Теория оптического волокна Часть первая
Татьяна Волоконовая
В волоконной оптике, как и в любой другой науке, существует разработанный категориальный аппарат и выведены различные формулировки понятий и теорий, одна из них – теория оптического волокна – и будет рассмотрена нами в настоящей статье, состоящей из 2 частей.
Свет и ток
Из школьного курса физики нам известно, что свет или световая волна проходит значительное расстояние с гораздо большей скоростью, чем электрический ток. Поэтому, в настоящий момент мы видим, что по мере развития оптоволоконных технологий, это преимущество все чаще ставится в основу возникновения новейших достижений в области волоконной оптики.
Теперь на смену обычным медным кабелям пришли оптические, имеющие неоспоримое превосходство по сравнению с первыми. Помимо высокой скорости передачи информации, они не зависимы от влияния электромагнитных полей, надежны в плане производимых потерь и более долговечные. Однако, чтобы правильно реализовать проект по проведению волоконных линий связи, и в полной мере насладиться всеми преимуществами оптических волокон, полезно знать основные принципы теории и законов оптики.
Закон оптики
Существует волновая теория света, согласно которой свет рассматривается как электромагнитная волна определенной длины и чтобы ее передавать на расстояния, нужно создавать изолированные оптически прозрачные среды. Наверно, вы помните, что в однородной среде свет идет прямолинейно, отражаясь от поверхности раздела среды и, как только он переходит через другую границу среды, начинает преломляться под определенным углом по отношению к первой среде. Используя физический закон поведения светового луча, в волоконной оптике добились управления световым потоком, передавая его по назначению с применением определенной среды.
Принцип оптического волокна
Для сохранения мощности светового импульса на дальних расстояниях требуется снижение потерь информации, которое достигается за счет получения прозрачной среды, препятствующей поглощению света и выверенной линии пути луча света. Если прозрачную среду можно получить, используя, к примеру, современное кварцевое стекло, то обеспечение точной траектории луча зависит от знания и правильного применения вышеприведенного закона оптики.
Межмодовая дисперсия
Ввиду того, что практически невозможно гарантировать идеальное прохождение светового излучения строго по вытянутой линии, часто создается такая ситуация, что импульс содержит несколько волн (мод), которые проходят по всему кабелю к приемнику не одновременно, а с некоторым интервалом времени. Те моды, которые проходят прямолинейно, быстрее добираются до конца тракта кабеля, другие – зигзагообразно и, следовательно, немного запаздывают. Этот временной диапазон прохождения разных волн или мод одного излучения и называется межмодовой дисперсией.
Межчастотная дисперсия
Световые волны, помимо разного прохождения траектории, имеют и неодинаковый диапазон длин, отсюда, если вспомнить законы физики, становится понятно, почему короткие волны быстрее достигают конечной цели, чем длинноволновые. Эта разница во времени получила название межчастотной дисперсии.
Материальная дисперсия
Если сердечник кабеля имеет неоднородные участки среды, световые волны будут неодинаково совершать свою траекторию и, следовательно, придут к концу кабеля в разное время. Эта временная разница, проистекающая от зависимости распространения волн от неоднородности среды сердечника в световоде, называется материальной дисперсией.
