקיטוב האופטי, אזי לציר ביחס בזווית הלינארי. הקיטוב של המקורי למישור ביחס בזווית שהוא במישור הסיב. כל לאורך נמשך הזה הקיטובים סדר

Beat Length) הפעימה מרחק נקרא כל מחזורי באופן מסתובב הקיטוב שבו Lp המרחק ( של

: , ע"יn=nslow-nfast הסיב של הכפולה לשבירה מיוחס הסיב, והוא () Lp=2/

λ0 /(n) 2* =() כאשר:

האור פיזור של בתופעה צפייה לאורך משתנה הלינארי הקיטוב כיוון שבו אופטי בסיב ויזואלית להיראות יכולBeat Lengthה-

הסיב,הסיב. של המהיר לציר ביחס45˚ בזוית הקיטוב , כשכוון הנראה באור בלייזר בשימוש זאת

משתנה ההסתכלות זווית למקסימום, כאשר מאפס משתנה לינארית המקוטב אור של הפיזורלאורך

לו. ובניצב הקיטוב כיוון בניצב החוצה המתפזרת האור כמות כפולה,אזי שבירה בעל שהוא סיב לאורך מתקדם שהאור ככל

נקודה. בכל הקיטוב למצב בהתאם משתנה ההתקדמות לכיוון

הקיטוב השתנות לעיל, נקבל שתוארו אור, בתנאיםF-SPV קיטוב שומר סיב לתוך נחדיר כאשרוחזרה. למעגלי מליניארי

)תלוי יותר חזק או יותר חלש הוא המתפזר ליניארי, האור הוא הקיטוב שבהם בנקודות מקרה בכלמעגלי. קיטוב של במקומות ההסתכלות(, מאשר בכיוון

הפעימה. מרחק את לקבל המתפזר, ניתן האור שינויי של הנוצרים המרווחים של מדידה ע"י

S W

S

W

S W

S

W S

הסיב לאורך ההתפשטות עם משתנה לינארית המקוטב האור כיוון שבו בסיב האור פיזור

Sהקיטוב. לכיוון ניצב ההסתכלות וכיוון היות חזק פיזור מייצג Wהקיטוב. כיוון לאורך הוא ההסתכלות וכיוון היות חלש פיזור מייצג

85

4 מס' מעבדה SINGLE MODE מסוג סיבים

הניסוי מטרות 4.1 V-number < 2.405 עם סיבים - הכרת

המותרים (, והמודים2.405מ- במקצת גדול גבולי, אוV-number עם )וכן הסיב. לאורך להתפשטות אופנים של לתצורות בהשוואה לקבל שניתן Near Field Imagesה- כאן: ( המופיעיםPatterns of Linearly Polarized Modes) לינארית מקוטבים Irradiance Pattern of Some Low Order Linearly Polarized modes

רכיבי לחלוטין, ששני סימטריים ( שאינםBirenfringent Fibers) סיבים - הכרת

אליפטי(. שלהםCORE )שה- שונים התפשטות מקדמי בעלי שלהם הקיטוב של הקטעים בין )המרחק הקיטוב מצבי השתנות שלL המרווח - מדידת

הפעימה מרחק ע"י הסיב( המוגדר לאורך המתקבלים וחושך אור

לניסוי הקדמה 4.2

)גבולי( V-number > 2.405 אופייני פרמטר עם סיב 4.2.1 הסיב, לאורך להתפשט יכולHE11 מוד רק>V-number 2.405 עם בסיב לינארית , המקוטב-LP01 Linearly Polarized Mode עם להחליפו וניתן פרמטרים: שני ע" ע"י ומאופיין mמס. ה- את המבטא azimutal nodesהחשמלי. השדה בנפיצת המופיעים nתצורות ע"י לזיהוי הניתנות הראדיליות מס. הנקודות את המבטא , (( Patternsומציגות האלומה למרכז ביחס סימטריות הסיב, שהן ביציאת חושך. אזורי ע"י המופרדים אור אזורי אנכי קיטוב עםLP11 מודי שני מכיל נמוך מסדרHE11 המודm>0 עבור לשני. ביחס אחד

הסיב לאורך להתפשט יכולים אחרים מודים גםV-number 2.405< עם בסיב לעיל. המופיעים אלו כמו

, שיתפשט לינארית המקוטב הראשון המוד=V-number 2.405 עם סיב .LP11 - הוא בסיב LP01 , LP11 המודים , רק2.405 מהערך במקצת הגדולV-number עם בסיב

הסיב. לאורך להתפשטות מותרים לינארית המקוטביםLP02 & LP21 המודים גםV-number 3.832= עם בסיב

הסיב. לאורך להתפשט מותרים המיקום שינוי ע"י מתאים, נעשיתV-number עם בסיב הנ"ל המודים קבלתהסיב. לתוך ,המוקרנת המתאים גל באורך הלייזר אלומת של והזווית

השדה נפיצת את ולזהות הסיב ביציאת הקרוב השדה את לקבל ניתן כן כמומהמודים. אחד כל של

86

של ליבה רדיוס בעל הואSingle Mode) )מסוגNewport שלSS-F סיב 4 m -0.11 ו=NA-וה , V-numberהמכפלה ע"י מוגדר :

Kה- את מגדירFree Space Wavenumber.

=V-number 2.13: של תוצאה , מתקבלתnm1300 של גל באורך.=V-number 4.39: של תוצאה ,מתקבלתnm633 של גל ובאורך

לקבלתnm 633 של גל אורך עםHeNe מסוג הלייזר באלומת נשתמש זו במעבדה .LP10, LP11, LP21, LP02 : הבאים ליניארית המקוטבים המודים

אופטיים בסיבים האור קיטוב4.2.1 תופעת בהם מתקיימת ולכן רוחב גלי הם במהותם אלקטרומגנטיים גלים

הקיטוב המאונך במישור שהתנודות בעוד מסוים במישור האור תנודות של )העברהלמישור

מוחזרות(. או נבלעות זה ע"י לתיאור הניתןHE11 הואSingle Mode מסוג בסיב המתפשט המוד

קומבינציה ומתפשטים לשני ביחס אחד אנכית המקוטבים לינאריים רכיבים2 של

האופטיים. מהצירים אחד כל לאורך אנכית המקוטבים הרכיבים , שני לחלוטין סימטריים שהם עגולים בסיבים

נעיםזהה. התפשטות מקדם להם ויש בסיב שווה במהירות

מקדמי בין וההפרש שונה יהיה ההתפשטות מקדם שונות במהירויות לקיטובים גורם והוא הסיב של הכפולה השבירה נקרא ההתפשטות

עם מחזורי באופן להשתנותהכולל. הסיב לאורך המרחק אורך נקראº360 כל מחזורי באופן משתנה הקיטוב שבו Lp המרחק של הפעימה

ע"י הסיב של הכפולה לשבירה מיוחס והוא הסיב Lp=2/

, כשכוון הנראה באור בלייזר בשימוש להבחנה ניתן הפעימה אורך º45 בזוית הקיטוב

הראשי. לציר ביחסהתנודה. לאורך0 שהיא דיפול קרינת פולטים פיזור מרכזי

הוא כשקו- הראיה בסיב הפיזור יתגלה לא לינארית מקוטב כשהאור.Lp של ישירה מדידה שמאפשר התנודה: דבר ציר לאורך

87

הניסוי לביצוע הוראות 4.3 SS - F ( ( LP02,LP21 ,LP11 ,LP01 האופטי הסיב מודי קבלת 4.3.1

F-SS-20m , 8/125μm Fiber)מסוג: )סיב

הניסוי: לצורך מטר2כ- באורךSS-F הסיב קצוות את ( הכן1 מתיחה ע"י הסיב את וחתוך שברשותך היהלום סכין בעזרת בסיב סדק בצע . השבר צידי משני כימי בממיס הסיב טבילת ע"י החיצונית השרוול משיכבת ס"מ2.5- כ - הסר

(Methylene Chloride) מתאים הסיב קצות את ,והנח הסיב אורך ליתרת "חלק" ביחס שהוכן שהמשטח -בדוק

)המחובר המחשב מסך ע"ג לקבל מנת על למיקרוסקופ מתחת שהכנת החתוך שיגרמו פגמים שאין לוודא מנת על הסיב קצות הגדלת למיקרוסקופ( את הסיב. לתוך האור קרן במהלך להפסדים

ה- ( לתוך השרוול משיכבת מגורד ))כשהוא הקרוב הסיב קצה את ( חבר2 F-916 Coupler 20 האובייקטיב עדשת את ., הכוללX.מורכבת -

של מקסימלית חדירה ,לקבלת F-916 Coupler ה- על הסיב את בזהירות כוונן . F-916 ה ביחידתObjective ה- עדשת דרך הלייזר אור

ה- (, לתוך השרוול משיכבת מגורד )כשהוא הסיב של הרחוק הקצה את ( השחל3 FPH-S Holderה- על אותו והנחFiber Positionner FP.

אותו , וחבר2PM-MH העדשה מחזיק לתוך40X האובייקטיב עדשת את ( הכנס4 מטר.3כ- של במרחק הקיר מול ( לשולחן2PM-MH )את )ביציאה(, הסיב של הרחוק בקצה המתקבל האור כתם את להקרין שניתן וודא מהסיב. סביר במרחק מסך ע"ג

F-916 Coupler ב- Y-X שינוי ע"י השדה נפיצת של המוקרן הכתם את ( בדוק5 הסיב. לתוך הפוגעת הלייזר לקרן ביחס הסיב ומיקום הזווית להסחת

: לקבל הקרוב, שניתן השדה , תדמיות האור כתמי את ( שרטט6 של שהםקומבינציה ( , ואלה טהורים LPim להיות )שאמורות התבניות את זהה (.LPim מודי יותר או שניים

88

( Beat Length ) ה- הפעימה אורך מדידת 4.3.2 F-SPV-10m , Polar Preserve SM Fiber)מסוג: )סיב

הניסוי: להתקן חיבורו , לפניF-SPV הסיב קצוות שני את ( הכן1 כימי בממיס הסיב טבילת ע"י החיצוניתJACKETה- משיכבת ס"מ2.5- כ הסר (.Methylen Chloride) מתאים

הלייזר: אלומת של הקיטוב כוון ( וודא2 הלייזר של הקיטוב ציר לבדיקתFK-POL Sheet Polarizerבפיסת- השתמש הקיטוב(. לציון חץ מסומן הפיסה )על באיטיות: אותו וסובב הלייזר אלומת לפניFK-POL Sheet Polarizerה- את העמד

Sheetה- שעל החץ בכוון יהיה הקיטוב מישור מקסימלי הוא האור כתם כאשר Polarizer.

להצגת הסיב מושחל שבו ציר עלFPH-S chuckה- כפתור את ( הרכב3 בניסוי. הסיב של90º- ו 0º ה- מצבי Polarization Preserve Fiberה- של הקרוב הקצה לתוך הלייזר אלומת את כוון .3 בניסוי ( כמוCoupler ב- F-SPVה- )סיב

ליד המסך ( מולChuck)ה- הסיב מחזיק לתוך הסיב של הרחוק הקצה את (הרכב4 למצבי הסיב ציר סיבוב תוך המסך על הכתם את להציג יהיה שניתן כך הקיר .90º- ו 0º ה- יהיו המינימלי והכתם המקסימלי שהכתם כך הסיב את סובב הסיב. של הסיבוב ציר שעל הכפתור סקלת על90º- ו 0º ב- הסיבוב. לציר מכן לאחר הכפתור את חזק

º45ב- אותו .ומקםF-916ל- אותו (, והכנסChuck)ה- הסיב ממחזיק הסיב את ( הוצא5 שהלייזר. הקיטוב למישור ביחס

של מקסימלי לצימוד ודאג לתוכו תחדור הלייזר שאלומת מנת על הסיב את ( כוונן6 הסיב. לתוך הלייזר אנרגיית

בזכוכית , והשתמש הסיב אורך של אמצעי בקטע השרוול שיכבת את ( הסר7 מגדלת

הסיב(. לאורך וחושך אור בסיב: )קטעי פעימות , לקכלת חשוך )כשהחדר /Beats. Lp=2ה- אורך את מדוד

של הכפולה השבירה שנקרא ההתפשטות מקדמי בין ההפרש את ( חשב8 הסיב..2) / * ( λn = nהאיטי: לציר המהיר הציר בין השבירה מקדם הפרש את חשב

הקיטוב למישור האופטי הסיב צירי את משנים כאשר קורה מה ( הסתכל9 לתוצאות. איכותי תיאור הלייזר: תן קרן של

Sheet Polarizer ה- של הקיטוב ציר חישוב deg56 של בזווית ומביטים זכוכית ב-פיסת פוגעת האור אלומת כאשר יהיה הקיטוב כוון , אזי המוחזרת האלומה על הזכוכית למשטח )ביחס הקיטוב : משטח הזכוכית למשטח מקביל

deg56

הקיטוב כוון

משט זכוכית ח

מקביל האופטי הציר , כאשר המקטב דרך במבט מקסימלית תהיה ההארה הקיטוב. למישור מאונך הוא כאשר הקיטוב, ומינימלית למישור

89

5 מס. לניסוי נספח אופטיים לסיבים אור מקורות

LED רכיבי אופטי,כדוגמת סיב לתוך אור לצימוד ויעילים נוחים מס' מקורות קיימיםאור. הפולטות מוליך חצי דיודות שהם אי-נקיונות של זעירות כמויות הוחדרו שבו גליום- ארסניד הוא מוליך החצי חומר

המוליכות. להגברתחורים. או אלקטרונים הם החשמלי הזרם נושאי

הם החורים שבו , והחומרn-type מסוג הוא הרוב נושאי הם האלקטרונים שבו החומר .p-type מסוג הוא הרוב נושאי

השני. ליד אחד מיוצריםp-type ו-n-type של חלקים כאשר מתקבלת הדיודההדיודה. צומת נקרא ביניהם המפריד המישור

Current LED מוליך- חצי דיודת מבנה

n-type Eliptical beam pn-junc.

