автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.07, диссертация на тему:Исследование параметров распространения оптическихимпульсов в волоконных световодах

- - Г1

-- ^ ч5 V '5

Харк1вська державна академ!я м1ського господарства

На правам рукопису

К1СЛ0В Вячеслав Володимирович

ДОСШДЖЕННЯ ПАРАМЕТР1В Р03П0ВСЮДЖЕННЯ ОПТИЧНИХ 1МПУЛЬС1В У ВОЛОКОННИХ СВ1ТЛ0В0ДАХ

05.09.07 - Св1тлотехнАка та джерела св1тла

Авто гэе Фе рат

дисертацП на здобуття наукового ступеня кандидата текн1чник наук

Харк1в - 1996

ДисергацДя е рукопис

Роботу виконано в Державному науково-виробничому об'едненн! "Метролог1я"

Науковий кер1вник - доктор техн1чних наук, професор В. К. Копил

0ф1ц1йн1 опокенти:

доктор техн!чних наук, професор Л. А. Назаренко кандидат ф1зико-матеыатичних наук, доцент В.Ф. Рой

Пров1даа орган1зац1я - Харк1всъке конструкторське бюро по машино-

будуванню 1м.О.О.Морозова

Зекист в1дбудаться " " Л-Ж'ЯггГЯ 1996 р. о /У ^ на зас1данн1 Спец1ал1зованноI вчено! ради К02.13.04 при Харк1вський державн!й академП м1ського господарства С 310002, м.Харк1в, вул.РеволвдП, 12)

3 дисертац1ею можно ознайомитися у б1бл1отец1 ХДАМГ С 310002, м. Харк1в, вул.РеволадП, 12)

Автореферат роз1сланий " ^ " ^И^Лг/1996 р.

Вчений секретар Спец1ал1зовано1 вчено! ради

фб^ е. Д. Д'яков

Загальна характеристика робота

Актуальн1сть теми

Питания, пов'язаи! з розповсюдженням оптичного випром! Италия кр1зь волоконный св1тловод, е актуальными в зв'язку з тами застосуваннями, як1 вони знай шли в св1тлотехн!ц!, виы1рюальн1й гехн!ц! та оборони!й текн!ц1. За останн! роки ця галузь бурхливо эозвиваеться 1 в ц!лому е досить вивченою з погляду Ф1зичних чвищ. Разом з тим п!двищення точност1 лазерних !нформац1йно-аим!рювальних систем СЛ1ВС), в яких волоконний св!тловод е :кладовою частиною, е неминучою частаною прогресу у дан1й галуз1 га потребуе нових п!дход!в, зокрема у створенн1 метод!в та за-:об!в метролог!чного забезпечення вим!рювань, пов'язаник з Л1ВС.

Волоконний св!тловод е ун1кальним пристроем, яке допомогае в эдному раз! одержувати (чи передавати) !нформац!ю про величини чи троцеси в!д недосяжних об' ект!в. а в !кшму раз! - бута сал!братором вим!рювально1 системи. В1дзначемо при цьому, що са-докал!брувальн! вим!рювальн1 системи - це сучасн! вимоги у роз-аитку вим!рювально! техн!ки.

Ясно, що при вс!и таких випадках важлива не т!льки правильна штерпретац!я явищ розповсюдження випром1нювання у волоконному :в!тловод!, але ! оц!нювання точност1 одержано! вим1рювалъно! ^н4ормац!1.

У дисертац!йн1й робот! розглянуто розповсюдження !мпульсно--о лазерного випром!нювання кр!зь волоконний св1тловод С ВО на зовжинах хвиль 0,53 та 1,06 мкм. Лосл!дженню розповсюдження мо-кЦдаульса кр1зь ВС присвячена значна к1льк!сть роб!т, але у них з основному вивчались явища розповсюдження випром1нювання для ювжин хвиль 0,85:1,3:1,5 мкм. Це зумовлено широким застосуван-шм ВС у засобах зв'язку з нап!впров!дниковими лазерами. У

той же час питания розповсюдження моно!мпульсу з довжинами хвиль 0.53 та 1,06 мкм недостатнъо вивчен1. Стримуючим фактором у проведен! лосл!джень в ц1й галуз! була в!дсутн!сть метод1в та за-соб!в метролог!чно1 атестацП у ц!й галуз1.

Агстуальн!сть таких досл!джень та 1к зв'язок з впровадження-ми видна на такому вагомому приклад!. Одним !з засоб!в вже згадувано! самокал!бровки Л1ВС б зас!б затримання зондування сигналу на зазделег!дь визначений час за допомогою-ВС. ШВС дозволяе вим!рювати час розповсюдження !мпулъса з точн!стю десятою частки наносекунди. Тому, враховуючи методи вим!рювання часу затримки Л1ВС, сучасн! вимоги до похибки формування затримки оптичного зондованого 1мпульсу знаходятъся в межах + 50.с, що нахла-дае жорстк! вимоги на точн!сть в1дтворення форми обв1дно1 !нтен-сивновст! !мпульсу зважаючи на вимоги в!дпов!дност! м!ж обв!дни-ми !нтенсивност! зондованого та затриманого !мпульс!в. Таким чином, необх!дна !нформац!я про розповсюдження лазерного !мпульсно-го випром!нювання у неоднор!дному диелектр!чному цилиндричному волновод! з частотною дисперс!ею, яким власно 1 е з електроди-нам1чного погляду волоконний св!тловод.

