Волоконні світловоди

Основним елементом оптичного волоконного кабеля є скляне волокно – діелектричний хвилевід, по якому здійснюється передача електромагнітних хвиль. Перші роботи по розповсюдженню світла у різноманітних середовищах відносились до рідких світловодів; при цьому була показана можливість змінювати напрямок світла у стумені води, що витікає з посудини. У 1910 Хондрос та Дебай повідомили о теоретичних розробках передачі світлових сигналів по діелектричному хвилеводу, а через 10 років Шривер провів перші досліди по передачі світла по діелектричному стержню, що був оточений повітряним середовищем. У 1954 р. Хелл, Хопкінс та Капані запропонували різноманітні застосування діелектричного хвилевода зі скловолокна, що мав 2 шара, один з яких виконував роль направляючої оболонки. Скловолокно, придатне для використання у системах зв’язку, розроблено у 1966 – 73 рр.

До оптичних хвилеводів пред’являються жорсткі вимоги. Хвилеведучі ділянки великі (відстань між передавальними станціями від декількох сотен метрів до десятків кілометрів). Втрати залежать від фактичної відстані, але не повинні перевищувати 100 дБ/км для коротких ліній та 10 дБ/км для довгих.

Використання оптичних волокон для передачі інформації у системах зв’язку стало можливим дякуючи досягненням у технології очистки вихідних матеріалів та, відповідно, зменшення загасання у них. У 1966 р. волокна, що випускалися, мали дБ/км. У 1970р. вважали, що граничне загасання дБ/км, а у 1975 р. у лабораторних умовах отримано волокно з дБ/км. У теперешній час в основному використовуються волокна з дБ/км.

Важливою вимогою є те, що сигнали не повинні сильно спотворюватися на довжині близько 10 км та вище. Як тільки таке волокно буде отримано, можливо буде використати його аналогічно сучасним кабелям для перекриття відстаней у сотні та тисячі кілометрів.

Вихідними матеріалами для хвилеводів служать високопрозоре скло та чистий кварц. Для вловлювання та направлення світла можно використовувати прості скляні волокна з постійним n. Але сторонні тіла, які стикаються з волокном при його підтримці та розміщенні у трубі (кабелі) порушуюють повне внутрішнє відбиття у стінках а отже і передачу світла.

З цієї причини хвилеводи у вигляді скляних волокон зазвичай складаються з скляної серцевини, що оточена скляною оболонкою з дещо меншим n. Зверху оболонки зазвичай розташовуеться чехол.

моди випромінювання

моди оболонки

моди серцевини

(хвилеві моди)

Чехол є механічним захистом волокна а також служить поглиначем світла що падає з середини чи з зовні. Таким чином чехол попереджує взаємний вплив між сусідніми волокнами в оптичному кабелі.

На малюнку показані світлові промені, що описують однорідні плоскі хвилі, які виходять пучком з точечного джерела, яке розташоване на осі волокна. У залежності від кута нахилу відносно осі промені будуть відчувати повне внутрішнє відбивання від границі серцевина-оболонка, або від зовнішньої границі оболонки. Перші промені формують моди (власні хвилі) серцевини, другі формують власні моди оболонки. При дуже великих кутах можливе випромінювання в оточуючий простір при цьому створюються моди випромінювання. Моди оболонки та випромінювання в більшості випадків небажені, бо відбирають потужність від корисних мод серцевини та знижують якість передачі при інтерференції з модами серцевини.

Дата добавления: 2014-01-11