Propagarea luminii prin fibra

Principalii factori care influențează propagarea luminii în fibră, împreună cu lungimea de undă de emisie, sunt parametrii geometrici ai fibrei; atenuare; dispersie.

Parametrii geometrici ai fibrelor

Relativa Diferența de indice de refracție. Fibra constă dintr-un miez și un înveliș. Învelișul înconjoară miezul optic dens, care face parte din fibrele purtătoare de lumină. Vom fi notat cu n1 și n2 sunt indicii de refracție ai miezului și învelișul respectiv. Unul dintre parametrii importanți ce caracterizează fibra, ea - relativ refracție diferența index Δ: Δ = (n-n 01 februarie 02 februarie) / 2n 1 februarie

Dacă indicele de refracție al învelișului este ales întotdeauna constantă, indicele de refracție al miezului poate depinde, în general, pe raza. În acest caz, pentru diferiți parametri de fibre estimează în locul utilizării n1 n1eff.

Propagarea luminii prin fibra poate fi explicată pe baza principiului reflexiei interne totale a luminii care curge din legea lui Snell de refracție: n1 sinΘ1 = sinΘ2 n2
în care n1 - indicele de refracție al mediului 1, Θ1 - unghiul incident n2 - indicele de refracție al mediului 2, Θ2 - unghiul de refracție.

Calcule formale mai ușor pentru a produce fibre în trepte (fibre cu pas index), în care indicele de refracție este constant (n2 = const). Fig. 2.2 prezintă traiectoria razelor într-o astfel de fibre. Deoarece miezul este optic dens relativ medie de la teaca (n1> n2), atunci există un unghi critic de ΘC incidență - unghiul intern de incidență asupra interfeței la care fasciculul este refractată de-a lungul presei de frontieră (Θ2 = 90 °). Din Legea lui Snell ușor de a găsi unghiul critic de incidență: Θc = arcsin (n2 / n1).

În cazul în care unghiul de incidență pe interfața de incidență mai mică decât unghiul critic (raze 2), apoi la fiecare reflecție internă a energiei este disipată spre exterior ca un fascicul refractată care duce în final la atenuarea luminii. Dacă unghiul de incidență mai mare decât unghiul critic (rază 1), atunci pentru fiecare reflexie de la limita este returnat miezului întreaga energie datorită reflexiei interne totale.

Raze ale căror drumuri se află în întregime într-un mediu optic mai dens, numite ghiduri. Din moment ce energia nu este razele disipate îndreptată spre exterior, astfel de raze se pot propaga pe distanțe lungi.

Figura 2.2 - Cursul razelor într-o fibră optică multimod cu un profil în trepte

Apertura numerică. Un parametru important care caracterizează fibrele,
Este numerică deschidere AN. Este legat de unghiul maxim de ΘA vvodimogov radiația fibră din spațiu liber, în care lumina suferă reflexie internă totală și se propagă prin fibra prin formula: NA = sin θA

Producătorii au măsurat experimental unghi de fibre și 9e arată valoarea apertură numerică pentru fiecare dintre tipurile de fibre corespunzătoare.

Frecvența normalizată. Un alt parametru important care caracterizează fibrele și lumina de înmulțire prin ea, este frecvența normalizată V, care este definit ca V = π⋅d⋅NA / λ

Gama de evenimente. Un tratament mai riguros al propagării luminii prin fibra care trebuie rezolvate ecuațiile undelor lui Maxwell. Este în această interpretare a razelor asociate cu valuri, diferitele tipuri de valuri - rezolvarea ecuațiilor - numite moduri.

Fibra poate fi distribuit cât mai curând un singur mod - un singur mod, și o mulțime de evenimente - multimode. Monomode sau caracter multimodală mers pe jos pe lumina de fibre afectează în mod drastic dispersia, și, prin urmare, capacitatea de fibre de transfer. Rețineți că frecvența normalizată, evident, depinde de lungimea de undă de lumină.

Fig. 2.3 prezintă imaginea de ansamblu a propagării luminii de diferite tipuri
fibre: multimod în trepte, gradient multimod și
în trepte cu fibre singlemode.

Figura 2.3 - Rasprastrenenie lumina peste fibra multimod în trepte.

Figura 2.4 - Rasprastrenenie luminii prin fibră optică cu gradient multimod

Figura 2.5 - Rasprastrenenie luminii asupra single-mode fibră în trepte