Физические основы волоконной оптики. Волошина Т.В - 6 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ВГУ | Воронеж

Составители: 

Рубрика: 

6
п
о
к
р
ы
т
и
е
п
о
к
р
ы
т
и
е
о
б
о
л
о
ч
к
а
(
n
2
)
о
б
о
л
о
ч
к
а
(
n
2
)
с
е
р
д
е
ч
н
и
к
(
n
1
)
с
е
р
д
е
ч
н
и
к
(
n
1
)
а) б)
Рис.1. Одномодовое (а) и многомодовое (б) оптические волокна.
Распространение света по волоконному световоду обусловлено полным
внутренним отражением света на границе сердцевина – оболочка. Для полного
внутреннего отражения света, входящего в волокно под углом ϑ , необходимо,
чтобы выполнялось условие
0
2
2
≤≤−
=ϑϑarcsinn
1
2
max
n (15)
Рис.2. Типовая структура оптического волокна и распространение света в нем .
Поскольку разница между показателями преломления в сердечнике и оболочке
порядка 0.01, то величину ϑ
max
можно представить следующим образом :
ϑ
max
≈−nn
1
2
2
2
(16)
Это максимально возможный угол , под которым свет может поступать в
оптическое волокно. Называется такой угол числовой апертурой и
обозначается NA (Numerical Aperture).
При рассмотрении оптических волокон вместо разности n
1
и n
2
чаще
всего используется величина, называемая относительной разностью
коэффициентов преломления ∆
1
21
2
1
2
2
2
1
2
n
nn
n
nn −
≈
−
=∆ (17)
ϑ
ϕ
пок
р
ытие
се
р
дечник (n
1
)
оболочка (n
2
)
n
1
n
2
n
3
2a
2
b
                                                   6
                           покрытие                           покрытие

                   оболочка                         оболочка
                   (n 2)                            (n 2)




                   сердечник
                                                   сердечник
                   (n 1)
                                                   (n 1)

                              а)                                  б)

              Ри с.1. Одн омодовое(а) и мн огомодовое(б) оп т и чески евол окн а.

      Расп ространение св ета п ов олоконномусв етов од уобуслов леноп олны м
в нутренним отражением св етанаг      ранице серд цев ина – оболочка. Д ля п олног
                                                                                 о
в нутреннег  оотражения св ета, в х од ящ ег
                                           ов в олокноп од уг  лом ϑ, необх од имо,
чтобы в ы п олнялосьуслов ие
                           0 ≤ ϑ ≤ arcsin  n12 − n 22  = ϑ max                                     (15)
                                                        
                                   оболочка (n2)
                  сердечник (n 1)

                       ϕ
         ϑ                                                               n1
                                                                   n2
                                                                   n3
                                                                                        2a
                        покрытие
                                                                                        2b


     Ри с.2. Ти п оваяст р укт ур а оп т и ческого вол окн а и р асп р ост р ан ен и есвет а в н ем.

П осколькуразницамежд уп оказателями п реломления в серд ечнике и оболочке
п оряд ка0.01, тов еличинуϑmax можноп ред став итьслед ую щ им образом:
                                      ϑ max ≈ n12 − n 22                  (16)
Э то максимально в озможны й уг   ол, п од которы м св ет может п оступ ать в
оп тическое в олокно. Н азы в ается такой уг   ол чи словой апе ртурой и
обозначается NA (Numerical Aperture).
      П ри рассмотрении оп тических в олокон в место разности n1 и n2 чащ е
в сего исп ользуется в еличина, назы в аемая относительной         разностью
коэффициентов п реломления ∆
                                         n12 − n22 n1 − n2
                                      ∆=          ≈                                                    (17)
                                            2n12      n1

Страницы