Polarization Direction p-type

תוצאה היא שלה אור, שהקרינה פולטת , היא הדיודה צומת על מופעל מתח כאשר. וחורים האלקטרונים של מהרקומבינציה

בדיודה שהתאחו אלקטרונים/חורים למספר יחסית תהיה הנפלטת האור כמותבדיודה(. העובר לזרם )יחסילינארי. הואLED- דיודת של הזרם עקום האלקטרונים של האנרגיות בהבדלי , תלויLEDמה- הנפלטת הקרינה של הגל אורך

.p-typeה- בחומר החורים של לאלה ,ביחסn-typeה- בחומרלייזר. מקורות של לזה ביחס רחב הוא הקרינה של הזוויתי המפתח

(LED לדיודת זהה , )באופן, Current Injection Laser Diode (ILD) לייזר בדיודתממנה. אור לפליטת זרם, הגורם לתוכה לדיודה, מוזרק מתח אספקת ע"י

ILD ו- LED דיודות של P-I אופיין

Power ILD

LED

AMP I Threshold

90

5מס. מעבדה מוליך חצי קרינה מקור צימוד

אופטי , לסיבLED ו- ILD דיודת מסוג הניסוי מטרת 1 הסיב( )משדר מוליך חצי מקורות תכונות הכרת1.1 Injection Laser Diode,ILD מדיודת הנפלטת האור אנרגית בצימוד התנסות 1.2

אופטי. סיב לתוך –Light Emitted Diode , LEDומדיודת .pitch Graded Index (GRIN) rod lens-0.29ב- בשימוש יבוצע הצימוד ,λ=780nm של גל באורך אדומה אינפרה קרינת פולטתILDה- דיודת .λ=830nm של גל באורך קרינה פולטתLEDה- דיודת

לניסוי הקדמה.2 האור מקורות סוגי2.1

עוצמות של מרחבי פילוג בעל אור הפולט מקור למברטי, הוא אור מקור2.1.1 . LED , ה כדוגמת -COS (θ) מטיפוס

ארסניד גליום הוא מוליך החצי כאשר אור פולטת מוליך חצי צומת דיודת המוליכות. להגברת אי-נקיונות של קטנות כמויות הוכנסו שבו

,והחומרn type מסוג הוא הרוב נושאי הם האלקטרונים שבה בדיודה החומרביניהם. ממוקמת ,והצומתp type מסוג הוא הרוב נושאי הם החורים שבו

היא שהקרינה אור ופולטת מוליכה , היא הצומת על מופעל מתח מפל כאשרוחורים. אלקטרונים של מהרקומבינציה תוצאה

דרך העובר )ליניארית( לזרם מתכונתית היאLEDמ- הנפלטת האור כמות של האנרגיות בהבדלי תלוי הנפלטת הקרינה של הגל , אורך הדיודה

.p type בחומר החורים של לאלהn type בחומר האלקטרונים. לייזר מקורות של לזה ביחס גדול השידור מפתח

צר תחום לתוך רק אור הפולט מקור ( הוא(Collimated מכונס אור מקור2.1.2.ILD ודיודתHeNe לייזר מקור , כדוגמת שלו הפנים לשטח בניצב זויות של .LEDה- מדיודת יותר מורכבILDה- דיודת מבנה היא המקור הארת של הזויתי המפתח לקבלת הנוסחא2.1.3

θ < θ maxהפליטה למשטח לאנך ביחס הדיודה של הפליטה זוית ,

mעבור הכיווניות מקדם , Diffused Source m=1, m=20 - Collimated Source . m=20 0 ועבור

30 15 45 הקרינה עקום 60 פולריות בקוארורדינטות

75 90

m=1 INTENSITY

91

(3dB) ההספק חצי בנקודות הספקטרלי התחום המשודר. האות של הסרט רוחב את כולל העקום. תחת השטח הוא הדיודות ע"י המופק ההספק

Power LED 40nm for operation of 850 nm ILD עבור

80nm for operation of 1300 nmILD 1nm for operation of 850 nm LED עבור

{ 3nm for operation of 1310 nm (nm)

הסיב לתןך שידור כמקור האור מדיודות הדרישות 2.1.4

הסיב. לגודל בהשוואה קטן פיסי גודל (.m to 100 8( בקוטר סיב חתך לתוך האור אנרגית של קטנה חדירה זוית . הסיב לתוך מהדיודות האור בצימוד גבוהה יעילות הסיב: בקצה מספקת אנרגיה לקבל גבוה אור הספק נמוך קוארנטי, בהספק לא אור פולטותLED דיודות גבוה. קוהרנטי, בהספק אור פולטותILD דיודות

LED מול ILD יתרונות יותר: גבוהות במהירויות מודולציה יותר. מהיר בקצב נתונים , להעברת במשדר שימוש יותר. גבוה אופטי הספק מייצר הסיב. לתוך יותר גבוהה צימוד יעליות בעל האור. אנרגיית של יותר צרה אלומה

ILD מול LED יתרונות יותר גבוהה פעולה אמינות יותר. טובה לינאריות יותר. נמוך מחיר

האופטי הסיב לתוך דיודות של הצימוד יעילות2.2הסיב שלNAב- תלויה הסיב לתוך לצימוד שניתנת האור אנרגיית כמות הכניסה(. אלומת קונוס )זווית שלהם הפליטה זוית קונוס אשר המקורות לאותם ייגרמו צימוד הפסדי הסיב. שלNAה- ע"י המוגדר מזה גדול האנרגיה מקור אל הסיב קצה חיבור ע"י מתקבלBUTT מסוג צימוד מרכזות. עדשות מערכת (,ללא )הדיודה

הוא: מהמקור הנפלט להספק הסיב ע"י המתקבל האור הספק בין היחס

(αשל השבירה מקדם פרופיל את מציין .)הסיב האור כמות מקבל השבירה מקדם שלParabolic Graded Index פרופילזאת(. מבטאα α : / 2 )הפקטורStep Index מפרופיל יותר גדולה(,Step Index = ∞) αל- אוGraded Index (α =2 )ל- הצימוד יעילות

המקור. שלm הכיווניות מקדם עם , וגדלהNA לריבוע מתכונתית

92

יהיהdBב- הצימוד הפסד Loss (dB)

12 10 8

m=1 m=10 m=20 6 4 2

Fiber NA 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1

GRIN rod lens ב- בשימוש צימוד 2.3 ולאחר מתפזרת היא לליבה חודרת קרניים , כשאלומתGraded Index בסיב

הליבה. ציר את מחדש וחוצה מתמקדת מכן הסיב(. בהמשך בנקודה מחדש ממוקדות המתפצלות )הקרניים

n

pitch of the Fiber נקרא אחד סינוס מסלול לעבור לקרן שלוקח המרחקהפרש יחס את המבטא : שאורכו

Step פרופיל עם בסיב מאשר יותר קצר הקרניים )מסלול השבירה מקדמי Index.)

pitch of the Fiber מה- 0.25 של לאורך הנחתךParabolic Graded Index סיב עוברת והאלומה , היותGRIN lens עדשת של ביותר הטובה הבחירה הוא

אחד. סינוסואידלי ¼ מחזור בדיוק

אלומת את לרכז , ניתןpitch GRIN lens-0.25 עדשת מול אופטי סיב הצבת ע"י. העדשה של השני , בצידה לנקודה האור

שבירה מקדם מ"מ, עם3 עד1 בקוטר מזכוכית העדשה Quadratic gradient constant =

0.25 Pitch lens

93

אלומת את למקד , ניתןpitch GRIN lens-0.29 עדשת מול אופטי סיב הצבת ע"י. הליבה למרכז האור

n0 1.599= בעלת שנשתמש העדשה mm 1 /

0.29 Pitch lens

Lens source Fiber end

F-925 GRIN-Rod Lens Coupler

(mm )ב- 1I העבודה מרחק בין היחס את נותנת הבאה הטבלהM להגדלה האור את הקולט לסיב (מהעדשהmm )ב- I2לעדשה, ו- מהמקור

.=830nm ב-pitch GRIN lens-0.29 עדשה הדמות(,עבור )גודל

. 830nm = ב- pitch GRIN lens - 0.29 עדשה עבור , וההגדלה עבודה מרחקי

מהמקור מרחק – לסיב מהעדשה מרחק I 2 האלומה - הגדלתלעדשה

1.963.330.501312.051.000.981.421.50.781.022.0

deg 15 של התכנסות קונוס בעלת היא אופיינית לייזר דיודת הדיודה. לצומת ניצב ההספק, בכוון חצי הזווית( בנקודות )מחצית

SIN(θ)=0.4 תהיה הגאוסית האלומה יציאת של נקודת מכאן היא2 של הגדלה , הרי0.2 הואmulti-mode מסוג סיב שלNAוה- היות

הלייזר. דיודת של האור לצימוד אופטימליתלהשיג נוכל לא , ולכן מ"מ2 של מפתח גודל בעלת היא שבשימוש הלייזר דיודת

.2 של הגדלה. pitch-0.29 ,עםGRIN lens בעדשת בשימוש 4dBשל ניחות הפסד תהיה התוצאה

94

הניסוי ביצוע .3 ראשוניות הוראות 3.1

לעין. תחדור לא היוצאת שאלומה לדאוג וישIR התקני הם הדיודה רכיבי במיפתח יעבור35μw של אופטי מהספק יותר שלא מכתיבות התקן דרישות מהמקור. ס"מ20 במרחק מ"מ7 בקוטר בדרישות עמידה על המעידותFK-DRV מה הכיול תוויות את להסיר אין Class I US Federal Laser Safety Requirements. המסופק.FK-DRVה- מעגל עם רק תופעל , FK-ILD הדיודה

Injection Laser Diode ה- נתוני מדידת 3.2 האלומה( האלומה/סטיית בזרם/קיטוב/רוחב בתלות יציאה )הספק

על להתקינה שיש Threaded Plate על מורכב , FK-ILD הדיודה ( מכלול1 והרכבהCA-1 Clamp ו- SP-2 posts בשני להשתמש . )ישMH-2PM מחזיק (.1B בסיס על

.OFF במצב הדיודה כשספקFK-DRV לקופסת התחברות בצע(2.Driverה- למעגלILD הדיודה את חבר

: Output ILD monitorה- לפיני מתח מד חבר.ILDה- דרך הזרם על אינדיקציה נותן אלה נקודות ע"פ הנמדד המתח

ma 100 של היא הדיודה דרך הזרם . מגבלת70mv/1ma – הוא הכיול (.ma 65 הוא אופיני )זרם עוברים אם הדיודה לשריפת לגרום יכולma 50 של סף שזרם לב לשים יש הזרם. מגבלת את

הלייזר, דיודת חלון מולPower Meter 815ל- המחובר הגלאי את ( הצב3 .ma 65 הרכיב עבור האופייני הנקוב לערך הדיודה זרם את והגדל .ma 65 של זרם עבור היציאה הספק של תוצאות קח

ערכו. את בהדרגה הגדל מכן ולאחר0ל- הדיודה דרך הזרם את ( הקטן4 .ma 65לערך עד הדיודה בזרם בתלות היציאה הספק את רשום

מתחילת ההספק עלית אזור את והפרד גרף ע"ג התוצאות את ( הצג5 הדיודה. של הסף זרם את הצג שמדדת התוצאות הלזירה. ע"פ

יציאת על הסתכלות המאפשר F-IRC1 IR Phosphor כרטיס את ( העמד6 הדיודה. של הפנים לשטח ביחס הנפלטת האלומה רוחב את ומדוד הדיודה האלומה סטיית את חשב מהדיודה המרחק ועל התוצאה על בהסתמך .15degX30deg של היצרן להגדרת בהשוואה

את לקבל מנת , על מהדיודה היציאה אלומת מול הקיטוב גליון את (הצב7 היציאה. של הקיטוב מישור

אופטי סיב לתוך Injection Laser Diode ה- צימוד 3.3 ה- של V-Grooveה- לתוךpitch GRIN lens-0.29ה- עדשת את ( הצב1

GRIN rod lens coupler F-925ה- לכיוון מ"מ1 תבלוט שהעדשה , כךILD.לתוך הדיודה יציאת את וצמדFP-1ל- המגורדF-MLD הסיב קצה את הכנס

.GRIN rod lens עדשת דרך הסיב שנמסר ההספק בין הצימוד הפסד את והערך לסיב הדיודה מוצא את ( כוונן2

שנמדד.ILDה- יציאת להספק לסיב לעדשה. האפשר ככל קרוב יהיה הדיודה כשחלון יתקבל טוב צימוד , הואF-MLD וסיב שבניסוי LT020MC הלייזר דיודת עם המוערך ההפסד .4dBכ- של

הרכיבים. ניתוק לפני מהמעגל הדיודה את " . נתק0ל- " הדיודה זרם את ( הקטן3

95

Light Emitting Diode ה- נתוני מדידת 3.4האלומה( האלומה/סטיית בזרם/קיטוב/רוחב בתלות יציאה )הספק

מחזיק על להתקינה שיש Threaded Plate על מורכב , FK-LED הדיודה ( מכלול1 MH-2PMיש( בשני להשתמש SP-2 posts -ו CA-1 Clamp1 בסיס על והרכבהB.)

.OFF במצב הדיודה כשספקFK-DRV לקופסת התחברות ( בצע2 .Driverה- למעגלLED הדיודה את חבר :LED monitor Outputה- לפיני מתח מד חבר .LEDה- דרך הזרם על אינדיקציה נותן אלה נקודות ע"פ הנמדד המתח ma 120 של היא הדיודה דרך הזרם . מגבלת50mv/1ma – הוא הכיול (.ma 100 הוא אופיני )זרם

הלייזר, דיודת חלון מולPower Meter 815ל- המחובר הגלאי את ( הצב3 .ma 100 הרכיב עבור האופייני הנקוב לערך הדיודה זרם את והגדל .ma 100 של זרם עבור היציאה הספק של תוצאות קח

ma110 ל עד בהדרגה הגדל מכן ולאחר0ל- הדיודה דרך הזרם את ( הקטן4 האופטימלי(. הערך מעל10%) .ma 110לערך עד הדיודה בזרם בתלות היציאה הספק את רשום

. גרף ע"ג התוצאות את ( הצג5 יציאת על הסתכלות המאפשר F-IRC1 IR Phosphor כרטיס את ( העמד6

.ILDה- ליציאת ביחס הנפלטת האלומה רוחב את ומדוד הדיודה מנת , על מהדיודה היציאה אלומת מול Polarizing Sheetה- את ( הצב7

מקוטבת. אינה שהאלומה לוודא

אופטי סיב לתוך Light Emitted Diode ה- צימוד 3.5 ה- של V-Grooveה- לתוךpitch GRIN lens-0.29ה- עדשת את ( הצב1

GRIN rod lens coupler F-925ה- בכיוון מ"מ1 תבלוט שהעדשה , כך LEDהסיב קצה את . הכנס F-MLDל- המגורדFP-1יציאת את וצמד .GRIN rod lens עדשת דרך הסיב לתוך הדיודה

בין בהשוואה הצימוד הפסד את והערך לסיב הדיודה יציאת את ( כוונן2 שנמדד.LEDה- יציאת -להספק לסיב שנמסר ההספק לעדשה. האפשר ככל קרוב יהיה הדיודה כשחלון יתקבל טוב צימוד

. 0ל- הדיודה זרם את הקטן(3הרכיבים. ניתוק , לפני מהמעגל הדיודה את נתק

96

6מס. מעבדה אחר לסיב אופטי סיב בצימוד הפסדים

Connectors & Splices - באמצעות הניסוי מטרת 1

Misalignment of Fiber Cores

אופטיים: סיבים שני של טוב לא מצימוד הנובעים ההפסדים הכרת1.1סיבים(. שני בין החיבור בהפסדי העיקרי )הגורם רוחביים הסחה - הפסדי ביניהם(. מגע יוצרים אינם הסיבים צירית) כשקצוות הפרדה - הפסדי סיבים(. שני בין החיבור בהפסדי שולי )גורם זוויתית הסחה - הפסדי

,בשימוש מחבר באמצעות וחיבורם אופטיים סיבים שני צימוד1.2 קטגוריות: בשתיAlignment של בטכניקה של הליבה לתוך האחד הסיב של הליבה את המדמה עדשות - מערכת

השני. הסיב הסיבים, הכולל: שני של החיבור להשגת Buttמסוג - צימוד לחבר. יש שאותם הסיבים מונחים שבהם מדויקים * חריצים *Snug- Fitting Tubesה- השרוולים להתאמת המשמשים((Ferrulesבחיבור

לשני. אחד סיבים שני Alignment Losses

(.Connection Losses)ה- סיבים שני בין החיבור הפסדי בדיקת1.3

מודרג אינדקס מסוג סיבים בחיבור ההפסדים תלות יותר, נמוכים חיבור הפסדי נקבל סיבים של זה בסוג מודים של קטן במספר נעשית בהם האור אנרגיית והתקדמות היות (Lower Modesובמרכז , ) .הליבה

סיבים ריתוך באמצעות וחיבורם אופטיים סיבים שני צימוד1.4

(.Fiber Splicing) לשני אחד סיבים שני של קבוע חיבור הנותן -Splicingהסיבים- שני קצוות של תרמי היתוך ע"י(Thermal Fusing). (.Aligned Groove Technique) חריצים באמצעות כוונון - טכניקת (.Splicing Losses הסיבים)ה- בין החיבור הפסדי בדיקת1.5

לניסוי הקדמה 2 שבשימוש מחברים סוגי 2.1

זכוכית, הכוללים: לסיב מחברים2.1.1כיום(. שימושי )לאBICONIC - מחבר Nippon ’חב שלD4 - מחבר .Single Mode לסיב המשמש FC/PC style - מחבר באמצעות מדויקת כיווניות הנותן ופשוט זול מחבר , שהואSC - מחבר

במשיכה. נעשה בדחיפה, והניתוק– הקרמי.החיבור Ferruleה- -SMAהכולל Threaded Cap & Housing.

