Оптоволоконая связь

 

 

1.4 Волоконно-оптический  кабель и его     классификация

 

Оптический кабель состоит из скрученных по определенной системе оптических волокон из кварцевого стекла (световодов), заключенных в общую защитную оболочку. При необходимости кабель может содержать силовые (упрочняющие) и демпфирующие элементы.

Существующие ОК по своему назначению могут быть классифицированы на три  группы: магистральные, зоновые и городские. В отдельные группы выделяется подводные, объектовые и монтажные ОК.

Магистральные ОК предназначаются для передачи информации на большие расстояния и значительное число каналов. Они должны обладать малыми затуханием и дисперсией и большой информационно-пропускной способностью. Используется одномодовое волокно с размерами сердцевины и оболочки 8/125 мкм. Длина волны 1,3...1,55 мкм.

Зоновые ОК служат для организации многоканальной связи между областным центром и районами с дальностью связи до 250 км. Используются градиентные волокна с размерами 50/125 мкм. Длина волны 1,3 мкм.

Городские ОК применяются в качестве соединительных между городскими АТС и узлами связи. Они рассчитаны на короткие расстояния (до |10 км) и большое число каналов. Волокна-градиентные (50/125 мкм). Длина волны 0,85 и 1,3 мкм. Эти линии, как правило, работают без промежуточных линейных регенераторов.

Подводные ОК предназначаются для осуществления связи через большие водные преграды. Они должны обладать высокой механической прочностью на разрыв и иметь надежные влагостойкие покрытия. Для подводной связи также важно иметь малое затухание и большие длины регенерационных участков.

Объектовые ОК служат для передачи информации внутри объекта. Сюда относятся учрежденческая и видеотелефонная связь, внутренняя сеть кабельного телевидения, а также бортовые информационные системы подвижных объектов (самолет, корабль и др.).

Монтажные ОК используются для внутри- и межблочного монтажа аппаратуры. Они выполняются в виде жгутов или плоских лент.

 

2.Геометрическая и волновая оптика

Геометрическую оптику можно  рассматривать как предельный случай волновой оптики.

Раздел оптики, в котором  распространение световой энергии  рассматривается на основе представления  о световых лучах как направлениях движения энергии, называется геометрической оптикой. Такое название ей дано потому, что все явления распространения света здесь могут быть исследованы путем  геометрических построений хода лучей с учетом лишь законов отражения и преломления света. Эти два закона являются основой геометрической оптики.

И только там, где речь идет о явлениях, разыгрывающихся в  точках изображения источника, законы геометрической оптики оказываются  недостаточными и необходимо пользоваться законами волновой оптики. Геометрическая оптика дает возможность разобрать основные явления, связанные с прохождением света через линзы и другие оптические системы, а также с отражением от зеркал. В основе геометрической оптики лежат  законы –закон о прямолинейном распространении света. Понятие о световом луче, как о бесконечно тонком пучке света, распространяющемся прямолинейно составляет противоречие с представлениями о волновой природе света, согласно которым отклонение от прямолинейного распространения будет тем больше, чем более узкий световой пучок (явление дифракции).Закон независимости распространения световых пучков. Законы отражения и закон преломления света позволяют объяснить и описать многие физические явления, а также проводить расчеты и конструирование оптических приборов. Законы отражения и преломления света были вначале установлены как опытные законы. Однако волновая теория объясняет их элементарным образом, исходя из принципа Гюйгенса, приложимого к волнам с неограниченными фронтами.

 
               

 Рис 1

На рисунке 1 изображена схема, объясняющая отражение плоской  световой волны Е от плоской границы раздела SS  двух оптически разнородных сред. Цифрами /, 2, 3, 4, ... обозначены параллельные лучи, вдоль которых распространяется энергия волны, один из плоских фронтов которой изображен прямой (следом) Е, нормальной к лучам. Расстояния между лучами /, 2, 3, 4, ... выбраны равными между собой. Световые колебания, бегущие вдоль луча /, возбуждают в точке О_г элементарную сферическую волну /, которая за время At пробегает путь 0₁А — сАt. Аналогичные световые колебания возбуждают в точках 0₂, 0₃, 0₄, ... элементарные сферические волны //, ///, IV, ... . За время Аt колебание, идущее вдоль луча 2, пробежит путь ОA₂, и после встречи с поверхностью SS сферическая волна // пройдет расстояние О2A2, причем 0₂А'₂ + 0₂A₂ = О1А1. Точно так же будем иметь: 0₃А'₃ + 0₃A₃ = О1А1 и т. д. Вследствие этого элементарные сферические волны /, //, ///, IV, ... будут иметь общую касательную поверхность Е', которая касается элементарных волн /, //, ///, IV, ... в точках A1, А2, А'₃, A₄', ... . Эта общая касательная поверхность и будет представлять поверхность отраженной световой волны. Из геометрических соотношений нетрудно показать, что угол падения I равен углу отражения I ', луч падающий и отраженный находятся в одной плоскости с перпендикуляром, опущенным на поверхность раздела в точке падения.

