Оптическое волокно - световод

Оптическое волокно, которое также называется световодом, является устройством, предназначенным для передачи световой волны на значительное расстояние. Световод представляет собой узкую трубку с отражающей внутренней поверхностью, заполненную однородным светопроницаемым (прозрачным) материалом. На рис, 9.1 показана структура оптического волокна, представляющего собой простейший оптический волновод. Основным материалом, из которого изготавливается волокно, является стекло. Свет от источника вводится определенным образом в волокно и, попадая в стеклянную сердцевину, отражается от ее внутренней поверхности и снова возвращается внутрь. Таким образом, луч распространяется вдоль всей длины волокна, отражаясь множество раз, пока не достигнет выходного отверстия. Очевидно, затухание световой волны в материале волокна является наиболее существенным показателем эффективности передачи света на большое расстояние. Множество значений угла, под которым свет можно вводить в волокно, называется конусом ввода.
Свет имеет несколько свойств, которые проявляются в любой оптической системе передачи и относятся не только к видимому спектру, но ко всему оптическому спектру. Собственно, принадлежность волны к оптическому диапазону и определяется тем, имеет ли данная волна эти свойства.
Как известно, при падении на поверхность вещества, свет будет либо отражаться от нее, либо проходить внутрь, преломляясь. Диффузное (рассеянное) отражение световых лучей по множеству направлений или просто диффузия наблюдается, когда размер нерегулярностей, находящихся на отражающей поверхности, сопоставим с длиной волны падающего света. В результате преломления (рефракции) свет, проходящий через границу двух сред с разной плотностью, изменяет скорость и направление распространения. Величина отклонения луча от предыдущего направления определяется соотношением коэффициентов преломления (индексов рефракции) веществ. Коэффициентом преломления вещества является отношение скорости распространения света в вакууме к скорости света в веществе.
Скорость света в среде зависит от плотности этой среды, следовательно, в вакууме коэффициент преломления минимален и равен единице. Коэффициент преломления света в воздухе равен 1,003, поскольку скорость света в воздухе лишь немного меньше скорости света в вакууме. Коэффициенты преломления всех других сред больше единицы. Например, для воды это 1,33, а для стекла – 1,51. Только в одном случае свет, переходя через границу сред с разными показателями преломления, не будет преломляться, а сохранит свое прежнее направпение распространения – если свет падает перпендикулярно границе двух сред. Явление разложения светового луча на спектральные составляющие называется дисперсией. Каждый источник излучения имеет собственный неповторимый вид спектра, по которому можно определить некоторые его характеристики. Дифракция света наблюдается, когда луч проходит через апертуру, соизмеримую с длиной его волны. Поскольку результат дифракции зависит от соотношения длины волны и размера апертуры, это явление можно использовать для выделения света некоторой длины волны из светового луча, содержащего несколько волн. На этом принципе работает всем известная дифракционная решетка – разные частотные составляющие светового луча проходя через нее, преломляются под разными углами. Дифракция также описывает результат взаимодействия света с большими частицами вещества, например, с различными примесями в материале оптического волокна.

Кабельное телевидение

© 2009-2010