(.SC & ST למחברי ) מעבר לאחרונה הופסק בו השימוש ST & ST-II style connectors - וקל, מסוג מהיר וניתוק חיבור תכונות , בעל

Keyed Bayonetלמחבר הדומה BNC .and Multi Mode (Single Mode לסיב )משמש

זולים , הםPolishing or Epoxy נדרש לא , בהם פלסטיק לסיב מחברים2.1.2יותר, וכוללים: Receptacle- -ו ( Bulkheadה- לתפיסת Receptacle.) Plug-

97

אופטיים סיבים שני בין טוב לא מצימוד הנובעים הפסדים 2.2 רוחביים הסחה הפסדי אחד. בקו אינם הסיבים חתכי שני כאשר מתקבלים

הקולט הסיב המשדר הסיב

x a

xה- את מבטאOffset הלטרלי. ,ההיסט x/aה- את מבטאOffset xה- לרדיוס ביחס , מנורמל,CORE a.

צירית הפרדה הפסדי ביניהם. מגע יוצרים אינם הסיבים קצות כאשר מתקבל והמשמעות הסיב, היות שלNAמה- נובעים כך עקב הנגרמים ההפסדים האחד מהסיב חודר מאלומה חלק שרק היא האלומה של גדולה סטיה של השני. לסיב

המשדר הסיבz הקולט הסיב a

zהסיבים בין ההפרדה מרחק את מבטא z/aההפרדה את מבטא zהליבה לרדיוס ביחס מנורמלת a.

זוויתית הסחה הפסדי לשני. אחד סיב בין זוויתי היסט קיים כאשר מתקבל

המשדר הסיבNA הקולט הסיב

sin , הסיבים שני בין = הזויתSIN()/NA את מבטא SIN()המקסימלי למפתח ביחס מנורמל NA.

, ניתניםStep Index מסוג סיבים שני בין חיבור עבור ההפסדים הסיב משטח פני על אחידה והקרינה היות קלות ביתר לחישוב (.COREה- בתוך במיקום בתלות משתנה , הקרינהGraded Index )ב-

פרנל מהחזרי הנגרמים הפסדים להוסיף , ישMisalignment lossesל- בנוסף לא מהכנה הנגרמים ההפסדים להוסיף יש , וכןdB0.2 של הסיב ממשטח הסיב. קצות של מתאימה הקטנת מאפשריםLensed Systemב- בשימוש סיבים שני בין חיבור מאד רגישים אבלAxial Separation losses ו- Lateral Offset Losses הפסדי . Angular Misalignmentל-

98

סיבים שני בין Butt בצימוד המותרת לאפיצוות דוגמא :NA=0.2 , ו- 50μm= ליבה קוטר בעלי Step Index ,Multi-Mode מסוג בסיבים עבור:dB 0.1 של הפסדים יתקבלו

-1μmרוחבי. היסט -μm4צירית. הפרדה - 0.5degזוויתי היסט

, NA=0.1 ו- 4μm של ליבה קוטר בעליStep Index Single-Mode מסוג סיבים עבור:dB 0.1 של הפסדים יתקבלו יותר, ולגביהם בעיתיים הם

-0.1μm רוחבי. היסט -0.7μmצירית. הפרדה -0.2degזוויתי היסט

2.3SPLICING בין לחיבור דומה אינו Splice באמצעות סיבים שני בין קבוע חיבור בצומת. נמוכה התנגדות בעל חיבור נדרש חוטים, שלגביהם שני אנרגיית כל את לצמד נדרש Splicing בעזרת סיב קטעי שני בין בחיבור השני. בסיבCOREל- אחד בסיבCOREמה- האור SPLICE מחבר בעזרת חיבור כמו סיבים, שלא שני בין קבוע לחיבור משמש

הסיבים. בין ניתוק גם שמאפשר שינויים(. לצורכי ניתוק יכולת עםSPLICES גם זאת, קיימים )למרות התקשורת קו אורך בהשגת גמישות מאפשרSPLICING באמצעות חיבור הנדרשים. למימדים

:SPLICING סוגי שני קימים Fusion Splices חשמלית. קשת ריתוך בעזרת סיב קווי שני בין חיבור 0.05dB על יעלו שלא הפסדים ומאפשר מחשב מבוקר הסיבים שני בין הכיוונון יקרה(. )עלות Mechnical Splices הפסדים להתקנה, ומאפשרים מיוחד ציוד דורשים , ואינם לטיפול, זולים נוחים . 0.2dB של

99

הניסוי לביצוע הוראות 3 ( Butt )צימוד סיבים שני בין מחיבור הנגרמים הפסדים מדידת 3.1

F-MLD, Multi-Mode קולט( מסוג והשני משדר )האחד סיב קטעי שתי הכן1- מטר.2כ- של באורך )המשדר(, האחד הסיב של הקרוב הקצה לתוך הלייזר מקור את צמד לתוך המשדר הסיב של הרחוק הקצה את , והכנסF-916 Couper באמצעות .S-FPHה- עלFP-1 הסיב מחזיק האחד. הסיב של הרחוק בקצה האור הספק את מדוד

FP-1 הסיב מחזיק )הקולט( לתוך השני הסיב של הקרוב הקצה את -הכנס2 .RSX – 2, הסיבוב טבלת על הממוקםFPH-Sה- על S-FPHה- עלFP-1 הסיב מחזיק לתוך השני הסיב של הרחוק הקצה את הכנס הצומד ההספק את למדוד יהיה שניתן , כךDetectorה- מול ממוקם כשהוא .Power Meter 815ה- בעזרת השני הסיב לתוך (,Butt )צימוד השני מול אחד שיונחו עד הסיבים קצוות בין קרב–3

כפתור והזזתRSX – 2, הסיבוב טבלת מרכז דרך יעבור שהסיב בצורה הסיבים. בין הזוויתי ההיסט את תתקן הסיבוב אחד סיב של ועלרוד בצידוד שגיאות לתיקון הסיב מחזיק ברגי את כוונן השני. לסיב האחד מהסיב האנרגיה העברת מקסימום לשני, ולקבלת ביחס

השני. הסיב של הרחוק לקצה שהועבר ההספק את -מדוד4 מדידת תוצאת בין ביחס הסיבים, בשימוש שני בין החיבור הפסדי את חשב (:Pin) האחד הסיב ביציאת ההספק (למדידתPoutהשני) הסיב ביציאת ההספק

Losses= (-10)*log(Pout/Pin) (.Butt )צימוד זה מסוג לחיבור טובה תוצאה הוא0.25dB של הפסד קבלת

Lateral Loss מ- כתוצאה המתקבל ההפסד מדידת– 5 בתלות הכולל ההפסד את השני, וחשב הסיב לתוך המצומד ההספק את מדוד )הקולט(. לשני )המשדר( ביחס האחד הסיב במיקום (.4ב-) שקבלת החיבור הפסד את שקבלת מהתוצאה חסר שכל , כך הצידוד בורגי סיבוב בעזרת רוחבי היסט הפסדי של המדידה כיול שגיאות למניעת אחד בכוון רק )מסובבים לטרלי היסט ~ 0.3175mm נותן סיבוב .Backlash- בורגית מהחלקה כתוצאה המנורמל, הרוחבי בהיסט בתלות החיבור הפסד גרף את לשרטט כדי Lateral Offset x של חלוקה ע"יa הליבה לרדיוסOffset xה- את לנרמל יש ((Radius a Core x/a- ב את מרכזת הלייזר שאלומת מהעובדה נובעת התאורטי מהעקום הגרף סטית יותר. קטנים ההפסדים ( ובכך הליבה )למרכז הסיב של המרכז לתוך האנרגיה רוב

100

Longitudinal axial separation Loss מ- כתוצאה המתקבל ההפסד מדידת - 6

(,Butt )צימוד השני מול אחד שיונחו עד הסיבים קצוות בין מחדש קרב .RSX – 2, הסיבוב טבלת מרכז דרך יעבור האחד שהסיב בצורה הבורג סיבוב בעזרת אורכית צירית הפרדה הפסדי של המדידה כיול שכל כך ממשנהו, הוא האחד הסיב את מרחיק המקרב/או האחורי הרחקה.~ 0.3175mm נותן סיבוב בין ההפרדה במרחק בתלות החיבור הפסד גרף את לשרטט כדי חלוקה ע"יa הליבה לרדיוס ביחס z ההפרדה מרחק את לנרמל הסיבים, יש , a .(z/a) הליבה- , ברדיוס ההפרדה מרחק z של

Angular Misalignment Losses מ- כתוצאה המתקבל ההפסד מדידת -7

(,Butt )צימוד השני מול אחד שיונחו עד הסיבים קצוות בין מחדש קרב .RSX – 2, הסיבוב טבלת מרכז דרך יעבור האחד שהסיב בצורה ,RSX – 2 הסיבוב טבלת של הכפתור בסיבוב המתקבלים החיבור הפסדי את מדוד הראשון. הסיב קצה של הזוויתי למיקום ביחס הזוויתי בהיסט בתלות החיבור הפסד גרף את לשרטט כדי NA ( SIN(/ של חלוקה , ע"יNA ל- SIN את לנרמל (,יש הסיבים שני בין )הזווית (שני בין = הזוית )הסיבים

F-CC Series Connector בעזרת סיבים שני בין מחיבור הנגרמים הפסדים מדידת 3.2

סיבים. שני בין Butt צימוד הפסדי ממדידת הסיב בקטעי השתמש–1 היצרן. בהוראות המתואר לפי הסיב בידוד את הסר ס"מ1כ- של ס"מ+ קטע3 – כ הוא הליבה עד המגורד הקטע אורך )כאשר (Claddingה- מעטה את הכולל

(F-TK1E -ה חבילת )מתוך אפוקסי כמות - הוצא2 לחבר. יש שאותו מגורד סיב כל של קטע על אפוקסי מרח–3 המחבר, בגב האפוקסי את ודחוף(Connector Half)חצי-מחבר לכל סיב קטע כל הכנס–4

המחבר. בתוך הסיבים את לקבע מנת על הסיב. מבצבץ שדרכו המחבר חזית פני על דבק טיפת שים –5 החצי-מחבר. חזית ( שלPolishing Fixture)ה- הליטוש משטח את הכן–6 .μm grit lapping sheet 60 בעזרת לטש–7 גס. ליטוש–8 וייבושו. הליטוש משטח של במים ניקוי–9 .μm grit lapping sheet9 בעזרת -לטש10 .μm1 – וμm grit lapping sheets 0.3 בעזרת -לטש11 .F-ML1 Inspection Microscope בעזרת המלוטש הסיב קצה את -בדוק12 החצי-מחבר קצות על האחד Sleeveה- את מוכנים, השחל החצי-מחברים שני כאשר13-

את השחל מכן החצי- מחברים, ולאחר שני בין(In-Line Adapter)המתאם את והברג האחד השני. החצי-מחבר קצות על הנוסף Sleeveה-

101

המאוחד הסיב של החיבור הפסדי בדיקת –14 כמו נעשית החיבור הפסדי בדיקתConnectorה- באמצעות מחוברים הסיב קטעי כששני הסיב(. ניחות )מדידת2 בניסוי

למתאם( מוברגים החצי-מחברים מחובר)שני Connector שה- במצב הסיב. של הרחוק בקצה ההספק את ולמדוד המאוחד הסיב לתוך הלייזר מקור את לצמד יש מנותק Connector שה- במצב הראשון. מהחצי-מחבר היציאה הספק את למדוד יש מס. פעמים וניתוק חיבור לבצע )יש החיבור הפסדי את לקבל ניתן המדידות שתי מתוך התוצאה. לאימות המועבר: הסיב במוד תלוי במחבר ההפסד בסיב, כך Core ה- למרכז מרוכזGraded Index מסוג בסיב ההספק נמוך מסדר במוד נמוכים. חיבור הפסדי שמתקבלים הסיב, מדפנות מוחזר להיות נוטה האור הסיב דרך מועברים גבוה מסדר כשמודים (.Alignment losses) יותר גדולים חיבור גבוהה, ולהפסדי לרגישות הגורמת עובדה

Assembly- SPLICE בעזרת סיבים שני בין מחיבור הנגרמים הפסדים מדידת 3.3 Components Parts of TRW Optasplice Moduleב- שימוש מחיבות הניסוי הוראות .F-SK-Cכ- המסומןAlignment Guide , וכןF-SK-Sכ- המסומן

לניתוק( גם הניתןSplice )שהואAMP CoreLink Mechnical Splice מספק נרכשKITה- Single Mode 503577-1 -ו , Multi-Mode 503901-1

שסופקו. הרכיבים לבין ההוראות בין התאמה אין

הסיב. לתוך האור אנרגית חדירת לאופן , רגישה קבוע Splice ב- ההפסדים מדידת

102

7 מס. מעבדה אופטיים סיבים במערכת תקשורת רכיבי

הניסוי מטרת. 1 סיב מערכת לבניית , הדרושים-Local Area Network (LAN) רכיבי הכרת 1.1

העברת , המאפשרים(Short–haul) קצר טווח של אופטי, לאפליקציות אינפורמציה כל לכיסויsystem) (Longer–haul ארוך טווח במערכת שימוש תחומים, וכן במגווןאופטיים. סיבים של הסרט רוחב

רכיבים: סוגי בשני יהיה במעבדה המוקד -Fused biconical taper Bidirectional Coupler

Wavelength division Multiplexer-WDM - Excess Loss של הפרמטר הכרת וכן הסיב(, לתוך צומדה שלא האור מאנרגית חלק של האופטי )ההפסד

