3.2. Типы световодов

Световоды - это волокна (жилы) из оптического стекла, покрытые оболочкой из стекла, показатель преломления которого n₃ меньше, чем показатель преломления материала жилы n₂.

Излучение распространяется через световод, благодаря многократным внутренним отражениям, испытываемым лучами внутри световедущей жилы на границе жила-оболочка.

Пусть луч 1, падающий на входной торец световода и пересекающий ось световода под углом , преломляется и имеет внутри жилы угол наклона к оси световода . Этот луч падает на границу раздела жила-оболочка” под углом , равным углу полного внутреннего отражения. Тогда любой другой луч 2, пересекающий ось световода под углом < , испытывает полное внутреннее отражение от границ раздела, падает на другой участок боковой поверхности жилы под тем же углом и вновь отражается и т.д. В результате луч распространяется внутри жилы и выходит на поверхность на ее противоположном торце.

Условие номинального внутреннего отражения:

n₁ sin = n_{3 ,} (3.13)

Поскольку = 90 - , то

A = n₁ sin_1кр = . (3.14)

СВ состоят из одного или нескольких элементных световых жил, уложенных в жгут, спаянный или же соответствующим образом переплетенных.

СВ - это материальный канал, по которому может распространяться излучение (световой поток СП).

Каждая жила ведет свой изолированный СП.

Световоды можно разделить на: полые и заполненные, также они могут быть:

1. Активными (перед. СП с усиленной генерацией СП)

2. Пассивными перед. СП с затуханием диаметром доли мкм до М.

3.3. Полые световоды

Характеризуются тем, что наклон лучей, отражающихся от их внутренней поверхности, сохраняется постоянным по всей длине СВ.

Меридиональные лучи (пересекающие ось) распространяются по ломаным линиям, оставаясь в осевой плоскости СВ, а на выходе из СВ либо сохраняют угол наклона равным углу входа, либо выходят под зеркально отраженным лучом.

Косые лучи не пересекающие ось СВ, распространяются по ломаным спиралям и выходят из СВ под разными азимутами.

При достаточной длине СВ происходит симметрированное распределение лучей на выходе СВ.

На выходе из такого СВ пучок параллельно падающих лучей преобразуется в пучок лучей, лежащих на образующих конуса. В удалении от выхода торца СВ эти лучи освещают узкое кольцо на плоской перпендикулярной оси СВ. Общая длина хода лучей одинакова:

, (3.15)

где: p - длина СВ;  - угол наклона падающих лучей на входной торец СВ.

Длина p_М свободного пробега меридиональных лучей в СВ:

. (3.16)

Длина пробега косых лучей p_к тем меньше, чем дальше они находятся от оси СВ.

В СВ с зеркальным металлическим покрытием при каждом отражении луча теряется 5-10% СП, чему соответствует оптическая плотность D = 0,02 - 0,04 (ослабление света на 0,2 - 0,4 дБ), т.е. после 20-50 отражений поток ослабляется в 10 раз (D = 1, а ослабление - до 10 дБ).

Так как p_к уменьшается с их удалением от оси СВ, соответственно увеличивается и число отражений по сравнению с меридиональными лучами. Поэтому металлические СВ эффективным только с ИИ незначительно удаленными от оси и небольшим отклонением длины к диаметру и малых наклонах лучей.

Светопропускание полых ДСВ (Д - диэлектрических) равно первой степени их длины l, т.е. интенсивность начального СП уменьшается гораздо меньше, чем у других систем (передача на сотни км).