Fény terjedése szálon
Ismeretes, hogy a v fénysebessége átlátszó anyagban kisebb, mint a fénysebesség
s = 300 000 km / s vákuumban. A / v = n arány a fény fénytörési indexe az anyagban.
Az n1 törésmutatójú közegben terjedő fénysugár. és a határon egy kisebb törésmutatóval rendelkező tápközeggel történik. megszakítja és folytatja mozgását a második környezetben (2.1 ábra, 1. sugár).
Ha a j1 fénysugár előfordulási szögét növeljük, akkor a j2 refrakciós szög is megnő. A j2 = 90 ° -nál a refraktt sugár csúszik a két közeg interfésze mentén. Az incidencia szögét, amelynél ez történik, a teljes belső reflexió szöge (2.1. Sugár 2. sugara). Ha az incidencia szöge nagyobb, mint a teljes belső reflexió szöge, akkor a fénysugár (3. sugár) nem lép be a kisebb törésmutatójú közegbe, hanem teljesen befelé néz. Ez a teljes belső reflexió elve, amely lehetővé teszi az optikai szálak számára, hogy fényt teremtsenek.
A rost egy magból (magból) és egy héjból áll. A héj optikailag sűrűbb magot foglal magában, ami a szál fényvisszaverő része.
A mag törésmutatója n1. de az n2 héjból. és mindig n1> n2.
Vegye figyelembe a fénysugarak útját a szálban (2.2. Ábra):
Tegyük fel # 952, 1 a fénysugár előfordulási szöge, és # 952; 2 - ez a sugár fénytörési szöge.
Mivel n1> n2. akkor van egy kritikus incidensszög Q1 = # 952; c. amelynél a Q2 refrakciós szög 90 ° (Sin90 = 1), és a fény nem lép be a héjba.
2.2. Ábra - A fénysugár útja a szálban
Aztán Snell törvénye szerint. (2.1)
Ha az interfészen belüli incidencia szög kisebb, mint a kritikus incidensszög (Ray 2), akkor az energia minden belső reflexiójával kifelé áramlik, ami fénycsillapítást eredményez.
Figyelembe kell venni, hogy a fényt a szál végére fecskendezik be, ugyanakkor a végének törte, a szál oldalsó felületére esik. És úgy kell esnie, hogy teljesen tükröződjön az oldalfelületről. Felmerül a kérdés, hogy milyen sugarú szögben kell a gerendát bevezetni?
A teljes belső visszaverődés módja előzetesen meghatározza az OB bemeneti végére való fény alkalmazása feltételeit, mivel az OB csak a szilárd szögben # 952; Ezt a tömör szöget egy nyílás jellemzi.
A nyílás az optikai tengely és a fénykúp egyik generátorának szöge, amely bejut a szálvégbe, ahol a teljes belső reflexió teljesül.
A fényáram bejutásának szöge az optikai szálba kisebb legyen, mint a rekesznyílás szöge.
Így a fényvezető nyílása a sugarak bemenetének a szál felső végéhez való maximális lehetséges szöge. Általában egy numerikus nyílás fogalmát használjuk:
A levegő esetében n0 = 1. Egy lépcsős profilú szál esetében a numerikus rekeszértéket a törésmutatók alapján fejezzük ki:
NA = Sin # 952; A = (2,4)
A kvarc esetében n1 ≈ 1.47, n2 ≈ 1.46, NA = 0.17, # 952; A ≈ 10 0.
A szálak egyik legfontosabb paramétere a törésmutatók relatív különbsége # 916;
Egy szálas hullámvezetőben léteznek háromféle hullám - irányított, sugárzott és kibocsátott. A sugarakat, amelyeknek pályái teljesen optikailag sűrűbb közegben fekszenek, irányítottnak nevezik. Az irányított sugarak energiája nem szétszóródik, és az ilyen sugarak hosszú távon terjedhetnek. A sugárzott hullámok a nyíláson kívül bevezetett sugarak miatt keletkeznek, és már a vonal elején a környező térbe kerülnek. A kimenő hullámok (héj sugarai) részben szétterjednek a szál mentén, és a részt a környező térbe sugározzák.
A modern rostok esetében az n2 héj törésmutatója általában 0,36% -nál kisebb, mint az n1 (a mag törésmutatója), azaz:
Az OB működési módja a névleges frekvenciától függ. amelynek értékét a következő képlet adja meg:
ahol ac az OM mag sugara.
Ebben az esetben <2.405 - то в волокне будет распространяться только одна мода (одномодовый режим ). С увеличением значения нормированной частоты число распространяющихся мод в ОВ возрастает, т. е, при> A 2.405 multimódusú üzemmód.
Abban az esetben, ha: 2.405 <<3,832 – то в ОВ распространяется 4 моды.
Az a minimális hullámhossz, amelynél csak egy mód van a szálban, a vágási szál hullámhossza. amelynek értékét a következő kifejezésből határozzák meg:
Ha a működő hullámhossz kisebb, mint a vágási hullámhossz, akkor multimódusú fény propagálási módra kerül sor.