.Splitting Ratio של והפרמטר

לניסוי הקדמה 2 Multi-Mode ( Bidirectional Couplers ) מסוג לסיבים דו-כווני מצמד 2.1

שסיבים מאז , קיים סיבים ’למס אחד מסיב האור לפיצול בהתקן הצורך במיכשור שימושי אינפורמציה, והוא להעברת כתווך הוכרו אופטיים

high data rates) גבוה נתונים העברת בקצב תקשורת ובמערכות אופטיים סיבים LAN`s )

Fused Biconical Taper Bidirectional Couplerה- היא לכך *דוגמה

2P 3P

4P 1P

קונבנציונלית, או אופטית במערכת אלומה מפצל כמו פועל זה רכיב אלקטרונית, במערכתT-taps מפצל כמו (Star couplersעם nx nמבנה אותו בעלי ויציאה, הם כניסה סיבי .)בסיסי

103

קבוצות: לשתי נחלקיםBidirectional Couplers רכיבי אלומה, פיצול של קונבנציונליות בטכניקות שימוש שעושים - אלה שימוש תוך השני ליד אחד צמודים סיבים שני בין האור את שמעבירים - ואלה

מעטפת דרך( Overlap of the evanescent waves of the light)דועכים, גלים של בחפיפה (.Clading)ה- הסיב של חלש אלקטרומגנטי שדה של קיום על להראות ניתן אור גלי של במונחים field) (evanescentצמודים סיבים שני בין האור העברת את ,המאפשרשל ברצף האור אנרגיית מועברת שבו סיב ליד ממוקם אחד כשסיב דרך השני לתווך האחד מהתווך יעבור האור מאנרגיית חלק פנימיות, אזי החזרות .Frustrated total internal reflections הנקרא בתהליך הסיבים שבין הצר המרווח

זה. עקרון על מבוסס Bidirectional Coupler ה- שכאשר העובדה על מבוססתwave coupler evanescentשל- הטכניקה בין נחלקת לשניה, האנרגיה אחת סיבים- קרובות שני של הליבות לשני. אחד מסיב ומועברת החופפיםwaves evanescentה- שני לקרניים (, רקClading )ה- הסיב מעטפת לתוך חדירה מאפשרfields evanescentה- הקריטית. לזוית הקרובה בזוית החודרות אלה גבוה, כלומר מסדר במהלך רבה במידה תלוי זו טכניקה על המבוסס שהצימוד הסיבה זו האור של בחדירה יושג גבוה צימוד שיחס הכניסה, כך בסיב הקרניים אנרגיה יותר של למעבר ,שיגרום הכניסה לסיב גבוה מסדר במודים לשני. אחד מסיב יחד מוצמדים הסיבים שניFused Biconical Taper Bidirectional Couplerב- הסיבים, ולהגדלת למתיחת הגורמת , פעולה1500˚לכ- ומחוממים - הליבות בין (, והמרווחClading )ה- המעטפת שיכבת )עובי ביניהם הצימוד

קטנים(.הוא. אף קטןV-Numberה- מכך קטן, וכתוצאה הליבה עובי כן כמו טמפרטורה(. לשינויי מאד - רגישהCouplerה- של זו )טכניקה

לצאת יכולPort 1ל- החודר האורBidirectional Coupler של המתוארת בסכימה .Port 2מ- ולצאת השני לסיב לחדור וגם הסיב אותו שלPort 4מ- (.Port 3השני, )ל- הסיב של הכניסה Portל- יוחזר האור מאנרגיית מזערי חלק

אחד מסיב החודר האור בין כיחס ( מוגדרdB)ב- האור פיצול יחס או הצימוד יחס למצמד: הנכנס האור כל סך לבין השני לסיב

Splitting, or Coupling ratio=P2/(P2+P4).3dB(50%) , 6dB(25%) 10dB(10%) הוא מסחרי לרכיב הזה היחס ערכי של גודל סדר

הכולל הכניסה להספק הכולל היציאה הספק בין כיחס מוגדר Excess Loss הפסד Excess Loss= P2+P4/(P1)

.2-3dB היה הראשונים האור למצמדי הזה היחס .0.5-1.0dB של כולל טיפוסי הפסד בעלי היום המצמדים רוב

הספק לבין השני הסיב לכניסת המוחזר ההספק בין כיחס מוגדרת המצמד כיווניות.Directivity= P3/P1הכניסה:

טוב. מצמד עבור 40dBל- מגיע זה יחס

104

Bidirectional Coupler ) ) דו-כיווני במצמד שימוש

לשני אחד צמודיםFused Biconical Taper Bidirectional Couplerב- הסיבים שני .Port 1 לתוך נעשית האור והחדרת הנקראת , בטכניקהPort 2ב- ליציאה וגםPort 4ב- ליציאה מועברת האנרגיה

צימוד fields evanescentה- לתוך החודרים Cladingגבוה, כלומר מסדר הקרניים עבור רק אלההקריטית. לזווית הקרובה בזוית החודרות הקרניים במהלך רבה במידה טכניקהזו, תלוי על המבוסס שהצימוד הסיבה זו הכניסה, בסיבגבוה מסדר במודים הכניסה לסיב האור של בחדירה יושג גבוה צימוד שיחס כך לשני. אחד מסיב אנרגיה יותר של ולמעבר

יכלול: הניסוי מהלך

לדאוג יש נמוך( , כאשר מסדר מודים של )חדירה צר במפתח אלומה החדרת–1 הליבה. למרכז ביחס מינימלית חדירה בזוית ימוקם האור שמקור האור אנרגית לקבלת עד המצמד שלPort 1 לתוךHeNe הלייזר מקור את צמד . Port 4ב- ליציאה בנוסףPort 2ב- גם מזערית. אנרגייה מתקבלתPort 3מ- שביציאה וודא .Port 4 ומ- Port 2מ- ביציאות ההספק את מדוד

לדאוג גבוה( , יש מסדר מודים של )חדירה רחב במפתח אלומה - החדרת2 לזוית )קרובה הליבה למרכז ביחס גדולה חדירה בזוית ימוקם האור שמקור

קריטית(. האור אנרגית לקבלת עד המצמד שלPort 1 לתוךHeNe הלייזר מקור את צמד . Port 4ב- ליציאה בנוסףPort 2ב- גם האור. מזערית אנרגייה מתקבלתPort 3מ- שביציאה וודא . Port 4 ומ- Port 2מ- ביציאות ההספק את מדוד

של בחדירהPort 2ל- אור של יותר טוב צימוד שמקבלים התוצאות ע"פ - הראה3 אלומה

הסיב לתוך יותר רחב במפתח

P1(/P2+P4) היחס ע"י המבוטאSplitting Ratioה- את חשב

– שלDirectivity)) , ולכיווניות3dB שלSplitting Ratio לקבלת התנאים מהם קבע 40dB.

105

לניתוב כבורר הדו-כווני המצמד משמש נתונים תקשורת של באפליקציות נתונים

נתונים(. הכנסת או )הוצאה הראשי מהערוץ Optical Time Domainכ- הדו-כווני המצמד משמש מיכשור של באפליקציות

Reflectometer(OTDRהמודד ) אופטי. סיב מערכת הפסדי

OTDRהמאפשר אופטי מכ"מ במהות הוא Echo-Scan הסיב. לאורך זמן את הנמדד, ומודד הסיב לקצה לייזר מדיודת קצרים פולסים שולחOTDRה-

הגעתבסיב. אי- הרציפות נקודות של והערך המיקום , לקבלת המוחזר האור

לתוך Back-Scattered signalה- ואת הסיב לתוך הפולס את מנתב הדו-כיווני המצמדהגלאי.

Optical Time Domain Reflectometer

Pulsed Laser Biderectional Coupler Fiber to be Tested

Detector Amplifier

Wavelength Division Multiplexer – WDM גל אורכי מרבב 2.2 WDMכניסות( תקשורת ערוצי ממספר אינפורמציה לשדר מאפשר(בודד. יציאה סיב - לתוך שלהם הגל ב-אורכי השונים של הסרט ברוחב יותר יעיל שימוש , וכך דו-כיוונית תקשורת מאפשרWDMה- הסיב. שלהם הגל באורך השונים נתונים של סימולטנית העברה גם מאפשרWDMה- זמנית(. בו דיגיטליים ונתונים אנלוגיים נתונים )כמו הסיב כניסות כל את אחת- מרבב ויציאה כניסות ממספר המורכבWDMה- בודד, משותף יציאה סיב שונה, לתוך גל ובאורך שונים ממקורות אור המחדירות אופטיים רכיבים בעזרת מפוצל . המידעTransmission linkל- המחובר האותות את ,המנתביםGratings, Prisms, Thin Film Filters כדוגמת המשותף.(. היציאה סיב שונה(-לתוך גל באורך )שהם הסיב לאורך -מתקדמים מהשני אחד השונים גל באורכי המשודרים האותות (.Time Division Multiplexing-TDM ממערכת )להבדיל בו-זמנית

106

Two Channels Transmission בודד: לערוץ ערוצים שני ריבוב 2.2.1 האור צימוד , כאשר סיב כניסות שתי בעלWDMב- שימוש ייעשה במעבדה

למרכז הפועל ומסנןGRIN rod lenses מסוג עדשות שתי בעזרת וכיוונו, ייעשה הסיבים

כמראה האור , כאשר1λ גל באורך אור ומחזירה2λ גל באורך אור המעבירה כיוונית חד

המוחזר. היציאה לסיב מנותבים החודר והאור .2λ באורך הם2מס' ולסיב1λ גל באורך הם1מס' לסיב הכניסה אותות נראה שבה לנקודה הכניסה אלומת את מרכזת האחתqurter-pitchה- עדשת

הפילטר.היציאה. סיב לתוך הכניסה אלומת את ממקדת השניהqurter-pitchה- עדשת

2 גל באורך האור את ומעביר1λ גל באורך האור את המחובר, מחזיר הפילטרλכך

ולסיב1מס. לסיב ביחס סימטרי באופן שממוקם3מס. הסיב לתוך שימוקד .2מס.

במקלט. הסיגנלים של Demultiplexing מאפשרת הכוון מסלול הפיכת Interference filter type WDM for two channel transmission

2λ+ 1λ 2λ

3# סיב 2# סיב

1λ 1# סיב

1λ מחזיר מסנן אור מקור אור מקור

2λ ומעביר1# 2# Two Way Transmission דו-כיווני: שידור 2.2.2

היציאה, לסיב המסנן באמצעות מוחזר המשודר האות דו-כיווני בשידור זמנית(. בו וקולט משדרWDM)ה- לגלאי ישירות מועבר הנקלט האות ואילו 2מס' לסיב בכניסה האור מקור החלפת ע"י מתקבל זה מסוג ניתוב ערוץ לתוך1λ גל באורך האור את משדרWDMה- זה גלאי. במצב עם

וקולט התקשורת.2λ גל באורך האור את התקשורת ערוץ לתוך2λ גל באורך האור את ישדרWDM, ה- הרחוק ובקצה ויקלוט.1λ גל באורך האור את

Interference filter type WDM for two way transmission 1

λ

2λ 2λ 3# סיב

2# סיב 1λ

1# סיב

מקור1λ מחזיר מסנן גלאי אור

107

2λ ומעביר2# 2#

108

כאן. שתואר מהסוגTwo Channel WDMב- נשתמש זה בניסוי2.2.3כניסה, ערוצי של מס' רב בעליWDM’sב- בשימוש אינו המתואר המסנן ההפסדים. את מגדיל מסננים של ושרשור היות .Gratingב- או בפריסמה נשתמש כניסה ערוצי של מס' רב בעליWDM’sב- Qurter-Pitch GRIN Rod Lensב- שימוש כניסה, תוך ערוצי5 עםWDM של תכנון ברוחב יותר טוב שימוש להלן)מאפשר מתוארReflective Diffraction Gratingו-

הסרט(

5- Channel grating WDM using a graded-index (GRIN) rod lens

Fiber Array Glass Wedge

5IN

4IN

3IN

3IN 1

IN

OUT

Reflective Grating GRIN Lens 5λ+ 4λ+ 3λ+ 2λ+ 1λ

: הםWDM באיפיון החשובים הפרמטרים Insertion Loss –למסלול פסיביים רכיבים מהכנסת הנגרם בסיגנל הניחות הפסד

, הסיגנל.-Splices ו מחברים, מצמדים דוגמת , אזיPt הוא הכולל וההספקPi הואiה- מהמקור ההספק אם

Insertion Loss=Pt/ ∑Pi כשמקור10dB עד8dB של לערכים להגיע ויכולים2dB עד1dB הם אופיניים ערכים .Grating WDM לתוך מאירLED דיודת של אור

CrossTalk –ה Pickupאחר אופטי בסיב המועבר מסיגנל אחד אופטי בסיב המתקבל לו. הצמוד

במקלט. מפוענח שהסיגנל לאחר מתקבל CrossTalkה- i ממקור הנקלטת האור עוצמת בין כיחס מוגדרj לערוץi מערוץCrosstakה- .j מקור של בגלאי נמדדים שניהם כאשרj ממקור הנקלטאת האור לעוצמת .20dB to 30dB– מ , קטנים הקימים למרבבים אופיניים ערכים

109

הניסוי מהלך. 3 דו-כיווני מצמד 3.1

המצמד שלPort 1מ- היוצא הסיב קטע שלOuter Jacketה- שיכבת את גרד– 1 הדו-כיווני

FK-BTCה- הסיב לליבת עד הסיב קצה את , וגלה(Core.) ה- שמספק הסיב שבמחזיק מהחריץ יותר עבהPort 1מ- היוצא הסיב וקטע היות– 2

KIT למחזיק שהוכן הסיב קצה את וקבע הגדול החריר עם הסיב במחזיק השתמש

הסיבהצימוד. בזמן הסיב תזוזת למנוע מנת הסיב( על מחזיק צידי משני הדבקה )ע"י

מ- ביציאות האור אנרגית לקבלת עדPort 1 לתוךHeNe הלייזר מקור את צמד–3 Port 2

האור. אנרגיית מתקבלת לאPort 3מ- שביציאה . וודאPort 4ומ- . Port 4 ומ- Port 2מ- ביציאות ההספק את מדוד

P1(/P2+P4) היחס ע"י המבוטאSplitting Ratioה- את חשב–4 – שלDirectivity)) , ולכיווניות3dB שלSplitting Ratio לקבלת התנאים מהם קבע

40dB.