Зрозум!ло, для експер1ментального досл!дження явшц розповсюдження 1мпульсного лазерного випром!ншання кр!зь ВС потр!бне в!дпов!дне джерело, що в1дпов1дае вимогам як з точки зору стаб!льност!, та 1 по спектральному д!апазону. Мэта робота

Досл!дження розповсюдження оптичних !мпульс!в кр!зь ВС з довжинами хвиль 0,53 та 1,06 мкм; створення методично! основи та метролог1чно атестовано! приборной бази для проведения вказаних досл!джень та п1дтвердження 1к певност! та необх!дно! точност!.

Наукова новизна робота

Розроблена методика та створена апаратура,яка дозволяв прово-ити вим!рювання часу розповсюдження моно!мпулъс!в на довжинах виль 0,53 та 1,06 мкм з похибкою + 30.10~1;г с та збер!женням орми обв!дно! 1нтенсивност1.

Розроблено ориПнальний пристр!й стаб1л1зацП параметр1в азер1в з активною синхрон1зац!ею мод. який захюцено авторським в1доцтвом. На п!дстав1 цього пристрою одержана Фазова нес-аб!льн1сть + 20. Ю-1^ с, амл!тудна нестаб!льн!сть 10~а.

Розроблен! зас1б та апаратура для вим!рювання параметр1в во-оконних св1тловод!в з застосуванням лазер!в з активною син-рон1зац!ею мод на довжинах хвиль 0,53 та 1,06 мкм.

0сновн1 положения робота, ею виносяться на захист

Метод та засоби вим!рювання параметр!в розповсюдження оп-ичних 1мпульс1в у ВС з використанням лазер1в з активною синхро-!зац!ею мод.

Методика досл!дження основних параметр1в лазер1в з активною инхрон!зац!ею мод: ампл!тудну та Фазову нестаб!льн1сть, та ме-ролог!чно атестований стенд для 1х вим!рювань.

Результата досл!джень характеристик волоконних св1тловод1в а лазер1в з активною синхрон1зац!ею мод, на п1дстав! яких показна можлив!сть створення ы1ри оптичной довжини та генератора гандартних оптичних сигнал1в.

Практична ц1нн1сть робота

Розроблений та виготовлений новий клас прилад!в - волокон-э-оптичн! л1нП затримки СВОЛЗЗ для довжин хвиль 0,53 та 1,06 ш з похибкою затримки та в!дтворенням моно1мпульсу +30.10~1:г с.

Розроблен!, досл!джен1 та метролог1чно атестован! засоби лм!рювання параметр!в розповсюдження оптичних сигнал!в кр!зь ВС

на баз! лазер!в з активною синхрон!зац1ею мод.

0держан1 джерела випром!нювання посл!довност! !мпульс!в в!домо! Форми обв!дно! !нтенсивност! на довжинах хвиль 0,53 та 1.06 мкм, причому прив'язка до електричного синхросигналу зд!йсне-на з похибкою +20.10-1% с. а нестаб1льн!сть !нтенсивност! випро-м!нювання складае 10~а» то дозволило застосувати 1х для атестац!1 Фотоприямальних пристр!ев 1 передач1 одиниц! потужност! при роз-робц! та виготовленню еталона сили св!тла - кандели.

Ллробец1я резуяьтат!в робота

Основн! результата досл!джень допов!дались та обговорюва-лись на Укра1нськ1й конФеренцП "Метролог1я та вим!рювальна тех-н!ка". 3-!й Всесоюзн!й школ! з п!косекундно! техн1ки, 4-!й М!жна-родн!й конФеренцП "Волоконно-оптачн! л!нП зв'язку ! системи передач! !нформацП", 3-!й Всесоюзн!й конФеренцП "Метролог!я у да-лекометр!!", 4-!й Всесоюзн!й конФеренцП Держстандарту, НТС ДНВО "Метролог1я".

Публ1кац11

Основн! результата дисертацП надрукован! у 15 роботах.

Обсяг робота

Дисертац!я складаеться !з вступу, 4 глав та виснавк!в. Бона м!стить 110 стор!нок, з яких 91 стор!нка друкованого тексту, 19 малюнк!в. Список л!тератури становить 90 найменувань.

Зы1ст робота

У вступ! розглянуто сучасний стан потреб науки та техн!ки в досл!дженнях розповсетження оптичних сигнал!в у ВС на довжинак хвиль 0,53 та 1,06 ыкм з метою удосконалення самокал!бруючих лазерных !нфорыац!йно-вим!рювальних систем. У ньому обгрунто-вуеться актуальн!сть проблеми, формулюються основн! науков! поло-

ення, що виносяться на захист, а також задач1, як! розв'я-уються у робот!, обгрунтовуеться 1х наукова новизна та практич-а ц1нн!сть, наваляться дан1 реал1зац!1 результат!в досл1джень, також даеться стасла характеристика зм1сту робота.

Глава 1. Рьзповсвдпення лагерного випроы1шовання у волокон-ик св1тловодах СоглядЗ

Метою дано! глави е визначення параметр!в, як1 харак-ер!зуотъ розповсвдження моно1мпульса у ВС, а також розробка ме-од1в та виб!р засоб!в вим1ршання цих параметр!в.

