2.3. Недостатки волс

2.3.1. Высокая стоимость оптических регенераторов, усилителей, мультиплексоров, демультиплексоров, технологического и измерительного оборудования

Эта стоимость будет уменьшаться по мере совершенствования технологии и расширения производства оборудования. Кроме того, стоимость оборудования, приведенная к количеству передаваемых каналов или к скорости передачи для ВОЛС уже сегодня намного меньше, чем для систем связи на традиционных кабелях.

2.3.2. Сложность стыковки строительных длин, ввода излучения в ОВ

Этот недостаток обусловлен малыми габаритами ОВ. Диаметр сердцевины (сердечника) ОВ, куда вводится и где распространяется оптическое излучение, составляет 50 мкм для многомодовых и градиентных ОВ и 5 ‑ 10 мкм для одномодовых ОВ. Этот недостаток преодолевается разработкой сварочных аппаратов, позволяющих иметь потери в стыках 0.01-0.2 дБ, и оптических соединителей (разъемов) с потерями 0.2 ‑ 0.5 дБ.

2.3.3 Нелинейность амплитудной характеристики полупроводниковых лазеров

Полупроводниковые лазеры - основные источники излучения для ВОЛС. Поэтому ВОЛС используются для передачи сигналов ЦСП, которые не чувствительны к нелинейным искажениям. В принципе аналоговые системы передачи могут строиться на основе светодиодов, обладающих линейной модуляционной характеристикой P(I).

2.3.4 Отсутствие отрицательной полярности у оптических импульсов

Приводит к необходимости использовать в ВОЛС другие коды для передачи информации, отличающиеся от КЛС, где успешно используют квазитроичные коды.

2.4. Явления отражения и преломления света на границе двух диэлектриков

2.4.1. Законы отражения и преломления

Рассмотрение будем вести, используя понятия геометрической оптики. Более строгое рассмотрение возможно при использовании электродинамики — уравнений Максвелла, но такое рассмотрение значительно сложнее. Переход к геометрической оптике возможен, когда размеры оптических элементов значительно превышают длину волны .

В геометрической оптике основным является понятие оптического луча. Оптический луч — это перпендикуляр к волновому фронту, то есть к поверхности равных фаз. Он совпадает с направлением распространения энергии или вектором Пойтинга.

Из курса физики известны законы отражения и преломления света на плоской (в пределах бесконечно малой области любую поверхность можно считать плоской) непоглощающей свет границе раздела двух диэлектриков. На такой поверхности падающий луч i расщепляется на два: проходящий во вторую среду преломленный луч t и отраженный луч r (рис. 2.3). На рис. 2.3 N – вектор нормали к поверхности в точке падения.

Угол падения _i – угол между лучом i, падающим на отражающую или преломляющую поверхность, и нормалью N к поверхности в точке падения.

Угол преломления _t – угол между преломленным лучом t и нормалью N к поверхности в точке преломления.

Угол отражения _r – угол между отраженным лучом r и нормалью N к поверхности в точке отражения.

Рис. 2.3. Законы отражения и преломления света.

Законы отражения и преломления:

1. Падающий, отраженный и преломленный лучи и нормаль к поверхности раздела лежат в одной плоскости, называемой плоскостью падения.

2. Частоты падающего, отраженного и преломленного лучей одинаковы:

. (2.2)

3. Угол падения равен углу отражения: . (2.4)

4. Закон Снеллиуса: произведение показателя преломления на синус угла между лучом и нормалью сохраняет свое значение при переходе в другую среду.

, (2.5)

где n₁ и n₂ - показатели преломления 1 и 2 среды.

Показатель преломления характеризует фазовую скорость V_ф распространения волн в диэлектрике:

, (2.6)

где - скорость света в вакууме,

₀ = 8.8510^-12 Ф/м, ₀ = 1.25710^-6 Гн/м – электрическая и магнитная постоянные.

Для фазовой скорости в диэлектрике можно записать:

, (2.7)

где ε_а = ε ε₀, μ_а =μ μ₀ – абсолютные диэлектрическая и магнитная проницаемости.

Так как обычно для диэлектриков из (2.6) и (2.7) следует, что

и , (2.8)

Если , то вторая среда считается оптически более плотной, а преломленный луч приближается к нормали:. Если, то вторая среда считается оптически менее плотной, а преломленный луч удаляется от нормали:.