![]() ![]() ![]() ![]() ![]()
Раздел: Документация
0 ... 39 40 41 42 43 44 45 ... 60 Что такое оптическое волокно? Оптическое волокно — это волокно для передачи световой энергии и оптических сигналов. Чтобы свет не выходил наружу, его заставляют отражаться от поверхности волокна или делают волокна со ступенчатым или плавным уменьшением показателя преломления вдоль радиуса. Одиночные волокна работают в оптической связи, в лазерном скальпеле, в установках для лазерной обработки материалов, в лазерных датчиках. А устройство, состоящее из большого числа волокон (от нескольких десятков тысяч до нескольких миллионов) может передавать изображения. Такие устройства используют в медицине, например для эндоскопии, и в технике — для осмотра недоступных мест. Оптические волокна, как правило, бывают двух типов — ступенчатые и градиентные (рис. 109). Ступенчатые волокна представляют собой двухслойную ![]() •чник Оболочка Рис. 109. Оптические волокна: а — ступенчатое миогомодовое; б — градиентное; в — ступенчатое одномодовое структуру — сердечник с высоким показателем преломления и оболочка с показателем преломления меньшим, чем у сердечника. Свет ие выходит из сердечника $а 1?Ч$т полного внутреннего отражения от границы между сердечником и оболочкой. В градиентных волокнах показатель преломления уменьшается от центра к краю поперечного сечения сердечника пропорционально квадрату радиуса. Свет проходит по такому волокну, периодически фокусируясь в точку на оптической осп, как через ряд линз. Короткий импульс, проходя по ступенчатому волокну, удлиняется, из-за того что моды, идущие под малыми углами к оси волокна, распространяются быстрее мод, идущих под большими углами. Такое явление называют дисперсией мод, а волокно, где происходит дисперсия мод, — многомодовым. Дисперсия мод ограничивает скорость передачи информации в оптической связи несколькими десятками мегабит а секунду. В градиентном волокне лучи, проходящие разными путями, практически одновременно сходятся в точку, поэтому удлинение импульса меньше, чем в ступенчатом волокне, и скорость передачи возрастает до сотен мегабит в секунду. Для улучшения характеристик волокна и повышения скорости передачи информации в ступенчатом волокне диаметр сердечника уменьшают до нескольких микрометров. В таком волокне все моды проходят только под малыми углами, что делает волокно одномодовым, и скорость достигает сотен гигабит в секунду. История развития оптических волокон — это история борьбы с потерями в них. В эндоскопах и подобных им устройствах использовались стеклянные волокна, но высокие потери делали пустой фантазией применение их для передачи света на километровые расстояния. Впервые эти трудности преодолела фирма «Кориинг» (США) в 1970 г. В использованных для передачи волокнах из особо чистого кварца потери были снижены до 20 дБ/км — и сразу оптическая связь стала реальностью. Потери излучения в оптических волокнах связаны с рэлеевским рассеянием, которое снижается обратно пропорционально четвертой степени длины волны. Рэлеевское рассеяние происходит при очень малых длинах волн, сравнимых с флюк-туациями молекулярной структуры и показателя преломления вещества. При увеличении длины волны Поглощение колебаний третьей гармоники 1970г ра0икам он Поглощение колебаний второй гармоники раоикалом ОН ![]() 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,8 1,6 2,0 Длина волны, мкм Рис. 110. Характеристики потерь в кварцевых волокнах рэлеевское рассеяние снижается, но возникают потерн, связанные с инфракрасным поглощением. На рис. 110 показана спектральная зависимость, отражающая прогресс в улучшении очистки кварцевого стекла, позволяющей устранять потери на радикалах ОН. Теоретически потери в волокнах, связанные с рэлеев-ским рассеянием н инфракрасным поглощением, можно снизить до 0,2 дБ/км. Что такое оптическое волокно. не искажающее поляризацию? Прн изгибании оптического волокна в нем возникают механические напряжения, изменяющие показатель преломления. Показатель в направлениях х и у может изменяться по-разному, что вызовет нарушение поляризации проходящего по волокну излучения. Оптическое волокно, не искажающее поляризацию,— это такое одномодовое волокно, в котором поляризация основной моды ие искажается при описанных выше условиях. В сердечнике ступенчатых оптических волокон может распространяться только излучение, вошедшее туда под некоторым критическим углом. Световую 0 ... 39 40 41 42 43 44 45 ... 60 |