Распространение сигналов по оптическому волокну и типам оптического волокна

Лекция №2. Тема: Распространение сигналов по оптическому волокну и типам оптического волокна

Среда, ограничивающая область распространения оптических колебаний и направляющее поток световой энергии в заданном направлении, соединяющее передающий пункт с приемной в системах ВОС, называют оптическим световодом. Характеристики оптических световодов частично определяют качество системы связи. Поэтому при проектировании систем ВОС надо учитывать характеристики оптических световодов.

В системах ВОС используются специальные оптические световоды. На основе оптических световодов с минимальным коэффициентом затухания создаются оптические кабели обеспечивающие передачу сигналов на дальние расстояние.
Оптические световоды делятся на два вида: плоские и волоконные. Плоские световоды в свою очередь подразделяют на пленочные (рис. 3.1,а) и канальные (рис. 3.1,б). Волоконные световоды могут быть однослойные (рис. 3.2), двухслойные (рис. 3.2,б), трехслойные ( рис. 3.2,в) и т.д.[4].




Рис. 3.1. Плоские световоды
Показатель преломлениия оптических световодов:


(3.1)

Здесь,  - соответственно относительные диэлектрическая и магнитная проницаемости.

При nn₀ (n₀-показатель преломления окружающей среды) свет польностью внутренно отражается от границ раздела .
В плоских оптических световодах (рис.3.1.) для полного внутреннего отражения, должны выполнятся следующее условия n₁  n₂ ≥ n₀.

Здесь n₁- показатель преломления плёнки;

n₂ - показатель преломления подложки;
n₀- показатель преломления окружающей среды.
Подбирая толщину плёнки, можно ограничить число распространяющихся волн пленочного светодиода и, в частности, обеспечить распространение только одной основной НЕ - волны (одномодовый режим). Для этого толщина плёнки должно быть порядка 0,1 мкм. Изготовление такой плёнки сложно. Уменьшая относительную разность показателей преломления, можно увеличить толщину плёнки. Множества оптических устройств: активные устройства (генераторы, модуляторы, демодуляторы и т.д.) изготавливаются на основе плоских светодиодов.
Волоконно-оптические светодиоды состоят из сердечника и оболочки. Они имеют приблизительно одинаковые значения показателей преломления. Сердечник среда направления, оболочка используется для создания границы раздела между ней и сердцевиной. Эта граница формирует физический канал и по нему распространяется световой луч-переносчик передаваемого сигнала.

Для обеспечения распространения света только по светодиоду должно выполняться (рис. 3.2.)

n₁>n₂>n₃>n₀,

условие. Соответственно здесь n₁- показатель преломления сердечника;

n₂, n₃- показатели преломления оболочек;
n₀- показатель преломления окружающей среды [4].

Рис. 3.2. Волоконно-оптические светодиоды

Составляющие части ОВ представлены на рис. 3.3. Кварцевое стекло (SiO₂) является основным материалом для сердцевины и оболочки. Для получения нужных значений показателя преломления на кварцевое стекло добавляются примеси, такие как бор, германий [6]. Любые дополнительные покрытия (оболочки) являются защитными. На рис. 3.3 показано внешнее пластиковое покрытие [6].



Свет

Рис. 3.3. Конструкция оптического волокна

1.