Контрольные вопросы

1. Что такое волновое сопротивление волоконного световода?

2. Объясните зависимость волнового сопротивления ОВ от частоты.

3. Объясните зависимость коэффициента фазы ОВ от частоты.

4. Что понимают под фазовой скоростью распространения электромагнитной волны?

5. Что такое групповая скорость распространения электромагнитной волны?

6. Объясните зависимость фазовой скорости в волоконном световоде от частоты.

7. Объясните зависимость групповой скорости в волоконном световоде от частоты.

8. Почему фазовая скорость распространения электромагнитной волны в световоде больше групповой?

13. Поляризация в волоконных световодах

Распространение света как электромагнитной волны можно рассматривать как соответствующее развитие связанных с ним электрических и магнитных полей.

Известно, что электроны в атоме вещества заряжены отрицательно, а ядро имеет положительный заряд, поэтому, когда электрическое поле прилагается к материалу, подобному кварцу, силы, испытываемые ядрами и электронами, имеют противоположное направление, что приводит к поляризации атомов.

Индуцированная электрическая поляризация материала, или просто поляризация, может быть описана при помощи вектора Р, который зависит как от особенностей материала, так и прилагаемого поля. Индуцированная поляризация может быть рассмотрена как отклик среды на прилагаемое электрическое поле.

Объединяет эти два понятия вектор D, называемый электрической индукцией, который находится следующим образом:

  ,

 где e – диэлектрическая проницаемость среды.

Таким образом, связь Р и Е в оптическом волокне определяется свойствами кварца и является причиной двух важных явлений, относящихся к распространению в нем света, – дисперсии и нелинейного эффекта.

13.1. Виды поляризации

Итак, основу концепции поляризации электрического поля представляет вектор напряженности электрического поля, расположенный в плоскости, перпендикулярной распространению электромагнитной волны, размер и направление которого могут изменяться со временем.

Световая волна, у которой направление электрического вектора изменяется случайным образом, называется неполяризованным светом. Примером такой световой волны является естественный свет.

Рис. 35. Линейная поляризация в световоде

Е сли излучение монохроматическое и векторы колеблются с некоторой постоянной частотой, их можно представить в виде суммы двух взаимно-перпендикулярных составляющих х и у.

Если разность фаз колебаний по этим направлениям равна нулю или составляет np, где n – целое положительное число, то суммарный вектор колеблется в одной плоскости. Такой случай называют линейной поляризацией, а плоскость, перпендикулярную направлению колебаний, – плоскостью поляризации (рис. 35).

При разности фаз рассматриваемых колебаний, не равной np, конец вектора электрического поля описывает поверхность эллиптического цилиндра, в соответствии с чем поляризация носит название эллиптической (рис. 36).  

Рис. 36. Эллиптическая поляризация в световоде  

В случае, когда при равной амплитуде составляющих электромагнитного поля разность фаз составит (2n – 1)p/2, эллиптический цилиндр становится круговым и соответственно будет иметь место круговая поляризация.