Волоконно-оптические линии связи.

Основы теории света.   

   

В 1666 г. И.Ньютон объяснил явление отражения и преломления света, создав корпускулярную теорию света. Свет в соответствии с этой теорией представляет собой поток частиц (корпускул). В 1676 г. К. Гюйгенс объяснил и преломление и отражение света как волны. В 1801 г. Т. Юнг впервые доказал экспериментально, что свет – это волна, а не поток частиц. На протяжении XIX века господствовала теория эфира, т. е. невидимые подвижные субстанции, которые являются средой электромагнитных колебаний.                   В начале XX в. Энштейн на основе теории М. Планка о квантовании процессов энергетического взаимодействия объяснил фотоэффект. Путем введения понятия фотоноволнового пакета, энергия которого прямопропорциональна частоте волны, из которой состоит пакет.                     В настоящее время принято, что свет является и частицей, и волной, и в зависимости от ситуации способен вести себя и как частица, и как волна. Таким образом, свет является разновидностью электромагнитного излучения и относится к категории поперечных волн. В поперечных волнах составляющие их образующие колеблются перпендикулярно направлению движения волны.                Электромагнитные волны распространяются в пространстве цубами. В разрезе цуб представляет собой синусоидальную волну с определенными характеристиками.                                      

 

 

    Электромагнитные волны представляют собой явление непрерывного периодического превращения магнитной составляющей в электрическую. Поскольку электромагнитные составляющие не взаимодействуют, то электромагнитные волны могут изображаться одной составляющей.

 

   В системе координат (направление, поверхность земли) может быть излучена волна под разным углом. Такой эффект легко достигается поворотом излучателя и называется поляризацией, а угол – углом поляризации. В процессе прохождения неоднородных сред поляризация может изменяться.

Обычно используется вертикальная и горизонтальная поляризация.  

l=c/f,

где l - длина волны,                          

f – частота,

T – период,

j - временная фаза,

q - угол поляризации.

 

Электромагнитный спектр.

 

Спектр – это диапазон действия, который свойственен электромагнитному излучению. Верхний конец определяется частотой

1,3 Гц = 10²¹ Гц. Верхней границе соответствуют g - лучи, нижней - сверхдлинные радиоволны.

10²¹ – 10¹⁹ - g-лучи;

10¹⁸ – 10¹⁷ - рентгеновское излучение;

10¹⁶ – 10¹⁷ - ультрафиолетовое излучение;

10¹³ – 10¹⁴ - область оптической передачи информации;

10⁹ – 10¹² - микроволновая область;

10³ – 10⁸ - радиодиапазон.   

Оптический диапазон – для облегчения организации различных видов между собой. Международный Союз Телекоммуникаций разбит на шесть диапазонов. Седьмой диапазон используется для ближних оптических связей.   

ММП – многомодовая передача.

 

Поведение волн.

    Ключевыми свойствами волн являются отражение, преломление, интерференция и дифракция.

Отражение – это явление повторного излучения света поверхностью, на которую падают первичные лучи. Отражение может быть зеркальным и рассеянным. В оптоволоконной механике рассеянное отражение возникает при чрезмерном скручивании оптического волокна и появлении микротрещин.

Преломление. Не все тела полностью отражают падающий на них свет. Некоторые пропускают сквозь себя часть света. При этом искажая путь его распространения. Причина преломления – изменение скорости распространения света в различных средах.

Решающую роль играет плотность вещества. Преломление определяется законом Снелла:

RI₁sinq₁= RI₂sinq₂

При увеличении угла падения угол преломления увеличивается и при определенном значении угла преломления преломленный свет перестает проникать в среду. Это явление называется полным отражением, а угол – критическим углом.

q_кр = arcsin

Благодаря этому явлению свет может распространяться внутри волокна, не выходя за его пределы при создании условий его полного отражения, что и лежит в основе эффективности оптических линий связи.

Оптоволоконные кабели.

 

   Это конструкция на основе светопроводящей среды в виде тонкого волокна 1-10 микрон, обеспечивающей передачу световых импульсов от 1 до 1000 км. Оптоволоконные кабели используют эффект полного отражения света, либо искривление пути его распространения в неоднородной оптической среде.