Распространение света в оптических волокнах

Гл. 8. Распространение света в оптических волокнах [c.578]

РАСПРОСТРАНЕНИЕ СВЕТА В ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКНАХ [c.32]

Рнс. 2.2. Распространение света в оптическом волокне [c.34]

До сих пор использовалась лучевая модель распространения света в оптических волокнах, когда световые лучи, последовательно отражаясь от границы сердцевина — оболочка, распространялись в сердце-вине по зигзагообразным траекториям. Такая модель распространения света пригодна для объяснения большинства эффектов, наблюдаемых в оптических системах связи, использующих многомодовые волокна. Однако необходимо помнить, что свет представляет собой электромагнитные волны и его распространение в волокне следует рассматривать в виде мод распространения, а не лучей. Физически понятие луча означает узкий пучок плоских электромагнитных волн в пределе, когда X -> 0. На практике нечто похожее может быть получено с помощью узкого пучка излучения лазера. В оптических волокнах обычно не выполняется условие малости длины волны распространяющегося света в сравнении с радиусом сердцевины волокна и поэтому лучевая модель должна использоваться с осторожностью, а само оптическое во- [c.118]

При углах, больших критического, свет отражается. Поскольку в случае отражения показатели и Пг равны (как соответствуюш ие одному и тому же веш еству), то и также равны О1 и О2. При этом угол падения равен углу отражения. Эти простые законы преломления и отражения лежат в основе распространения света по оптическому волокну. [c.44]

Потери света в оптических волокнах обусловлены его поглощением и рассеянием в процессе распространения по волокну. Предел фундаментального поглощения определяется краями ультрафиолетовой [c.91]

Затухание излучения внутри оптического волокна обусловлено как поглощением в материале волокна (включая рассеяние, вызванное флуктуациями плотности на микроскопическом и атомном уровнях), так и самим процессом распространения света в волноводе. Первый механизм затухания определяется материалом и может быть исследован на любом образце этого материала, тогда как второй определяется геометрической формой волновода. Потери, обусловленные поглощением в стекле, можно подразделить на три части поглощение материала, поглощение на примесях, неизбежно присутствующих в материале, и поглощение на атомных дефектах. Эти потери можно описать феноменологически через коэффициент потерь а. — характеристику рассматриваемого материала, который определяет относительное затухание на единицу длины полной энергии, переносимой электромагнитным полем. Разумеется, необходимо ввести два коэффициента потерь 1 и 2 первый из которых относится к материалу сердцевины, а [c.603]

Явление полного внутреннего отражения, управляющее распространением света в оптических волокнах, было известно еще в XIX в, [1]. Первые стеклянные волокна без оболочки [2-4] были изготовлены в 20-х годах нашего столетия, тем не менее развитие волоконной оптики начинается только в 50-е годы, когда использование оболо-чечного слоя [5-7] привело к значительному улучшению характеристик световодов. Волоконная оптика тогда быстро развивалась главным образом с целью использования оптических кабелей из стеклянных волокон для передачи изображений. В книге Капани [8], изданной в 1967 г., дан обзор успехов, достигнутых к тому времени в области волоконной оптики. Первые волоконные световоды по современным меркам имели очень больщие потери (типичные потери составляли 1000 дБ/км). Однако ситуация резко изменилась в [c.9]

Рассматриваются общие свойства распространения электромагаитного излучения и его взаимодействие с веществом, представлены асимптотические методы решения волнового уравнения. Большое внимание уделено анализу распространения света в слоистых периодических структурах (многослойных пленках, металлических и диэлектрических отражателях и интерференционных фильтрах). Изучаются дифракция при распространении света, а также рассеяние света на различных предметах, резонаторы и распространение света в оптических волокнах. [c.4]

Зависимость диэлектрической восприимчивости и, следователно, показателя преломления п от частоты со называют дисперсией среды (рис. 1.1). Она ответственна за искажение сигнала в прозрачных средах [в которых п (со) можно рассматривать как вещественную величину см. разд. 1.3]. Мы детально рассмотрим этот эффект в гл. 8 в связи с изучением распространения света в оптических волокнах. Дисперсия приводит к различию групповых скоростей [c.17]

Этим методом была исследована дисперсия волокон с а- профилем, не обладающих материальной дисперсией, и получены результаты, идентичные тем, которые будут представлены в 6.3 на основе модового анализа. Лучевая модель обеспечивает более простую и физически ясную картину распространения света в оптических волокнах, но она не позюляет определить соотношений, существующих между различными факторами, вызывающими дисперсию, которые будут рассмотрены в 6.5. [c.163]