Поставлена мета досягаеться анал!зом л!тературних даних, за опомогою я ¡сих показано, що розширення !мпульсного сигналу визна-аеться в основному мХжмодовою дисперс!ею, тобто в!дм!нн1стю гру-ових швидкостей направляемих мод.

Розглянут! просторов!, часов1, енергетичн! та спектральн! арактеристик! лазерного моно!мпульсу. На основ1 огляду л!те-атурних даних показано, що обв1дну 1нтенсивност! випром1ншання оно!мпулъсу можно записата таким виразом

С!)

= Е йта N

т.п.

е ш,п - 1ндекси поперечних мод, Ь - час.

ец- 1ндекс позвдовжнъо! моди, ¿¿тп/7^- - центральна частота енерацП, Л ^тп^, - частотний 1нтервал м!ж позвдовжувальними мо-ами, Фаза окремо! позвдсвжувально! моди, ЕС и - ампл!туда

оля позвдовжувально! моди.

П!сля розповсюдження у ВС довжиною Ь з дисперс1ею

С3)

де А та В - пост1йн1 коеф!ц1енти, с - швидк1сть св1тла у вакуум!, 3 - частота випром!нюання. яка характеризуе окрему моду ВС.

+■

Зтп

На основ! пор!вняння С2) та (4) зроблено висновок, що Форма обв!дно! !нтенсивност1 моно1мпульсу п!сля розповсюдження у ВС буде в1дтворена, коли Ь,, ^ не зм!нюотъся при

розповскшженн1 у ВС. ЕтпаС О буде зменшено у те ж саме число ра-з!в по 1ндексаи т . п , а. Тому можно сформулювати потр!бн! умови в!дтворення форми обв1дно! !нтенсивност1 розповсюдження у ВС оптичного моно1мпульсу - це вимога збер!гання фазових та ампл1туд-них сп1вв!дношенъ для обв!дно! 1нтенсивност1 р!зних напрямк!в поперечник мод, як! складають моно!мпульс.

Для анал1за розповсюдження ыоно!мпульсу у ВС потр!бне джере-ло випром!нювання, яке б 1м1тувало розповсюдження окремо! поперечно! моди моно1мпульса у ВС, причому параметри цього джерела повинн! п1ддаватися вим!рюванням з потр!бною точн1стю як до, так ! п!сля розповсюдження його випром1нювання у ВС.

Тому для досл!дження розповсюдження моно!мпульса у ВС було обрано джерело випром!ншання на основ! лазер!в з активною син-

крон1зац1ею мод, випром!нювання якого уявляе собою посл!довн1сть

оптичних 1мпульс1в, при цьому обв!дна 1нтенсивност1 випром1нюван-ня мае виг ляд «д

т ~ ff Et сю

ае а - число мод у спектр1 генерацН, Eq - поле окремо! позвдов-кувально! моди.

Як виходить з С 53, випром1нювання такого лазера одномодове га в!др1зняеться в1д виразу С 2) в!дсутн!стю залежност! Е в1д t . )станне зауваження дуже сутгеве, тому що дозволяе застосовувати !ля часових вим1рювань високоточний фазовий зас!б.

На ochobI вюцезгаданного метода досл1дження ВС вигля-[ае таким чином.

1. 0птимальн1 умови вводу оптичного випром1нювання визна-акяъся скануванням випром!ншання джерела по т!лесному куту воду випром!ншання, по м!н!муму фазових та ампл1тудних викрив-енъ визначаеться область можливо! робота у даному т1лесному ут!. Шд фазовими та ампл1тудними викривленнями треба розум!ти итк!сть фази та ампл!туди 1нтенсивност1 вихХдного випром1нюван-я при скануванн! на вход! ВС випром!нюванням лазера з активною инхрон!зац!ею мод.

2. Оптимальн! умови виводу випром1нювання визначаються оказаниям точковим Фотоприймачем по апертур1 вих!дного випром!ню-ання для оптимальних умов вводу. Критер!ем вибору оптимальних лов е м!н1мум Фазових та ампл!тудних викривлень.

3. Ампл!тудн1 викривлення контра лються за допомогою вим!рю-угеля ампл!туди та точкового Фотоприймача.

4. Фазов1 сп!вв!дношення контролюкггься за допомогою фазометру, причому одне плече Фазометра п1дключаеться до входу ВС, а друге - на вихЛд.

Глава 2. Досл1дгання мэтрож>г1чних характеристик диерела випрои1нЕвання

Метою ц!е! глави е визначення метролог1чних характеристик лазер1в з активною синхрон1зац1ею мод, таких як стаб1льн1сть фа-зових сп1вв1дношень, тобто пост!йн!сть фази посл1довност1 оптич-них 1мпульс1в по в1дношенню до електричного синхросигналу: та стаб!льн1сть амл!тудних сп1вв!дношень, тобто пост!йн1сть ампл1ту-ди 1нтенсивност1 окремо! моди 1 внасл1док цъого стаб1льн!сть ам-л!туди 1нтенсивност1 оптичних 1мпульс1в.

Поставлена мета досягаеться досл!дженням стаб1льност! Фазо-вих та амплЛтудних сп!вв1дношень в!д впливу таких фактор1в, як потужнЛсть накачки активного елементу, потужн1сть керуючого сигнала на модулятор1 та розстр!ю резонатора. 3 метою попередньо! стаб!л1зацИ фазових та ампл1тудних сп1вв1дношень проведено стаб!л1зац1ю вищезгаданих параметр1в випром1нювання за допомогою пристрею стаб1л1зацП.