3P

2P Bi-directional Coupler גלאי

4P

1P

אור מקורל

HeNe ייזר

3.2 velength division Multiplexer-WDM הכנות 3.2.1

מטר.1כ- של כ"א באורךF-MLD מסוג סיב קטעי4 הכן–1 סיבים: זוג של הבא המערך את בנה בצורה השני מעל אחד שיונחו כךFPH-S Chuck הסיב מחזיק לתוך סיבים2 הכנס ניתנים ולא מקובעים יהיו שהסיבים כך הסיב מחזיק צידי משני מקבילית. הדבק

לתזוזה.Fiber positioner FP-1ה- לתוך הסיב מחזיק הכנסת מונע אינו שהדבק )וודא ביניהם

הנוספים. הסיבים2 עבור נוסף מערך הכנת על חזור–2 בחומר אחד בצד כ"א המצופותGRIN rod lenses מסוג העדשות שתי את הרכב–3

אנטישני: מחזיר, ובצד מסנן מהווה שהוא ציפוי ( הכוללתFK-GR25F אחת)מסוג - עדשה

אנרגיית את , ומחזירILD הלייזר מדיודת האור אנרגיית את התאבכות, המעביר האור.LEDה- מדיודת מסנן המהווה הציפוי את כוללת ( , אינהFK-GR25P )מסוג האחרת - העדשה

התאבכות. עם (, כשהקצה(FK-MUX Multiplexer Assembly Base מרבב בסיס על עדשה כל הנח המכלול. חוץ כלפי שחורה(, יהיה בנקודה )המסומן מחזיר האנטי הציפוי העדשות שתי בין דבק לשיכבת דאג למקומם, וכן המרכיבים כל את הדבק

111

.Index Matching לקבלת . DEMULTIPLEXERה- על העדשות להרכבת3 סעיף על חזור–4 לתוךILDה- יציאת את וצמד מטר1כ- באורךF-MLD מסוג נוסף סיב הכן–5

(.2# הסיב)סיבהסיב. לתוך המצומד ההספק את מדוד

112

3.2.2 MULTIPLEXER / DEMULTIPLEXER SYSTEM

MULTIPLEXING אור מקור אור מקור LED דיודת ILD דיודת

Multiplex Assembly Base #1 מכלול

סיבFK-GR25P עדשת:FK-GR25F עדשת:1# סיב 2#

גלאי

3# סיב

DEMULTIPLEXING

גלאי

Demultiplex Assembly Base #2 מכלול

FK-GR25P עדשת:FK-GR25F עדשת:3# סיב 2# סיב

גלאי

1# סיב

שהוכנו(. הסיבים4 )מ- 1# סיב לתוך LED ה- מדיודת האור אנרגיית את צמד–6(.3# סיב הוא1# לסיב הצמוד ) הסיב1# סיב לתוך המצומד ההספק את מדוד מודבקות שעליהםFK-MUX Multiplexer Assembly Baseה- ממכלולי אחד את מקם–7

לסיבים ביחס העדשות גובה את לכוונן מנת עלSP-3 Postב- העדשות. השתמש (.3# וסיב1# )סיב הסיב מחזיק לתוך Chuckה- את . הכנסFP-1ב- המוחזקים

113

העדשה, כששני למרכז הסיב כוונון ע"י3# סיב לתוך1# מסיב האור את צמד–8 הסיבים

העדשות. לציר ביחס סימטרית ממוקמים

3# לסיב 1# מסיב האור צימוד התאבכות מסנן

1# סיב

2# סיב

ההתאבכות ממסנן תוחזר1# לסיב שהוחדרהLEDה- מדיודת האור אנרגיית (GRIN rod lensesה- עדשות שתי בין הפעם )הממוקם .3# סיב לתוך חזרה

.mpc collar עלChuckה- את , וחזק FPH-S הסיב מחזיק על3# סיב את מקם–9 WDMה- שלInsertion Lossה- את וחשב3# סיב לתוך המצומד ההספק את מדוד–10זה. ערוץ עבור מחזיק , על ILD הלייזר מדיודת האור אנרגית מצומדת שלתוכו הסיב את הכנס–11

הסיב FPH-Sעל הממוקם FP-1. לקבלת עד2# סיב את , וכוונן3# סיב לתוך2# מסיב האור אנרגיית את צמד–12

צימודהצימוד להקטנת יגרום וזה היות ממקומו3# סיב את להזיז אין )כאשר מקסימלי (.3# לסיב1# מסיב

3# לסיב 2# מסיב האור צימוד

1# סיב 2# סיב

3# סיב

Insertion Lossה- את וחשב3# סיב לתוך המצומד הלייזר דיודת הספק את מדוד ה- של WDM זה. ערוץ עבור

3# שסיב , כךDEMULTIPLEXERה- הרכבת , לאחר8 , 7 סעיפים על חזור–14 כעת ישמש

כיציאה.1# וסיב ככניסה Insertion Lossה- את וחשב1# בסיבLEDה- דיודת אנרגית את מדוד זה. ערוץ עבורDEMULTIPLEXERה- של .DEMULTIPLEXERה- עבור11 סעיף על חזור–15

לערוץMultiplexer Loss ה- את וחשב2# סיב לתוך הלייזר דיודת אנרגיית את מדוד זה. LEDה- דיודת אנרגיית את מדוד1# סיב לתוך הלייזר דיודת אנרגיית את מדוד–16

.2# סיב לתוך ערוץ. בכלCrosstalkה- את חשב

114

ופענוח האיפנון שיטת בנושא 8 לניסוי נספח הנתונים

( Intensity Modulation - בשיטת נתונים )שדור האופטי(, המקור ע"י )המיוצר הנושא הגל על לאפנן ביותר הפשוטה השיטה

, אוIntensity Modulation נקראת האינפורמציה- את נקראת היא הדיגיטלית בצורתה

ASK:Amplitude Shift Keying OOK: On Off Keying או,

הנוסחה: ע"י מתקבלת הנושא הגל משוואת

m(t)האינפורמציה המאופנן האות את מייצג (fsהנושא. הגל תדר את מייצג

: LED’s עם לפעולה ביציבות הואIntensity Modulationה- בשיטת היתרון לאIntensity Modulation קוהרנטי, ובשיטת לא אופטי הספק מייצרLED- ו היות

נדרשת הנושא הגל האיפנון, כשעל לצורךLEDב- להשתמש ניתן קוהרנטיות, אזי

ע"י שמיוצר מתאים רכיב הוא כך אםLEDהאינפורמציה: )ה- את מאפנניםLEDה-במשדר(.

בתלות האור קרינת את פולטת והיא אותה מפעיל הדיודה דרך זרם מעבר ליניארית

דרכה. הזרם לעוצמת האינפורמציה את המייצגm(t) אות צורת בעל הוא לדיודה הכניסה זרם אם

הבינריתאופטיים אותות כצרור תיראה האופטי הסיגנל תוצאת בסיב, אזי העוברת

((Burst of optical signalהאופטי, הסיגנל קיום את " מיצג1" , כאשרהעלמותו. את " מיצג0ו- "

הדיודה ע"י המיוצר הנושא הגל על לאיפנון I שיטה

Optical Signal

INPUT

הדיודה ע"י המיוצר הנושא הגל על לאיפנון II שיטה

-

Optical Signal +

INPUT

115

m(t) – המאופננת האינפורמציה גל את מייצג הכניסה זרם

m(t)

[Current]

1 0 1 0 0 0 1

0

t Modulation Current

Modulation Waveform (mt) Representing Binary האופטי הסיב על המועבר האופטי הסיגנל תוצאת

m(t)

Optical Power

1 0 1 0 0 0 1

0

t Digital Modulation

Optical Signal Generated, to Represent Optical Power נתונים קליטתב-

פונקציות: שתי משרת המקלט האור אנרגית התמרת מכן (, ולאחרSense or Detect) מהסיב ביציאה האור –גילוי1

חשמלי. לסיגנל (, עלDemodulation) שהועברה האור באנרגית הגלומה האינפורמציה –פיענוח2

מנתשהועברו. הנתונים את זהות

של הגל פרמטרי את מודד מכן ולאחר האור של גילוי מבצע , המקלט כללית . המועברת האינפורמציה .Optical Signal, כ- למקלט הנתונים את מעבירה האופטי הסיב מערכת חשמלי: אות למשתמש ומעביר המתקבל האופטי הסיגנל את מתרגם המקלט .Electro-Optical Transducerכ- כך אם פועל המקלט

(Sensing) חישה הפוטו-דיודה, המבצעת ע"י נעשה הגילוי תהליך חשמלי. לזרם , והתמרתו האור של הם הפוטו-דיודה ע"י המתקבל החשמלי והזרם הסיב ביציאת האופטי הסיגנל הגברה, מס' דרגות עובר הפוטו-דיודה מעגל נמוכה, ולכן באמפליטודה האינפורמציה. סיגנל את ולשפר לעצב מנת , עלfilter and equalizers וכולל

: כוללת , המקלט סכימת נמוך, רעש בעל קדם , ומגברbias resistorפוטו-דיודה, שהועברה המקורית האינפורמציה של גירסה )שהוא חשמלי סיגנל היא שיציאתו מהמקור(. 2מס' הגבר בדרגת מבוצעים והשוואה נוספת, סינון הגברה

116

Stage nd2 Stage st1 R Pre-Amplification Additional Amplification/

filtering/demodulation

OUT Photo-diode Optical

Input

117

8 מס. מעבדה

אופטיים סיבים במערכת תקשורת ערוץ הניסוי מטרת. 1

) אנלוגי מידע אופטיים( לאיפנון סיבים תווך )באמצעות תקשורת ערוץ הכנתAudio ) כסיגנלי ומשמשים אחרת לתחנה אחד כל המכוונים רדיו מקלטי משני

האינפורמציה שני הנושא( , ושידור הגל )שהםILDה- ודיודתLEDה- ,דיודת האור למקורות הסיגנלים

לאיחודMULTIPLEXING המבצעWDM מכלול אופטי, באמצעות סיב תווך דרך שני

( 500m Spool)ה- שנבחר התקשורת ערוץ של הקרוב הקצה לתוך הסיגנלים הערוץ של הרחוק ,מהקצה חזרה הסיגנלים שני להפרדתDEMULTIPLEXINGו- ,

תחנות סיגנלי לשחזור רמקול דוחפת גלאי כל שיציאת כך לגלאים והכוונתםהרדיו

..Communication Link F.Oה- על ששודרו ה- פרמטר לגבי הערכה נותנים הרמקולים מיציאות הנשמעים הצליליםCrossTalk

בין היחס את , ומבטאDEMUXה- ע"י הסיגנלים הפרדת לאחר המתקבל ההספק .j בערוץ ונמדדj ממקור הנקלט , להספקj בערוץ ונמדדi ממקור הנקלט

118

1.1 אופטי סיב קו על AUDIO תשדורות לאיפנון תקשורת ערוץ סכימת

Tape-Deck Tape Deck 2 Ch- Ch1

Audio-in FK-DRV Audio in

ILD and LED Driver Circuit

λ1 LED

λ2

ILD

WDM- MULTIPLEXING

Multiplex Assembly Base #1 מכלול

FK-GR25P :עדשתFK-GR25F : עדשת1# סיב 2# סיב

λ1+λ2 3# סיב

SPKR

2#

m500 גלאי Fiber DET-FK WDM- DEMULTIPLEXING Spool

λ1+λ2מכלול Demultiplex Assembly Base #2

FK-GR25P עדשת:FK-GR25F עדשת:3# סיב 2# סיב

λ1 1# סיב

גלאי DET-FK

SPKR

1#

119

לניסוי הקדמה 2

אופטי סיב תקשורת בערוץ הנגרמים ההפסדים 2.1 הם: בחשבון לקחת שיש הגורמים הסיב(. שלNAוב- הגל באורך יציאה, תלות )הספק האנרגיה מקור -אופייני בסיב. פנימיים העברה -הפסדי הסיב. קטעי בין וחיבור צימוד -הפסדי המקלט. -רגישות באמצעות הסיב קטעי של מחיבור הנובע ההפסד את גם בחשבון לקחת יש Splices and Connectors. + הנ"ל החלקיים ההפסדים כל סכום הוא אופטי סיב במערכת הכולל ההפסד

ההפסד מנת שהואη הגורם ע"י )המבוטא הגלאי של הקוונטית מהיעילות הנובע

הפוטוניםאלקטרון-חור(. זוגות היוצרים נתוןλ גל באורך λ=900n עבור שבניסוי הסיליקון גלאי של הקוונטית מהיעילות המתקבל ההפסד

m .2dB (η= 0.62)כ- הוא

התקשורת ערוץ של הפסדים מאזן ההפסדים כל את לסכם יש הערוץ של הרחוק בקצה הנקלט ההספק לקבלת

המוערכים טבלה )ראה הכניסה הספק של מהערך התוצאה את , ולחסר התקשורת בערוץ

8.1.) ע"י מבוטאיםdBב- ההפסדים

אור להספק ביחסdBב- להפסד כשהכוונהdBm ביחידות מבטאים ההספק את ,1mw של

: לדוגמא.0.1mw , הוא10dBm- של הספקmw 1.259 , הואdBm 1 של הספקmw 1.585 , הואdBm 2 של הספק

dBm 3(mw 2) של הוא לסיב החודר האור הספק אם הקו בקצה נקבל , אזי 3dB של הם הקו לאורך וההפסדים

2mw של מבוא שהספק לומר מקוצרת דרך : זוהי0dBm הספק .1mw של מוצא ל- הספק , מןביל הפסד50% עםdBm 10( mw 10) של הוא לסיב החודר האור הספק אם

הקו בקצה נקבל , אזיdB 1.5 של הם הקו לאורך וההפסדים mw 10 של מבוא שהספק לומר מקוצרת דרך : זוהיdBm 4.9 הספק .3mw של מוצא להספק , מוביל הפסד70% עם Z הסיב באורךL ההפסד חלוקת ע"י מתקבל הניחות מקדם

באורך הניחות מקדם של מכפלה ע"י ( מתקבלdB)ב- הכולל הניחות בסיב(. הפסד עבור לוגריתמית )תוצאה הסיב

120

אופטי סיב קו מערכת ( של BW ) הסרט רוחב 2.2

איפנון ,כאשר האות את גבוהה באמינות קולט הערוץ בקצה הגלאי האינפורמציה

נעשה שהאיפנון השינויים אחר לעקוב יכול אינו איטי, אולם בקצב נעשה מהיר. בקצב

מזמני החשמלי, או המעגל והשראות מקיבול הזו, נובעת התדר תגובת מגבלת אלקטרון-חור. של הרקומבינציה

להגיב. יכול הגלאי שלגביו האיפנון לקצב מדד הוא הסרט רוחב ,50% רק היא הגלאי יעילות שבו איפנון כקצב מוגדר3dB של סרט רוחב

כתגובההמאופנן. בסיגנל לשינויים

האור פולס , כאשרRise Time)) העליה לזמן מיוחס הגלאי של הסרט רוחב חודר

עד0 של מזרם לעלות לגלאי שלוקח הזמן ע"י המוגדרRise Time) לתוכולמקסימום(. nsec> Rise Time 1 – בניסוי, ה הגלאי לגבי

.Material Dispersion וב- Modal Dispersionב- תלויRise Time, ה- עצמו הסיב לגבי : באורך הסרט רוחב ממכפלת מתקבלModal Dispersionה- MHz-km BW length product 300= נקבל שבניסויF-MLD fiberה- עבור לדוגמא

/Fiber Link Length BW length product Fiber BW=. . fiber BW - /0.35ע"י מתקבל הסיב של האקויוולנטיRise Timeה- .nsec= Rise Time 1.2 – הkm1 באורךF-MLD בסיב :λב- תלויncore השבירה שמקדם מהעובדה נובעת נוספת זמן הרחבת המבטאδ (t) גל, אזי אורכי תחום בעל הוא הסיב דרך המועבר האור כאשר

תוספת את במשוואה הנתון בסיבmarginal rayה- מסלול לאורך לעבור לאור הלוקחת הזמן

הבאה: /v=L∆ncore/c (L) δ =(t) δקרניים. של זהה מסלול עבור , אפילו0 אינו

הרוחב של הגל באורכי השבירה מקדם מתלות נובעת הדיפרנציאלית ההשהיההמקור. של הספקטרלי

psec= (t) δ 100 ( הואnm900 עדnm750 )בתחום שבניסוי בסיביםδ (tה- ) ערך סיב.1kmל- ספקטרלי רוחב של1nmל-

nsec /1של השהיה תחול50nm של ספקטרלי רוחב עםLED אנרגיה מקור עבור km 5.

