33. Распространение луча в световоде.

Главным преимуществом является колоссальная пропускная способность оптоволоконных линий связи. Гигабитный Ethernet только появляется, а локальные оптоволоконные сети уже сейчас могут работать на больших скоростях. Следует также учесть, что в традиционных кабельных линиях связи увеличение скорости передачи данных (зависящей от рабочей частоты) приводит к увеличению потерь. Одномодовые оптоволоконные линии свободны от этой досадной закономерности.

Другими, не менее важными достоинствами оптоволоконных линий связи являются:

• устойчивость к электромагнитным воздействиям; отсутствие излучения у оптоволоконного кабеля;

• привлекательные массово-габаритные параметры; защищенность от несанкционированного доступа

Известно, что в разных средах луч света распространяется с разной скоростью: в стекле - быстро, в воздухе - быстрее, в вакууме - быстрее всего. Попадая на границу двух прозрачных сред, луч света частично отражается, частично преломляется. Угол отраженного луча равен углу падающего, а угол преломленного луча зависит от соотношения показателей преломления сред (отметим, что все углы измеряются от нормали к поверхности). Согласно закону Снеллиуса, открытому еще в 17 веке, произведения синуса угла падающего и преломленного луча на соответствующие показатели преломления сред равны.

Поставим теперь условие, чтобы преломленный луч не проникал во вторую среду, а двигался вдоль границы раздела. Так как при этом g=90⁰, то нетрудно вычислить так называемый критический угол:

sin a_кр=n₂/n₁

Эта формула объясняет "эффект полного отражения", на котором основана вся оптоволоконная технология. Эффект состоит в том, что луч, попавший на границу двух сред (первая из которых должна иметь больший показатель преломления, чем вторая), под углом, большим критического, полностью отражается. Если же луч не просто попадает на границу двух сред, а проходит в цилиндрическом световоде (оптоволокне) между параллельными стенками, то при угле входа больше критического, он "навсегда" останется в световоде.

Таким образом, чтобы передавать информацию с помощью волоконно-оптической линии связи (ВОЛС), она должна иметь очевидную структуру и состоять из:

• передатчика - источника светового сигнала;

• приемника - светочувствительного элемента;

• среды распространения - оптоволокна.

Эффект полного внутреннего отражения используется в оптических волокнах. Осевая часть волокна (сердцевина) формируется из стекла с более высоким показателем преломления, чем окружающая оболочка. Такие световоды используются для построения волоконно-оптических кабелей.

34. Центрированная оптическая система. Преломление на сферической поверхности.

Оптическая система, образованная сферическими отражающими и преломляющими поверхностями, называется центрированной, если центры кривизны всех поверхностей лежат на одной прямой. Эта прямая называется главной оптической осью системы. Если пучок лучей, исходящих из какой-либо точки S, после прохождения некоторой оптической системы сходится в точке Si , то Si является стигматическим изображением точки S. S и Si называются сопряженными точками. Под идеальной оптической системой понимают такую систему, которая дает стигматическое изображение, геометрически подобное отображенному предмету. Теория таких систем становится особенно простой, когда все распространяющиеся в них лучи параксиальны, т.е. проходят на небольшом расстоянии от оптической оси системы и образуют с ней малые углы. ЦОС характеризуется рядом так называемых кардинальных точек и

плоскостей, задание которых полностью описывает все свойства ЦОС и позволяет пользоваться ими, не рассматривая реального хода лучей в системе.

На рис. изображена некоторая ЦОС, ограниченная сферическими поверхностями А и А'. Направим на эту систему луч 2, параллельный главной оптической оси. Сопряженный ему луч выйдет из системы по направлению p'3' и пересечет главную оптическую ось в точке F' - заднем главном фокусе ЦОС. Плоскость, проходящая через F' и перпендикулярная главной оптической оси, называется фокальной. Точно так же луч 1'p' при прохождении через систему пересечет ось в точке F - переднем главном фокусе ЦОС. Лучи, исходящие из точек F и F', после системы будут идти параллельно главной оптической оси. Продолжения лучей 2p и Fp (1'p' и F'p') пересекаются в точке p (p'). Плоскости, проходящие через точки p и p' и перпендикулярные оптической оси, носят названия главных плоскостей, а точки H и H' - главных точек. Точки главных плоскостей p и p' сопряжены и изображаются с линейным увеличением +1.

Точки H, H', F и F' являются кардинальными точками ЦОС. Расстояния от главных точек до фокусов f1=HF и f2=H'F' называются фокусными расстояниями системы. Главный фокус может лежать как слева,

так и справа от соответствующей главной точки. Чтобы отличать эти два случая необходимо пользоваться правилом знаков: если отсчет отрезков производится от главных точек к фокусу против хода луча, то фокусное расстояние равно длине отрезка, умноженного на –1, если по ходу луча, то на +1. В соответствии с этим на рис.3 фокусное расстояние f1 отрицательная величина, а f2 – положительная. Обратим внимание, что на рисунках указываются длины отрезков, то есть модули соответствующих величин.

Число кардинальных точек в общем случае равно четырем. В некоторых частных случаях их число уменьшается, например, в тонкой линзе обе главные плоскости сливаются в одну. В качестве кардинальных точек не обязательно пользоваться фокусами и главными точками, иногда их заменяют узловыми точками. Они обладают тем свойством, что луч, проходящий через переднюю узловую точку (К1) и образующий с осью ОО′ угол α, после преломления проходит через заднюю узловую точку (К2) и образует с осью тот же угол α. Если среды по обе стороны тонкой линзы одинаковы, то луч,

проходящий через точку О, не преломляется, а f2 = - f1. Положение объекта и изображения в тонкой линзе определяются расстояниями a1 и a2, Рис.6. Ход лучей в тонкой линзе отсчитанными от оптического центра линзы. Они связаны между собой соотношением: где f2 - фокусное расстояние от предмета.