Фізичні основи поширення випромінювання з оптичного волокна
План
1. Волоконний світловод
2. Фізичні та технічні особливості
3. Загальні відомості про оптоволокні
4. Фізика світлопередачі
5. Загасання
Волоконно-оптичні лінії зв'язку (ВОЛЗ) - це система передачі даних, при якій інформація передається по оптично прозорим діелектричним хвилеводів, званим "Оптичне волокно". p> Волоконно-оптична мережа - це інформаційна мережа, сполучними елементами між вузлами якої є волоконно-оптичні лінії зв'язку.
1. Волоконний світловод
Основним елементом оптичного кабелю є волоконний світловод. Це тонке скляне волокно циліндричної форми, по якому відбувається передача електромагнітного випромінювання мікронного діапазону хвиль, відповідного частотам 10 14 -10 15 Гц. Принцип дії волоконного світловода заснований на використанні процесів відображення і заломлення оптичної хвилі на межі розділу двох середовищ з різними оптичними властивостями, залежними від показника заломлення n.
При падінні променя на межу розділу двох середовищ в загальному випадку з'являються заломлена і відбита хвилі. Відповідно до закону Снеллиуса кут падіння П† п пов'язаний з кутами відображення j отр і заломлення j пр співвідношенням:
П† n = П† отр ,
n 1 sinП† n = n 2 sinП† пр (1)
причому якщо n 1 > n 2 , то з (1) випливає, що j пр > j n (див. рис.1)
У міру збільшення кута падіння з боку оптично більш щільною середовища можна досягти стану, коли пріломленний промінь буде ковзати по межі розділу середовищ без переходу в оптично менш щільне середовище (промінь 2 рис.2).
В В
Рис. 1. Падіння світлової хвилі на межу розділу двох середовищ при n 1 > n 2
В
Кут падіння, при якому спостерігається такий ефект, називається граничним кутом повного внутрішнього відображення. Для всіх кутів падіння, які перевищують граничний, буде мати місце тільки відображення. Це явище називається повним внутрішнім відображенням, воно покладено в основу передачі оптичного випромінювання по світловод.
В
Рис. 2. Проходження променів в волоконному световоде
Зазвичай волоконні світловоди мають круглий поперечний переріз і складаються з двох концентричних шарів оптично прозорого діелектрика. У центрі розташовується серцевина з оптично більш щільного кварцу, його оточує оболонка з кварцу з меншою оптичною щільністю. Волокна відрізняються діаметром серцевини і оболонки, а також профілем показника заломлення серцевини. Профіль показника заломлення - це закон, який показує, як може змінюватися або залишатися постійним показник заломлення оболонки вздовж радіусу. При позначенні волокна вказуються через дріб значення діаметрів серцевини і оболонки.
2. Фізичні та технічні особливості
Фізичні особливості:
1. Широкополосность оптичних сигналів, обумовлена ​​надзвичайно високою частотою несучої (Fo = 10 14 Гц). Це означає, що по оптичної лінії зв'язку можна передавати інформацію зі швидкістю близько 10 12 біт/с або Терабіт/с. (тобто по одному волокну можна передати одночасно 10 мільйонів телефонних розмов і мільйон відеосигналів). Швидкість передачі даних може бути збільшена за рахунок передачі інформації відразу в двох напрямах, оскільки світлові хвилі можуть поширюватися в одному волокні незалежно один від одного. Крім того, в оптичному волокні можуть поширюватися світлові сигнали двох різних поляризацій, що дозволяє подвоїти пропускну здатність оптичного каналу зв'язку. На сьогоднішній день межа по щільності переданої інформації з оптичного волокна не досягнуть.
2. Дуже мале загасання світлового сигналу у волокні. Кращі зразки російського волокна мають згасання 0.22 дБ/км на довжині хвилі 1.55 мкм, що дозволяє будувати лінії зв'язку довжиною до 100 км без регенерації сигналів.
Технічні особливості:
1.Волокно виготовлено з кварцу, основу якого становить двоокис кремнію.
2. Оптичні волокна мають діаметр близько 100 мкм, тобто дуже компактні і легкі, що робить їх перспективними для використання в авіації, приладобудуванні, в кабельній техніці.
3. Скляні волокна - не метал, при будівництві систем зв'язку автоматично досягається гальванічна розв'язка сегментів. Застосовуючи особливо міцний пластик, виготовляють самонесучі підвісні кабелі, що не містять металу і тим самим безпечні в електричному відношенні. Такі кабелі можна монтува...
