Режимы прохождения луча

Распространение света в волокне иллюстрирует рис. 2. Для того чтобы луч распространялся вдоль световода, он должен входить в него под углом не более критического относительно оси волокна, то есть попадать в воображаемый входной конус. Синус этого критического угла называется числовой апертурой световода NA.

Рис. 2. Ввод света в оптоволокно: 1 - входной косинус, 2 - осевая мода, 3 - мода низкого порядка, 4 - мода высокого порядка, 5 - критический угол.

В многомодовом волокне показатели преломления сердцевины и оболочки различаются всего на 1-1,5 % (например, 1,515:1,50) При этом апертура NA - 0,2-0,3, и угол, под которым луч может войти в световод, не превышает 12-18° от оси. В одномодовом же волокне показатели преломления различаются еще меньше (1,505:1,50), апертура NA - 0,122 и угол не превышает 7° от оси. Чем больше апертура, тем легче ввести луч в волокно, но при этом увеличивается модовая дисперсия и сужается полоса пропускания.

Числовая апертура характеризует все компоненты оптического канала - световоды, источники и приемники излучения. Для минимизации потерь энергии апертуры соединяемых элементов должны быть согласованными друг с другом.

Строго говоря, распространение сигнала в оптоволокне описывается уравнениями Максвелла. Если рассматривать распространение сигнала с позиций геометрической оптики, то световые лучи, входящие под различными углами, будут распространяться по различным траекториям (рис. 3). Более высоким модам соответствуют лучи, входящие под большим углом, они будут иметь большее число внутренних отражений по пути в световоде и будут проходить более длинный путь. Число мод для конкретного световода зависит от его конструкции: показателей преломления и диаметров сердцевины и оболочки, а также и длины волны.

Рис. 3. Распространение волн в сыетоводах: а - одномодовом, б - многомодовом со ступенчатым профилем, в - многомодовом с градиентным профилем, 1 - профиль показателя приломления, 2 - входной импульс, 3 - выходой импульс.

Световой импульс, проходя по волокну, из-за явления дисперсии изменит свою форму - “размажется”. Различают несколько видов дисперсии: модовая, материальная и волновая. Модовая дисперсия присуща многомодовому волокну и обусловлена наличием большого числа мод, время распространения которых различно. Материальная дисперсия обусловлена зависимостью показателя преломления от длины волны. Волновая дисперсия обусловлена процессами внутри моды и характеризуется зависимостью скорости распространения моды от длины волны.

Другие публикации

Основные материалы микроэлектроники, применяемые в процессе ее развития
Бурное развитие радиоэлектронной аппаратуры не могло происходить без существенного улучшения её параметров. В радиоэлектронике и электронной технике появилось новое, ...

История развития телефона и телефонной связи
Наряду с совершенствованием проволочного телеграфа в последней четверти XIX века появился телефон. В начале 60 - х годов XIX века И.Ф. Рейс сконструировал телефо ...

Меню

Copyright @2020, TECHsectors.ru.