Основными факторами, влияющими на характер распространения света в волокне, наряду с длиной волны излучения, являются: геометрические параметры волокна, затухание, дисперсия.
Рис. 2.2. Распространение излучения по ступенчатому и градиентному многомодовым и одномодовому ОВ.
Принцип распространения оптического излучения вдоль оптического волокна основан на явлении полного внутреннего отражения на границе сред с разными показателями преломления. Процесс распространения световых лучей в оптически более плотной среде, окруженной менее плотной показан на рис. 2.2. Угол полного внутреннего отражения, при котором падающее на границу оптически более плотной и оптически менее плотной сред излучение полностью отражается, определяется соотношением:
, (2.3.1)
где n1 - показатель преломления сердцевины ОВ, n2 - показатель преломления оболочки ОВ, причем n1 > n2. При попадании светового излучения на торец ОВ в нем могут распространяться три типа световых лучей, называемые направляемыми, вытекающими и излучаемыми лучами, наличие и преобладание какого-либо типа лучей определяется углом их падения на границу раздела «сердцевина - оболочка». Те лучи, которые падают на границу раздела под углом (лучи 1, 2 и 3), отражаются от нее и вновь возвращаются в сердцевину волокна, распространяясь в ней и не претерпевая преломления. Так как траектории таких лучей полностью расположены внутри среды распространения — сердцевины волокна, они распространяются на большие расстояния и называются направляемыми.
Лучи, падающие на границу раздела под углами (лучи 4), носят название вытекающих лучей (лучей оболочки). Достигая границы «сердцевина - оболочка», эти лучи отражаются и преломляются, теряя каждый раз в оболочке волокна часть энергии, в связи с чем исчезают вовсе на некотором расстоянии от торца волокна. Лучи, которые излучаются из оболочки в окружающее пространство (лучи 5), носят название излучаемых лучей и возникают в местах нерегулярностей или из-за скручивания ОВ. Излучаемые и вытекающие лучи являются паразитными и приводят к рассеиванию энергии и искажению информационного сигнала.
Распространение света по волокну
Основными факторами, влияющими на характер распространения света в волокне, наряду с длиной волны излучения, являются: геометрические параметры волокна; затухание; дисперсия
В основе функционирования оптических волоконных сетей лежит принцип распространения световых волн по оптическим световодам на большие расстояния. При этом электрические сигналы, несущие информацию, преобразуются в световые импульсы, которые с минимальными искажениями передаются по волоконно-оптическим линиям связи (ВОЛС). Большое распространение подобные системы получили благодаря целому ряду достоинств, которые есть у ВОЛС по сравнению с системами передачи, использующими медные кабели или радиоэфир в качестве среды передачи.
Такая полоса дает возможность передавать потоки информации в несколько терабит в секунду. Важными преимуществами ВОЛС являются такие факторы, как малое затухание сигналов, позволяющее, при использовании современных технологий, строить участки оптических систем в сто и более километров без ретрансляции, высокая помехозащищенность, связанная с малой восприимчивостью оптического волокна к электромагнитным помехам, и многие другие.
Оптические волокна - один из основных компонентов ВОЛС. Они представляют собой комбинацию материалов, имеющих различные оптические и механические свойства.
Внешняя часть волокна изготавливается обычно из пластмасс или эпоксидных композиций, сочетающих высокую механическую прочность и большой коэффициент преломления света. Этот слой обеспечивает механическую защиту световода и его устойчивость к воздействию внешних источников оптического излучения.
Основная часть стекловолокна состоит из сердцевины и оболочки. Материалом сердцевине служит сверхчистое кварцевое стекло, которое и является основной средой передачи оптических сигналов. Удержание светового импульса происходит вследствие того, что коэффициент преломления материала сердцевины больше чем у оболочки. Таким образом, при оптимально подобранном соотношении коэффициентов преломления материалов происходит полное отражение светового луча внутрь сердцевины. Более подробно конструкции волокон различных типов и их основные конструктивные характеристики показаны ниже.
Для передачи свет (точнее, инфракрасное излучение) вводится под небольшим углом в торец оптического волокна. Максимальный угол проникновения светового импульса в сердечник волокна a0 называется угловой апертурой оптического волокна. Синус угловой апертуры называется числовой апертурой NA и рассчитывается по формуле:
NA= sina0 = vn12 – n22
Из приведенной формулы следует, что числовая апертура световода NA зависит только от показателей преломления сердцевины и оболочки - n1 и n2. При этом всегда выполняется условие: n1 > n2 (рис. 1).
