Światłowód

Budowa światłowodu
Światłowód zbudowany jest ze specjalnego rodzaju szkła kwarcowego. Główną jego częścią jest rdzeń, który okrywa płaszcz i warstwa ochronna. Czasami rdzeń składa się z wielu włókien
Zasada działania
Zasada działania światłowodu polega na użyciu dwóch materiałów przewodzących światło o różnych współczynnikach załamania. Współczynnik załamania w rdzeniu jest nieco wyższy niż w płaszczu. Promień świetlny przemieszcza się cały czas w rdzeniu, ponieważ następuje całkowite wewnętrzne odbicie promień odbija się od płaszczyzny przejścia rdzenia do płaszcza. Wokół płaszcza znajduje się izolacja ochronna. Transmisja światłowodowa polega na przekazaniu wiązki światła, którego źródłem może być laser lub dioda LED. Po drugiej stronie światłowodu jest ona odbierana przez element światłoczuły np. fotodiodę. Aby zapewnić prawidłową i szybką transmisję, wiązka światła jest modulowana. Zapobiega to mogącym pojawiać się zniekształceniom sygnału.
Apertura numeryczna:
Apertura numeryczna NA (ang. Numerical Aperture) definiowana dla światłowodów jako sinus kąta stożka akceptacji, tzn. maksymalnego kąta w stosunku do osi rdzenia włókna, pod którym światło wprowadzone do światłowodu nie będzie z tego włókna uciekać (z powodu niezachowania warunku dla całkowitego wewnętrznego odbicia).
gdzie:
α - kąt wierzchołkowy stożka akceptacji
n1 - współczynnik załamania światła rdzenia światłowodu
n2 - współczynnik załamania światła płaszcza światłowodu
Przykładowe wartości apertury numerycznej i kąta akceptacji światłowodu
powietrze NA =1; α= 90°
światłowód kwarcowy wielomodowy skokowy NA =0,242; α= 14°
światłowód kwarcowy gradientowy NA =0,208; α= 12°
światłowód jednomodowy NA =0,11; α= 6,5°
Im większa apertura numeryczna, tym większą część światła można wprowadzić do wnętrza światłowodu (włókno wykazuje większą przydatność jako światłowód wielomodowy).
Pojęcia kąt akceptacji i apertura numeryczna nie są stosowane w przypadku światłowodów jednomodowych, gdyż wiązka świetlna jest bardzo wąska i jest prowadzona centralnie wzdłuż osi włókna.
Dyspersja modowa
Większa ilość modów oznacza większą podatność na rozmycie przebiegającego przez światłowód pakietu falowego (odpowiadającego transmitowanemu sygnałowi) przy dużych odległościach. Rozmycie to, zwane dyspersją modową, spowodowane jest różnicami prędkości rozchodzenia się poszczególnych modów, w wyniku czego części sygnału (np. impulsu) związane z różnymi modami docierają do odbiornika w różnym czasie. Ogranicza to prędkość lub zasięg transmisji, gdyż za sprawą wspomnianych opóźnień, zbyt szybko powtarzane impulsy mogą na siebie zachodzić. W światłowodach wielomodowych zasięg transmisji, bez dodatkowych urządzeń przetwarzających i wzmacniających sygnał, ograniczony jest przez to do ok. 3000 metrów. W światłowodzie jednomodowym może biec tylko jeden mod - są to światłowody o wartości znormalizowanej częstotliwości V mniejszej od około 2,405. Powyżej tej wartości, światłowód jest wielomodowy. W światłowodach jednomodowych dyspersja modowa nie występuje, dzięki czemu szczególnie nadają się one do transmisji sygnałów telekomunikacyjnych na duże odległości.
... zobacz całą notatkę