Вим1рювання нестаб1льност1 ампл1тудних сп1вв1дношень проводились за допомогою скануючого 1нтерферометра, сигнал якого дозволяв вим1ряти ампл!туду 1нтенсивност1 окремо! моди з похибкою 0,01%, а внасл1док С 5), при умов!^ = const, що забезпечувала активна синхрон!зац1я, можно було обчислити обв!дну 1нтенсивност1 окремого 1мпульса з посл1довност1 1мпульс1в.

Вим1рювання нестаб1льност1 фазових сп!вв!дношень проводились за допомогою фазометра, причому на одне з пл1чей фазометра подавався стаб!льний електричний синхросигнал, а на друге - дете-

тований широкосмуговим фотоприймачем оптичний сигнал. М1н1мум не-таб!льност1 св1дчив, що <j> —const. Це стаб!л!зувало параметри мпульсно! посл1довност1 внасл1док оптимального о6м1ну енерг!ею инхрон1зуючими модами. Розд1лення фазометра було на р1вн1 ¡ло-" с.

Внасл1док проведении досл1джень та застосування засоб1в таб1л1зац11 були м1н!м1зован1 фазова та ампл!тудна нес-•аб!льн1сть випром!нювання лазеpiв з активною синхрон!зац1ею мод, ¡о дозволяло створити метролог1чно атестований стенд для дос-1дження ВС з застосузанням джерела випром1нювання з такими пара-¡етрами

He-Ne С0.63 мкм) 15 мВт 7.10-1» с 4.10-4 250.10« Гц 380.10-1» с 10"

1,5 мм

АИГ: NdP+ С0.53 та 1,06 мкм) 500 мВт 15.10-1« с 10.10-4 250.10е Гц

180.10-1« с

1QO

1,3 мм.

вих1дна потужн1сть Фазова нестаб1льн!сть ампл1тудна нестаб!льн!сть частота сл1дування 1мпулъс1в тривал1сть !мпульс1в глибина фаэовоХ модуляцП д!аметр вих1дно! плями Таким чином, в ц!й глав1 запропоновано метод досл!джень ос~ ювних параметр!в лазер!в з активною синхрон1зац1ею мод: ам-Штудно! нестаб1льност! та фазово! нестаб!льност1.

Розроблено, впроваджено та атестовако стенд для вим!рювання ¡шезгаданих параметр!в, який дозволив з необх!дною точн1стю та юстов1рн1стю провести досл!дження лазер1в з активною син-срон1зац!ею мод як 1нструменту для досл1джень ВС.

Одержан! результата знаходяться на р!вн! сучасних вимог до

таких джерел 1 на р!вн! найкращих результат!в, одершних 1ншш авторами.

Глава 3. Доел!дзиэння ВС за допомогою лазер!в з активною синхрон! зац1ею шд

Метою дано! глави е досл1дження ВС на довжинах хвиль 0,53 та 1,06 мкм за допомогою стенду 1 лазер!в з активною синхрон!зац!ею мод та визначеня таких параметр!в, як оптимальн1 апертури вводу та виводу випром1нювання, час розповсюдження у ВС при збереженн1 форми обв1дно! !нтенсивност! моно!мпульсу, стаб!льн!сть затримки часу розповсюдження; досл!дження вищезгаданих параметр!в в ую-вах впливу кл!матичних та механ!чних фактор1в, а також в!дтворен-ня у час!.

Поставлену киту досягнуто досл1дженняк окремих в!др!зк1в довжмною 100, 500 та 1500 м грд!ентного одномодового та багатомо-дового ВС.

Виб1р оптимальних апертур вводу та виводу випром!нювання

визначено експериментально з умов збер!гання фазових та аыпл!туд-

них сп!вв!дношенъ посл!довност! !мпульс!в, то проходять кр1зь ВС.

Лосл!дженню п!длягали так! прилади вводу-виводу випром!ншання

разом з ВС як телескопи, л!нзи, градани. Робота проводились на

стенд!, який м!стив стаб!л1зований лазер з активною

з+

синхрон1зац1ею шд на А1Г: Ш, випром!нювачня якого контролюва-лось за допомогою широкосмугового Фотоприймача та стробоосцилографа, Фазометра, генератора синхрочастот» вим!рювача ампл!туди ! мл улье! в.

Досл!дження проводились в так!й посл!довност1. Випром!ншан--ня лазера подавалось на вх!д ВС, причому проводилось скан!ювання по куту вводу. П!сля проходження ВС випром!нввання подавалось на

вх!д точкового вим1рювального фотоприймача, електричний сигнал якого подавався на Фазометр та вим1рквач ампл!туди 1мпульс1в. Точковий фотоприймач скан!ювався у плотин 1 Z, перпендикулярн!й напрямку випром!нювання з ВС. Синхрон1зац!я лазера та фазометра зд!йснювалась генератором синхрочастот.