Рис. 1: Распространение света в оптическом волокне.
Если угол падения света a больше, чем a0, то луч света полностью преломляется и не попадает в сердечник оптического волокна. Если угол a меньше чем a0, то происходит отражение от границы материалов сердечника и оболочки, и световой луч распространяется внутри сердечника (рис. 2).
Рис.2: Условия распространения света в оптическом волокне.
Скорость распространения света в оптическом волокне зависит от коэффициента преломления сердечника волокна и определяется как:
V = c/n
где с– скорость света в вакууме, n - коэффициент преломления сердечника.
Типичные значения коэффициента преломления материала сердечника лежат в пределах от 1,45 до 1,55.
Для того чтобы передавать сигналы по оптическим волноводам, необходимо иметь источник строго когерентного света. Для увеличения дальности передачи ширина спектра передатчика должна быть как можно меньше. Для этой цели наиболее подходят лазеры, которые, благодаря индуцированному излучению света, позволяют поддерживать постоянную разность фаз при одинаковой длине волн, В связи с тем, что диаметр сердцевины волокна сравним с длиной волны оптического излучения, в световоде возникает явление интерференции. Это может быть доказано тем, что свет распространяется в стекле сердцевины только под определенными углами, а именно в направлениях, в которых введенные световые волны при их наложении усиливаются. Говорят, что возникает конструктивная интерференция. Разрешенные световые волны, которые могут распространяться в оптическом волокне, называютсямодами(собственными волнами). Для описания процессов распространения света в оптических волокнах существуют несколько параметров, которые необходимо учитывать.
Другие работы по теме:
Билеты по Физике
Вопросы к экзамену по Физике Электрический ток в электролитах. Законы электролиза. Электропроводимость газов. Самостоятельный и несамостоятельный газовые разряды.
Изучение явлений интерференции
Лабораторная работа по физике Краткая теория работы Интерференция света Интерференция – это результат наложения двух когерентных световых волн. В результате чего в одних местах появляются минимумы, а в других – максимумы.
Оптические волокна
Оптическое волокно, как среда передачи данных. Конструкция оптического волокна. Параметры оптических волокон: геометрические, оптические. Оптические волокна на основе фотонных кристаллов. Передача больших потоков информации на значительные расстояния.
Интерференция света
Когерентные волны. Монохроматические волны различных частот. Получение когерентных световых волн. Контрастность интерференционной картины. Параллельная плоскость симметрии оптической системы. Оптическая длина пути. Интерференция в тонких плёнках.
Изучение явлений интерференции
Расчет длины волны из опыта Юнга и колец Ньютона. Интерференция света как результат наложения двух когерентных световых волн. Подробный расчет всех необходимых величин. Определение длины волны через угол наклона соответствующей прямой к оси абсцисс.
Интерференция света
Реферат по физике Интерференция света Выполнил ученик школы №182 11Ж класса Авдеев Владимир. Преподаватель Галина Григорьевна. Москва 2001 План: Объяснение интерференции света
Геометрическая оптика
Омский Государственный Технический Университет Курсовая Работа на тему: «Геометрическая оптика». Работу выполнил: студент группы В-229 Ланцов Андрей
Световой короб с гибкой основой
Световой короб или лайт-бокс сегодня — один из самых традиционных видов наружной световой рекламы. Он же — самый перспективный и быстроразвивающийся.
Виды и области применения стекла
ОКОННОЕ: остекление окон, витражей, балконных дверей, световых фонарей, теплиц, оранжерей и других светопрозрачных ограждающих конструкций жилых зданий и промышленных сооружений. Качественные листы оконного стекла прозрачны и бесцветны - никаких радужных и матовых пятен, несмываемых налетов, и других следов выщелачивания на поверхности! Допускаются зеленоватый и голубоватый оттенки, но при условии, что они не снижают коэффициента светопропускания (соотношения двух световых потоков - прошедшего через лист стекла к падающему на этот же лист).
