Волны, частицы и электромагнитный спектр

Основные принципы действия волоконных световодов. Параметры оптических волокон

Выводы

Сетевая аппаратура, применяемая для построения локальных и корпоративных сетей, и аппаратура сетей связи общего пользования используют одинаковые принципы передачи информации. Поэтому в структурированных кабельных системах контролируются и стандартизируются в основном те же параметры, что и в оптических сетях связи масштабах города и выше. Традиционно нормирование по основной массе характеристик для кабельной техники выполняется в частотной области.

Отличия в контролируемых характеристиках целиком и полностью определяются техническими особенностями трактов СКС, основополагающими из которых являются относительно небольшие длины каналов в сочетании с возможностью поддержки высоких скоростей информационного обмена, характерных для современных сетевых интерфейсов.

В оптических трактах выполняется нормирование коэффициента затухания и таких параметров потенциальной пропускной способности, как дисперсия (для одномодовых кабелей) и коэффициент широкополосности (для многомодовых кабелей). В отличие от сетей связи общего пользования эти характеристики задаются для первого и второго окон прозрачности. Третье окно прозрачности 1550 нм в технике СКС используется достаточно мало, так как переход в него не дает какихлибо существенных преимуществ.

Небольшая длина оптических трактов СКС определяет значительный объем применения для их построения многомодовой техники. Одномодовые линии связи используются в значительном объеме только при построении подсистемы внешних магистралей с длиной порядка 1500 м и более.

Волны, частицы и электромагнитный спектр (Лекции по ФООЭ)

Свет представляет собой один из видов электромагнитной энергии, такой же как радиоволны, рентгеновские лучи и, наконец, электронные цифровые импульсы. Поведение как частицы, так и волны может быть и корпускулярным, и волновым.
Частицы света называются фотонами. Фотон представляет собой квант, или пакет излучения. Квант – это элементарная единица излучения. Длине волны фиолетового диапазона, имеющей большую частоту, соответствует большее количество энергии, чем волнам красного диапазона. Энергия, запасенная в одном фотоне, равна

E=hf, (2.1)

где f – частота и h – постоянная Планка, равная 6,63×10^-34 Дж/с (джоуль/секунда). Из уравнения видно, что энергия фотона пропорциональна частоте (или длине волны).

Существует несколько уровней энергии для различных высокочастотных длин волн и, чем выше частота, тем большую энергию имеет квант.

Инфракрасный свет (10^13 Гц)	6,63×10-20 Дж
Видимый свет (10^14 Гц)	6,63×10-19 Дж
Ультрафиолетовый свет (10^15 Гц)	6,63×10-18 Дж
Рентгеновские лучи (10^18 Гц)	6,63×10-15 Дж

В волокон ной оптике свет рассматривают и как частицу, и как волну. Обычно в зависимости от смысла используют либо одно, либо другое понятие. Например, многие характеристики оптического волокна основаны на длине волны, и свет рассматривается как волна. Однако испускание света источником или его поглощение детектором лучше описывается теорией частиц. Фотоны, попадающие на детектор и поглощаемые им, выделяют энергию и обеспечивают электрический ток в цепи. Светоизлучающие диоды (СИД)

работают на принципе передачи энергии от электронов к фотонам, энергия которых определяет длину волны излучаемого света. Таким образом, свет ведет себя различным способом при различных обстоятельствах. Поэтому, чтобы описать свет, необходимо использовать, в зависимости от обстоятельств, различные подходы (положения геометри-ческой оптики, волновой оптики или квантовой оптики).

Рисунок 2.1 Электромагнитный спектр

Рассмотрим электромагнитный спектр, используемый в волокон ных световодах. Электромагнитное излучение образует непрерывный частотный спектр, простирающийся от ультразвука к радиоволнам, микроволновому излучению, рентгеновским лучам и далее (Рисунок 2.2). Свет представляет собой электромагнитное излучение с большей частотой и более короткой длиной волны по сравнению с радиоволнами. Он распространяется в волне таким же образом, как и радиосигналы, рентгеновские лучи и т.д. Световое излуче-ние занимает только маленькую часть электромагнитного спектра.

Видимый свет находится в пределах диапазона волн 390-760 нанометров (нм=10-9 м), или 0,39-0,76 тысячных частей мм. Сравните это с радиоволнами, которые имеют длину волны от сотен до тысяч метров! Свет в общем использовании означает только ви-димый свет, но этот термин обычно расширяется и включает и ультрафиолетовое (корот-коволновое), и инфракрасное излучение (длинноволновое). Фактически термин свет охва-тывает весь спектр излучения, который может управляться подобным способом (линзами, сетками, призмами и т.д.). Этот более широкий диапазон находится в пределах от 190 нм (ультрафиолетовый свет) до 2 000 нм (инфракрасный свет).

В оптической связи с помощью волокон ных световодов используется приграничный с инфракрасным диапазоном волны от 800 до 1600 нм. На данном этапе в волокон но-оптических системах передачи (ВОСП) в указанном диапазоне применяется пять окон прозрачности (Таблица 2.1).

Высокие частоты света или малые длины волн представляют большой интерес с 23

точки зрения коммуникационной технологии, так как более высокие частоты несущей волны означают большую скорость передачи информации. Технология волокон ной оптики позволяет использовать потенциальную возможность света и обеспечивать высокую скорость передачи информации.

Таблица 2.1 Диапазоны длин волн окон прозрачности

Окно прозрачности	Диапазон длин волн, нм
Первое	Около 850
Второе	1280-1325
Третье	1530-1565
Четвертое	1565-1620
Пятое	1350-1450

Дата добавления: 2014-01-07