Оптоволокно. Введение
Что мы помним из курса школьной физики, раздел оптика? И 99 % читателей смогут вспомнить:
"Угол падения равен углу отражения".
А ведь это именно тот закон, на основе которого и построена вся оптическая система связи.
Но прежде чем перейти к описанию принципа передачи оптических сигналов, мы должны знать, что из себя представляет оптическое волокно. Оптическое волокно - это двухслойная цилиндрическая кварцевая нить, состоящая из сердцевины и оболочки, покрытая акрилатным лаком.
Оптическое волокно под микроскопом.
Видно, что, при цене деления 0,05 миллиметров, диаметр волокна с защитным покрытием составляет 0,25 мм. Для всех типов волокон, применяемых в линиях связи, будь то многомодовое или одномодовое волокно, диаметр оболочки будет равен 0,125 мм. Отличаются они только сердцевиной. Для одномодового волокна она будет равна 7-10 мкм (0,007-0,01 мм), для многомодового - от 50 мкм до 62,5 мкм. По своим геометрическим параметрам все виды волокон очень близки друг к другу, поэтому визуально их различить невозможно.
Сердцевина и оболочка волокна.
Важное отличие многомодовых и одномодовых волокон в том, что первые применяются в локальных сетях, а вторые и в локальных и в магистральных.
На приведенной ниже иллюстрации показано три возможных случая преломления света.
Иллюстрация из книги Г. Мальке/П. Гёссинг "Волоконно-оптические кабели".
Луч света 3 падает на границу раздела двух сред из оптически более плотной среды в оптически менее плотную среду (оптически плотной средой называется та, в которой скорость распространения света меньше) и, преломившись, будет распространяться дальше под другим углом. При увеличении угла падения до критического (луч 2), угол преломления станет равным 90 градусов. В этом случае луч будет распространяться вдоль границы раздела двух сред. Луч света 1, с углом падения больше критического полностью отразиться обратно в оптически более плотную среду с углом отражения, равным углу падения. Это явление и называется полное внутреннее отражение.
Такой вид отражения может происходить на поверхности раздела сред только тогда, когда луч света распространяется из оптически более плотной среды в оптически менее плотную среду, и никогда не происходить в обратном случае.
Данный эффект используется в оптическом волокне, где сердцевина имеет показатель преломления больше показателя преломления оболочки. Вот так и распространяется свет вдоль оптоволокна на большие расстояния.