Az optikai szálak típusai
A multimodális rostok fokozatosan és fokozatosan vannak osztva.
Egymódusú vannak osztva lépett egymódusú, vagy egy szabványos szál (SF), a rostok eltolt diszperziójú (DSF), és a rostok nem nulla diszperziós eltolt (NZDSF).
2.3. Ábra - A fénysugár útja a szálban
Az OM gradiensben a törésmutató fokozatosan csökken a határ közepétől. Fénysugarak utak, amelyek meghosszabbítja a perifériális területeken kisebb törésmutatójú szaporítására gyorsabb, mint azok, amelyek közel vannak a központtól, azzal az eredménnyel, hogy kompenzálja a különbség a hossza utak. Egy ilyen optikai szálban az intermodális diszperzió hatása sokkal alacsonyabb, mint a lépcsős diszperzióban (2.3. Ábra).
A jelkiemelés határozza meg a másodpercenként továbbított impulzusok számának határát, amely még mindig pontosan felismerhető a csatorna fogadó végén. Ez viszont korlátozza a többmagos szál sávszélességét.
2.4 ábra - Különböző szálak tervezése
Nyilvánvaló, hogy a fogadóvégen a diszperzió a kábel hosszától is függ. Ezért az optikai vonalak kapacitását egységnyi hosszon határozzák meg. Egy szál egy lépcsős index törésmutatója tipikusan 20-30 MHz per kilométer (MHz / km), mivel ez a gradiens RH tartományban van 100-1000 MHz / km.
A multimodális szálak üvegrúddal és műanyag burkolattal rendelkezhetnek. Az ilyen szálnak a törésmutató fokozatos profilja és a 20-30 MHz / km átviteli sávszélessége van.
Egyszálas szál
Ennek a rostnak a fő különbsége, amely nagymértékben meghatározza a rostok tulajdonságait, a mag átmérője. Ez csak 7-10 μm, ami hasonló a fényjel hullámhosszához. A kis átmérőjű érték lehetővé teszi, hogy csak egy sugár (üzemmód) alakuljon ki, ami a névben tükröződik (2.4. Ábra).
A többmódusú OB-k előnyei az egymódú módszerekhez képest:
1) Mivel a nagy átmérőjű mag multimódusú OB csökkentett követelményeit sugárforrások, mint egy olcsóbb, mégis erősebb félvezető lézerek lehet használni bemeneti sugárzást, és még LED-ek. A LED-ek áramellátásához nagyon egyszerű áramköröket használnak, ami egyszerűsíti a készüléket, és csökkenti a VSP költségét.
2) A fényérzékeny terület nagy átmérőjű fénydiódái a fogadó optikai modulban használhatók. Az ilyen fotodiódák olcsóak.
3) Multimódusú OB-ek összekapcsolása esetén a végpontok összehangolásának szükséges pontossága kisebb nagyságrenddel, mint az egy üzemmódú OB-k összekapcsolása esetén.
4) Az optikai csatlakozók a multimódusos OB számára ugyanezen okokból kisebb nagyságrenddel kisebb szigorú követelményeket támasztanak, mint az egy üzemmódú OB optikai csatlakozók.
1) A multimódusú OB száz módok szaporításához, a minimális csillapítás központi divat és alacsony rendű divat, és növeli a csillapítás a sorrendben módok növekszik, így a csillapítás rnuitirnódusú RH-nál nagyobb egymódusú (0,6-5 dB km).
2) A terjedési folyamat során a fényimpulzusok szétterülnek, és egymást átlapolják. Az ilyen impulzuskiemelkedést diszperziónak nevezzük.
A multimódusú OM diszpergálása sokkal nagyobb, mint az egymódú diszperzió. Minél kisebb a variancia érték, annál több információáramlás továbbítható az OB felett.
Következtetés: A megnövekedett csillapítás és a kis sávszélesség az oka, hogy alapuló multimódusú OB kialakítani elsősorban a helyi, a helyi és a viszonylag alacsony sebesség: Belső lejátszást.
1) Alacsony csillapítás (0,22 - 0,35 dB / km)
2) Kis diszperzió, ami széles sávszélességet jelent.
Következtetés: Az egymódú OM-eket a modern PLM-ek túlnyomó többségében használják, amelyek leggyakrabban az SDH-eszközök alapján működnek, ami lehetővé teszi a nagy sebességű, rendkívül megbízható gerinc és helyi digitális hálózatok létrehozását.
A szálas hullámvezetőket két legfontosabb paraméter jellemzi: csillapítás és diszperzió. Minél kisebb a csillapítás (veszteség), és minél kisebb a propagált jel diszperziója a szálban, annál nagyobb a távolság a repeaterek között (a regenerációs szakasz hossza). Ezenkívül a diszperzió az optikai szál mentén lévő átviteli sáv korlátozásához vezet.