Дисперсия света в оптических волокнах, ее составляющие и природа. Понятие полосы пропускания в ОВ

Свет. Три полхода к объяснению природы света. Шкала электромагнитных волн. Окна прозрачности.

Свет – это сложный объект, с присущими ему характерными совйствами.

Сложность заключается в том что описать эти свойства в рамках одной теории не представляется возможным.

Три подхода к рассмотрению: лучевой, волновой и квантовый.

1.Свет- это луч

2.Свет- это разновидность электромагнитных колебаний.

3.Свет представляется в виде частиц, которые быстро движутся и излучаются отдельными порциями – квантами.

Шкала электромагнитных волн

 

 

 

 

 

 

Окна прозрачности

Окно прозрачности – это область длин волн на кривой затухания, где коэффициент затухания имеет минимальное значение.

1е окно прозрачности соответствует длине волны 850 нм

2е окно прозрачности 1310 нм

3е – 1550 нм

4е – 1620 нм

5е- 1420 нм

3.
Отражение и преломление света на границе двух диэлектриков. Закон Снеллиуса. Показатель преломления. Полное отражение.

Преломление света на границе.

При падении световой волны (луча) на границу раздела двух диэлектрических сред, свет частично преломляется и переходит в другую среду, а частично отражается оставаясь в первой среде.

 

 

Закон Снеллиуса

Отношение sin угла падения к sin угла преломлению равно отношению этих сред:

Sin Q1/Sin Q2=n2/n1

Показатель преломления

Он отражает степень изменения направления хода луча при пересечении границ распределения двух сред.

Оптическая жила и оболочка имеют показатели преломления n1 и n2. n1>n2

В вакууме показатель преломления равен 1, в реальніх средах всегда больше единицы.

Полное отражение

Луч, падающий на границу раздела двух сред, полностью отражается, не проникая во вторую среду.

4. Оптическое волокно. Изготовление, строение и основные геометрические параметры. Профили волокна.

 

Оптическое волокно состоит из трех осноных элементов:

- ядро

- оптическая оболочка

- защитная оболочка

 

Изготавливают из:

- высококачественного кварцевого стекла

- GaALAS

- Пластика

 

Строение:

 

Основные геометрические параметры:

- показатель преломления (оболочки = const, и является постоянной велечиной, а ядра может зависеть от радиуса)

- переменный показатель преломления ядра

 

- относительная разница показателей преломления

 

 

- профиль показателя преломления.

Профили волокна:

-ступенчатый профиль (когда ядро и оболочка имеют однородный но разный показатель преломления

- градиентный профиль (когда показатель преломления ядра плано уменьшается от центра до краев.

 

Дисперсия света в оптических волокнах, ее составляющие и природа. Понятие полосы пропускания в ОВ.

 

Дисперсия – это: 1) рассеивание спектральных и модовых составляющих оптического излучения в ОК с течением времени; 2) Изменение временных характеристик световых импульсов при передаче по ОВ (уширение, размывание фронтов).Единицы измерения – пикосекунды/километр пс/км. 

Характеризует ОВ с точки зрения передачи сигналов определенной формы(имп.)

Дисперсия в общем случае характеризуется тремя основными факторами: − различием скоростей распространения направляемых мод (межмодовой дисперсией τ_mod),

 − направляющими свойствами световодной структуры (волноводной дисперсией τw),

− свойствами материала оптического волокна (материальной диспепсией τ_mat).

В общем случае дисперсию м. оценить по формуле: пс/км, или когда определены хроматическая и модовая дисперсия

.

Если профиль ОВ ступенчатый, то модовая дисперсия:      ,

Если профиль ОВ градиентный, то модовая дисперсия: -длина участка

Величина зависит от типа ОВ и длины. С увеличением дисперсии мы наблюдаем искажение импульса, т.е. ограничивается расстояние передачи.  

Хроматическая дисперсия состоит из материальной и волноводной составляющих и имеет место при распространении как в одномодовом, так и в многомодовом волокне. Однако наиболее отчетливо она проявляется в одномодовом волокне из-заотсутствия межмодовой дисперсии. (зависит от выбраного источника излучения!)

Материальная дисперсия обусловлена зависимостью показателя преломлния волокна от длины волны.

Волноводная дисперсия обусловлена зависимостью коэффициента распространения р моды от длины волны, фактически зависит от совокупности таких геометрических параметров оптоволокна, как отклонение от круглой формы сечения, изменчивость диаметра, несоосность ядра и оболочки, изменчивость показателя преломления по длине оптоволокна;

 

Предельные возможности ОВ с т.з. дисперсии света оценивают параметром – эффективная полоса пропускания. Результир-щая удельная полоса пропус-я  где - полная дисперсия      

 

Измеряется в Мгц*км.

 

Физический смысл W - максимальная частота (частота модуляции) передаваемого сигнала при длине линии 1 км. Если дисперсия линейно растет с ростом расстояния, то полоса пропускания зависит от расстояния обратно пропорционально.

 

 

 6. Разновидности дисперсии: межмодовая, хроматическая, поляризационная. Характеристики видов дисперсии.

Хроматическая дисперсия состоит из материальной и волноводной составляющих и имеет место при распространении как в одномодовом, так и в многомодовом волокне. Однако наиболее отчетливо она проявляется в одномодовом волокне из-заотсутствия межмодовой дисперсии. (зависит от выбраного источника излучения!)

Межмодовая является результатом разной скорости распространения мод в многомодовом волокне.

Поляризационная возникает в результате разной скорости распространения двух взаимно перпендикулярных поляризационных состовляющих моды