ПРЕДИСЛОВИЕ

Исследования в области физики твердого тела, кван товой электроники, радиофизики, оптики, химии стекла привели в последние два десятилетия к разработке и созданию волоконно-оптических линий связи и систем передачи информации. Большую роль в этом сыграли работы советских ученых академиков Ж. И. Алферова, Н. Г. Басова, Ю. В. Гуляева, Г. Г. Девятых, В. А. Котельникова, А. М. Прохорова, М. М. Шульца.

Прогресс в волоконной оптике наряду с созданием систем связи привел к появлению нового класса приборов — волоконно-оптических функциональных устройств. Часть устройств этого класса, например: демультиплексоры, направленные ответвители, разъемные соединители и т. п., уже сейчас являются обязательными атрибутами волоконно-оптических систем связи, расширяя их возможности. Другие — волоконно-оптические датчики физических величин - находят все более широкое применение в различных областях науки и техники, таких как гибкие автоматизированные производства в машиностроении, системы управления и контроля в авиации, судостроении, ядерной физике и многих других. Таким образом можно считать, что в настоящее время формируется новая область приборостроения — волоконно-оптическое.

Но если создание волоконной оптики дало толчок развитию приборостроения, то и дальнейший прогресс в волоконной оптике невозможен без развития специализированных приборов и систем, предназначенных для производства волоконных световодов и измерения их характеристик. Специфика

волоконно-оптических систем и их быстрое развитие являются причинами того, что возможности и потребности волоконной оптики остаются мало известными специалистам других областей науки и техники, в том числе и приборостроителям.

С историей возникновения и развития волоконной оптики, ее современным состоянием читатель может ознакомиться в главе 1 данной книги. Авторами предпринята попытка прогнозировать направления ее дальнейшего развития и указать области наиболее эффективного применения.

Сведения об основных закономерностях распространения света в оптических волоконных световодах содержит глава 2. Назначение этой главы двояко: во-первых, ознакомить читателя с принципами, определяющими процессы распространения света в световодах (планарных и волоконных), во-вторых, дать основные определения параметров и характеристик, используемых в следующих главах, ввести необходимую терминологию. Разумеется, во многом глава 2 в этой части перекликается с известными публикациями (см., например, работы [53, 55, 91, 359]), однако она отличается от большинства подобных работ компактностью изложения и наличием физической интерпретации большинства математических выкладок. При написании и редактировании этой главы авторы учли опыт преподавания различным контингентам слушателей в разных странах (СССР, Индии, Финляндии, ФРГ). Следуя основным принципам построения волоконно-оптических функциональных элементов, базирующимся на введении управляемых нерегулярностей в «идеальную» среду, в главе 2 авторы уделили внимание анализу «неидеальных» условий работы оптического волокна, создающих возможность воздействия на параметры распространяющейся в световоде волны: амплитуду, фазу, поляризацию, частоту.

В главе 3 проводится детальный анализ наиболее распространенного класса волоконно-оптических приборов — датчиков физических. величин. В этой области число публикаций растет очень быстро, описано более чем 150 различных конструкций волоконно-оптических микрофонов, гидрофонов, магнитометров, гироскопов, вольтметров и других устройств. Авторы не ставили себе целью дать подробный обзор всех выполненных работ, тем более что по отдельным направлениям такие обзоры имеются (см. библиографию) и число соответствующих публикаций увеличивается быстрыми темпами.

Основными задачами при написании главы 3 были: ввести обоснованную классификацию обширного семейства волоконно-оптических, датчиков; изложить принципы функционирования отдельных классов, указать их основные особенности, предельный возможности и ограничения; дать примеры наиболее успешных технических реализаций и очертить перспективы развития этой области оптического приборостроения.

Уровень проработки оптических устройств и приборов, являющихся неотъемлемыми компонентами действующих и вновь создаваемых волоконно-оптических систем, а именно: источников излучения, модуляторов, фильтров, вентилей, соединителей, ответвителей и переключателей, в значительной степени определяет функциональные возможности и области применения этих систем. В главе 4 — показано, что существует три основных направления развития методов разработки большинства перечисленных устройств: 1) применение микрооптических элементов (линз или граданов); 2) использование элементов интегральной оптики, т. е. полосковых световодов; 3) создание устройств, полностью интегрированных на оптическом волокне.

В главе 4 проводится сравнительный анализ возможностей каждого направления применительно к созданию высокоэффективных приборов и компонентов для волоконно-оптических систем, а также кратко рассматриваются технологические аспекты их изготовления.

В заключение в главе 5 основное внимание уделено второму аспекту взаимного влияния двух отраслей — волоконной оптики и приборостроения — созданию приборов и устройств для автоматизированных технологических и измерительных установок, используемых при. производстве оптических волокон и кабелей.

В настоящее время ясно, что только применение высокоавтоматизированных производств может гарантировать получение оптических волокон высокого качества. Отдельные успехи, достигнутые в научных лабораториях, не могут быть перенесены в массовое производство, если они не обеспечены автоматическим контролем и регулированием всех существенных параметров технологического процесса. Это же относится и к области измерения параметров оптического волокна. Наконец, увеличение числа областей применения ВОСП диктует необходимость резкого расширения номенклатуры выпускаемых волокон, поскольку повышение эффективности работы волоконно-оптических приборов возможно только на основе применения волокон, специально разработанных для конкретной цели. Следовательно, на повестке дня стоит проблема создания гибких автоматизированных технологических комплексов, которые можно будет перенастраивать для выпуска отдельных партий специализированных оптических волокон.

Развитие разделов волоконной оптики, связанных с приборостроением, является быстропротекающим и нестационарным процессом, поэтому сделать детальный и панорамный «снимок» такого процесса довольно сложно. Тем не менее авторы надеются, что опыт научной и педагогической работы, накопленный ими, нашел в книге удачное воплощение. Если книга позволит широкому кругу читателей (научным сотрудникам и инженерам, аспирантам и студентам) ознакомиться с процессом взаимного проникновения двух важных отраслей науки и техники — волоконной оптики

и приборостроения, будет внесен посильный вклад в ускорение научно-технического прогресса.

Книга подготовлена интернациональным коллективом авторов, что, несмотря на очевидные трудности, возникшие в процессе ее создания, способствовало выработке более объективных критериев и рекомендаций.

Глава 2 написана профессором Индийского технологического института (Нью-Дели, Индия) Б. П. Палом (В. P. Pal). Глава 1 и пп. 3.1-3.5 подготовлены заведующим кафедрой ЛЭИС им. М. А. Бонч-Бруевича проф. М. М. Бутусовым, который также перевел главу 2 и был редактором всей книги. Доцент ЛЭИС С. Л. Галкин написал пп. 3.6, 4.2, 4.4 и главу 5, доцент ЛИТМО С. П. Оробинский — пп. 3.7, 4.5, 4.8-4.11. Совместно М. М. Бутусовым и С. П. Оробинским написаны пп. 4.1, 4.6, 4.7, М. М. Бутусовым и С. Л. Галкиным — п. 4.3.

Авторы выражают искреннюю благодарность за помощь при подготовке книги и за полезные советы профессору А. К. Гхатаку, доктору К. Теагараджану (Индийский технологический институт), доктору Й. Курки («Нокиа», Финляндия), профессору Р. Т. Керстену («Шотт», ФРГ), профессору И. К. Мешковскому (ЛИТМО), а также инженеру И. М. Самоуковой (ЛЭИС).