22. Найпростіші двохшарові світловоди.

Волоконный световод, состоящий из однородной сердцевины и однородной оболочки, называется двухслойным, или ВС со ступенчатым профилем показателя преломления (ППП).

Важным параметром ВС является числовая апертура, От её значения зависят эффективность ввода излучения лазера или светодиода в ВС, потери на микроизгибах, дисперсия импульсов, число распространяющихся мод. Для однородного двухслойного ВС число мод N = V²/2.

Здесь - нормированная рабочая частота;  - длина волны; a - радиус сердцевины.

Такие световоды состояли из световодной жилы, заключенной в прозрачную оболочку, показатель преломления которой был меньше, чем показатель преломления жилы. Если толщина прозрачной оболочки превосходит несколько длин волн передаваемого светового сигнала, то ни пыль, ни свойства среды вне этой оболочки не оказывают существенного влияния на процесс распространения световой волны в двухслойном световоде. Подобные световоды можно покрывать полимерной оболочкой и превращать их в световедущий кабель, пригодный для практического применения. Но для этого необходимо создать совершенную границу между жилой и прозрачной оболочкой. Наиболее простая технология изготовления световода состоит в том, что стеклянный стержень-сердцевина вставляется в плотно подогнанную стеклянную трубку с меньшим показателем преломления. Затем эта конструкция нагревается.

В волоконно-оптических световодах используется двухслойное волокно. Оно состоит из «сердцевины» (внутренней жилы) с показателем преломления n1 и оболочки с показателем преломления n2.

Поскольку внутренняя жила оптически более плотная, чем оболочка (n1 >n2), то для лучей, входящих в световод под малыми углами по отношению к оси световода, выполняется условие полного внутреннего отражения: при падении световой волны на границу с оболочкой вся ее энергия отражается внутр. «сердцевины». То же самое происходит и при всех последующих отражениях.

Таким образом, свет распространяется вдоль оси световода, не выходя через оболочку.

Обычно внутренняя (световедущая) жила изготавливается из чистого кварца, а светоотражающая оболочка, имеющая меньший показатель преломления, из кварца, легированного бором. Диаметр внутренней жилы световода обычно не превышает десятков мкм, диаметр оболочки — 100 мкм. Как показывают экспериментальные исследования, такие световоды отличаются высокой прочностью и в то же время устойчивы к изгибам и скручиванию.

Двухслойные световоды могут объединяться в кабели, содержащие до нескольких сот двухслойных волокон (рис. 10.6). Типовые технические данные оптических кабелей следующие: наружный диаметр 2...20 мм; прочность на разрыв—от десятков до сотен ньютонов, масса—2...200 г/м (минимальные значения порядка 0,3 г/м), допустимый радиус изгиба 5...50 см.

Волоконный световод, состоящий из однородной сердцевины и однородной оболочки, называется двухслойным, или ВС со ступенчатым профилем показателя преломления (ППП). Поперечное сечение и ППП такого световода показаны на рис. 1.

В ажным параметром ВС является числовая апертура, которая определяется выражением

От её значения зависят эффективность ввода излучения лазера или светодиода в ВС, потери на микроизгибах, дисперсия импульсов, число распространяющихся мод. Для однородного двухслойного ВС число мод N = V²/2.

Здесь - нормированная рабочая частота;

 - рабочая длина волны; a - радиус сердцевины.

Каждая мода обладает характерными для неё структурой ЭМП, фазовой и групповой скоростями.

Числовая апертура зависит от материала и способа изготовления световодов. ВС со ступенчатым ППП с большой апертурой (0,2-0,6) изготовляют из многокомпонентных стёкол.