.0 כמעט היא ההשהיה לייזר למקורות בהשוואה :LED במקור משתמשים כאשר בקסקדה,מ המחוברת במערכת

ב- ) העליה זמני ריבועי סכום מכפלת של ריבועי שורש ע"י מתקבל העלייה זמן1.1: )

הפרמטר )בהחלפתnsec /1km 1.7של השהיה נגרמתILD אנרגיה מקור עבור של

(.0 ב- nsec 5שלמהירה נתונים לתקשורת שימושיים לייזר שמקורות לעובדה ההסבר

: הוא האופטי הסיב מערכת של BW( 3dB-שה- ) בכך נעוץ ys. Rise Time= 61Mhz /0.35למקור - LED. -Sys. Rise Time=206Mhzלמקור ILD.מגבלה: מהווה אינו הסרט ,רוחב שבניסויAUDIOה- אותות בהעברת עד של גודל בסדר )שהםAUDIOה- בתדרי , יידחפוILD ו- LEDהאור, מקורות KHz 20.)

121

נתונים סוגי 2.3

"( , ומפוענחים0", "1)" בינארי בקוד נתונים נשלחים שבה ספרתית תקשורת הסיב. בקצה

דיסקרטיות רמות שתי בין מעברים מבצע לסיב המצומד האופטי ההספק הזמן( . בציר מחזוריים במרווחים )המופיעים של להופעה ( הגורמותerror rate) קצב בשגיאות מבוטאת הנקלט הסיגנל איכות פולסיםהמתאים. הזמן בקטע המועברים: לפולסים ביחס מס' השגיאות כיחס מבוטאerror rateה- .BER<10^-9ה- איכותית מערכת ( , שעבורBER ) Bit Error Rrateל- הכוונה

נשלחת (, שבהAUDIOה- אותות אפנון את )הכוללת אנלוגית תקשורתהאנפורמציהמתאימה. באמפליטודה אותות של כרצף

לסיגנלים מאלה יותר גבוהות אנלוגיים סיגנלים של השידור לנאמנות הדרישות שלו אופייני שערךSignal to noise Ratio , SNRה- ע"י מבוטאות סיפרתיים, והן

.dB 70 עד50לכ- מגיעSNRהסיב. ביציאת הרעש להספק הנקלט ההספק בין היחס ע"י מתקבל

לגלאי(, נקרא ביציאה מוגדרת רעש ) ברמתSNR=1ה- שעבורו הנקלט ההספק הספק

אופייני כפרמטר בד"כ מצויין , והואNEP, Noise Equivalent Ratio – רעש שווה במקלטי

(.ב- מבוטאNEP)ה- סיבהערוץ. של הסרט לרוחב פרופורציוני הנמדד הרעש

בעל יהיהmicron 0.8 של תקשורת בקוp-i-n מסוג אופייני לדוגמה, גלאי NEP =בעל תקשורת בערוץ BW=10(MHz). והאינפורמציה היות כנ"ל נמוךNEP בעל גלאי דורש אינו שבמעבדה הניסוי

המאופננתקטן. סרט ברוחב היא

122

לניסוי הוראות 3 הקצה את , וחברDEMUXה- לכניסתMUXה- יציאת בין החיבור את נתק1-

של הקרוב.500m fiber Spoolה- גליל

את , וחשב500m fiber Spoolה- גליל של הרחוק בקצה היציאה הספק את - מדוד2 ההעברה. סיב שלLOSSה-

ה- , לכניסת שמדדת500m fiber Spoolה- גליל של הרחוק הקצה את -חבר3 DEMUX.

מנת , על7 בניסוי שקיבלת והפסדיםDEMUXה- של היציאה בהספק השתמש לקבל

שבוצע. האחרון החיבור שלInsertion Lossה- את

הבאה שבטבלה כפי לערוץ ההפסדים מאזן את -חשב4

Power Loss BudgetLEDILDSource

dB, DBmdB, dBm

Losses7.0dBm(5mw)0.0dBm (1mw)Power from Source

Power RatioPower Ratio

18.0 dB4.0 dB0.3981Source-Fiber Connection

1.5 dB0.5 dB0.8913WDM Filter

0.5 dB0.5 dB0.8913WDM Fiber Connection

1.8 dB0.66071.8 dB0.6607Fiber Transmission (0.5km)

0.5 dB0.89130.5 dB0.8913Fiber –Demux Connection

0.5 dB0.89130.5 dB0.8913Demux-Filter

2.0 dB0.6312.0 dB0.631Fiber-detector (η)

24.8 dB-20 dB to -30dB))

0.01 to 0.0019.8 dB0.1047Total Losses

-17.8 dBm-9.8 dBmDetected Power

.λ1 2λ לאיפנון Tape-Deckמה- אחד לכל מוקלטתPre-Recorded קסטת - הכנס5מעגל שלAudio INה- לכניסות ישירות מחוברTape Deck כל של האוזניה כבל האור. לדיודות Driverה- מזה כמחצית הוא היציאה שהספק כך יכוון המקורות שני של הזרם סה"כ

שהתקבליציאות על להתאפנן Tape Deckה- לכניסות לאפשר מנת על : זאת5 בניסוי הפרעות. ללאILD וה- LEDה-

הרמקולים. לשני יציאותיהם את וחבר הגלאים את - הצב6 F-PHS-Fiber הסיב מחזיקי עלDEMUXה- של היציאה סיבי משני אחד כל - הצב7

Chuck. .MPC- Collar על המחוזק

MH-2PM אוביקטיב עדשת מחזיק עלFK-DET גלאי מכלול כל - הצב8 .ILD וה- LEDה- דיודות את שהצבת כפי .FK-SPKRה- לכניסתFK-DET גלאי כל של היציאה פלג את חבר

123

ערוץ בסכימת שמובא כפיDET -FKה- גלאי למכלול הסיב יציאת את - צמד9 התקשורת

אופטי. סיב קו עלAUDIO תשדורות לאיפנון המתקבלים לצלילים והקשב השני אחרי אחד הדיודות מקורות את - הזן10

ברמקולים. רמקול מכל המתקבלים לצלילים והקשב בו-זמנית הדיודות מקורות את הזן

בנפרד. .7 בניסוי שקבלתCrossTalkה- ערכי לבין ששמעת מה בין הקורלציה את הסבר

, WDMה- לכניסת שמחובר הסיב עם הגלאים לאחד המחובר הסיב את - החלף11 דו-כיוונית. תקשורת של סימולציה לבצע מנת על

9 מס.- מעבדה סנסורים -לבניית . M.M מסוג אופטי סיב תכונות ניצול

בסיב האור של INTENSITY ה- שינוי על המבוססים

הניסוי מטרת - 1 מגוון את להציג מנת אופטי, על סיב מערכת של התכונות את לנצל

האופטיות, התכונות ניצול , תוך שונים פיסיקליים פרמטרים המודדים החיישנים האור עוצמת נפיצת סיבים, למדידת דרך האור אנרגיית העברת ויכולת

המוחזר. הסנסור , מרכיב הסיב ע"י לכך: דוגמאות

",לסנסוריםHigh Quality Low-Loss Multi-Mode Transmission Fibers ב-" א. שימוש הבאים: Liquid Level Sensor- נוזל( גובה למדידת )חיישן Pressure Sensor- למדידת הפוטו-אלסטי האפקט את המנצל )חיישן

(Glass Transducer) זכוכית מתמר על הלחץ "Lower Technology Fiber Bundlesב-" ב. שימוש

, Bifurcated Fiberב- המשתמשProximity Sensor )) קירבה לחיישן (.Y- Branch בצורת

תווך גם הוא הסיב " שבהם”Internal Effect Sensors מסוג בחיישנים ג. בשימוש ".Displacement Sensorה- " , כדוגמת המתמר וגם ההעברה

לניסוי הקדמה. 2 אופטי סיב במערכת חיישנים 2.1

ולהפרעותRF להפרעות חסינים והם חשמלית מוליכים אינם אופטיים סיבים לציוד התחברות מאפשרים שלהם הנמוכים הניחות אלקטרומגנטיות, ומקדמי רגיש. אלקטרוני לשימושים אופטיים חיישנים לתיכנון מנוצלות אופטי סיב מערכת של אלה תכונות הבאה: הסנסורים סוג לפי חלוקה פי , עלON/OFF , מפסקי קירבה מפסקי של

Intensity Sensors-ב- שימוש ,העושיםMulti-Mode Transmission Fibersובמתמרים ( Transducersמיניאטוריים, המאפשרים ) לאורך מתאימות בנקודות מדידות לבצעפיסיקליים. פרמטרים של ההעברה, והתמרה תווך

Phase Sensors-ב- שימוש ,העושיםSingle-Mode Transmission Fibersעל המבוססים הפאזה. על האינפורמציה את מהחיישן להוציא מנת על אינטרפרומטר טכניקות

( מיניאטוריים,Transducers ) , ומתמריםIntensity Sensors מסוג חיישנים קטגוריות: לשתי מחולקים

124

Hybrid Sensors- Internal Effect Sensors-

המתמר את מאלץ הנמדד הפיסיקלי ,והפרמטר לחיישן משודר האופטי ההספק הסיב. דרך המועברת האור כמות את לשנות

125

2.2 Hybrid Sensors החיישנים כל את מעשי באופן הכולל מודולציה של רחב לתחום מיועדים

הקונבנציונלייםאופטיים. שאינם

Hybrid Sensorsל- האור את המשדר אור , כצינור בסיב משתמשיםRemote Sensorהסיב. בקצה המוצב מיניאטורי התקן בד"כ שהוא

הוא-OFF/ON מסוג פשוט לסנסור דוגמה

: נוזל גובה למדידת היברידי סנסור2.2.12.2.2

, כזה באופןFK-LSה- סנסור על הסיבים שני קצות את מניחים כאשר : נוזל ללא במצב, הסיבים שבין , בתווך האחד האור סיב של הפגיעה שזווית הפגיעה ממישור פנימיות החזרות , מקבלים אוויר הוא כשהתווך הקריטית מהזווית גדולה מופסק הסיבים שני דרך האור (, ומהלךnair<nglass) לאוויר הזכוכית סיב שבין בתווך(.OFF )מצב

נקבל לא נוזלי, אזי הוא הסיבים, התווך שבין במרווח הנוזל: ו בתוך שרוי שהחיישן במצב -בין הוא והמעבר לנוזל, היות הזכוכית סיב שבין בתווך הפגיעה ממישור פנימיות החזרות

)מצב מופסק אינו הסיבים שני דרך האור (, ומהלךnwater>nglass) לנוזל הזכוכית סיבONהשני. הסיב אל האחד מהסיב יעבור האופטי ההספק (, ורוב

LS-FK 1/2 תLS-FK 1/2 נוזל אמבט 2# סיב וθ max<θ 1# סיב

ו ך

126

לחץ -מתמר היברידי חיישן 2.2.2 הלחץ אלסטי, למדידת הפוטו האפקט עקרון על ובנוי יותר , מתוחכםPressure Sensorה-

. זכוכית מתמר על המופעל

" שתוצאתה- Stress-Induced Birefringenceל-" גורם זכוכית מתמר על המופעל הלחץהמתמר. דרך המשודרת האלומה בקיטוב שינוי

קבוע. כיוון על שומר החשמלי השדה : וקטור לינארי קיטוב להפרש מתורגם החשמלי השדה וקטור רכיבי שני בין הזמן : הפרש אליפטי קיטובפאזה,

האנכיים הרכיבים שני בין הזמן הפרש אחרות: לדוגמה, כאשר קיטוב צורות ומקבלים של אליפטי מסלול , ונקבל˚90 יהיה ביניהם הפאזה ( - הפרש4λ) / , הואהשונים

. החשמלי השדה

עם שונות במהירויות לשני, נעים ביחס אחד המקוטבים הליניאריים הגל רכיביBirefringenceה- את המגדירδ(β) ביניהם, שההפרש , כך שוניםβ התפשטות מקדמי

להשתנות. לקיטובים , גורם הסיב של בזוית הקיטוב את לשנות בזכוכית הפוגע האור את מאלץ בציורP הראשון המקטב

.S המופעל למאמץ מתכונתית45˚ ליניארי מקיטוב להשתנות הקיטוב למישור " גורםStress-Induced Birefringenceה-"

. אליפטי לקיטוב המאונך המשודר האור רכיב את בוחרAnalyzerכ- הפועל בציורA השני המקטבהמקורי. הליניארי הקיטוב למישור

הוא החיישן ע"י המשודר , ההספק הנראית בקונפיגורציה

t הזכוכית מתמר -עובי S –המופעל המאמץ

f=2tS00.2-0.3 הם שלו אופיניים )ערכיםMpa-mלמדוד מיועד זה , כשסנסור (.P/P= Δ מ טובה רזולוציה עם21Mpa (3000PSI) עד

1Pascal= 1MPascal=S0 –למינימום ממקסימום ההספק להעברת הנדרש המאמץ (Material Fringe Value)

S Strain

A Analyzer αS

G I0=I

P polarizer

Random Polarization

בזווית , מקוטבG הזכוכית למתמרP המקטב דרך החודר מקוטב בלתי אור .S - המאמץ לציר ביחס45˚

127

קירבה חיישן 2.2.3מרכזית. משותפת ומזרוע מפוצלות זרועות משתי מורכב

Proximity Sensor- Bifurcated dual Fiber Bundle

מוחזר- מהמשטח אור משטח גלאי

מחזיר 2# זרוע

מרכזית זרוע

1# זרוע מקור / לייזר

אור לבן

, Bifurcated dual Fiber Bundleה- של האחת לזרוע החודר האופטי ההספק Bifurcated dual Fiber Bundleה- של השניה מחזיר, לזרוע משטח באמצעות מוחדר הגלאי. אל שיצא- החוצה מהאור חלק הקולט

המרכזית הזרוע קצה שבין במרווח לגלאי, תלויה המוחזרת האור של האנרגיה כמותהמחזיר. , למשטחBifurcated dual Fiber Bundleה- של

הזזה מתקן על , מונחBifurcated dual Fiber Bundleה- של המרכזית הזרוע קצה Translation Stage)המרכזית הזרוע קצה שבין המרווח את לשנות ניתן (שבאמצעותו

המחזיר. למשטח Reflecting Surface

Distanceאחד, מסיב הנפלט האורהמרכזית הזרוע קצה הקרוב המשטח ע"י מוחזרהשכן. הסיב ע"י ונקלט