Если отражение происходит от кривых поверхностей, то закон отражения  в той форме, в которой он здесь  сформулирован, применяется к бесконечно малым участкам поверхности, которые могут приниматься с очень большой степенью приближения за плоские. Практическое применение этого закона будет сделано в приложении к сферическим зеркалам.

При отражении света на границах раздела двух сред всегда имеет место неполное отражение, так как какое-то количество света  проходит в среду, от границы с  которой и происходит отражение. Если эта среда слабо поглощает, то частично прошедший свет распространяется в ней на большие расстояния. В случае поглощающей среды проникший в нее свет быстро поглощается, а его энергия обычно происходит по внутреннюю энергию среды. Возможны и другие превращении световой энергии, проникшей во вторую среду.

Введем обозначения: R —  коэффициент отражения; А — коэффициент, определяющий поглощение света средой после его проникновения в псе (среда полностью поглощает прошедшее в нее излучение), тогда                                    

  R+A=1

 

Величины R и А могут иметь самые различные значения. R. достаточно велико у полированных поверхностей металлов или у металлических пленок, нанесенных на полированные поверхности диэлектриков (у серебра в видимой и инфракрасной области. Рассмотрим теперь явление преломления света. Оно             происходит на границе раздела двух сред. При  прохождении через   границу луч света испытывает скачкообразное изменение направления распространения. Это явление и называется преломлением света. Наряду с этим наблюдаются  явления так называемой рефракции, т. е. плавного изменения направления распространения, когда в среде имеет место градиент показателя преломления .  

  Преломление света подчиняется следующему закону: отношение синуса угла падения к синусу угла преломления равно отношению абсолютных показателей преломления второй и первой среды;  лучи падающий и преломленный лежат в одной плоскости с перпендикуляром,  опущенным  на  поверхность  раздела в точке  падения, Математически закон преломления записывается в виде:

sin i      n 2

-----  = ---

sin i      n 1

 

где I — угол падения световых лучей на границу раздела двух сред с абсолютными показателями преломления n1 и n2 ; I' — угол преломления; N — нормаль к поверхности раздела. Величину      

               

n2

n1,2=------          

n1

 

 

называют   относительным показателем преломления двух сред. Закон преломления непосредственно следует из волновой теории света, что поясняет рисунок 2. Параллельный пучок света  падает на поверхность раздела  двух сред. Пусть фазовая скорость света в первой среде равна V1, во второй средеV2 Фронт

рис2

волны ОА, дошедший в первой среде до поверхности раздела SS в точке

О1 отстоит от поверхности раздела SS в точке 0₃ на величину пути АВ. Согласно принципу Гюйгенса падающая на поверхность SS волна 01А возбуждает во второй среде вторичные элементарные волны, которые из каждой точки поверхности SS распространяются в виде сферических волн /, //, /7/, ... . Складываясь между собой, вторичные волны дают плоские волны, один из фронтов которых ВС показан на рисунке 2. За время t точка А фронта ОА в первой среде пройдет путь АВ = V1t,  а волна из точки О_г за это же время пробежит во второй среде путь O1C = V2t .Из рисунка видно, что              

AB

SIN I= ------                                         

OB       

             

O1C

SIN I= ------            

 O1 B             следовательно              SIN i        AB            V1t                                                                          

 ------   =   -----    =   -----                                                                         

SIN i        O1C          V2t

Следовательно                                             

 

 

                                            V1                                          

-----  =  n1,2                          

                   V2

Где  n- абсолютные показатели преломления веществ.