3.9.2. Основы геометрической оптики

Уже в первые периоды оптических исследований были на опыте установлены четыре основных закона оптических явлений:

1)прямолинейного распространения света; 2) независимого воздействия световых пучков; 3) отражение света от зеркальной поверхности; 4) преломление света на границе двух прозрачных сред. На основе этих законов была создана математическая теория геометрических свойств распространения света, получившая название геометрической оптики. Эта теория позволила объяснить образование изображений в оптических приборах и разрабатывать конструкции этих приборов, то есть стала фундаментальной основой оптического приборостроения. Вскоре обнаружилось, что эти законы являются приближенными и для точного расчета следует учитывать волновые свойства света. В настоящее время установлено, что свет одновременно обладает корпускулярным и волновым свойствами взаимно дополняющими друг друга и в этом проявляется диалектическое единство противоположностей.

3.9.3. Волоконная оптика

С 30-х годов XX столетия стеклянные волокна световоды) начали использовать для передачи оптических изображений в лабораторных условиях. Принцип работы этих устройств основывается на законе полного внутреннего отражения распространяющегося светового луча. В 50-х годах в Англии и Голландии был создан гибкий эндоскоп - волоконно-оптическое устройство, позволяющее рассматривать внутренние органы человека, которое и сегодня успешно применяется в медицине. Фактически именно с этого времени началось широкое коммерческое использование световодных систем, примерно тогда же в 1956 год)' появился и термин «волоконная оптика». Вначале оптические волокна рассматривались только как световоды, позволяющие проникать в недоступные для прямого обзора места, например, внутрь человеческого тела или, скажем, испытываемого реактивного двигателя. Потери света в первых волокнах были велики. Ситуация резко изменилась в начале 60-х годов, когда был изобретен лазер. Необычайно высокая несущая частота лазерного излучения позволяла передавать информацию в очень широкой полосе частот, и сле­довательно, скорость передачи данных могла стать намного больше, чем в обычной электросвязи. Теоретически один лазерный луч может нести несколько тысяч телевизионных каналов или, скажем, около сотни тысяч телефонных разговоров. Подобные оценки сразу же

привели радиофизиков в возбужденное состояние. Однако вскоре выяснилось, что, например, туман или дождь легко могут прервать лазерный пучок при его прохождении через атмосферу, то есть установить надежную связь нельзя. И вот в 1968 году, пытаясь найти оптимальную среду для прохождения лазерных лучей, английский исследователь Чарльз Као предложил в качестве передающей линии оптическое волокно со сравнительно низкими потерями света в них. Дальнейшие исследования привели к уменьшению потерь света в волокнах (кварцевых нитях высокой чистоты) и позволили при­ступить к практическому использованию волоконно-оптических линий связи в телекоммуникационных системах.

В качестве излучателей для волоконно-оптической связи используются: лазеры и светодиоды, а приемниками оптического излучения являются: фотодиоды, лавинные диоды, фототранзисторы.