
- •Основы волоконной оптики Оглавление
- •1 Когерентность оптического излучения
- •Монохроматическая электромагнитная волна (мэв)
- •1.2 Особенности излучения электромагнитных волн в ультрафиолетовом (уф), видимом и инфракрасном (ик) диапазонах
- •.3 Время когерентности
- •2.2 Законы отражения и преломления света
- •2.3 Условие полного внутреннего отражения света от границы раздела двух сред
- •2.4 Конструкция планарного симметричного оптического волновода
- •2.5 Эффект Гуса – Хенхена
- •2.6 Условие поперечного резонанса для планарного волновода
- •2.7 Мода оптического излучения
- •2.8 Конструкция цилиндрического диэлектрического волновода – стекловолокна (св)
- •2.9 Номинальная числовая апертура стекловолокна
- •2.10 Квантование углов j и g в стекловолокне
- •2.11 Уширение импульсных сигналов в стекловолокнах
- •2.11.1 Уширение импульсного оптического сигнала, обусловленное расходимостью светового пучка
- •2.11.2 Уширение импульсного оптического сигнала, обусловленное зависимостью волнового числа от частоты электромагнитной волны
- •2.11.3 Уширение импульсного оптического сигнала, обусловленное материальной дисперсией
- •Таким образом:
- •2.12 Рефракция света
- •2.12.1 Градиентные стекловолокна
- •2.12.2 Градиентные стекловолокна как способ понижения межмодовой дисперсии
- •2.13 Формы распределения профиля абсолютного показателя преломления в стекловолокнах
- •2.14.2. Стационарное (не зависящее от времени) волновое уравнение
- •2.14.3 Решение стационарного уравнения для вектора
- •2.14.4 Графическое изображение решения стационарного волнового уравнения
- •2.15 Предельное число мод, способных распространяться по стекловолокнам
- •2.16 Причины ослабления импульсных оптических сигналов в процессе их распространения по стекловолокнам
- •2.16.1 Поглощение света в стекловолокне, обусловленное материальной дисперсией
- •2.16.2 Потери, связанные с рэлеевским рассеянием света в стекловолокне
- •2.16.3 Потери, обусловленные наличием гидроксильных групп о-н, в стекловолокнах [11, c.79]
- •2.16.4 Совместное влияние материальной дисперсии, рэлеевского рассеяния и примесей на затухание импульсных сигналов в стекловолокнах
- •2.16.5 Комбинационное рассеяние света
- •2.16.6 Потери, связанные с изгибом стекловолокон
- •2.16.7 Термомеханические потери
- •2.16.8 Дифракционные потери в стекловолокнах
- •2.16.9 Закон Бугера – Ламберта и оценка полных потерь оптического излучения в стекловолокнах
- •2.16.10 Методика практического определения коэффициента затухания b
- •2.17 Сравнительная характеристика коаксиальных медных кабелей и стекловолокон
- •3 Энергетические и фотометрические характеристики оптического излучения
- •3.1 Различие между фотометрическими и энергетическими характеристиками
- •3.2 Фотометрические характеристики оптического излучения [14,c.15]
- •3.2.1 Функция видности и ее зависимость от длины электромагнитной волны
- •3.2.2 Телесный угол, световой поток и механический эквивалент света
- •3.2.3 Сила света, ic
- •3.2.4 Освещенность поверхности, е
- •3.2.5 Закон освещенности
- •3.2.6 Светимость излучающей поверхности, м
- •3.2.7 Яркость светящейся поверхности, l
- •Величина
- •3.2.8 Закон Ламберта
- •3.2.9 Световая экспозиция, нс
- •3.3 Энергетические характеристики оптического излучения [15, с. 15]
2.16.10 Методика практического определения коэффициента затухания b
Практическое
определение интенсивностей J0,
J
входящих в (2,60) согласно рисунка 2.28 не
представляется возможным, поскольку
датчик интенсивности (или мощности)
невозможно внедрить в стекловолокно.
На рисунке 2.29 показано соотношение
между интенсивностями J0,
J
и соответствующими им интенсивностями
на входе в СВ (JВХ),
и на выходе
из
СВ (JВЫХ),
а также интенсивностями света, отраженного
от левого торца СВ (JОТР1)
и правого (JОТР2).
Рисунок 2.29
Согласно рисунка 2.29, J0 = JВХ – JОТР1 = JВХ – JВХ ∙ k1 = JВХ (1 – k1)
J0 = JВХ (1 – k1) (2.67)
JВЫХ = J – JОТР2 = J – J ∙ k2 = J (1 – k2),
(2.68)
Где k1 – коэффициент отражения света от границы раздела “воздух – СВ“, k2 – коэффициент отражения света от границы раздела”СВ – воздух“.
Разделив почленно (2.67) на (2.68) получим:
(2.69)
Подставляя (2.69) в (2.60), имеем:
(2.70)
Поскольку JВХ ~ PВХ, JВЫХ ~ PВЫХ, получаем:
(2.71)
Коэффициенты
отражения
k1
и k2
зависят от углов падения и преломления
светового пучка, вводимого в СВ через
границу “воздух – СВ” и выводимого из
СВ через границу “СВ – воздух”. Значения
коэффициентов k
и k
определяются формулами Френеля [6, c.28].
При нормальном падении светового пучка на торец СВ,
,
(2.72)
где nC, nВ – АПП стекла и воздуха – соответственно.
В большинстве случаев, световые пучки вводятся в СВ под углами γ (рисунок 2.13), которые квантуются согласно формуле (2.20). Наклонному падению светового пучка на границу раздела [6, c.28]соответствуют коэффициенты отражения kТЕ и kТМ, зависящие от типа поляризации волны:
(2.73)
(2.74)
Аналогично определяются коэффициенты отражения волны k2 стекловолокна.
2.17 Сравнительная характеристика коаксиальных медных кабелей и стекловолокон
В заключение раздела 2 приводятся основные параметры коаксиальных медных кабелей, ранее используемых в магистральных сетях связи, и стекловолокон на основе SiO2, таблица 2.1:
Таблица 2.1 Сравнительная характеристика коаксиальных медных кабелей и стекловолокон
Параметры |
Коаксиальный медный кабель |
Стекло-волокно |
Несущая частота, Гц |
0,7 × 107 |
1014 |
Скорость передачи информации, (Бит/с) |
107 |
1012 |
Число телефонных каналов на один коаксиал или стекловолокно |
3,6 × 103 |
106 |
Расстояние между пунктами усиления в линии связи, км |
3 |
100 |
|
|
|
Продолжение таблицы 2.1 |
|
|
Вероятность защиты от искровых разрядов и разрушения молнией |
³ 0 |
1 |
Вероятность использования в магистральных линиях связи любого назначения |
0 |
1 |
Вероятность использования в бортовых системах связи пилотируемых космических кораблей, баллистических ракет, межконтинентальных баллистических ракет и атомных подводных лодок |
0 |
1 |
Вероятность использования в кольцевой системе связи планеты Земля |
0 |
1 |