ELN15

Popíšte správanie a využitie optočlena. Popíšte správanie a využitie laserov v elektronike.

Popíšte výrobu a konštrukciu optického kábla.

1. Popíšte správanie a využitie optočlena.

Princíp:

Optočlen slúži na galvanické oddelenie dvoch obvodov. Je zložený z LED a fototranzistorov v rôznom prevedení (NPN, PNP, alebo v Darlingtovom zapojení). Keď privedieme na vstup optočlenu malý prúd potrebnýna rozsvietenie LED, začne sa fototranzistor otvárať podľa prchádzajúceho prúdu diódou- čím väčší prúd, tým viac svetla, a tým sa i viac otvorí tranzistor. Otvorený prechod tranzistoru medzi emitorom a kolektorom spôsobí zopnutie obvodov na výstupe, Vďaka galvanickému oddeleniu je možné ovládať obvody, ktoré sa medzi sebou líšia  napäťovou úrovňou rádove stoviek voltov. Toto použitie je časté tam, kde potrebujeme mať úplné oddelenie zariadení- včetne zemných (nulových) prepojení.

Využitie:

• Pre galvanické oddelenie
• Používa sa ako optická závora, pokiaľ je puzdro upravené tak, že lúč je možné prerušiť
• Pre použitie optického vlákna medzi LED a fototranzistorom je možné použiť na prenos dát na veľké vzdialenosti

1. Ak LED diódou netečie žiadny prúd nie je zdrojom svetla a obvod s fototranzistorom je vypnutý ,teda v ňom netečie žiadny prúd

2. Pokiaľ zapojíme obvod s LED ku zdroju malého napätia, obvod s fotoranzistorom sa zopne a začne ním pretekať prúd

2. Popíšte správanie a využitie laserov v elektronike.

Princip laseru

LASER je tvorený:

- aktívnym prostredím (1),

- rezonátorom (3,4)

- zdrojom energie (2)

Zdrojom energie, ktorý môže predstavovať napríklad výbojka, je do aktívneho média dodávaná (pumpovaná) energia. Tá energeticky vybudí elektróny aktívneho prostredia zo svojej energetickej hladiny do vyššej energetickej hladiny. Takto je do vyšších energetických stavov vybudená väčšina elektrónov aktívneho prostredia. Takto je do vyšších energetických stavov vybudená väčšina elektrónov aktívneho prostredia.

            Pri opätovnom prestupe elektónov na nižšiu  energetickú hladinu dôjde k vyžiareniu (emisii) kvanta energie vo forme fotónov.

Tieto fotóny následne vzájomne reagujú s ďalšími elektrónmi , čím spúšťajú tzv. stimulovanú emisiu fotónov s rovnakou frekvenciou a fázou.

            Vďaka umiestneniu aktívnej časti LASERU do rezonátora, tvoreného napríklad zrkadlami, dochádza k odrazu lúčov fotónov a jeho opätovnému prechodu prostredím. To ďalej podporuje stimulovanú emisiu , a tým dochádza k exponenciálnemu zosilňovanému toku fotónov. Výsledný svetelný lúč potom opustí teleso LASERU prechodom cez polopriepustné zrkadlo

Konštrukcia Laseru:

1. Aktívne prostredie
2. Zdroj žiarenia
3. Odrazové zrkadlo
4. Polopriepustné zrkadlo
5. Laserový lúč

Použitie Laserov:

• Laserovým lúčom je možné sústrediť veľké množstvo energie na malej ploche. Toho sa využíva v priemysle na rezanie a vŕtanie materiálov
• Laserové lúče majú malú rozbiehavosť, čo sa využíva v optických záznamových médiách (CD, DVD, magnetooptické disky) a tiež pre meracie účely
• Na prenos dát prostredníctvom optických vlákien (rýchla modulácia polovodičových laserov)

Typy laserov:

Typ laseru       Aktivní prostředí                     Vlnová délka   Spektrální oblast

Pevnolátkové

Rubínový laser            Rubín                           694,3 nm        červená

Polovodičové

GaAs laser      GaAs                            650 nm, 840 nm         červená, IR

Popíšte výrobu a konštrukciu optického kábla.

