światłowody - wstęp

1 Ś wiatłowody - wst ę p Dlaczego światłowód ? 1. Du e pasmo modulacyjne – nośna  ≈ 200 THz 2. Małe tłumienie – du y zasięg 3. Mały cię ar, małe wymiary 4. Izolacja elektryczna 5. Trudności w podsłuchu 6. Niska cena 2 n 1 n 2 Promień padający Promień odbity Promień załamany β γ δ Podstawy fizyczne  Prawa Snella - Descartesa β  =  γ n 1 · sin  β =  n2 · sin δ 3 Podstawy fizyczne – c.d.  Jeśli:     n 1   n2  , to dla δ → 90° istnieje β  =  β gr  ,  w tej sytuacji:  sin  β gr = n2 / n1 Dla kątów padania  β ≥ β gr  występuje tzw.  całkowite wewnętrzne odbicie od granicy  ośrodków 4 Parametry  ś wiatłowodu  Apertura numeryczna światłowodu n 1 n 2 β ϕ α 2 2 2 1 sin n n NA gr − = = α Zewnętrzny kąt padania  α gr  odpowiada  sytuacji, w której wewnątrz  ϕ = ϕ gr Płaszcz Rdzeń δ ϕ 5 Parametry  ś wiatłowodu  Apertura numeryczna światłowodu n 1 n 2 Dla zewnętrznych kątów padania  ψ  α gr ś wiatło będzie „wyciekało” z rdzenia,  tworząc tzw. mody płaszczowe. ψ Płaszcz Rdzeń 6 Rodzaje  ś wiatłowodów - systematyka  • planarne, włókniste • szklane, plastikowe • o skokowym, lub gradientowym profilu  współczynnika załamania  n • wielomodowe, jednomodowe • telekomunikacyjne, specjalne 7 Rodzaje  ś wiatłowodów - systematyka  Planarny Włóknisty rdzeń płaszcz podło e n x 1,5 1 Profil skokowy Profil gradientowy 8 Tory promienia w  ś wiatłowodzie skokowym  Promień główny – w jednej płaszczyźnie P P P P Promień skośny – w wielu płaszczyznach 9 Opis analityczny Propagację fali świetlnej w ośrodku  dielektrycznym opisują równania Maxwella: 0 ; ; = ⋅ ∂ ∂ ⋅ + = = ⋅ ∂ ∂ ⋅ − = → → → → → → → H div t E J H rot E div t H E rot µ ε ρ ε µ Ś wiatło jako fala elektromagnetyczna Z równań Maxwella w ośrodku dielektrycznym  mo na uzyskać równania falowe Helmholza: 2 2 2 2 2 2 ; t H H t E E δ δ ε µ δ δ ε µ → → → → ⋅ = ∇ ⋅ = ∇ Przykładowym rozwiązaniem tych równań jest  fala płaska rozchodząca się w kierunku  x : ( ) ( )       − =       − = x ft H t x H x ft E t x E λ π π λ π π 2 2 sin , ; 2

(…)

…
padających na granicę ośrodków z odbitymi,
wygasają.
Właściwości propagacyjne światłowodu
płaszcz
rdzeń
Drogi i czasy propagacji ró nych
„modów” ró nią się między sobą
Efekt ten nazywa się dyspersją modową !
Im wy szy „rząd” modu, tym dłu sza droga
i stąd czas propagacji przez światłowód.
17
Ile modów propaguje w światłowodzie ?
Określa się parametr konstrukcyjny zwany
częstotliwością znormalizowaną…
... zobacz całą notatkę