1. Поширення електромагнітної енергії в оптичному волокні
Оптичне волокно являє собою елемент, який переносить світловий сигнал. Зазвичай световод являє собою круглий діелектричний стрижень (сердечник), виконаний зі скла або пластмаси і оточений діелектричної оболонкою. Оболонка має відмінний від серцевини показник заломлення. Показник заломлення сердечника а оболонки де і - відповідно значення відносної діелектричної проникністю серцевини і оболонки.
Передачі електромагнітної енергії по світловод використовується явище внутрішнього відображення на межі розділу двох середовищ, для чого необхідно, щоб показник заломлення серцевини був більше показника заломлення оболонки. Внутрішнє відображення служить основою для поширення світла вздовж волокна. Залежно від величини кута, який утворює з віссю промені, що виходять з точеного джерела в центрі торця світловода (малюнок 1.1), виникають хвилі випромінювання 1, хвилі оболонки 2 і сердечника 3. При цьому враховуються тільки меридіональні промені, що проходять через оптичну вісь волокна після кожного відображення. Інші промені, звані асиметричними (косими), рухаються уздовж волокна, не проходячи його оптичну вісь. На малюнку 1.1 показані меридіональні промені.
Малюнок 1.1. Меридіональні промені в волоконному световоде
Якщо кут падіння електромагнітної хвилі на кордон «серцевина-оболонка» більше деякого критичного кута, який відповідно до закону Снеллиуса визначається співвідношенням, то промінь повністю відбивається на кордоні і залишається всередині сердечника (промінь 3).
Облік хвильових властивостей світла дозволив встановити, що тільки обмежене число променів з дискретними кутами може утворити спрямовані хвилі, які називають також хвильовими модами. Мода представляє собою математичне і фізичне поняття, пов'язане з процесом поширення електромагнітних хвиль у середовищі. Під модою розуміють вид траєкторії, вздовж якої може поширюватися світло. Число мод, що допускаються волокном, коливається від 1 до 100 000. Таким чином, волокно дозволяє світлу поширюватися по безлічі траєкторій, число яких залежить від розміру і властивостей волокна.
1.1 Числова апертура
Важливою характеристикою світловода є числова апертура (NA). Числовою апертурою називається здатність волокна збирати промені. Тільки промені, які инжектируются (вводяться) в волокно під кутами, великими критичного, зможуть поширюватися вздовж нього. NA залежить від властивостей матеріалу волокна і визначається показниками заломлення серцевини і оболонки:
.
Також можна визначити величину кутів, при яких світло поширюється вздовж волокна. Ці кути утворюють конус, званий вхідним конусом, кутовий растр якого визначає максимальний кут введення світла у волокно. Вхідний конус пов'язаний з NA.
,
,
де - половина кута введення.
Числова апертура вказує на те, як світло вводиться в волокно і поширюється по ньому. Волокно з великим значенням NA добре приймає світло, в той час як в волокно з малим значенням NA можна ввести тільки вузько направлений пучок світла.
Малюнок 1.2. Числова апертура
1.2 Класифікація оптичних волокон
Особливості руху світла вздовж волокна залежить...
