Главная Обратная связь

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)






Физические процессы в волоконных световодах



Основной элемент оптического кабеля – волоконный световод в виде тонкого стеклянного волокна цилиндрической формы. Световод, как правило, имеет двухслойную конструкцию и состоит из сердцевины и оболочки с разными показателями преломления n1 и n2.

Волоконные световоды или оптические волокна (ОВ) делятся на две группы: многомодовые и одномодовые. Первые, с свою очередь, подразделяются на ступенчатые и градиентные. У ступенчатых ОВ показатель преломления в сердцевине постоянен и имеет резкий переход от n1 сердцевины к n2 оболочки. Градиентные ОВ имеют непрерывное плавное изменение показателя преломления в сердцевине по радиусу световода от центра к периферии (рис. 11.1).

Одномодовые и многомодовые ОВ различаются диаметром сердцевины. В одномодовом световоде d » l и по нему передается лишь один тип волны (мода). В многомодовом световоде d > l и по нему распространяется большое число волн. Сердцевина у одномодовых ОВ - 6…8 мкм, у многомодовых - 50 мкм, диаметр оболочки - 125 мкм. Снаружи располагается двухслойное полимерное покрытие диаметром до 500 мкм.

В ступенчатом многомодовом световоде луч резко отражается от границы сердцевина – оболочка. При этом пути следования различных лучей различны и поэтому они приходят к концу линии со сдвигом во времени. Это приводит к искажению передаваемого сигнала (дисперсии). В градиентных световодах лучи распространяются по волнообразным траекториям и искажаются меньше. В наилучших условиях – одномодовая передача, так как распространяется один луч.

В общем виде профиль показателя преломления (ППП):

где n0 - max значение показателя преломления на оси волокна, а - радиус сердцевины, u - показатель степени, описывающий изменение ППП;

а) для градиентного световода u = 2, ;

б) для ступерчатого световода u = ¥, .

Передача волны по световоду осуществляется за счет многократных отражений от границы раздела сердцевины и оболочки с показателями преломления n1 и n2.

По законам геометрической оптики на границе раздела сердцевина – оболочка будут находиться падающая волна AB с углом jп, отраженная BC с углом jо и преломленная BD с углом jпр (рис. 11.2). При переходе из оптически более плотной среды в менее плотную (при n1 > n2) волна при определенном угле падения полностью отражается от границы раздела сред. Угол jп=qв называется углом полного внутреннего отражения:

,

где mr1, er1, mr2, er2 - магнитные и диэлектрические проницаемости сердцевины и оболочки.



При критическом угле jп = qв волна распространяется вдоль границы раздела сердцевина – оболочка и не излучаются в окружающее пространство. При jп > qв волна полностью отражается и возвращается в исходную среду (сердцевину).

Таким образом, световод пропускает свет, заключенный в пределах телесного угла qa, связанного с углом полного внутреннего отражения. Этот телесный угол характеризуется апертурой (рис. 2.3).

Апертура – угол между оптической осью и одной из образующих светового конуса, попадающего в торец волоконного световода, при котором выполняется условие полного внутреннего отражения.

Обычно пользуются понятием числовой апертуры NA:

где nопоказатель преломления воздуха, так как no = 1, то

.


Эта страница нарушает авторские права

allrefrs.ru - 2018 год. Все права принадлежат их авторам!