Були досл1джен1 запешост! амл1туди та фази сигналу в1д дов1льно! координата X в площин1 Z.Ha п1дстав! анал!зу залежнос-тей зроблено висновок про наявн!сть визначено! вих1дно! кутово! апертури, при вивод! з яко! випром!нювання ампл1тудн1 та фазов1 сп1вв1дношення збер1 гаюггься, то говорить про можлив1сть вводу та виводу випром!нювання моно!мпульсу з! збереженням Форми обв1дно! 1нтенсивност1.

Для визначення кут!в вводу випром!нюання була знята за-лежн!сть розм1р!в област1 оптимального виводу в!д кут!в вводу випром1нювання.

Анал!з вищезгаданих залежностей показав, що використання од-номодового град!ентного ВС довжиною б!льш 500 м краще в зв'зку з там, що у нього 1снуе достатньо значна зона кут1в вводу та виводу випром!ншання, у як1й збер!гакггься Фазов1 та ампл1тудн1 сп1вв!дношення в синхрон1зован1й посл!довност! оптичних 1мпульс1в, як! пройшли кр!зь ВС. Це говорить про те, ио ослабления за рахунок кут!в вводу та виводу випром!нювання у ВС такого типу буде м!н!мальним. Тому можно припустати, що викривлення форми обв!дно! 1нтенсивност! оптичного моно1мпульсу будуть визна-чаться макс!мумом викривлень в даних апертурах вводу та виводу випром!нгоання.

У дан1й глав1 проведен! вим!рюванкя часу розповсюдження moho i мпульсу у ВС. Вим!ршання були проведен! фазовим засобом; для

цього була розроблена спец1альна методика, яка дозволяла робити вим!ршання вищезгаданим зас!бом. Для цього було проведено пор1вняння вим!рювань затримки розповсюдження моно!мпульсу у се-редовищ! з сильновираженою дисперс!ею фазовим засобом та засобом прямого детектування та вим!рквання 1нтервалу часу, тому що ы!жмодова в1дстань А-^ моно!мпульсу 1 лазера з активною синхро-н!зац!ею мод може бути р1зною.

У результат! пор1вняння було показано, що час розповсюджен-ня випром!нювання буде мата такий вигляд

де - центральна частота генерацИ, п - показник заломлю-вання на частот! -/„ .

Враховуючи 1дентичн1сть вим!рзовання часового !нтервалу засобом прямого вим!рювання та фазовим засобом у вакуум!, було зроблено висновок про 1дентичн!сть вим!ршань обома засобами, тому що з С6Э дисперс!йний зсув не залежить в!д та визначаеться властивостями ВС, пост!йниыи у час!.

Експериментально час розповсюджання моно!«пульсу було визна-чено на стенд1, який м!стив лазер з активною синхрон!зац!ею мод, модулятор фази, який керуе внутр1шньорезонаторною синхрон!зац1ею сигналу, генератор опорових частот, два фазових детектори. Фазометр, вим!рювач часових 1нтервал1в.

Для вим!рювання часу розповсюдження спочатку вим!рквався приблизно час розповсюдження фазовим засобоы з похибкою £ 0,4.10-у с, а пот!м уточнювався час розповсюдження з похибкою ±25.10-1^ с.

Для досл!джекь в!дтворення апертур вводу та -виводу вип-

С6)

ром!нювання, а також часу розповсюдження оптичного моно!мпульсу кр1зь ВС з збер!ганням форми обв!дно! 1нтенсивност! були проведен! експеримента по дослАдженню довгочасово! стаб1льност1. Була цосл!джена запежн1сть в!дтворення часу затримки розповсюдження у час1 для ВС довжиною 1200 м одномодового та 1200 м багатокодового град1ентного, а також 100 м ВС одномодового.

При досл1дженн1 ВС 1200 м багатомодового та 100 м одномодового було показано, шо Фазов! та ампл1тудн1 сп1вв1дношення у час! Сексперимент був на протяз1 10 хвилин) не збер1газсггься, у той же час для ВС 1200 м одномодового в1дхил часу затримки не перевищуе 20.10-15ic, да пор1вняно з нестаб1льн1стю 1мпульсно1 посл1довност! лазер1в з активною синхрон1зац1ею мод.

Вплив теыператури ВС на час розповсюдження оптичного мо-но!мпульсу досл1джувався на стендах, згаданих ран1ше. Температура ВС зм1нювапась через вмШення його у камеру, яка мае мож-яив1сть дотримувати температуру м!нус 50-+40°С. Похибка вим1рю-вання температури становила ± 0,5°С.

В результат! проведених досл!джень показано, що т1льки одно-иодовий св!тловод мозке збер1гати не зм!нними параметра вводу-ви-воду випром1нювання, але час розповсюдження звеличуеться про-порц1йно температур!.

Таким чином, у дан!й глав! проведено експериментальне досл1-цження ВС за допомогою вже розроблених та атестованих джерел ви-гсром1нювання, а також за допомогою розроблених методик та атестованих стенд!в, що дозволило одержати ряд нових результат!в, як1 карактеризуоть розповсюдження лазерного випром!нювання на довжи-яах хвиль 0,53 та 1,06 мкм у ВС. Основною особлив!стю результат^ uieï. глави е те, ио вони одержан! за допомогою метро-

логично аттестовано! апаратури. Практично ц! результата за сво!ми точностними характеристиками в1дпов!даотъ результатам досл!джень розповсюдження випром!нювання у ВС для 1нших довкин хвиль, а деяк1, зокрема точн!сть вим!рювання часу розповсюдження, в1дтво-рення обв1дноХ !нтенсивност1 моно1мпульсу. 1х перевершують.

