Публикации автора

В настоящее время для контроля различного рода объектов широко применяются датчики на основе оптического волокна, они обладают рядом преимуществ: электробезопасность, невосприимчивость к электромагнитным воздействиям, возможность использования в сочетании с оптическими волокнами, по которым передаются данные о состоянии контролируемых объектов или сред. Датчики на основе оптоволокна химически нейтральны и достаточно устойчивы к химическому воздействию различного рода, а также могут использоваться для контроля состояния объектов с легковоспламеняющимися и взрывоопасными жидкостями. Особый интерес в связи с этим представляет применение подобных датчиков в химической и пищевой промышленности для определения уровня жидкостей в производственных емкостях и измерения концентрации растворов. Цель работы — установить возможность использования оптического волокна как основы датчиков идентификации жидкостей и датчиков определения концентрации растворенных в воде веществ. Проанализированы рефлектограммы оптического волокна, полученные при нахождении торца оптического волокна в различных жидкостях. Определено, что величина пика рефлектограммы оптического волокна, соответствующего местоположению границы раздела сердцевины оптического волокна и окружающей среды, зависит от показателя преломления жидкости, в которой находится торец этого оптического волокна. Предложено использовать в качестве информационного параметра величину этого пика рефлектограммы для идентификации жидкостей, имеющих разные показатели преломления, а также определения концентрации растворенных в воде веществ. Доказана возможность использования оптического волокна в сочетании с методом оптической рефлектометрии для создания датчиков идентификации жидкостей и определения концентрации растворов.

В настоящее время основной средой передачи данных стали волоконно-оптические линии связи, а для мониторинга состояния различных объектов все чаще начинают использоваться волоконнооптические датчики, чувствительным элементом которых являются участки оптического волокна с макроизгибами. Показана возможность совмещения на базе одного волокна волоконно-оптической линии связи и системы мониторинга состояния объекта. При этом для передачи информации предложено использовать длину волны 1310 нм, а для системы мониторинга состояния объекта — 1490, 1550 и 1625 нм. Предложена экспериментальная установка, обеспечивающая возможность одновременного использования оптического волокна для передачи данных и съема информации с системы мониторинга. Установлены параметры макроизгибов оптического волокна, которые можно использовать в датчиках системы мониторинга. Показано, что макроизгибы с такими параметрами практически не вносят дополнительного ослабления оптического излучения на длине волны 1310 нм. Определено максимальное количество датчиков, которые могут использоваться в системе мониторинга при таких параметрах макроизгибов. Результаты исследований могут найти применение при создании телекоммуникационных систем, совмещенных с системами мониторинга состояния объектов

Получены зависимости отношения сигнал/шум от напряжения питания и температуры для кремниевых фотоэлетронных умножителей. Определены напряжения питания кремниевых фотоэлетронных умножителей, при которых наблюдается их максимальная чувствительность.

Для регистрации оптического излучения малой интенсивности в видимой и ближней инфракрасной областях спектра при комнатных температурах нашли применение кремниевые лавинные фотоприемники с высокой чувствительностью в этих областях спектра при низких напряжениях питания и большими коэффициентами усиления.

В статье установлены зависимости вида амплитудного распределения сигналов таких фотоприемников от величины напряжения их питания.

В качестве объектов исследования использованы серийно выпускаемые кремниевые фотоэлектронные умножители Кетек РМ 3325 и ON Semi FC 30035, а также умножители из опытной партии, произведенной ОАО «Интеграл» (Республика Беларусь).

Определен диапазон напряжений, при которых амплитудные распределения выходных сигналов кремниевых фотоэлектронных умножителей имеют ярко выраженные пики. Установлено, что с увеличением напряжения питания часть пиков исчезает.

Показано, что зависимости средней амплитуды отклика от перенапряжения для кремниевых фотоэлектронных умножителей имеют линейный участок, а увеличение перенапряжения приводит к росту дисперсии амплитудного распределения импульсов.

Показано, что такое включение позволяет компенсировать наличие изменяющегося уровня фонового излучения в диапазоне от 0 до 3500 лк и избежать «ослепления» кремниевого фотоумножителя, тем самым на порядок увеличить динамический диапазон фотоумножителя в условиях фоновой засветки. При этом удается обеспечить уменьшение пиковой амплитуды оптического сигнала не более чем на 10 %.

Работа посвящена оценке возможности формирования канала утечки информации с дефекта оптического волокна, созданного путем теплового воздействия. Свойства неоднородностей оптического волокна, вызванные таким воздействием, на сегодняшний день практически не изучены, что определяет актуальность исследований. С учетом вышесказанного, целью исследования является определение характеристик неоднородностей оптического волокна, вызванных тепловым воздействием.

Используемые методы. В работе проведен расчет потерь мощности излучения, вносимых дефектом, вызванным тепловым воздействием при высокой температуре, а также мощности излучения, отводимой с дефекта за пределы оптического волокна. В ходе исследований характеристики неоднородностей оптического волокна, вызванных тепловым воздействием, оценивались также и по рефлектограммам.

