Волоконно-оптические кабели

1. Основные положения. Световоды.

Видимый спектр света на шкале частоты, расположен между инфракрасными и ультрафиолетовыми диапазонами (см. табл. 1).

Таблица 1.

	ИКЛ	ВЛ	УФЛ
f, Гц	10^12 - 410^14	410^14 - 0,7510^15	0,7510^15 - 10^17
, мкм	300 - 0,75	0,75 – 0,4	0,4 – 0,03

Для связи по световоду используют видимые лучи (0,4-0,75 мкм) и ближний диапазон ИК- лучей (0,85…1,3…1,55 до 4…6 мкм).

Световоды – это однопроводные направляющие системы, относящиеся к классу диэлектрических волноводов, в которых создается граница раздела двух диэлектриков с различными значениями коэффициента преломления. Световод имеет двухслойную конструкцию и состоит из сердцевины и оболочки с разными оптическими характеристиками (показателями преломления n₁ и n₂). Сердцевина служит для передачи электромагнитной энергии. Назначение оболочки - создание условий отражения на границе сердцевина-оболчка и защита энергии от излучения в окружающее пространство. Снаружи располагается защитное покрытие для предохранения волокна от механических воздействий и нанесения расцветки.

Наиболее широкое применение получили волоконные световоды двух типов: ступенчатые и градиентные (см. рис. 1).

Рис. 1. Световоды со ступенчатым (а) и градиентным (б) профилем показателя преломления.

У ступенчатых световодов показатель преломления в сердечнике постоянен и имеет резкий переход от n₁ сердцевины, к n₂ оболочки, и лучи зигзагообразно отражаются от границы сердечник-оболчка.

Градиентные световоды имеют непрерывное плавное изменение показателя преломления в сердцевине по радиусу световода, от центра к периферии и лучи распространяются в световоде по волнообразным траекториям. Показатель преломления сердцевины меняется вдоль радиуса по закону показательной функции:

, где n₀ – показатель преломления в центре сердечника (при r = 0); а – радиус сердечника; u – показатель степени, описывающий профиль изменения показателя преломления.

.

Чаще всего применяются волноводы с параболическим профилем u = 2.

Свет имеет двойственную природу:

1. Волновую

2. Корпускулярную (квантовую)

1. Волновая теория света обосновывает, что все свойства света совпадают со свойствами электромагнитных волн, т.е. свет является разновидностью электромагнитного поля. В этом случае применяется волновая теория электродинамики и уравнения Максвелла.

2. По корпускулярной теории свет – это поток быстро двигающихся мелких частиц корпускул (поток фотонов), которые излучаются светящимся телом. Здесь применима лучевая теория. Лучи света распространяются по законам геометрической оптики.

Сравнивая лучевую и волновую теории световодов, можно отметить, что лучевые методы менее громоздки и дают весьма наглядное объяснение физическим процессам, происходящих в волноводах. Но они гораздо менее точные.