Глава 4. Застосування даззр1в з ектгашов ашхрон1зац1еы шд та во£оконни» св1тловод1в на довкинах хвиль 0,53 та 1,06 шш в кацхигогП

Метою дано! глави е опис деяких застосувань досл1джень, проведении у главах 1-3, а саме опис застосувань лазер!в з активною синхрон1зац!ею мод та ВС на довжинах хвиль 0,53 та 1,06 мкм в ыетрологП.

Проведен! досл!дження дають можлив!сть вир!шита задачу раз-робки та виготовлення ВОЛЗ в!дпов1дно до сучасних вимог, як! пред'являються Л1ВС. Для задоволення цих вимог були проведен! ек-сперименти по розробц!, виготовленню та досл!дженню ВОЛЗ. Основ-ними критер!ями вибору конструкц!! ВОЛЗ було збереження ст1йк!ст1 до кл!матичних та механ!чних вплив!в. В результат! застосування в!дпов!дних технолог!чних операц!й була скокструйована котушка диаметром 60 мм, конструкц!я яко! дозволяла в основному ней-трал1зувати вплив кл!матачних та механ!чних Фактор!в.

П!сля виготовлення катушки встаковлювались на стенд1, описа-ному у глав! 3, для вим!рювання вх1дних та вих1дних апертур, п!ддавались впливу кл!матачних та механ!чних фактор!в для визна-чення д!апазону температур, в1брац!й, прискорень та т.п. з метою визначення 1х експлуатац1йних параметр1в.

Результата досл!джень показали, що дано! конструкцП ВОЛЗ, як власне, було показано у глав! 3 для ВС, температура е визна-

чальним Фактором для в!дтворення параметр!в. Причому величина часу розповсюдження була нестаб1льною. тобто спостер1гався г1сте-рез1с, у той час як вх1дн1 та вих1дн! апертури збер!гали свое числове значения. Для усунення г1стерез!су у конструкцП котувпси був встановлений фазовий вим!рювач затримки та був орган1зований в!д'емний оберниний зв'язок за рахунок керування температурою ВОЛЗ на п!дстав1 показ!в фазового вим!рювача затримки.

В результат! проведених досл1джувальних та технолог1чних роб!т була створена ВОЛЗ довжиною 1 км, яка затримувала мо-но!мпульс на довжин1 хвил! 1,06 мкм з похибкою 20.10~1!гс та г1с-терез1сом 10.10-15г с, що е на сьогодн1 краиий результат для такого типу прилад!в.

У той же час ВОЛЗ забезпечуе в1дтворювання форми обв1д-но! !нтенсивност1 оптичного моно!млульсу з доказаною та вищезга-даною похибкою. Тому з врахуванням, що оптична довжина е добуток часу разповсюдження на швидк!сть св1тла у вакуум!, з врахуванням в!дтворювання затримки розповсюдження при збер!ганн! обв!дно! !нтенсивност! моно1мпульсу, ми моясемо сказати, що дана ВОЛЗ е м!ра оптичной довжини для !мпульс1в, тривал1сть яких б!лыие 1 не, як1 випром!нюоться на довжин1 1,06 мкм. Конкретне значения довжини Ьопт м!ри оптично! довжини дор!внюе Ьопт = 1520,05 ± 1.10-2 м.

Досл1дження, зд!йснен1 у глав! 2, дозволили визначити метро-лог!чн1 характеристики лазер!в з активною синхронизац1ею мод на Не-К"е С 0,63 мкмЗ та А1Г: С 0,53 та 1,06 мкмЗ. Тому з'явилась шжлив1сть пор!вняти можливост1 застосування шх лазер!в як дже-рел зондуючого сигналу з сучасними можливостями використовування цжерел зондованого сигналу у Фазовкх в1ддалем1рах. В результат! розрахунк!в, з врахуванням параметр!в, наданих у глав! 2, показа-

но, що застосування лазер!в э активною синхрон1зац1ею мод у фазо-вик в!ддалем!раи може дата зб!льшення далекост! ïx дИ при збер1ганн1 точностних параметр!в у чотири рази.

Насл1дком досл1джень, зд!йснених у глав! 2, е те, що отри-ман по сут1 генератор стандартних св!тлових !мпульс!в, Форма об-BiflHoï !нтенсивност! яких розраховуваеться на п!дстав! вим!ршань не прямим методом, тобто скануючого 1нтерферометра, а не широкоему говий Фотоприймача, перех!дну та фазову характеристику якого треба вим!рювати у смуз1 частот порядку 10 ГГц, що проблематично. Гарант1ею можливого застосування перетворения Фур'е е стаб!льн!сть фазових сп!вв1дношень 1мпульсно1 посл1довност! по в!дношенню до синхросигналу. Тому у результат! вжитих заход!в по стаб!л!зацП фазових та ампл!тудних сп!вв1дношень, у результат! ы!н!мазацП таких фактор1в, як розстройка резонатора, коеф!ц!ент внутр!шньорезонагорно1 модуляц1Ï,потужн1сть накачування з'явилась можлив!сть одержати "дж!тер" !мпульс!в по в!дношенню до синхросигналу на р!вн! 10.10-1И с Cplc to plcD, причому в це значения входять нестаб!льн1сть вкм1рювача фази та шуми фотоприймальних систем.