Результат. В работе показано, что при помощи локального температурного воздействия удается сформировать дефект оптического волокна, позволяющий выводить часть оптического излучения за пределы этого волокна, то есть создать канал несанкционированного съема данных. Величина вносимых потерь мощности излучения на создаваемом дефекте возрастала с увеличением времени теплового воздействия на оптическое волокно. При времени теплового воздействия на оптическое волокно менее 1 с сформировать дефект с существенными вносимыми потерями мощности излучения не удавалось, а при времени теплового воздействия более 10 с вносимые потери на дефекте превышали 20 дБ (в этом случае прекращается передача данных зональных и магистральных ВОЛС). Показано, что с увеличением длины волны распространяющегося по волокну оптического излучения возрастают потери мощности излучения на дефекте, сформированном тепловым воздействием на оптическое волокно. Установлено, что при одинаковой потере мощности на дефекте, сформированном тепловым воздействием, мощность оптического излучения, отводимая с такого дефекта, имеет наибольшее значение при использовании оптического волокна G652, а наименьшее ‒ при использовании волокна G657.

Научная новизна работы состоит в исследовании ранее неизученных свойств неоднородностей оптического волокна, вызванных тепловым воздействием.

Практическая значимость. Результаты, приведенные в статье, могут найти применение при проектировании систем защиты информации, передаваемой по волоконно-оптическим линиям связи

Выполнено исследование амплитудного распределения микроплазменных импульсов при одновременной реализации на лавинном фотодиоде режима счета фотонов и токового режима работы. Режимы работы реализованы при постоянном напряжении питания лавинного фотодиода, превышающем напряжение пробоя его p–n-перехода. Оценено влияние на амплитуду микроплазменных импульсов величины напряжения питания лавинного фотодиода и интенсивности оптического излучения.

Подходы к реализации режима счета фотонов, используемые для одноэлементных лавинных фотоприемников, не в полной мере применимы к матричным многоэлементным лавинным фотоприемникам, таким как кремниевые фотоэлектронные умножители. Поэтому в статье рассмотрены особенности реализации режима счета фотонов применительно к этим фотоприемникам. Показана возможность работы в рассматриваемом режиме серийно выпускаемых кремниевых фотоэлектронных умножителей Кетек РМ 3325 и ON Semi FC 30035, а также умножителей из опытной партии, произведенной ОАО «Интеграл» (Республика Беларусь). Определены важные для реализации данного режима характеристики этих кремниевых фотоэлектронных умножителей, в частности, удельный коэффициент амплитудной чувствительности и зависимость отношения сигнал/шум от величины напряжения их питания.

Рассмотрены процессы усиления фототока лавинными фотоприемниками при микроплазменном пробое и показано, что возникающие при этом микроплазменные импульсы заметно влияют на величину коэффициента усиления. Предложен способ определения коэффициента усиления фототока лавинных фотоприемников при наличии микроплазменного пробоя.

Установлено, что напряжение пробоя зависит от интенсивности оптического излучения вплоть до 2,5×10-7 Вт/см2 и обосновано, что для определения коэффициента усиления фототока при напряжениях питания, больших напряжения пробоя, необходимо использовать оптические импульсы с интенсивностью большей указанной и длительностью большей или равной 10,0 мкс.

Матричные многоэлементные лавинные фотоприемники, работающие в режиме счета фотонов, находят широкое применение для регистрации оптического излучения. Однако характеристики матричных многоэлементных ла-винных фотоприемников в таком режиме работы в настоящее время недостаточно изучены. Объектами исследований являлись опытные образцы Si-ФЭУ с p+–p–n+-структурой производства ОАО «Интеграл» (Республика Беларусь), серийно выпускаемые Si-ФЭУ Кетек РМ 3325 и ON Semi FC 30035. В данной статье приведены результаты исследования характеристик в режиме счета фотонов указанных фотоприемников. Определены зависимости удельного коэффициента амплитудной чувствительности от длины волны оптического излучения, температуры и напряжения питания матричного многоэлементного лавинного фотоприемника.

Исследовано влияние температуры окружающей среды и напряжения питания на спектральную чувствительность и динамический диапазон опытных образцов кремниевых фотоумножителей производства ОАО «Интеграл» (Республика Беларусь) и серийно выпускаемых фотоумножителей Кетек РМ 3325 и ON Semi FC 30035. Определено, что максимум спектральной чувствительности кремниевых фотоумножителей сдвинут в коротковолновую область и соответствует длине волны оптического излучения 470 нм. Показано, что увеличение напряжения питания приводит к увеличению чувствительности исследуемых фотоприемников, а зависимость чувствительности от температуры по-разному проявляется при воздействии оптическим излучением разной длины волны.

В качестве объектов исследований использовались серийно выпускаемые многомодовые оптические волокна G651, кремниевые фотоэлектронные умножители ketek РМ 3325 и ON Semi FC 30035, а также Si-ФЭУ производства ОАО «Интеграл». Получены характеристики кремниевых фотоэлектронных умножителей и каналов утечки информации, сформированных на изгибах разного диаметра многомодового оптического волокна. Показана возможность использования кремниевых фотоэлектронных умножителей для регистрации оптического излучения, выходящего из области изгиба. Установлено, что уменьшение диаметра изгиба многомодового оптического волокна приводит к увеличению пропускной способности канала утечки информации, возникающего в области этого изгиба. Наибольшая пропускная способность образовавшегося при этом канала утечки информации 34,3 Мбит/с получена для диаметра изгиба волокна 5 мм при использовании фотоумножителя ketek РМ 3325.