Поляризационное обращение волнового фронта и передача информации по многомодовым волокнам. До сих пор во всех рассматриваемых приложениях ФРК-лазеров использовались пучки, линейно поляризованные так, чтобы в кристалле они соответствовали необыкновенной волне. При этом, как известно, компоненты электрооптического тензора и коэффициенты усиления света максимальны (гл. 1). В то же время в ряде ситуаций, например при распространении света по оптическим волокнам, возникают существенные искажения не только волнового фронта, но и поляризации. Для восстановления неискаженных пучков в этих случаях необходимо полное обращение волнового фронта, т.е. помимо сопряжения пространственных фаз необходимо одновременное восстановление исходного состояния поляризации ). [c.231]

Во многих отношениях оптическое волокно аналогично полым волноводам с внутреиними поверхностями из хорошо проводящего металла, широко применяемым в технике СВЧ. Электромагнитные поля в этих системах имеют подобную структуру. Распространение света в цилиндрическом прозрачном волокне или прямоугольной диэлектрической пленке носит волноводный характер. Физические принципы действия оптических волноводов и других тонкопленочных структур составляют теоретическую базу новой бурно развивающейся области прикладной физики, получившей название интегральной оптики. Интерес к оптическим способам передачи и обработки информации быстро растет, что обусловлено преимуществами оптической связи в таких системах, где требуется высокая надежность, помехозащищенность, большая скорость передачи информации при малых габаритах и массе. Основные трудности реализации таких систем связаны с потерями световой энергии в диэлектрическом световоде, вызванными поглощением или рассеянием света в волокне, а также нерегулярностями границы раздела между сердцевиной и оболочкой. Эти потери предъявляют очень жесткие требования к технологии изготовления световодов. В результате интенсивной исследовательской работы в 70-х годах была разработана технология получения оптических волокон и световодных кабелей с малыми потерями из кварца и специальных стекол, что открыло путь к практической реализации оптических систем дальней связи. [c.157]

Интересно рассмотреть также поперечные моды в качестве независимых носителей информационных каналов вместо используемых продольных мод (а может быть, и в дополнение к ним). Как было сказано выше, поперечные моды лазерного излучения представляют собой пучки света, распределение комплексной амплитуды в сечении которых описывается собственными функциями оператора распространения света в соответствующей среде. Фундаментальным свойством мод является сохранение структуры и взаимной ортогональности при распространении в среде. Именно это свойство поперечных мод является основой для построения систем связи с модовым уплотнением каналов. Интерес к поперечным модам как носителям независимых каналов передачи информации связан, во-первых, с постоянным повышением качества производимых многомодовых волокон [см., например, 68], во-вторых, с разработкой методов качественного синтеза дифракционных оптических элементов моданов [19, 27-30], способных эффективно формировать и селектировать поперечные моды лазерного излучения (см. также 6.2 данной книги). Общая теория построения телекоммуникационных систем с уплотнением каналов, основанном на использовании поперечных мод, детально изложена в [19]. Отметим, что селективное возбуждение поперечных мод оптоволокна позволит увеличить пропускную способность линии связи не только за счет параллельной передачи нескольких каналов по одному волокну, но и за счет решения проблемы уширения импульса, вызываемого наличием межмодовой дисперсии [18-20, 6.2.7]. Одна из предполагаемых инженерных реализаций волоконно-оптической связи с использованием селективного возбуждения поперечных мод [19] представлена на рис. 6.53. Пространственный фильтр МА является матрицей электрооптических модуляторов, освещаемых плоской волной когерентного света Рд (х). На матрицу электрооптических модуляторов непосредственно подается вектор промодулированных по времени сигналов 5Д. [c.456]

Английский физик Джон Тиндалл в 1870 году продемонстрировал возможность управления светом на основе внутренних отражений. На собрании Королевского обш ества бьшо показано, что свет, распространяюш ийся в струе очиш енной воды, может огибать любой угол. В эксперименте вода протекала над горизонтальным дном одного желоба и падала по параболической траектории в другой желоб. Свет попадал в струю воды через прозрачное окно на дне первого желоба. Когда Тиндалл направлял свет по касательной к струе, аудитория могла наблюдать зигзагообразное распространение света внутри изогнутой части струи. Аналогичное зигзагообразное распространение света происходит и в оптическом волокне. [c.3]

В книге английского специалиста достаточно полно изложены все вопросы. относящиеся к оптическим системам передачи информации. Приведена обобщенная схема оптического канала, даны основные характеристики существующих излучателей и фотоприемников, а также классификация цифровых оптических систем связи в зависимости от их пропускной способности. Рассмотрены особенности распространения света и механизмы потерь в оптических волокнах. Описаны методы изготовления оптических волокон. Рассмотрены принцип действия и основные характеристики полупроводниковых лазеров и фотоприемииков различных типов. [c.4]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...