Враховуючи т! обставини, що форма обв1дно! 1нтенсивност! 1мпульс!в лазера з активною синхрон!зац1ею мод в!дома, а три-вал!сть ïx достатньо мала С«180.1СН-2 с), з'явилась можлив1сть атестацП фотоприймальних систем, що ! було зроблено пси розробц! Державного спец!ального еталона одиниц! потужност1 слабких св!тлових поток!в. А внасл!док стаб!л1заШЛ ампл1тудних сп!вв1дношень з похибкою 0,12, лазер з активною синхрон!зац1ею мод на AI Г: Nd34" на довжин1 хвил! 0,53 мкм був використаний для пе-редавання одиниц! потужност! при розробц! Державного первинного

гталона сили св1тла.

Застосування лазер!в з активною синхрон1зац!ею мод та ВС в (етрологП не обмежуеться прикладами, розглянутими у дан1й юбот!. Але в результат! проведения досл1джень ми отримали з од-юго боку джерело випром!нування, параметри якого можуть бути ;им1рян1 непрямими методами, як1 мають ряд переваг при вим!рю-1анн1 форми обв1дно! 1нтенсивност! 1мпульс1в, що дало можлив1сть ¡етролог1чно атестувати вищезгаданий параметр. 3 другого боку, и отримали можлив!сть метролог!чно атестувати затримку !мпульса ¡ипром1нювання при збереженн! форми обв1дно! 1нтенсивност1, що в [ерспектив! дае можлив1сть застосування у досл1дженнях випадко-1их 1мпульсних сигнал!в в оптичному д1апазон1.

Висновки

Основн! результата робота так!:

1. Розроблен! метод та засоби вим1рювання параметр!в роз~ ювсюдження оптачних 1мпульс1в у ВС з застосуванням лазер!в з ак-мвною синхрон!зац1ею мод. В результат! цього досягнута мож-ив1сть вим!ршання часу затримки розповсюдження оптачних мпульс!в з похибкою +20.10-15г с, а також проведения атестацИ ¡0ЛЗ по такому параметру як в!дтворення Форми обв!дно! !нтенсив-гаст! тривал!стю менш н!ж 10~у с. Тим самим зроблено крок у до-ягненн! точност! вим!рювання в област1 довжин хвиль 0,53 та 1,06 км.

2. Розроблена методика досл!джень основних параметр!в лазе->!в з активною синхрон1зац1ею мод: ампл1тудноХ та фазово! естаб1льност1. Створено метролог!чно атестований стенд для вим!-■ювання цих параметр!в. На ц!й основ! проведен! вим!рювання азово! нестаб!льност! посл!довност! !мпульс!в лазер!в з актив-

ною синхрон!зац1ею моя по в!дношенню до синхро1мпульсу з похибкою +1.10-1^ с та ампл!тудно! нестаб!льн1ст1 мод випром1нювання !,таким чином, ампл1туда 1нтенсивност! 1мпульс1в випром!нювання з похибкою 0,1%.

3. Проведен! досл!дження параматр1в лазер!в з активною синхрон! зац!ею ыод створили методичну основу при використовуванн! цих лазер!в як засоб1в вим!рювання розповсюдження оптичних !мпульс!в у ВС.

Запропонований пристр1й стаб!л!зац11 фазових та ампл1тудних параматр!в посл!довност! !мпульс!в оптичного випром1нювання.

Показано, що одержан! результата знаходяться на р!вн1 сучас-них вимог до таких джерел.

Проведено експериментальне досл!дження фактор!в, як1 впли-вакяъ на стаб!льн!сть метролоПчних характеристик лазер!в з активною синхрон1зац1ею мод. Це дозволило провести оптим!зац1ю параметр! в вих!дного випром!нювання лазер!в.

4. Досл1дження законом1рност! розповсюдження оптичного 1мпульсу у волоконному св!тловод! дозволило провести доказ в1дтворення Форми обв1дно! 1нтенсивност! оптичного 1мпульса.

Вим1ряно час розповсюдження оптичного !мпульсу у ВС з похибкою ±30.10-12 с.

5. Розроблена та досл!джена волоконно-оптачна л!н1я затримки. Досл1джен1 так! II параметри як час затримки розповсюдження оптичного !мпульса, в1ягворення параметр!в у час! та при вплив1 кл!матичних фактор!в.

На п!дстав! проведених досл1джень оптим!зован1 параметри ВОЛЗ з врахуванням сучасних вимог до пристр1ев такого типу.

Показано, що така ВОЛЗ може бута ефектавно використана при

лворенн! м!ри оптично! довжини.

6. В результат! всеб!чних досл1джень лазер!в з активною ;инхрон!зац!ею мод показано, що стаб1л1зован! джерела такого ти-iy перспективн! для використання у метрологи як задаюч! генера-рори зондуючих сигнал!в у фазових в!ддалем1р!в та як генератори :тандартних оптичних !мпульс!в для реал1зацИ шкали часу в оптич-гаму диапазон!.

Особливе Mlcue в впровадженн! займають так! джерела при ство-зенн! еталонних засоб1в вим1рювань. В дисертацП реал1зовано таке шкористання у Державному первинному еталон! сили св1тла - кан-1ел!, а також для атестацП фотоприймальних пристр!ев Державного :пец!ального еталона одиниц! середньо! потужност! оптичних 1.мпульс!в.

