Распространение сигналов по оптическому волокну и типам оптического волокна

Теория распространения светового луча по оптическому волокну. Угловая апертура



Полное внутреннее отражение

Физической основой передачи светового сигнала по световоду (оптоволокну) является яв­ление полного внутреннего отражения (ПВО) света от границы раздела двух сред с различ­ными показателями преломления. Для его реализации в оптоволокне показатель прелом­ления сердцевины п_с должен быть больше, чем показатель преломления оболочки п_об. Яв­ление ПВО при этом наблюдается только для луча, падающего под углом, равным или большим угла ПВО (напомним, что это угол между падающим лучом и нормалью к поверх­ности в точке падения), и состоит в том, что при ПВО преломленный луч скользит по границе раздела и как бы исчезает из рассмотрения, тогда как вся энергия падающего луча передается отраженному лучу, который претерпевает серию повторных отражений под уг­лами ПВО и распространяется вдоль по волокну. Угол ПВО может быть вычислен по закону Снеллиуса:

(3.2)

Е сли принять, например, что п_с=1,48, п_об=1,46, то (3.2) даст значение угла ПВО = 80,6°. На рис. 3.4. показано распространение лучей по волоконному световоду, имеюще­му такое соотношение показателей преломления (для простоты считаем, что границы раз­дела на левом срезе не существует, т.е. показатели преломления слева и справа от нее одинаковы). Луч 2 падает под уг­лом ПВО= (преломленный луч 2 скользит по границе раздела сердцевина-оболочка), луч 1 падает под углом боль­шим, чем (преломленный луч 1 отсут­ствует, отраженный луч 1 распространя­ется внутри сердцевины). В идеальном случае (при отсутствии рассеяния света и нулевой дисперсии) луч 1 мог бы распро­страняться внутри сердцевины с п₁ на сколь угодно большое расстояние. Луч 3 падает под углом, меньшим , поэтому возникает преломленный луч 3, который, падая на границу оболочки, отражается от границы раздела: среда с п₂ внешняя сре­да, допустим под углом ПВО= , в результате распространяется по оболочке. Луч 4, падая под еще меньшим углом, проходит через обе границы раздела, создавая как отраженный от второй границы луч 4, так и преломленный луч 4, излучаемый во внешнее простран­ство.

Выбором оптимального отношения показателей преломления материалов сердцевины и оболочки происходит ПВО светового луча внутри сердцевины и обеспечивается передача луча только по сердцевине ОВ. При этом должно выполнятся условие n₁>n_2.