Волоконная оптика История Принцип работы оптических волоконных

Волоконная оптика История Принцип работы оптических волоконных световодов (волокон) Основные типы волокон Технология получения Потери в волокнах Дисперсия волокон Нелинейные эффекты в волокнах

Зачем нужны волоконно- оптические системы? • Средства связи • Передача изображения на расстоянии или недоступных мест • Световая сигнализация, освещение и дизайн • Оптоволоконные датчики Это уже было

Скорость передачи информации • Формула Шеннона- определяет предельное значение количества информации, которое можно передать в ед. времени • C – скорость передачи информации • B – ширина полосы модуляции, пропорциональна несущей частоте • S/N – отношение сигнала к шуму

Маленький расчет при S/N=1 • Если несущая частота f=100 МГц, то B~f и B≤ 100 МГц и C≤ 100 Мб/с • Если несущая частота f=6 1014 Гц (зеленый свет), то B=0, 05 f (в оптике трудно сделать очень широкую полосу) и B=3 1013 Гц и C=3 107 Мб/с

Шкала электромагнитных волн

История волоконной оптики • 1842 Опыт Д. Колладона ( впоследствии и Дж. Тиндаль) • 1927 Первые стеклянные волокна без оболочки • 1958 Волокна с оболочкой (Б. О’Брайн, Х. Хансен) • 1964 Первый волоконный лазер • 1970 Волокно с потерями 20 д. Б/км • 1979 Волокно с потерями 0, 2 д. Б/км (1, 55 мкм) • 2000 «Безводное» волокно с потерями < 0, 2 д. Б/км

Эксперимент Колладона с водной струей

Ход лучей в эксперименте Колладона

Законы отражения и преломления

Законы отражения и преломления

Ход лучей на различных границах

Полное внутреннее отражение

Полное внутреннее отражение Это демонстрация из курса общей физики

Распространение света внутри стеклянного волокна Там, где волокно сильно изгибается, нарушается условие полного внутреннего отражения и часть света выходит наружу

Строение оптического волокна

Волокна объединяют в кабели

Пример – подводный оптический кабель

Пример – подводный оптический кабель 1. Полиэтилен. 2. «Майларовая» лента. 3. Скрученная стальная проволока. 4. Алюминиевая водоизолирующая перегородка. 5. Поликарбонат. 6. Медная или алюминиевая труба. 7. Гидрофобный заполнитель. 8. Оптические волокна.

Классификация оптичесских волокон Многомодовое Одномодовое Градиентное

Разные типы лучей в оптическом волокне

Числовая аппертура - NA

Типичные числовые значения

Оптические потери

Физические механизмы потерь

Примеси

Спектр потерь в кварцевом волокне

Формула Маркузе • R – радиус изгиба; А и В – параметры волокна

Моды распространения в волокне со ступенчатым профилем V – нормированная частота

Распределения поля в различных модах

Многомодовый - одномодовый Одномодовое оптическое волокно

Многомодовое оптическое волокно со ступенчатым показателем преломления Многомодовое оптическое волокно с градиентным показателем преломления

Влияние оболочки

Изготовление волокна