Принцип передачи энергии по ВОКС

Световод – основной элемент ВОКС. Выполнен в виде тонкого волокна цилиндрической формы из кварцевого стекла или В.Ч. полимера. Имеет двухслойную структуру. Состоит из сердечника и оболочки с разными показателями преломления

n1 и n2, поверх которых наносится защитное покрытие. Сердечник – для передачи электромагнитной энергии в виде светового потока Оболочка – для создания оптимальных условий передачи и препятствия проникновения светового потока в окружающее пространство.

n1 – показатель преломления сердечника

n2 – оболочки

Источник передачи - п./п лазер, световод, фотодиод.

Принцип передачи энергии – многократное отражение от границы раздела двух сред (сердечник и оболочка), имеющих разные показатели n1 и n2.

Конструкция световода - ступенчатый, у которого значение от n1 до n2 изменяется резко, скачком, и градиентный – изменение происходит плавно.

Ступенчатый световод подразделяется на одномодовый (dc ), способный пропустить один тип волны и многомодовый (dc >> ), множество типов волн.

Диапазон передаваемых частот 10¹⁴ – 10¹⁵ Гц ( - мкм).

Рис.18

Условия передачи энергии по световоду

1. Луч света должен падать на границу раздела двух сред, имеющих разные показатели преломления из среды с большим показателем преломления в среду с меньшим.

n1 > n2

2. Должно соблюдаться условие полного внутреннего отражения.

Минимальный угол падания , начиная с которого вся энергия отражается от границы раздела двух сред называется углом полного внутреннего отражения.

= Өв

при Өв энергии поступившая в сердечник полностью отражается и зигзагообразно распространяется по световоду. Чем больше тем лучше условия распространения. При < Өв энергия проникает в оболочку, излучается в окружающее пространство и передача по световоду неэффективна.

Sin Өв =

Параметры передачи ВОКС

Апертура– это угол между оптической осью световода и одной из направляющих светового конуса,попадая в который,

луч света будет вводиться в торец световода и, падая на границу (сердечник- оболочка), будет отражаться от неё без преломления,т.е.при котором выполняется условие полного внутреннего отражения. Определяется эффективность ввода лучей в торец световода. Характеризуется числовой апертурой.

NA = n₀ Sin Өa =

Чем больше Өв, тем меньше Өa;

3. Нормированная частота – характеризует соотношения между размерами световода а, длиной волны и показатели преломления n1; n2

V =

3. Критическая частотаи длина волны световода. Это значения ниже которых энергия рассеивается в окружающее пространство и не передается по световоду.

f₀ = ; =

где Pnm – параметр, характеризующий тип волны;

С – скорость света;

dс– диаметр сердечника.

n – число изменений поля по периметру световода;

m – по диаметру.

Для различных типов волн (мод) Pnm равен

Eo₁ = 2,405; HE₁₂ = 3,83; HE₂₁ = 2,406; EH₂₁ = 5,136

При частотах выше fo энергия поля концентрируется внутри сердечника и эффективно распространяется вдоль него.

Число мод и типы волн.

N =

При = 0,8 – 1,6 мкм

dc – 5-8 мкм – одномодовые

dc – 50 мкм – многомодовые.

По волоконным световодам возможна передача двух видов лучей: меридиальных, расположенных в полости, проходящей через ось волоконного световода, и косых, не пересекающих ось световода.

Рис.19 Типы передач сигналов по ОВ

а) одномодовая передача

б) многомодовая передача