1. Mod światłowodowy – pojedynczy rodzaj drgań własnych światłowodu, spełniający równanie falowe z warunkami brzegowymi zależnymi od wymiarów i konstrukcji światłowodu.

2.Fotodioda PIN –

Używane przez nas fotodiody typu PIN to trójwarstwowe struktury krzemowe, składające się z cienkich, zewnętrznych warstw domieszkowanych typu p+ oraz n+ i stosunkowo grubej warstwy skompensowanej oznaczanej przez "i". W interesującym nas zakresie energii największe prawdopodobieństwo absorpcji będzie zachodziło w warstwie "i", którą możemy nazwać medium aktywnym fotodiody. Warstwy domieszkowane będą pełniły funkcję elektrod zbierających wygenerowany ładunek. Dostarczając elektronowi energii niezbędnej do wytworzenia pary elekron-dziura (dla krzemu jest to około 3,6 eV) spowodujemy przejście elektronu do pasma przewodnictwa i powstanie w paśmie walencyjnym dziury, którą to również będziemy mogli traktować jak nośnik prądu.

Wytworzony ładunek będzie następnie zbierany przez elektrody - zaobserwujemy impuls prądowy. Wytworzony ładunek będzie proporcjonalny do energii zdeponowanej w detektorze, całkując więc powstały impuls będziemy mogli określić energię padającego fotonu.

3.Laser półprzewodnikowy

Warunki uzyskania akcji laserowej

1. Obecność stanów metastabilnych w materiale

2. Pompowanie atomów do stanów metastabilnych

3. Inwersja obsadzeń

4. Emisja wymuszona

5. Optyczne sprzężenie zwrotne

Zalety

• Promieniowanie koherentne, spójne i skolimowane

• modulacja z dużą szybkością (możliwe impulsy sub-fs)

•duże moce wyjściowe i łatwość sprzężenia ze światłowodem

Laser, inaczej złączowy jest takim laserem w którym ośrodkiem czynnym jest półprzewodnik. Za pomocą złącza p-n (lub heterozłącza) spolaryzowanego w kierunku przewodzenia wstrzykuje się mniejszościowe ładunki nośne, przez co uzyskuje się w półprzewodniku odwrócenie obsadzeń stanów energetycznych. Rezonator lasera półprzewodnikowego posiada kształt prostopadłościanu o krawędziach długości rzędu ułamka milimetra. Sprzężenie optyczne uzyskuje się albo za pomocą pary zwierciadeł prostopadłych do płaszczyzny obszaru czynnego, albo za pomocą pofałdowanej powierzchni równoległej do tego obszaru, przy czym w pierwszym przypadku funkcję zwierciadeł spełniają dwie przeciwległe, bardzo gładkie ścianki rezonatora. Obszar czynny lasera leży w płaszczyźnie złącza p-n i jest zwykle ograniczony do wąskiego paska. Lasery półprzewodnikowe, czyli kwantowe generatory optyczne są laserami złączowymi, w których ośrodkiem czynnym (aktywnym) jest półprzewodnik. Inwersję obsadzeń poziomów energetycznych, (inaczej pompowanie) uzyskuje się poprzez wstrzykiwanie mniejszościowych nośników ładunku do obszaru złącza p-n (lub heterozłącza) spolaryzowanego w kierunku przewodzenia.

Rezonator czyli wnęka ma najczęściej kształt prostopadłościanu o rozmiarach rzędu ułamka milimetra. Sprzężenie optyczne uzyskuje się dzięki parze zwierciadeł prostopadłych do płaszczyzny obszaru czynnego (rezonator Fabry’ego-Perota) lub dzięki specjalnie pofałdowanej powierzchni równoległej do tego obszaru (lasery z rozłożonym sprzężeniem zwrotnym DFB - Distributed FeedBack). Obszar czynny leży w płaszczyźnie złącza p-n i jest zwykle ograniczony do wąskiego paska.

