ШИРОКОПОЛОСНЫЙ ИСТОЧНИК


[домой] [фотоприёмники] [лазерные модули]  [пассивные компоненты] [широкополосные источники]

1. Широкополосный источник ШИ1-35 Продан

Основные черты:
- галогенная лампочка накаливания
- широкий спектральный диапазон
- многомодовое волокно 50/125
- подстройка цветовой температуры источника
- стабилизированный блок питания
- воздушное охлаждение вентилятором





Основные технические характеристики:
Диапазон длин волн: 400 - 1800 нм.
Суммарная оптическая мощность в многомодовом волокне 50/125: 17 мкВт
Суммарная оптическая мощность в одномодовом волокне 9,5/125: 0,3 мкВт
Спектральная плотность в диапазоне от 800 до 1700 нм:
   многомодовое волокно:  -55...60 dBm/nm
   одномодовое волокно: -67...-70 dBm/nm
Источник излучения: галогенная лампочка 35 Вт.
Напряжение питание лампочки: DC 12 В
Входное напряжение
блока питания: AC 220 В
Оптический выход: на розетку FC/PC
Габаритные размеры: 140 x 150 x 85 мм 

Схема использования

Широкополосный источник предназначен для совместного использования с оптическим анализатором спектра для тестирования пассивных элементов волоконной оптики: ответвителей, циркуляторов, мультиплексоров, фильтров, бреговских решёток и т.д.


Схема использования широкополосного источника для тестирования пассивных оптических элементов на пропускание света. 1 - широкополосный источник, 2 - оптический анализатор спектра, 3 - тестируемый пассивный оптический элемент, 4 - оптическое волокно (одномодовое или многомодовое).

Схема использования широкополосного источника для тестирования пассивных оптических элементов на отражение света. 1 - широкополосный источник, 2 - оптический анализатор спектра, 3 - тестируемый пассивный оптический элемент, 4 - оптическое волокно (одномодовое или многомодовое), 5 - 50% волоконный ответвитель.

Спектральная плотность излучения

На рисунке ниже приведена спектральная плотность [dBm/нм] оптического излучения на выходе одномодового и многомодового волокна, а также серым показаны шумы оптического анализатора спектра.

На следующем рисунке эта же зависимость спектральной плотности излучения показана с линейной вертикальной шкалой нВт/нм и с наложенным планковским спектром при T=2950 K.

Согласно закону Планка спектральная плотность мощности излучения абсолютно чёрного тела (АЧТ) от длины волны описывается следующей формулой.

где Т - температура АЧТ. Как показывают эксперименты выше спектр излучения нити накаливания лампочки близок к планковскому, особенно вблизи его максимума. Чтобы найти длину волны, на которой спектральная  плотность максимальна, нужно продифференцировать формулу Планка выше по длине волны и приравнять к нулю. В результате получаем закон смещения Вина:

где  b = 2900 мкм·К.

Так при температуре нити накаливания T=2950К находим lm = 983 нм (как на графике выше) .

Сравнение спектральной плотности излучения широкополосного источника ШИ1-35 (синяя кривая) и OceanOptics DH-2000 UV-VIS-NIR LIGHTSOURCE (зелёная кривая) в многомодовом волокне MM 50/125.

Линии поглощения парами воды

В области 1350-1450 нм могут наблюдаться линии поглощения молекулами воды и ионами гидроксила (OH-), которые содержатся в окружающем воздухе, в газе внутри лампы и в стекле её колбы.  На рисунке ниже приведён измеренный нами спектр поглощения при использовании широкополосного источника ШИ1-35. Так как интенсивность линий поглощения не изменялась при изменении влажности окружающего воздуха, то можно заключить, что мы наблюдаем линии поглощения паров воды внутри колбы лампы.

Молекула воды имеет форму равнобедренного треугольника. Кроме сложной системы колебательных уровней молекула воды имеет ещё более сложную систему вращательных уровней. Разрешённые соответствующими правилами отбора энергетические переходы молекулы между уровнями этих двух систем образуют колебательно-вращательный спектр паров воды, наиболее значительные полосы которого располагаются около длин волн 6,3 мкм, 3,2 мкм, 2,7 мкм, 1,87 мкм, 1,38 мкм, 1,1 мкм, 0,94 мкм. В общем случае спектр поглощения паров воды приведён на рисунке ниже [ Шорин С.Н., Теплопередача, Москва, Высшая школа, 1964, стр.451 ].


