ОСНОВИ






Основи волоконнооптичного зв'язку

  Електромагнітною хвилею називається змінне в часі електромагнітне поле, що розповсюджується в просторі. Електромагнітні хвилі залежно від їхнього спектра поділяють на діапазони:
Діапазон Довжина хвилі
Гамма-випромінення   < 0,0012 нм
Рентгенівське випромінення  0,0012 нм - 12 нм
Ультрафіолетове випромінення   12 нм - 380 нм
Видиме випромінення   380 нм - 760 нм
Інфрачервоне випромінення   760 нм - 1мм
Радіохвилі   > 1мм

  У видимому діапазоні основні кольори є такими: фіолетовий 380 нм ÷ 455 нм; блакитний 455 нм ÷ 492 нм; зелений 492 нм ÷ 577 нм; жовтий та жовтогарячий 577 нм ÷ 622 нм; червоний 622 нм ÷ 760 нм. У волоконній оптиці головним чином використовується діапазон 800 нм ÷ 1700 нм.
Довжина хвилі випромінення поза системою одиниць вимірювання СІИ, може бути також вказана в Армстронгах 1 Å = 1× 10-8 см, що приблизно відповідає діаметру атому водню.
Для передачі світла по волоконних світловодах використовують ефект повного внутрішнього відбиття (ПВВ). За законом Снеліуса – відношення синуса кута променя, що падає на границю розділу середовищ з різною оптичною щільністю, до синуса кута променя, що проходить в інше середовище (заломлюється), дорівнює відношенню показників заломлення цих середовищ:

Формула 1

де:
    φ 1- кут падіння (кут між променем, що падає, та перпендикуляром до границі розділу двох середовищ в точці падіння)
    φ 2- кут заломлення (кут між заломленим променем та вищезгаданим перпендикуляром)
    n1 - показник заломлення матеріалу першого середовища
    n2 - показник заломлення матеріалу другого середовища
  Якщо промінь переходить з оптично більш щільного середовища до оптично менш щільного середовища, тобто n1› n2 , то φ 1› φ 2. Тоді за певного кута падіння φ кр.на границю двох середовищ, промінь, що падає, буде повністю відбиватись (кут відбиття = куту падіння), отже, вся потужність випромінення залишатиметься в першому середовищі, (подібне явище можна спостерігати при зануренні у воду, тоді, на певній глибині з води стає видно небо лише у вигляді кола.) як показано на рисунку:
Ілюстрація закону Снеліуса.
 Важливою характеристикою матеріалу в оптичному діапазоні є показник заломлення. Показник заломлення показує, в скільки разів фазова швидкість електромагнітної хвилі в середовищі є меншою від швидкості розповсюдження світла у вакуумі. Для фазової швидкості електромагнітних хвиль в діелектрику маємо формулу
Залежність фазової швидкості електромагнітної хвилі від показника заломлення.

де:
Відносна діелектрична проникність, середовища. - відносна діелектрична проникність, середовища;
Відносна магнітна проникність. - відносна магнітна проникність;
ε0 - діелектрична проникність вакууму Діелектрична проникність вакууму.
μ0 - магнітна проникність вакууму Магнітна проникність вакууму.
Швидкість світла у вакуумі. - швидкість світла у вакуумі;
Показник заломлення.- показник заломлення;
Таким чином, маємо: Показник заломлення.
 Показник заломлення залежить від довжини хвилі або частоти світлової хвилі, температури та тиску в середовищі (останнє більш суттєве для газів). Наприклад, для води при 20°С для довжини хвилі 404,7 нм n=1,3428, а для 678,0 нм n=1,3308. Зі збільшенням температури показник заломлення зменшується, але ці зміни показника заломлення є дуже незначними (мільйонні долі на градус).
 Добуток показника заломлення на геометричний шлях світлового променю називається оптичною довжиною шляху.
 В оптичному волокні показник заломлення серцевини вздовж радіуса поперечного перерізу волокна має бути більшим від показника заломлення оболонки (принаймні в декотрому проміжку зміни радіальної координати точки серцевини).




Повернутись на головну сторінку Перейти на сторінку 2