Dioda LED

Działanie opiera się na zjawisku rekombinacji nośników ładunku (rekombinacja promienista). LED emituje światło o mocy wzrastającej w przybliżeniu liniowo ze wzrostem prądu zasilania. LED jest źródłem światła wykorzystującym zjawisko emisji spontanicznej. Emisja spontaniczna jest emisją nieuporządkowaną i zachodzi w rozbieżnych kierunkach. Istotną wadą diody LED jest to, że emituje ona szerokie widmo ciągłe z pewnego przedziału długości fali. Do wad zaliczyć także trzeba małą moc optyczną emitowanej wiązki światła.

Tłumienie wywołane jest absorpcją światła (rdzeń przepuszcza promieniowanie o ograniczonej długości fali), rozpraszaniem: chemiczne zanieczyszczenia włókna, niejednolitość światłowodu wywołana w procesie technologicznym - różna gęstość rdzenia powodująca zmiany w własnościach fizycznych, straty wynikające z niekontrolowanych zmian współczynnika załamania wiązki światła - możliwość wyjścia poza rdzeń i płaszcz (rozpraszanie Rayleigha), zanieczyszczenie szkła jonami metali i OH. Do skompensowania tłumienia wykorzystuje się wzmacniacze optyczne: półprzewodnikowe lub światłowodowych EDFA [1]
Okno Transmisyjne Długość fali [nm] Tłumienie [dB/km]
I 850 ~3
II 1300 0,3 - 0,5
III 1550 0,18 - 0,3

• Dyspersja modowa

W światłowodach wielomodowych oprócz dyspersji chromatycznej występuje jeszcze drugi rodzaj dyspersji – dyspersja modowa, zwana również międzymodową. Powodem jej występowania są różne wartości prędkości grupowej dla poszczególnych modów. Skutkiem występowania tego zjawiska są różnice w czasach dotarcia różnych modów do końca światłowodu. Oznacza to, że impuls świetlny, który dotrze na koniec włókna, będzie rozmyty w stosunku do impulsu wejściowego – zwiększy się jego szerokość.

Dla typowych parametrów włókien o skokowym profilu załamania dyspersja nie zależy od długości fali optycznej i wynosi 20 ns/km, co oznacza, że 3 dBopt iloczyn pasma i zasięgu ograniczony jest do wartości 20MHz*km. Nowoczesne włókna gradientowe posiadają iloczyn B*L sięgający 10 GHz*km.

• Dyspersja chromatyczna

Definicja dyspersji chromatycznej. Poszerzenie impulsu optycznego we włóknie, powstające w wyniku różnic prędkości grupowych różnych fal składających się na spektrum źródła.

Dyspersja chromatyczna jest główną przyczyną zniekształceń we włóknach jednomodowych, natomiast we włóknach wielomodowych można ją pominąć i wtedy najbardziej znaczącym rodzajem dyspersji staje się dyspersja modowa. Uwidacznia się natomiast inny, dotychczas niewidoczny rodzaj dyspersji, dyspersja chromatyczna. Składają się na nią dwa zjawiska: dyspersja materiałowa i falowa.

• Dyspersja materiałowa

Dyspersja materiałowa powodowana jest zmianą współczynnika załamania szkła kwarcowego w funkcji długości fali. Ponieważ nie istnieje źródło światła ściśle monochromatyczne, gdyż każdy impuls światła składa się z grupy rozproszonych częstotliwości optycznych rozchodzących się z różną prędkością, docierający po przebyciu fragmentu włókna mod charakteryzuje się rozmyciem w czasie.

Drugim zjawiskiem wchodzącym w skład dyspersji chromatycznej jest dyspersja materiałowa. Wynika ona z faktu, że współczynnik załamania materiału, z którego wykonane są światłowody jest ośrodkiem dyspersyjnym.

• Dyspersja falowa

Dyspersja falowa jest to zależność efektywnego współczynnika załamana od częstotliwości. Dyspersja falowa częściowo powodowana jest wędrowaniem wiązki przez płaszcz światłowodu. Szybkość rozchodzenia się zależy od właściwości materiałowych płaszcza.

Dyspersja falowodowa

Przyczyną tego jest fakt, iż część mocy każdego modu prowadzona jest w płaszczu. Ponieważ jego współczynnik załamania jest mniejszy niż rdzenia, światło prowadzone w płaszczu dotrze do końca włókna szybciej, niż to prowadzone w rdzeniu. Zjawisko to określa się mianem dyspersji falowodowej.