|
А.И.Андреев, С.В.Мухин, В.В.Некрасов, В.А.Никитенко, А.В.Пауткина
Модульная многофункциональная оптоволоконная спектрометрическая система
Часть I
Устройство и принципы эксплуатации аппаратуры
1.8. Волоконная оптика - фибероптика
Модульная многофункциональная система Avantes, изучаемая в лабораторном практикуме, базируется на оптоволоконных линиях связи. В целом световод (светопровод) представляет собой закрытое устройство для направленной передачи (канализации) света. Переход к световоду позволяет значительно уменьшить потери энергии при её передаче на большие расстояния, а также передавать световую энергию по криволинейным трассам.
В настоящее время доминируют волоконные световоды, а раздел оптики, изучающий распространение оптического излучения по волоконным световодам (ВС) и сопутствующие этому процессу явления, получил название волоконная оптика.
Простейшая схема волоконного световода показана на рис. 1.8.1. Он представляет собой длинную гибкую нить, сердцевина которой изготовлена из высокопрозрачного диэлектрика (например, кварцевого стекла) с показателем преломления  и окружена оболочкой с показателем преломления  <.
Рис. 1.8.1 Траектория лучей в многомодовом световоде
со ступенчатым профилем показателя преломления
Распространение света в волоконном световоде вызвано его полным внутренним отражением на границе сердцевина-оболочка. Лучи, распространяющиеся под достаточно малыми углами к оси световода  ( - критический угол), испытывают полное внутреннее отражение, приводя к зигзагообразному распространению света вдоль световода. При этом угол падения луча на торец световода составляет  , а  . Если угол  > (пунктирная линия на рис. 1.8.1), то лучи, падающие на границу сердцевина-оболочка, частично отражаясь от неё, преломляются в оболочку и поглощаются внешним покрытием.
В целом, основными причинами световых потерь в оптоволокне являются: отражение света на торцах, поглощение и рассеяние в сердцевине, а также потери при внутренних отражениях. При передаче по волоконным световодам оптических импульсов скорость передачи информации ограничена их уширением за счёт дисперсии, поэтому в последнее время особое внимание уделяют солитонным линиям связи.
Характер распространения света по волоконным световодам зависит от диаметра волокна и профиля показателя преломления по сечению сердцевины. Например, для определённой длины волны светового излучения число типов колебаний (мод), распространяющихся по волоконным световодам, пропорционально квадрату диаметра сердцевины  и разности показателей преломления сердцевины и оболочки  (рис. 1.8.2).
Рис. 1.8.2 Поперечное сечение и профиль показателя преломления по сечению
для световодов: а – многомодовых ступенчатых;
б – одномодовых; в – многомодовых градиентных
Уменьшая эти параметры, можно добиться одномодового режима передачи светового сигнала. В одномодовом волокне диаметр  5÷10 мкм,  - десятые доли процента, в многомодовом - десятки и сотни микрон, (1÷3)%.
Волокна с плавным изменением показателя преломления сердцевины называются градиентными, рис. 1.8.2. В последнее время стали популярными регулярные световодные жгуты, способные передавать на большие расстояния не только световую энергию, но и целое изображение.
Контрольные вопросы
1. На чём основана работа волоконных световодов?
2. Нарисуйте простейшую схему волоконного световода.
3. Что представляет собой ступенчатый и градиентный волоконный световод?
4. Каковы основные причины световых потерь в оптоволокне?
5. Что такое одномодовый и многомодовый режим работы световода?
6. Как можно перейти к одномодовому режиму работы световода?
|
ATP/ATR СПЕКТРОМЕТР 
О КОМПАНИИ