Receiving Fiber Fiber from Source

128

2.3 Internal Effect Sensors המתמר. וגם ההעברה תווך גם הוא הסיב זה מסוג בחיישנים

" Displacement Sensor " .Microbending על מבוסס הפעולה כשעקרון לחץ משטחי שני בין המונח מסיב מורכב

המשטחים שני בין להתקפל לסיב גורםMode Scrambler-1FM ה- רכיבMovable and Fixed Surfacesהאור אנרגיית של ההעברה ממסלול לסטייה , ובכך

המעטפת. דפנות ( ,לכיווןMicrobending Mechanismה- )עקב הליבה לאורךלשני, ביחס אחד המשטחים שני של בהעתקה בתלות נמדד האופטי ההפסד הסיב. מונח שעליהם

: כוללים אלה חיישנים לגבי שבשימושModulation effectsה- Microbending Loss Mechanism

“Fiberdyne” Modal Intensity Modulation Effect האופטי ההספק של Redistribution לגילויMode Filtering ב- משתמשים שבו

הסיב. על מכניות דפורמציות הפעלת לאחר המתקבל

Microbend Strain Sensorנייד משטח

קבוע משטח

גורם הסיב על לחץ )קפלים( הסיב לכיפוף אופטי הספק ולהפסד

129

הניסוי לביצוע הוראות. 3

נוזל גובה לגילוי סנסור 3.1החיבור. לצורך (, שהוכנוMLD-F – )מסוג הסיבים שני מקצות השרוול שיכבת את גרד1 ,LS-FK ההתקן מקטעי אחד בכל המתאים בחריץ המגורד הסיב קצה את הנח2

להלן: שמתואר כפי מגורד הלא בקטע לחריץ הסיב את והדבק

אפוקסי החריץ לתוך הסיב הדבקת

המגורד הסיב על

FK-LSה- בהתקן המונח הסיב

הדבק שיכבת את להסיר מנת על הסיב קצה את האפוקסי,שפשף התיבשות לאחר3 הסיב. מקצה המיותרת

שני בין שהמרווח כךLS-FKה- התקן קטעי שני את הודבקו, מקם הסיבים ששני לאחר4 לשימוש שנבחר הנוזל בצמיגות תלוי . המרווח מ"מ0.5 – כ יהיה הסיבים ה שני בין מקסימלי צימוד לקבל מנת על האפשרי המינימלי אלכוהול(, ויהיה )מים/גליצרין/או הסיבים.

את מהסיבים, ומדוד אחד לתוךHeNe Laserה- ממקור האור אנרגית את צמד5 (.OFF )מצב לשני אחד מסיב המועברת האור אנרגית

בנוזל טבול יהיה הסיבים בין שהמרווח נוזל, כך באמבטLS- FKה- התקן את הטבל6 (.ON )מצב לשני אחד מסיב המועברת האור אנרגיית את לנוזל(, ומדוד מאויר התווך )שינוי

הסנסור. שלOFF למצבON מצב בין ההספקים בין היחס את חשב7

130

GLASS TRANSDUCER - על המופעל לחץ מדידת 3.2

:FK-POL Polarization Sheetה- דפיף של האופטי הציר את מצא 1 כך זכוכית משטח על הארה ע"י , היא האופטי הציר למציאת הפשוטה הדרך

שהאלומה ,FK-POL Polarization Sheetה- דפיף לכוון56˚ בזוית , תוחזר במשטח הפוגעת

במישור יקוטב הזכוכית ממשטח המוחזר שהאור הזכוכית, כך למשטח בניצב הממוקם. למשטח המקביל

יהיה: הזכוכית ממשטח המוחזר , האור Polarizer ה- דרך כשמסתכלים, הקיטוב למישור מקביל האופטי , כשהציר מקסימלי.הקיטוב למישור מאונך האופטי , כשהציר ומינימלי

Polarizing Sheet

Polarized Light Passed Light Beam p

o l ˚ 56

a r a

Optical axis i z Glass Sheet

a .

Optical Axis Parallel to the plane of Polarization שיהיוFK-POL Polarization Sheetה- מדפיף מלבניות פיסות שתי חתוך 2

הקיטוב שציר , כךFK-GT Glass Transducer Sensor Assemblyה- דופן של בגודל שנחתכה. המלבן פיסת לדופן45 ˚ בזוית יהיה

:FK-GTה- ,לדפנות שהכנתFK-POL Polarization Sheetה- פיסות שתי את הדבק3 Crossed Polarizers לשני ביחס אחד נחתכיםAnalyzer A וה- Polarizer Pה- של הקיטוב צירי שאם וודא

באמצעות המשודר האופטי ההספק על , משפיעהGT-FKה- עלS מאמץ הפעלת אזי לפי הסנסור

Parallel Polarizersלשני ביחס אחד מקביליםAnalyzer A וה- Polarizer Pה- של הקיטוב צירי שאם וודא

באמצעות המשודר האופטי ההספק על , משפיעהGT-FKה- עלS מאמץ הפעלת אזי לפי הסנסור

Crossed Polarizers ו בתעשיה לאפליקציות מועדף , -Parallel Polarizers , מומלציםיותר. פשוט הסנסור של האופטי והכוונון היות, מעבדתיות לאפליקציות

למקום,Pitch GRIN Rod Lenses Model FK-GR25P¼ העדשות שתי את הדבק4 לאזור פנימה יבלטו שלא , כךFK-PS Pressure Sensor Assemblyה- במכלול המתאים .FK-GTה- מונח שבו

HeNe Laserה- ממקור האור אנרגית את וצמדF-MLD מסוג סיב קיטעי שני הכן5מהסיבים. אחד לתוך מגבהים על מוחזקFK-GT הסנסור , כשמכלולFP-1 סיב למחזיק סיב קצה כל חבר הסנסור. דרך האור של מקסימלי צימוד לצורך מתאים גובה לקבלת

131

מקסימלי צימוד לקבלת ודאג במכלול המתאים במקום הזכוכית מתמר את הנח6. הסיבים שני בין FK-GT Glass Transducer

Polarizer

Polarizer

Fiber GRIN_Rod Lenses

Assembly Block of FK-PS

Lever Arm Fiber

הלחץ. להגברת הידית בקצה משקל והוסף המתמר על הלחץ ידית את הורד7שהוספת. במשקל בתלות הסנסור דרך האופטי ההספק את מדוד המתמר. שטח על המופעל הכח מתוך הלחץ את חשב

המתמר. על המופעל בלחץ בתלות הסנסור ע"י המשודר ההספק גרף את שרטט8 לעקום זאת , השווהParallel Polarizers של בהנחה

. מינימלי , הוא הסנסור דרך המשודר ההספק שבו הלחץ את מצא Material Fringe -S0 הקבוע לחישוב בכך השתמש

132

קירבה סנסור 3.3.SP-2 המגבהים שעל Collar ל- Dual Fiber Bundle 777-1ה- של הקצוות את הרכב1 המוצבVPH-2 למחזיק777-1 ה שלSingle-Endedה- מזרועות אחד את חבר2

. HeNe Laserה- ממקור האור את , והחדר לשולחן לבן(. אור מקור באמצעות להאיר גם )ניתן

Translation Stage 420-0.5 המעתיקה הדרגה על נוסף VPH-2 זרוע מחזיק הצב3 mm0.01=1/50*0.5שנתה= , כלmm 0.5= סיבוב כל זה. למחזיק המרכזית הזרוע את וחבר לזרוע שהוחדרהHeNe הלייזר שיציאת כך קיר מסך המרכזית הזרוע בקירבת הצב המסך. על , בוהקת אחת

השניהSingle Endedה- זרוע לקצה חזרה , יוחזר הקיר מסך ע"י המוחזר האור4 לשולחן. המוצבVPH-2, נוסף זרוע במחזיק היא אף המוחזקת של לגלאי – השניהSingle Endedה- זרוע מקצה היוצא האור את צמד .Power Meter 815ה-

לקיר המרכזית הזרוע קצה ביןd המרחק של כפונקציה המוחזרת היציאה את מדוד5 ./1 של כפונקציה ההספק גרף את הצג המסך, וכן

:1 / ליניארית תלות מתחילה שבה הנקודה את מצא6 המוחזרת האור כמות בחישוב משמעותי אינו הסיב של הליבה קוטר שבו המרחק )זהו הסנסור. ע"י המתקבלת סיב ע"י המתקבלת האור כמות נופלת למסך מאד מתקרב הסיב , כאשר מדוע

שלה? המקסימלי מהערך Fiber Bundle ה-

3.4 Microbend Displacement Sensor.Displacement Sensorכ- ןשמשFM-1 Mode Scambler- ה1

המשטחים. שני של להפרדה הסיבובי הבורג את פתח , באמצעותF-MLD הסיב קטע , לתוך HeNe ה- ממקור הלייזר אור את החדר2

.F-916 Couplerה- הנלחצים. המשטחים שני בין הסיב את הנח3 את ורשום בסיב הלוחצים המשטחים של לנגיעה עד הסיבובי הבורג את סובב4

מצב. 12.5μm של היא ביותר הקטנה תזוזה, כשהתזוזה25μm מייצג סיבוב הבורג: )כל התזוזה: של הסיב- כפונקציה ביציאת האור אנרגיית את רשום5

בורגי, סיבוב באמצעות המבוקרת התזוזה ממשית סנסור )במערכת המשטחים לשני המחוברים נוספים מקופלים משטחים סט ע"י תוחלף

היחסי שמיקומם

133

10 מס. מעבדה , PHASE SENSORS לבניית . S.M מסוג אופטי סיב תכונות ניצול Mach-Zehnder של התאבכות על-מד המבוססים הניסוי מטרת - 1

מחיישנים שונים שהם-Single Mode Interferometers מטיפוס חיישנים להדגים של גילוי מבצעים שהם בכך אלא הסיב בסוג רק לאMulti-Modeמטיפוס-

השינוי , ולהשתמש בסיב המתפשט האור עוצמת השינוי של מגילוי להבדיל בפאזה

בהםולחץ. בטמפרטורה שינויים למדידת

ורזולוציה רגישות בעלי לחיישנים התאבכות, טובה מד של זו שטכניקה ניווכחגבוהים.

לניסוי הקדמה 1.1 גלים התאבכות

ניתן הזמן, אזי ובאותו מקום באותו מופעלים אלקטרומגנטיים שדות שני כאשרכוקטור. מוגדר מהם וכ"א השדות-וקטוריאלית, היות שני את לסכם

בכל השדות את לסכם ניתן , אזי כוון באותו לינארית מקוטבים שדות שני אםסקלרית. נקודה

בפאזה והם אמפליטודה אותה בעלי חשמליים שדות שני אםכפולה. אמפליטודה יתן סכומם (, אזי0 הוא הפאזה )הפרש

ונקבל השני את אחד מבטלים הם אזי 180 ˚ הוא ביניהם הפאזה הפרש אם.0 שדה כתוצאה

בונה", "התאבכות נקרא גלים של בפאזה-הסיכום השדות כאשר

+ =

נותן הגלים של הסיכום ביניהם- אזי180 ˚ פאזה בהפרש השדות וכאשר הורסת". "התאבכות

+ =

134

ל- מיוחסת ההתאבכות תופעת את המציגה הגאומטריה Mach-Zehnder של התאבכות מד

Screen L1 BS1 Path #1 M1 Source

M2 Path #2 BS2

L1- Collimating lensBS1/BS2-Beam Splitter

M1/M2-Mirrors

.1BS אלומה מפצל ע"י מתפצלת המרוכזת והאלומה1L עדשה ע"י מרוכז המקורBeam Splitterמקצתו. ומחזיר בו הפוגע אור של שברר שמעביר רכיב הוא

.50% הוא להחזרה העברה בין היחס המקרים ברובע"י , ומתאחדות2M/M1 המראות ע"י מחדש מכוונות המפוצלות האלומות

.BS2 Beam Splitter המפצל.S המסך על נראות האלומות של ההתאבכויות

אוPath1/or Path2ל- המוכנס האופטי המסלול באורך כלשהו שינוי וקיים במידה, (Fringe patterns) ההתאבכות בטבעות שינויים יחולו אזי האינטרפרומטר לזרועהשינוי. את למדוד לצופה המקרים ברוב שתאפשר בצורה

1.1.1 Interferometric Sensors הפרעות הכנסת של ההשפעה את המגלים מתוחכמים חיישנים הם אלה

.Single Mode מסוג בסיב האור התפשטות של הפאזה פיסיקליות- עלגבוהה. באיכות בסיבים גבוהה, בשימוש רגישות בעלי אלה חיישנים

.Mach-Zehnder של התאבכות מד על מבוססים ביותר הידועיםPhase Sensorsה- מוחלףMach-Zehnder של ההתאבכות שבמדBS1 (Beam Splitter) , ה- 10# בניסוי

זהה. באורך Single Mode מסוג סיבים שני לתוך מוחדר והאור bidirectional coupler ב- והמראות.Path #1 and Path#2את- מחליפים הסיבים שני

האחר עליה, והסיב חיצוניות מהפרעות המבודדת ייחוס כזרוע משרת הסיבים אחדאותן. למדוד להפרעות, שיש החשופה ההתאבכות מד של הסנסור כזרוע משרת

באורך שינוי באמצעות החיישנית בזרוע הפאזה הסחת על משפיעות החיצוניות ההפרעות באורך שינוי ו/או הזכוכית סיב של השבירה במקדם שינוי עקב שנגרם האופטי המסלול

הסיב.הסנסור. של המקלט בצד מתאחדות האלומות כששתי מתקבל הפאזה הסחת גילוי

.(Fringes) טבעות מופיעות מכך כתוצאה

135

המד- התאבכות קונפיגורצית Laser F-916 Bidirectional

Coupler Coupler

Screen Beam Splitter Cube

F-916

Fringes F-916

של מדידה מאפשריםMach-Zehnder של ההתאבכות מד עקרון על הבנויים חיישניםהכוללים: פיסיקליים פרמטרים של רחב מגוון

, וטמפרטורה. מגנטי , שדה אקוסטיים מאמץ, גלים לחץ, מדידת מדידת(Sagnac ) מסוג אינטרפרומטר של אחר סוג על הבנוי נוסף התאבכות מד

סיבוב. קצבי למדידתFiber Gyroscope ה- הוא

סידרה ומקבלים מתערבל הסיבים משני , האורMach-Zehnder של ההתאבכות במדוחושך. אור טבעות של

המשמש בסיב האור לפאזת ביחס החיישן כזרוע המשמש בסיב האור בפאזת שינוי (.Fringe pattern)ה- הטבעות של להסחה ייחוס, גורם כזרוע

אחת. טבעת של להסחה , גורם2π (rad) של שינוי לדוגמהמס' ספירת ע"י ישירות לחישוב הנמדד, ניתן הפיסיקלי בפרמטר השינוי של הערך

המוסחות. הטבעות , ф=β·L המכפלה ע"י ( מתקבלתL )שאורכו הסיב לאורך הנע אור גל של הפאזהבסיב. האור גל התפשטות מקדם הואβ כאשר

