Коаксиални кабели, кабели с оптични влакна и
Изтегляне 1.11 Mb.
|
Свързани:
sistemi-za-videonablyudenie
| Пример 1. Критичният ъгъл α0 между вода с коефициент на пречупване n1 =1,333 и въздух с коефициент на пречупване n2 = 1 се определя от израза:
, и е равен на 49 градуса Пример 2. За прехода между кварц с коефициент на пречупване n1=1,5 и въздух с коефициент на пречупване n2=1 критичният ъгъл α0 е равен на: Структурата и материалите на оптичното влакно се подбират така, че да се получава пълно вътрешно отражение за лъчите, разпространявани в него. фиг.3.16. Форма на оптичното влакно за постигане на пълно вътрешно отражение на лъчите Оптичните влакна (фиг.3.16) имат „оптична сърцевина" с коефициент на пречупване n, и концентрично разположена обвивка с коефициент на пречупване n2, като коефициентите на пречупване на двете среди отговарят на условието п;>п2. От отношението αо =n2 /n1 следва, че лъчите които падат под ъгъл по-малък от 90°-α0, спрямо оста на влакното, ще се разпространяват в оптичната сърцевина. Освен ъгъла α0 при оптичните влакна важен параметър е и ъгълът Θ, наричан ъгъл на захранване. Синусът от ъгъла на захранване Θ се нарича числена апертура NA на оптичното влакно и се определя с израза: . Може да се каже, че числената апертура NA се изразява чрез максималния ъгъл Θ на подаване (на захранване, на въвеждане) в оптичното влакно на лъч от свободното пространство, при което се получава пълно вътрешно отражение във влакното. Колкото е по-голяма е числената апертура, толкова повече светлина може да премине през световода от оптичния източник. Световодът (оптичното влакно), който има ясно отделена граница между сърцевината и обвивката, т.е. има две различни стойности на коефициента на пречупване за сърцевината и за обвивката, се нарича световод със стъпалообразен профил на коефициента на пречупване. Такъв световод е показан на фиг. 3.17. фиг.3.17. Конструкция на оптичните влакна. Моногомодово влакно със стъпален профил на коефициента на пречупване. В сърцевината на оптичното влакно със стъпалообразнен профил на пречупване се разпространяват много лъчи, заключени в голям обхват от ъгли, разположени между осовия лъч и граничния наклонен лъч, при който все още се получава пълно вътрешно отражение. Тези лъчи се наричат моди. В оптичното влакно могат да се разпространяват голям, но краен брой модове - например няколкостотин. Осовият мод е модът от нисък порядък, а модовете, отразаващи се от обвивката - модове от висок порядък. Тъй като отделните модове изминават различен път в оптичното влакно, то съответно те ще пристигат с различно закъснение в края на влакното. Разсейването по време на оптичната енергия, наблюдавана в изхода на влакното и причинено от различните пътища на предминаване на лъчите през него, се нарича модова дисперсия. Да предположим, че на входа на оптичното влакно със стъпалообразен профил на коефициента на пречупване се подаде кратък светлинен импулс. В изхода на влакното най-напред ще пристигне тази част, която е изминала най-кратък път, т.е. лъчът по оста. След това ще постъпва непрекъсната поредица от лъчи, чието закъснение зависи от дължината на пътя, който те изминават. В резултат краткият входен импулс в изхода на влакното се разширява. Причината за разширението е явлението дисперсия. Широчината на изходния импулс зависи от отношението на коефициентите на пречупване n2/n1 Колкото повече се различават стойностите на двата коефициента на пречупване, толкова по-широк ще е изходният импулс и обратното, колкото повече отношението n2/n1 клони към 1, толкова изходният импулс ще е по-тесен. Ясно е, че едва след като се приеме изходния импулс може да се предава следващ входен импулс, т.е. информационният капацитет на влакното нараства с намаляване на отношението на коефициентите на пречупване п2/n1. Оптичното влакно от фиг. 3.17 се нарича многомодово влакно (MMF-multi mode fiber) със стъпален профил на коефициента на пречупване. Значително намаляване на дисперсията може да се постигне, ако изменението на коефициента на пречупване от обвивката към сърцевината става не със скок, а плавно, като постепенно се увеличава към централната ос на влакното. Такава структура имат оптичните влакна с градиентен профил на коефициента на пречупване (gradient index multi mode fiber). При тях светлинните лъчи не преминават зигзагообразно, а вълнообразно (фиг. 3. 18). фиг.3.18. Конструкция на оптичните влакна. Многомодово градиентно влакно В сърцевината коефициентът на пречупване и съответно скоростта на разпространение на светлината не са постоянни. Скоростта на разпространение на светлинните лъчи във вълновода е равна на v=c/n1 където с е скоростта на светлината в свободното пространство. От тази зависимост следва, че най-малка ще е скоростта на лъча по осовата линия (най-късия път) и съответно най-голяма ще е по периферията на сърцевината (най-дългия път). В резултат модовата дисперсия е значително по-ниска в сравнение с влакната със стъпалообразен профил на коефициента на пречупване. Съответно продължителността на изходния импулс е близка до продължителността на входния импулс и пропускателната способност на градиентните влакна значително се повишава. Ако размерите на сърцевината на оптичното влакно така се намалят, че в него да се разпространява само един мод, то се получава така нареченото едномодово оптично влакно (SMF – single mode fiber) - фиг 3.19. фиг.3.19. Конструкция на оптичните влакна. Едномодово влакно със стъпален профил на коефициента на пречупване Изтегляне 1.11 Mb. Сподели с приятели:
|