Главная  Развитие оптической связи 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [ 10 ] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86]


л.,мкм

Рис. 2.8. Интенсивность излучения различных источников света: /-люминесцентная лампа; 2-солнце; 3-лампа иакаливания; 4-относительная спектральная световая эффективность

Существуют волны следующих классов (рис. 2.9): Т-поперечная электромагнитная; Е„-электрическая волна; пш-магнитная волна; НЕ„„, и ЕН„„-гибридные, смешанные волны.

Наряду с делением на классы электромагнитные волны делятся также по типам. Тип волны, или, по-другому, мода, определяется сложностью структуры, т. е. числом максимумов и минимумов поля в поперечном сечении. Мода обозначается двумя числовыми индексами п и т. Индекс п означает, например, в круглых волноводах число изменений поля по периметру волновода, а индекс т - число изменений поля по диаметру.

Волна Т содержит лишь поперечные составляюшие поля Ej и Hj; она существует в двухпроводных линиях передачи (симметричных, коаксиальных, ленточных).

Электрические и магнитные волны несимметричного типа Епт-, Н„„ возбуждаются в металлических волноводах.


Рис. 2.9. Классы электромагнитных волн 34




Рис. 2.10. Структура поля гибридной волны НЕ,,



Волна НЕ„

Рис. 2.11. Меридиональные (а) и косые (б) лучи в световоде

В волоконных световодах могут существовать два типа волн: симметричные-Eq и Hq„ и несимметричные гибридные-ЕН„ и НЕ„, где и-число изменений поля по периметру, т - число изменений поля по диаметру.

Симметричные волны электрические Ео™ и магнитные i/om имеют круговую симметрию (и = 0).

Раздельное распространение по световоду несимметричных волн типа и невозможно. Эти волны в световоде

существуют только совместно, т. е. имеются продольные составляющие как Е, так и Я. Эти волны называются гибридными, смешанными и обозначаются НЕ,, если поле в поперечном сечении напоминает поле Н, или ЕНпт, если это поле в поперечном сечении ближе к волнам Е.

Из всей номенклатуры смешанных волн в ОК наибольшее применение получила волна типа ЯЕц (или ЕН), представленная на рис. 2.10. Здесь магнитные линии в горизонтальной плоскости имеют такую же структуру, как и электрические в вертикальной. На этой волне работают одномодовые световоды, имеющие наибольшую пропускную способность.

Представляет интерес сопоставить указанную классификацию лектромагнитных волн с лучевой классификацией, т. е. связать волновую теорию с лучевой теорией геометрической оптики.

По волоконным световодам возможна передача двух видов лучей: меридиональных и косых (рис. 2.11). Меридиональные лучи расположены в плоскости, проходящей через ось волокон-

(ного световода. Косые лучи не пересекают ось световода и проходят по сложным траекториям. Меридиональным лучам соответствуют симметричные электрические Е и магнитные волны, косым лучам-несимметричные гибридные волны и ЕН„.

Если точечный источник излучения расположен по оси ветовода, то имеются только меридиональные лучи и соот-етственно симметричные волны Ео™» Нот- Если же точечный сточник расположен вне оси световода или имеется сложный сточник, то появляются одновременно как меридиональные,



так и косые лучи и свойственные им симметричные и несимметричные гибридные волны.

Несимметричные волны типа и Н„ в волоконных

световодах существовать не могут. Эти волны возбуждаются в металлических волноводах.

2.3. УРАВНЕНИЕ ПЕРЕДАЧИ ПО СВЕТОВОДАМ

Рассмотрим волоконный световод (ВС) без потерь двухслойной конструкции, приведенный на рис. 2.12. Для описания поведения электромагнитного поля в сердцевине (0<г<а) и в оболочке {а<г<Ь) необходимо использовать различные функции. Исходя из физической сущности процессов, функции сердцевины при г = 0 должны быть конечными, а в оболочке должны описывать спадающее поле.

Используем цилиндрическую систему координат, ось которой совместима с осью цилиндра. Поперечные составляющие напряженности электрического и магнитного полей могут быть выражены через продольные составляющие и Н. Для сердцевины имеем следующую систему уравнений:

г дг 1 дН,

1 дН,

(2.5)

Здесь gi=/ci --поперечная составляющая волнового числа в сердцевине световода; Р - коэффициент распространения в световоде; - волновое число сердцевины световода с коэффициентом преломления rii;

/с1=со.Уа„18о1=соЦоео л/нпеп =Кп1 = 2пщ1К

Решение данных уравнений для сердцевины следует выразить через цилиндрические функции первого рода-функции Бесселя, имеющие конечные значения при г=0. Поэтому для г<а можно написать

E, = AJ„{gir)ei"<>e-;

где у4„ и В„-постоянные интегрирования; и-порядок функции Бесселя.

Для оболочки имеем аналогичную систему уравнений: 36


Рис. 2.12. К расчету волоконного световода



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [ 10 ] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86]

0.0008