ע"י בפאזה, הניתן לשינוי , גורם הסיב סביבת של פיסיקלי בפרמטר כלשהוא שינוי δ ф=β·δ L+L· δ β

באורך משינוי כתוצאה התרומה את מציג המשוואה של ימין בצד הראשון האיבר.δ βההתפשטות- במקדם משינוי כתוצאה התרומה את מציג השני , והאיברδ Lהסיב-

Lה- על משפיע הפיסיקלי השינוי שבו הסיב אורך את מייצגFiber. S (Stimulus) פיסיקלי עירור וליחידת הסיב של אורך ליחידת מיוחס הפאזה שינוי

הוא: SL δ ф/

מרחק בעל -בסיב המוזזות הטבעות של ספירה ע"י לשיערוך ניתן העירור גודלנתון. אינטראקציה

136

1.1.2 Interferometric Temperaure Sensor

L באורך הסיב קטע על , המשפיעT δהטמפרטורה שינוי של ההשפעה את לדוגמה ניקחההתאבכות. במד הייחוס זרוע ל המחובראפקטים: שני נקבל זה במקרה

כתוצאהβ ההתפשטות במקדם תרמית, ושינוי מהתפשטות כתוצאהL הסיב באורך שינוילמשואה: , הופכת δ ф=β· δ L+L· δ β .המשוואהבטמפרטורה השבירה מקדם מתלות

(δn/δT ]) δ ф/ δT·L = (2π/λ)·[(n/L )·( δ L/ δT) +

L/ δT=[L(T1)-L(δ T2)]/[T1-T2] כאשר δn/δT=[n(T1 –n(T2)]/[T1-T2]

בערכים להשתמש , ניתןHeNe לייזר אור ומקורFused Silica מסוג סיב של במקרה :Pure silicaשל- הבאים =(1/L·(δ L/ δT

δn/δT= n=1.456

· λ=632.8: נותנים אלה ערכים

= δ ф/ (δT*L) סיב. של מטר1 ,ל- C°ל- טבעות17 נקבל כלומרומקדם האמפליטודה, היות גודל- לחישוב כסדר להילקח חייב הזה הסופי הערך

להשתנות יכולים השבירה מקדם של הטמפרטורה ותלות התרמית ההתפשטות שלילי להיות יכול δn/δT) אופטיים סיבים זכוכית, כדוגמת לרכיבי ניכר באופן

טבעת של ברזולוציה נשתמש אם שגם מכך מסוימים(.המסקנה במקרים(Fringe)0.06 של רזולוציה לקבל ניתן מאד, הרי שמרנית כהערכה אחתdeg-m

התאבכות. מד על המבוסס טמפרטורה לחיישן1.1.3Interferometric Pressure Sensor

סיב. של אורך ליחידתP לחץ של האפקט את ניקח שניה דוגמה .σ1 =-Pכ- לביטוי ניתן הלחץ של רכיב כל אזי איזוטרופי הוא הלחץ אם

– כ לביטוי ניתן המאמץ שלZה- רכיב - =P(1-2μ)/E Єz

μפואסון, מקדם הואEיאנג מודולוס הוא

ל- הופךδ ф=β · δ L +L·δ β משוואה שלIה- האיבר

- β (1-2μ)LP/E = ЄzL β β· δ L =

השבירה מקדם את משנה המאמץ , כאשרStrain-Optic Effect ה על משפיע השני האיבר זניח( באופן אולם משפיע גם עליו המופעל מהלחץ כתוצאה הסיב קוטר ) שינוי הסיב של

.

L· δ β=L·(d β/d n)·δn

.( )Optical Indicatrix , δב- השינוי מתוך לחישוב ניתן השבירה במקדם השינויבנוסחה: מתבטא השבירה במקדם הזה השינוי

(( 2P12+P11 δn=- P11

137

P11 , P12ה- של אלמנטים הםStrain-Optic Tensor.: המשוואות שלשת את נאחד אם

β (1-2μ)LP/E = ЄzL β β· δ L= L· δ β=L·(d β/d n)· δn

( Єz(2P12+P11 -1/2n^3* δ(1/n^2) =* δn=-1/2n^3

-δ ф /δPL=(-2 π/λ)· (1-2μ)/E [nהנוסחה: את כתוצאה נקבל (2P12+P11)]

ש- , ונתוןPure Silica הוא , והסיב HeNe לייזר הוא אור שהמקור בהנחה n=1.456

E= P11=0.121 P12=0.270

=0.17 μ 632.8 λδ ф /δPL=-4.09כתוצאה: נקבל אזי radian/Pa-m ,.22.3psi-m או, 154Kpa-m לכל טבעת להסחת המתאימה תוצאה יכול יאנג מודולוסMulti component Glassesול- היות החישוב של גודל סדר זהו .2 של בפקטור להשתנות יכול פואסון ויחס20%מ- ביותר להשתנות התאבכות במד המתפשט האור קיטוב 1.1.4

ההתפשטות ולוקטור לשני אחד הניצבים וקטורים הם והמגנטי החשמלי השדה רכיבי האור, ידוע(. מסלול לאורך , ושכיוונו הוא שלוZה- )שרכיב

אופטיים בסיבים האור קיטוב תופעת בהם מתקיימת ולכן רוחב גלי הם במהותם אלקטרומגנטיים גלים

הקיטוב המאונך במישור שהתנודות בעוד מסוים במישור האור תנודות של )העברהלמישור

מוחזרות(. או נבלעות זה ע"י לתיאור הניתןHE11 הואSingle Mode מסוג בסיב המתפשט המוד

קומבינציה לאורך ומתפשטים לשני ביחס אחד אנכית המקוטבים לינאריים רכיבים2 של אחד כל

האופטיים. מהצירים

HE11 המוד של הקיטוב לחלוטין, רכיבי סימטרי מעגלי חתך בעל בסיב הסיב, לאורך מהירות באותה , נעים אנכית המקוטבים הרכיבים שני שהם . התפשטות מקדם אותו בעלי והם היות

הרכיבים שני הליבה(, אזי של אליפטי )חתך סימטרי מעגלי שאינו חתך בעל בסיב שונים. ההתפשטות במקדמי שונות במהירויות , נעים אנכית המקוטבים בהתאמה, שלה והקטן הגדול הציר לאורך נמצאים האליפסה של והמהיר האיטי הציר הסיב. לאורך שונות במהירויות שונים, נעים התפשטות מקדמי בעלי שהם הקיטוב ורכיבי

והוא הסיב של הכפולה השבירה נקרא ההתפשטות מקדמי בין ההפרש גורם

.הכולל הסיב לאורך המרחק עם מחזורי באופן להשתנות לקיטובים אורך נקראº360 כל מחזורי באופן משתנה הקיטוב שבו Lp המרחק

של הפעימהע"י הסיב של הכפולה לשבירה מיוחס והוא הסיב

Lp=2/

מקדמי בין , ההפרש הסיב ( לתוךEy & Ex ליניאריים רכיבים )בעל האור בחדירת

138

עם מחזורי באופן להשתנות לקיטוב , גורם הקיטוב רכיבי תנועת של)) ההתפשטות המרחק(: )עם הסיב לאורך האור התפשטות

λ0 /(n) 2* =() n=nslow-nfast

ליניארית. מקוטב האור , אזי בפאזה נמצאים האור של הקיטוב רכיבי2 כאשר

הופך הקיטוב , אזי בפאזה שונים הלינאריים , כשרכיביו הסיב לאורך מתפשט כשהאור . של פאזה בהפרש וחזרה לאליפטי מליניארי האור את , ומחדיריםאמפליטודה באותה הם האור של הקיטוב רכיבי שני כאשר לאליפטי מלינארי הופך הקיטוב האופטי, אזי לציר ביחס בזווית ליניארית המקוטב של המקורי למישור ביחס בזווית שהוא ,במישור לליניארי בחזרה ושוב למעגלי הלינארי. הקיטוב

מישורית, אזי מקבילים היציאה, אינם אלומות שתי של הקיטובים שבו במצב בחדות. הטבעות את לראות ניתןיהיה לא

כל נקבל לא לשני, אזי ביחס אחד מאונכים הקיטובים שני כאשר הגרוע במצבהתאבכות.

(,Polarization –Preserved Fiber SPV) ההתאבכות במד ארוכים סיב בקיטעי נשתמש אםשבכניסה לאלומה זהה בכיוון מישורית מקוטבת תהיה האלומה שיציאת להבטיח נוכל אזיבבירור. ייראו שהטבעות כך בסיב להשתמש ניתן מטר(, אזי2)כ- ההתאבכות במד קצרים סיב בקיטעי נשתמש אם

יישאר האור אזי לסיב יוחדר מישורית מקוטב אור שאם סטנדרטי, כך Single Mode מסוג , הןMode Couplingל- הגורמות ההפרעות עוד שלו, כל המקורי המישורי הקיטוב במוד

מקבילי. יהיה היציאה אלומות שתי של הקיטוב הסיב שבקצות לכך לגרום מינימליות. ניתןמסוג בסיבים הדרוש בכוונון הצורך קצר, ומבטלת באורך לסיבים טובה זו גישה

Polarization –Preserved Fiber.

139

הניסוי לביצוע הוראות 1.2 ההתאבכות מד ( לכיוונון SET UP ) ראשוניות הכנות 1.2.1

(FIG -10.2 )ראהשל הסנפים לאחד המקוטבHeNe הלייזר יציאת את צמד - 1

.F-916 Couplerב- שימוש , תוך506Bsingle Mode bidirectional couplerה- ,bidirectional couplerה- של היציאה סיבי קצוות שני את גרד - 2 , אזי חדות טבעות לקבל מנת ועל , היות באורכם זהים יהיוPigtailsה- שני - 3

זהים להיות חייבים ההתאבכות מד זרועות שתי של האופטיים המסלולים אורכיבאורכם.

על המוחזק MSP-1 ה מוט על , המורכבMM – 1 המראה מחזיק את מקם - 4.MM-1ה- קצה עלFK-BSC האלומה מפצל קובית את . הצבMPH – 1 ה

דו-צדדי(. דבק סרט בעזרת מוחזק להיות יכול האלומה )מפצל.F-925 GRIN Rod Lens Couplerה- לגובה תואם שיהיה כך האלומה מפצל גובה את כוונן

.F-925 Couplerמה- אחד בכלFK-GR25Pה- עדשת את הצב - 5 , וכוונןF-925 Couplersמה- אחד לכל ההתאבכות מד של הסיבים אחד את הכנס מקבילה היאGRIN –Rod Lensה- מעדשת היוצאת שהאלומה כך הסיב מיקום

(Collimated.).Beam Splitterה- מפצל מרכז את חוצה שהאלומה כךF-925ה- מצמדי את סדר. ההתאבכות, חופפות מד זרועות משתי שהאלומות כךBeam Splitterה- את כוונן

כל לזו, כאשר ביחס זוº90 האלומה, בזוית ממפצל תגענה אלומות שתי - 6הטבעות. לקבלת לשמש יכולה מהאלומות אחת שיתן , במרחק האלומה במסלול מסך והצב רצויה הבלתי האלומה את חסום

הטבעות. של ברורה תצוגה שניתן ,כךGRIN –Rod Lensה- מעדשותF-925 Couplersב- הסיבים את הרחק

קלות. ביתר הטבעות להצגת האלומה את להרחיב יהיה(.5ב-) כמו מחדש הכיוונון על חזור מספקת בחדות טבעות מתקבלות לא אם - 7

המסך, על חופפות ולאBeam Splitterה- במרכז נפגשות לא לא האלומות אםהטבעות. את לקבל קשה יהיה

טמפרטורה סנסור 1.2.1 (,Fringe Displacement)ה- הטבעות , שהסחת לניסוי בהקדמההוסבר - 1

בטמפרטורה. מאד תלויה ההתאבכות מד שלפשוטה: הדגמה ע"י לכך תחושה לקבל ניתן

אחד סביב ידך את הראשוני(, הנחSet-up)ה- ההתאבכות מד כוונון אחריבו. נגיעה ללא הסיבים

ישיר במגע היית שלא הטבעות, למרות של מהירה להסחה יגרום מידך החום)מזגן,וכ"ו(. האינטרפרומטר עובד שבו הסביבה לתנאי לב )שים הסיב עם

140

להיעשות יכול האינטרפרומטר של לטמפרטורה הרגישות לכיול כמותי ניסוי - 2בקרח: בשימוש

הצפויה הטבעת הסחת את לחשב ע"מ הבאים בנתונים השתמש כן לפני :0deg – ל טמפ' החדר שבין בתחום

”:1 של מפגש לאורך טבעות9כ- לקבל אמור אתה

:Pure silicaל- הבאים בערכים להשתמש ]ניתן =(1/L·(δ L/ δT

n=1.456

δn/δT= =632.8 λ

: נותנים אלה ערכים=107radians/deg-m δ ф/ (δT*L)]

לחות. הן שבנגיעה עד והמתן קרח קוביות השג - 3יבשה בסביבהdeg 0מ- פחות להיות יכולה שלהם הטמפרטורה

.לחה בסביבה0ל- וקרובה משטח, שמסתו על המונח הסיבים אחד של ישר קטע על אחת קרח קובית הנח - 4

הוא הקרח עם תרמי משקל לשיווי להגיע לסיב שייקח גדולה. הזמן התרמית משתנות. שהן בזמן הטבעות את לספור רב זמן שיבטיח שניות, דבר60 עד30כ-

(.2מ- ) המחושב הערך עם שספרת הטבעות מס' את השווה - 5לעיל? במשוואה שתוצאתו המחושב הגודל סדר על להסתמך ניתן כמה

לחץ חיישן 1.2.2 Breadboardה- , בקצה9 בניסוי שהשתמשתFK-PS הלחץ סנסור מכלול את הצב - 1

.9 כבניסוי מוטות על אותו להעמיד נדרש אור, לא דרכו תצמד ולא היות דרכם נעביר לא הפעם , אולםGlass Transducer FK-GTה- של פיסות בשתי השתמש - 2

עליהם. המופעל הלחץ את למדוד מנת על אור, במכלול המתאים במקוםGlass Transducer FK-GTמה- אחד את הנח

ואת FK-GT ה על מהם אחד ושים דק ממחק העשויות דקות פרוסות שתי חתוךמעליו. הסיבים אחדאת הנח הזה המכלול כל המונח, ומעל הסיב מעל השני המחק את שים השני.Glass Transducer FK-GTה-

שהזרוע כך הבורג את וכוונן שהתקבלStackה- עלFK-PS ה של הלחץ זרוע את הורד – 3מאוזנת. תהיה

המשקל. של כפונקציה הטבעת הסחת את ומדוד לזרוע משקל הוסף - 4: הנוסחה ע"פ וזאת שהוספת למשקל הטבעת הסחת את חשב - 5

δ ф /δPL=-4.09 radian/Pa-m ,

הניסוי תוצאות בין שהקשר תקבל לסיב מסביב רך בגומי שמשתמשים למרות על מתפזר כשהוא ולא הסיב על מרוכז הכוח כאשר טוב מתקבל החישוב לתוצאות

.Glass Transducer FK-GTה- משטח כל

141

5005 מעבדת מבוא להנדסת חשמל preliminary electrical ... course.doc · web...

Documents