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]

/

l Рис. 2.6. Принцип действия волоконного световода:

1 1-имеется преломленный луч; 2 и i-отсутствует преломленный луч

Во втором случае (X-*d и f-cjd) угол 6-* О, волна испытывает большое число отражений и поступательное движение ее весьма мало. В этом случае вдоль световода передается незначительная доля энергии.

При определенной длине волны (рис. 2.5,в) наступает такой режим, когда 6 = 0, и волна падает на оболочку световода и отражается перпендикулярно. В световоде устанавливается режим стоячей воды, й энергия вдоль световода не перемешается. Этот режим соответствует критической длине волны 1.0 = d и критической частоте fo = c/d.

Таким образом, в световоде могут распространяться лишь волны длиной меньшей, чем диаметр сердцевины световода (X,<J). С учетом того что в световоде границей раздела сердцевина-оболочка являются прозрачные стекла, возможно не только отражение оптического луча, но и проникновение его в оболочку. Для предотвращения перехода энергии в оболочку и излучения в окружающее пространство необходимо соблюдать условия полного внутреннего отражения. Реализация этого условия применительно к двухслойному световоду по- казана на рис. 2.6.

По законам геометрической оптики в общем виде на границе сердцевина-оболочка будут находиться падающая волна АВ с углом фп, отраженная ВС с углом фо и преломленная волна BD с углом фр (рис. 2.6, линия 7). Известно, что при переходе из среды с большей плотностью в среду ,с меньшей плотностью, т. е. при п1>П2, волна при определен-;Ном угле падения полностью отражается и не переходит да другую феду. Угол падения, начиная с которого вся энергия отражается от границы раздела сред, т. е. фп = 6в> называется углом полного внутреннего отражения.

Этот угол определяется из соотношения

8тев = И2/И1=ч/Нг2ег2/К1ег1,

(2.3)




Рис. 2.7. Апертура волоконного световода

где и 8г1, и 82-магнитная и диэлектрическая

приницаемости сердцевины и оболочки.

При критическом угле фп = 6в волна движется вдоль границы раздела фед сердцевина-оболочка (рис. 2.6, линия 2) и нет излучения в окружающее пространство. При Фп>6в волна полностью отражается и возвращается в исходную среду - сердцевину (рис. 2.6, линия 3). Излучения также нет. Чем больше угол падения волны, т. е. фп>вв в пределах от 6 до 90°, тем лучше условия распространения и быстрей волна придет к* приемному концу. В этом случае вся энергия концентрируется в сердцевине световода и практически не излучается во внешнюю среду.

При угле, меньшем угла полного отражения, т. е. при Фп<6в, энергия проникает в оболочку, излучается во внешнее пространство, и передача по световоду неэффективна.

Режим полного внутреннего отражения предопределяет условие ввода света во входной торец волоконного световода. Как видно из рис. 2.7, световод пропускает лишь свет, заключенный в пределах телесного угла 6д, который обусловлен углом полного внутреннего отражения Этот телесный угол характеризуется апертурой.

Апертура-это 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 = Ио sin = nosjni-nl, где По, Hi, «2 - показатели преломления воздуха, сердцевины, оболочки. Имея в виду, что для воздуха «о=1, получаем

NA=Jni-nl. (2.4)

Как видно из рис. 2.7, между углами полного внутреннего отражения и апертурным углом падения луча 6 имеется взаимосвязь. Чем больше угол Q, тем меньше апертурный угол волокна 6.



Следует стремиться к тому, чтобы угол падения луча на границу сердцевина-оболочка фп был больше угла полного внутреннего отражения 6 и находился в пределах от 6в до 90°, а угол ввода луча в торец световода ф укладывался в апертурный угол 6 (ф<6).

2.2. ВОЛНЫ И ЛУЧИ В СВЕТОВОДАХ

Как известно, свет имеет двойственную природу: волновую т квантовую. Волновая теория света обосновывает, что все свойства света совпадают со свойствами электромагнитных волн, и свет является* разновидностью электромагнитных колебаний очень высоких частот (10"-10* Гц) и очень (Коротких волн (микроны).

По квантовой теории свет-это поток быстро движугцихся мелких частиц (фотонов). Таким образом, теория света опирается на его волновые и квантовые свойства. Излучение рактеризуется длиной волны X, частотой /.

Видимые лучи (В) располагаются между инфракрасными ;(ИК) и ультрафиолетовыми (УФ) лучами и занимают полоску шриблизительно 0,4-0,75 мкм, что соответствует диапазону яастот 4 • 10-0,75 • 10 Гц.

В табл. 2.2 приведены значения Я. и / для различных типов лучей.

Таблица 2.2

Параметр

X, мкм

ШО-0,75 3 10-410

0,75-0,4 4 10"-0,75-10

0,4-0,005 0,75 105-0,6 10"

Обычный белый свет имеет сложную структуру и может быть представлен в виде набора различных световых лучей.

На рис. 2.8 показаны интенсивность излучения Ф, различных источников света и относительная спектральная световая Эффективносгь. Из рисунка следует, что излучение обычной лампы накаливания занимает довольно широкий спектр волн и имеет максимум излучения при Я.= 1 мкм. Солнечный спектр простирается в диапазоне длин волн от 0,3 до 1,5 мкм с максимальной «интенсивностью при Я.=0,4 мкм. Чувствительность нашего глаза •соответствует видимому спектру волн (0,4-0,8 мкм).

Для связи по световодам используются видимые лучи (Я.=0,4-н 0,75 мкм) и ближний диапазон инфракрасных лучей (0,85-1,3- 1,55 до 4-6 мкм).

Характер распространения электромагнитных волн в НС, структура поля и частотный диапазон систем зависят прежде всего от класса волны, используемой для канализации энергии. 3 Заказ 2460 33



[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