Princíp

Optické vlákno je skonštruované ako valcové jadro priemeru niekoľkých jednotiek až desiatok um z materiálu s určitým indexom lomu, pokryté obalom z materiálu s menším indexom lomu. Pri dopade svetelného lúča na rozhranie jadra a obalu pod dostatočne veľkým uhlom dopadu (dostatočne „plocho“ či „tupo“), nastáva úplný odraz. Sériou takýchto odrazov sa lúč šíri z jedného konca vlákna na druhé.

JADRO

OBAL

Z tohto princípu vyplývajú niektoré technologické obmedzenia pri použití optických vlákien. Predovšetkým ide o ohyb: keďže v ohnutom vlákne dopadá lúč na rozhranie jadro/obal pod iným uhlom ako v rovnom vlákne je možné, že nastane len čiastočný odraz a časť svetla unikne (čo sa pre prenesené svetlo prejaví ako zvýšený útlm). Preto je dôležité dodržať minimálny predpísaný polomer ohybu pre dané vlákno (toto pochopiteľne závisí od pomeru indexov lomu jadra a obalu, takže neexistuje univerzálna hodnota pre všetky vlákna).

Ďalším javom je uhol, v ktorom je potrebné umiestniť zdroj svetla, aby jeho svetlo bolo naviazané do vlákna tak, aby sa ďalej šírilo vláknom (tzv. numerická apertúra).

Tento tiež závisí od rozdielov indexov lomu jadra a obalu a tiež od priemeru jadra a býva pomerne malý, z čoho vyplýva náročnosť polohovania zdroja svetla a detektora voči koncom vlákna.

Jednovidové alebo mnohovidové vlákno

Ak má jadro dostatočne veľký priemer, umožňuje šírenie svetla vo viacerých tzv. vidoch (módoch), a takéto vlákno sa nazýva mnohovidové alebo viacvidové (multimódové). Tento režim je však nežiadúci pre diaľkové vysokorýchlostné spoje, keďže svetlo sa v jednotlivých vidoch (módoch) šíri rozličnou rýchlosťou a tak dochádza k „rozťahovaniu“ svetelných pulzov pri ich prechode vláknom. Preto sa pre ďiaľkové spoje používa tzv. jednovidové (monomódové, singlemódové) vlákno s menším priemerom jadra a jedným nosným svetelným lúčom. Keďže výroba takéhoto vlákna je zložitejšie a kvôli zmenšenej numerickej apertúre je aj obtiažnejšie ho naviazať na laser a detektor, pre menej náročné aplikácie sa používa viacvidové vlákno.

Výroba

Pri výrobe optických vlákien je dôležitá čistota použitých materiálov, keďže prímesi spôsobujú vznik miest kde sa fotóny môžu absorbovať či rozptýliť, a aj malé zvýšenie útlmu je pri veľkých dĺžkach vlákna citeľné. Požadovaná čistota je porovnateľná s čistotou materiálov použitých pri výrobe polovodičov, a pripravujú sa podobnými metódami.

Samotná výroba vlákna začína výrobou tzv. preformy, čo je dutý valec s priemerom niekoľko desiatok µm z materiálu obalu vlákna, na ktorý je znútra nanesený materiál jadra vlákna. Táto preforma je potom na jednom konci zahrievaná a je z nej presne kontrolovaným spôsobom vyťahované vlákno, ktoré sa po obalení sekundárnym a/alebo ochranným obalom navíja a ďalej spracováva (napr. na kábel).

Použitie:

Telekomunikácie

Najdôležitejšou aplikáciou optických vlákien je prenos údajov v telekomunikačnej technike.

Využíva sa:

- takmer neobmedzená prenosová kapacita,

- možnosť prenášať informáciu na viacerých vlnových dĺžkach súčasne,

- najmä odolnosť voči vonkajším elektromagnetickým vplyvom (čo znamená aj nulový presluch medzi jednotlivými vláknami v kábli).