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
|