Основной зи1ст робота в1добраяано в техих публ1каЦях:

L. Кислов В.В..Шаронов Г.В. Флуктуации фазы излучения непрерывных лазеров с активной синхронизацией мод. Автометрия, 1990, N 3, с. 99-101.

I. Кислов В.В., Шаронов Г.В. Амплитудная нестабильность мод излучения непрерывных лазеров с активной синхронизацией мод. Вестник Белгосуниверситета, сер. 1, Физика, математика, механика, 1990, N 1, с. 29-31. i. Кислов В. В. Экспериментальное определение времени фазовой подстройки лазера с активной синхронизацией мод. Исследования в области метрологического обеспечения дальнометрии. Сб. трудов ХГНШМ. Ленинград. 1981, с. 77-82. 1. Кислов В.В.. Михаль 0. Ф., Олейник И. С. Устройство стабилизации мощности. Авторское свидетельство N 842749, 1981.Бюл. "Открытия изобретения, пром.образцы, тов.знаки", 1981, N 24.

5. Барчук Н.К., Вулих А.Н., Кислое В.В., Литовченко В. М. Способ оперативного контроля импульсных светодальномеров. Авторское свидетельство N 1641103, 1990.

6. Варчук Н.К., Вулих А.Н.. Кислов В.В., Литовченко В.М. Способ оперативного контроля импульсных светодальномеров. Патент Украины N 999 от 14.05.1993.

7. Волобуев Н.И., Кислов В.В., Кошута С.М., Михаль О.Ф. О задаче стабилизации мощности лазера непрерывного излучения. Тезисы 4-ой Всесоюзн. конф. Госстандарта. Харьков, 1980, с.90.

8. Кислов В.В. О применении лазера с активной синхронизацией мод для определения переходной характеристики фотоприемника. Тезисы 4-ой Всесоюзн. конф. Госстандарта. Харьков, 1980, с.89.

9. Алексеев А.Д., Быков И.М., Кислов В.В. Экспериментальное определение нестабильности Фазы последовательности импульсов излучения лазеров с активной синхронизацией мод. 3-я Всесоюзная школа по пикосекундной технике. Тез. докл.,Ереван.1988,с. 45-47.

10. Кислов В.В., Рожанчук Л.Н. Экспериментальное исследование стабильности времени распространения последовательности пико-секундных импульсов через ВС. 3-я Всесоюзная конференция "Метрология в дальнометрии". Тез. докл., Харьков, 1988, с. 64.

11. Кислов В.В. Измерение времени распространения пикосекундных одиночных импульсов через ВС. 3-я Всесоюзн. конф."Метрология в далъноматрш". Тез. докл., Харьков, 1988, с. 65-67.

12. Варчук Н.К., Вулих А.Н., Кислов В.В. Многоэлементная ВОЛЗ для оценки качества импульсных лазерных дальномеров. 4-я Международная конференция"Волоконно-оптические линии связи и системы передачи информации". Тезисы докладов, Запорожье, 1993, с, 38-39.

13.Кислов В.В.Исследование энергетических и временных параметров лазеров с активной синхронизацией мод. Украинская научно-техническая конференция "Метрология и измерительная техника". Тезисы докладов,Харьков, 1995,с.122.

14. Варчук Н.К., Вулих А.Н., Кислов В.В., Копыл В.К. Разработка эталона единицы мощности импульсного оптического излучения. Украинская научно-техническая конференция "Метрология и измерительная техника".Тезисы докладов, Харьков, 1995, с.123.

15. Кислов В.В. Разработка и изготовление оптоволоконной меры оптической длины. Украинская научно-техническая конференция "Метрология и измерительная техника". Тезисы докладов, Харьков, 1995, с. 63.

Kislov V.V. Research on parameters of optic pulses Propagation in fiber lightguides.

Thesis submitted for a degree of Candidate of Science ITechn.) speciality 05.09.0? - the lighting engineering and sources of light, the Kharkov State Municipal Academy, Kharkov, L996.

The results of research to be presened for the defence Include research of: characteristics of fiber lightguides and continuous wave mode-locked lasers; method and means for neasuring parameters of optic pulses propagation in fiber lightguides using mode-locked lasers: technique of research of raode-locked laser main parameters: amplitude and phase instability, - and metrologically attested equipment for measuring these parameters. The thesis results have been presented in 15 scientific publications.

Кислов B.B. Исследование параметров распространения оптических импульсов в волоконных световодах.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.09.07 - светотехника и источники света. Харьковская государственная академия городского хозяйства, Харьков, 1996.

На защиту выносятся результата исследования: характеристик волоконных световодов и лазеров с активной синхронизацией мод: метод и средства измерения параметров распространения оптических импульсов в волоконных световодах с использованием лазеров с активной синхронизацией мод: методика исследования основных параметров лазеров с активной синхронизацией мод: амплитудной и фазовой нестабильности, и метрологически аттестованный стенд для их измерений. Результаты диссертации изложены в 15 научных трудах.

KmcHOBi слова: лазер з активною синхрон1зац1ею мод, волокон-ний св1тловод, амшйтудна нестаб1льн1сть, фазова нестаб1льн1сть, волоконно-оптична л!н1я затримки.