- •Донбасский горно - металлургический институт
- •Рецензенты:
- •Содержание
- •Тема 1 введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5
- •Тема 2 металлические материалы . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . 12
- •Тема 3 неметаллические материалы . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . 66
- •Тема 4 композиционные материалы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
- •Тема 5 волоконная оптика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .217
- •Тема 6 люминофоры . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .222
- •Тема 1 введение
- •1.1 Материалы в современной технике
- •1.2 Классификация конструкционных материалов
- •Тема 2 металлические материалы
- •2.1 Магнитные стали и сплавы
- •2.1.1 Основные магнитные характеристики металлов
- •2.1.2 Магнитомягкие стали и сплавы
- •2.1.3 Магнитотвердые стали и сплавы
- •2.I.4 парамагнитные материалы
- •Металлы, стали и сплавы со специальными свойствами
- •Тема 3 неметаллические материалы
- •3.1 Общие сведения
- •3.2 Неорганические материалы
- •3.2.1 Неорганическое стекло
- •3.2.2 Ситаллы (стеклокристаллические материалы)
- •3.2.3 Керамические материалы
- •3.2.4 Графит
- •3.3 Органические полимерные материалы
- •3.3.1 Пластмассы
- •3.3.2 Резины
- •Тема 4 композиционные материалы
- •4.1 Введение
- •4.1.1 Классификация композиционных материалов и перспективы развития
- •4.1.2 Применяемые волокна и требования к ним
- •4.2 Металлические композиционные материалы
- •4.3 Полимерные композиционные материалы
- •4.4 Керамические композиционные материалы (ккм)
- •4.5 Дисперсионноупрочненные сплавы (дс)
- •5 Волоконная оптика
- •5.1 Применение оптических волокон
- •5.2 Оптическое волокно
- •6 Люминофоры
- •Темы рефератов
- •Вопросы для самоконтроля Тема 1: материалы в современной технике
- •Тема 2: металлические материалы
- •Тема 3: неметаллические материалы
- •Тема 4: композиционные материалы
- •Тема 5: волоконная оптика
- •Тема 6: люминофоры
- •Список используемой литературы
5 Волоконная оптика
5.1 Применение оптических волокон
Идея волоконно-оптической связи была сформулирована достаточно давно Хондорсом и Дебаем, которые рассматривали распространение радиоволн в диэлектрических волноводах. Капани полвека спустя, применил эту идею для передачи изображений в оптическом диапазоне волн по жгутам оптических волокон. Большое число работ по использованию жгутов оптических волокон для передачи изображений, выполненных в 1960 - 1970 г., нашли свое применение в приборостроении. Данный метод передачи информации находит применение при передаче и усилении изображений, кодирование и декодирование двухмерных оптических сигналов, наблюдение в скрытых объемах и полостях (так называемая “эндоскопия”), в системах связи. В последнее время в волоконной оптике наметилась новая тенденция, одним из отражений которой стало появление нового поколения приборов. К новому поколению приборов, о котором идет речь, относятся, прежде всего, приборы и компоненты разнообразного назначения, в которых оптическое волокно является неотъемлемой частью конструкции. Часть устройств этого типа (разъемы, ответвители) уже сейчас являются необходимыми атрибутами ВОСП. Однако в перспективе наибольший интерес представляют приборы для ввода, управления и вывода информации из оптической системы, т.е. функциональные волоконно-оптические устройства.
Наибольшее развития среди волоконно-оптических приборов получили датчики физических величин, позволяющие преобразовать значения характеристик измеряемого физического поля (таких как напряженность поля, индукция, частота, направление распространения). Наиболее разработаны в настоящее время ВОД для измерения акустических полей - микрофоны, гидрофоны и волоконно-оптические гироскопы. Интенсивно разрабатываются датчики температур, электрического и магнитного полей, линейного перемещения и ускорения, химического состава, уровня жидкости, радиоактивного излучения и т.д.
Другой областью, где применение оптических кабелей позволило достичь впечатляющих результатов в создании и усовершенствовании локальных сетей, является судостроение. В автоматизированных системах управления промышленным производством и научным экспериментом, особенно в условиях повышенной взрывоопасности и воздействия химических веществ и т.д. применение волоконно - оптических локальных сетей сбора информации особенно эффективно в сочетании с ВОД.
ОПТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ ПРИ ПРЕЛОМЛЕНИИ НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА ДВУХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СРЕД. ПОЛНОЕ ВНУТРЕННЕ ОТРАЖЕНИЕ
Из элементарной оптики известно, что когда луч света распространяется в прозрачной среде с показателем преломления n1, а затем попадает на границу, отделяющую эту среду от другой, имеющей показатель преломления n2 (n2 n1), большая часть энергии, переносимая лучом, будет передаваться во вторую среду. Это явление называется рефракцией или преломлением (рис 5.1.а). В то же время небольшая часть энергии отражается от границы обратно в первую среду (здесь можно предположить, что обе среды не поглощают свет). Углы падения 1 и преломления 2 связаны соотношением, известным как закон Снеллиуса:
n Sin1 = n2 Sin2 (5.1)
где 1 всегда меньше 2, если n1 n2, и наоборот.
Чем больше 1, тем больше становится 2, пока наконец не наступит момент, когда 2 = 90, т.е. преломленный луч скользит вдоль границы раздела (рис.5.1.б). Угол падения при котором 2 = 90, называется критическим углом падения с (с = arcsin n2/n1).
Если 1 и дальше продолжает расти и становится больше с, то вся энергия, содержащаяся в падающем луче, отражается обратно в первую среду. Это явление называемое полным внутренним отражением, и было использовано при создании оптических волокон с так называемым ступенчатым профилем показателя преломления, в которых происходит волноводное распространение света.
Рисунок 5.1 – Отражение и преломление на диэлектрической границе раздела:
а – в докритическом режиме;
б - при критическом угле падения