Нас будут в первую очередь интересовать полосы поглощения в телекоммуникационном спектральном интервале 1250-1650 нм. Наблюдаемые на этих длинах волн линии поглощения являются гармониками и комбинационными частотами фундаментальной линии поглощения гидроксила на длине волны 2,73 мкм. Полоса поглощения паров воды и ионов гидроксила в телекоммуникационном диапазоне длин волн сосредоточена около длины волны 1,38 мкм. Ниже приведён спектр поглощения части колебательно-вращательной полосы паров воды вблизи 1,38 мкм по данным [Plyler E.K., Gailar N.M. and Wiggins T.A., Journ. Res. Nat. Bur. Stand, 1952, v.48, p.221] и измеренные нами данные в диапазоне 1385-1395 нм. Вид обеих кривых совпадает.

Один из пиков поглощения приходится на длину волны 1392,53 нм. Эта линия хорошо известна в литературе и используется для мониторинга содержания водяных паров в газах. [ Detection of Trace Water Vapor in High-Purity Phosphine Using Cavity Ring-down Spectroscopy, HANS H. FUNKE, MARK W. RAYNOR,* KRIS A. BERTNESS, and YU CHEN, APPLIED SPECTROSCOPY, Volume 61, Number 4, 2007, pp.419-423 ] Также много других ссылок можно найти по поисковой фразе "1392.53 nm H2O transition"

Ширина полосы поглощения в наших измерениях составила 0,1 нм (на половине высоты пика). При отсутствии сильных внешних электрических и магнитных полей форма и ширина линий поглощения определяются тремя факторами:
1) радиационным затуханием (естественная ширина линий);
2) эффектом Доплера при тепловом движении молекул;
3) за счёт столкновений поглощающих молекул друг с другом (самоуширение) и с молекулами посторонних газов.
Применительно к условиям распространения инфракрасной радиации в атмосфере первым эффектом практически всегда можно пренебречь по сравнению с двумя другими. Расчёты по формуле Доплера показывают, что соответствующее уширение даже при 3000К составляет около 0,015 нм, что почти на порядок меньше наблюдавшейся ширины линии. Таким образом, уширение колебательно-вращательных линий поглощения можно объяснить столкновениями поглощающих молекул друг с другом и с молекулами посторонних газов (например O2). Это подтверждается расчётом ряда автором.

Чтобы найти систему во всех линиях поглощения паров воды нужно рассмотреть 3 основные моды колебания молекулы H2O

Видно, что линия 1,39 мкм соответствует переходу из основного состояния в колебательное состояние (2,0,0), а линия 1,34 мкм соответствует переходу из основного состояния в колебательное состояние (0,0,2). Могут возбуждаться и несколько мод одновременно. Так, например, линия 1,38 мкм соответствует переходу из основного состояния в колебательное состояние (1,0,1). Также в соответствии с правилами отбора имеются переходы между возбуждёнными колебательными уровнями. Вращательные уровни имеют примерно в 100 раз меньшую энергию возбуждения и характерные для них длины волн составляют десятки мкм. В оптическом  диапазоне их влияние проявляется в небольших смещениях и дополнительных пиках кривой поглощения (см. рисунок ниже).

Также свою роль играет и энергии электронного возбуждения, а также тот факт, что в атмосфере присутствует небольшое число примесей изотопов молекулы воды. Подробно теория возбуждения молекул воды рассмотрена в статье [Light Absorption by Water Molecules and Inorganic Substances Dissolved in Sea Water]

Водный пик кварцевого стекла

В стеклянных и кварцевых колбах лампы накаливания тоже содержится некоторое количество примесей гидроксила, что приводит к поглощению света. В кварце оптического волокна его очень мало, а в обычных сортах кварца и стекла это может приводить к наблюдаемым полосам поглощения. Подробно этот вопрос рассмотрен в статье [Analysis of OH absorption bands in synthetic silica]

На графике выше показан типовой спектр пропускания различных сортов кварцевого стекла. Видно, что кварц Suprasil 300 пропускает свет в диапазоне длин волн от 180 до 4300 нм и не содержит видимых полос поглощения, в то время как Spectrosil показывает сильную полосу поглощения на длине волны 1,38 мкм.

2. Светодиодный источник (LED)

Предназначен для работы в волоконными бреговскими решётками на 950 ± 50 нм.
Светодиод АЛ-107.
Синяя кривая - ток 100 мА. Зелёная кривая - ток 15 мА.
Прямой ввод в многомодовое волокно 50/125.
Оптический выход: на розетку FC/PC.


Партнёры:

Rambler's Top100