: Измерения в телекоммуникациях
Соответственно повысилась и роль измерительной техники на сетях связи. Измерительные технологии в сетях современных телекоммуникаций должны сыграть конструктивную роль, т. е помочь в настройке и оптимизации сетей связи, поиске неисправностей, для разрешения конфликтных ситуаций
Сочинения на свободную тему - Летний день
Восход солнца летом ранний. От прикосновения солнечных лучей пробуждается природа весело щебечут птицы листва разворачивает к солнцу свои ладони радостно порхают яркие бабочки начинают работу муравьи жучки.
Работа по дисциплине «Информатика»
Цель работы – разработка прикладной программы для численного решения уравнения, описывающего дисперсионные характеристики оптического волновода
Глаз
Строение а Глаз - орган зрения человека, позвоночных и многих беспозвоночных животных. У человека и позвоночных животных — парный орган; состоит из собственно глаза (глазного яблока), соединенного зрительным нервом с мозгом, и вспомогательного аппарата (глазодвигательных мышц, век, а у наземных позвоночных и слезных желез).
Основы теории относительности
Важнейшими постулатами классической механики, основы которой были заложены Галилеем и Ньютоном, являются принцип изотропности и однородности пространства и времени, три закона Ньютона, а также закон сложения скоростей Галилея.
Интересные обьекты Вселенной
Карликовая галактика в созвездии Стрельца - самая близкая галактика к Галактике Млечный Путь. Эта небольшая галактика настолько близка, что Млечный Путь как бы поглощает ее.
Квазары
Астрономы обнаружили, что некоторые галактики, всего несколько процентов от их общего числа, обладают необычайной мощностью. Нормальные галактики – основное население Вселенной – излучает энергию, вырабатываемую их звездами.
Рефракция
Явление преломления световых лучей при прохождении ими земной атмосферы называется астрономической рефракцией.
Летний день сочинение-описание
Автор: Сочинения на свободную тему Восход солнца летом ранний. От прикосновения солнечных лучей пробуждается природа: весело щебечут птицы, листва разворачивает к солнцу свои ладони, радостно порхают яркие бабочки, начинают работу муравьи, жучки. Плоды покрываются румянцем от соприкосновения с теплыми и ласковыми лучами.
Описание оптических систем
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ кафедра ЭТТ РЕФЕРАТ на тему: Описание оптических систем МИНСК, 2008 Элементы оптических систем
Дисперсия в волоконных световодах
Распространение импульса электромагнитной энергии по световоду. Межмодовая дисперсия в многомодовых световодах. Определение внутримодовой дисперсии. Материальная и волноводная дисперсия в одномодовом волоконном световоде. Длина волны нулевой дисперсии.
Направляющие среды в ЭС и средства их защиты
Расчет емкости реальной симметричной цепи в кабеле МКСГ-4х4х1,2, коэффициента фазы коаксиальных пар в комбинированном кабеле КМ-8/6, критической частоты в оптических волокнах оптического кабеля типа ОКЛС-01 при увеличении диаметра его сердцевины.
Волоконно-оптические кабели
Изучение назначения волоконно-оптических кабелей как направляющих систем проводной электросвязи, использующих в качестве носителя информационного сигнала электромагнитное излучение оптического диапазона. Характеристика и классификация оптических кабелей.
Свойства оптического сигнала
Оптический сигнал как световая волна, несущая определенную информацию, ее особенности и математическое обоснование, основные характеристики. Сущность и виды дифракции света. Пути преобразования световых полей различными элементами оптических систем.
Новый микроскоп
Левенгук, например, сумел достичь великого мастерства в приготовлении стекол для собственных микроскопов (он все делал своими руками). Поэтому получил увеличения до сотни крат и более, а равно и «картинку» с приемлемым уровнем оптических искажений.
Затмение 2
Солнечное затмение — астрономическое явление, которое заключается в том, что Луна закрывает (затмевает) полностью или частично Солнце от наблюдателя на Земле. Солнечное затмение возможно только в новолуния, когда сторона Луны, обращенная к Земле, не освещена, и сама Луна не видна. Затмения возможны только если новолуние происходит вблизи одного из двух лунных узлов (точки пересечения видимых орбит Луны и Солнца), не далее чем примерно в 12 градусах от одного из них.
Таблица по строению глаза человека
Системы Придатки и части глаза Строение Функции Вспомогательная Брови Волосы, растущие от внутреннего к внешнего углу глаза Отводят пот Веки Кожные складки с ресницами