Полное внутреннее отражение в ВОЛС
Явление полного внутреннего отражения, основные законы геометрической оптики. Сущность полного внутреннего отражения. Волновые уравнения с точки зрения уравнений Максвелла. Эффект полного отражения в волоконно-оптических линиях связи, оптическая мода.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 18.12.2019 |
| Размер файла | 5,6 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Минобрнауки России
Юго-Западный государственный университет
Кафедра космического приборостроения и систем связи
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине «Физические основы оптических систем связи»
на тему «Полное внутреннее отражение в ВОЛС»
Специальность 10.05.02 Информационная безопасность телекоммуникационных систем
Ф.Г. Амелин
Курск 2019 г.
Содержание
- Введение
- 1. Описание эффекта полного внутреннего отражения
- 1.1 Явление полного внутреннего отражения
- 1.2 Основные законы геометрической оптики
- 1.3 Сущность процесса полного внутреннего отражения
- 2. Волновые уравнения с точки зрения уравнений Максвелла
- 3. Эффект полного отражения в волоконно-оптических линиях связи
- 4. Оптическая мода
- Заключение
- Список используемой литературы
Введение
Тема оптоволоконной линии связи является актуальной на данный момент времени, так как число людей на планете растет, и потребности в улучшении жизни также увеличиваются.
С развитием интернета, стало необходимым увеличить скорость доступа к данным, и скорость передачу данных. Это стало возможным благодаря использованию новых видов связи, таких как оптическое волокно. Скорость передачи информации по оптоволокну очень велика. Плюс, низкие потери при передаче сигнала позволяют прокладывать значительные по дальности участки кабеля без установки дополнительного оборудования. Оптоволокно имеет хорошую помехозащищенность, легкость прокладки и долгие сроки работы кабеля практически в любых условиях.
При создании теоретической базы курсовой работы использовались положения и выводы российскихфизиков: А.Б. Иванов, Д.В. Иоргачев, Н.А. Рыбаков, А.П. Рыбаков,И.В. Савельев, О.К. Скляров, А.Б. Семенов, С.К. Стрижаков, И.Р. Сунчелей, А.П. Сухоруков, Т.И. Трофимова и др.
Целью работы является рассмотрение явления полного внутреннего отражения и его использованя в волоконно-оптических линиях связи.
Курсовая работа предусматривает решение следующих проблем:
- познакомится с явлением полного внутреннего отражения;
- рассмотреть основные законы геометрической оптики;
- рассмотреть волоконно-оптические линии связи и оптическое волокно.
1. Описание эффекта полного внутреннего отражения
1.1 Явление полного внутреннего отражения
Внутреннее отражение -- явление отражения электромагнитных или звуковых волн от границы раздела двух сред при условии, что волна падает из среды, где скорость ее распространения меньше (в случае световых лучей это соответствует большему показателю преломления). Различают неполное и полное внутреннее отражение.
Неполное внутреннее отражение -- внутреннее отражение, при условии, что угол падения меньше критического угла. В этом случае луч раздваивается на преломлённый и отражённый.
Полное внутреннее отражение -- внутреннее отражение, при условии, что угол падения превосходит некоторый критический угол. При этом падающая волна отражается полностью, и значение коэффициента отражения превосходит его самые большие значения для полированных поверхностей. Коэффициент отражения при полном внутреннем отражении не зависит от длины волны. внутреннее отражение оптика максвелл
В оптике это явление наблюдается для широкого спектра электромагнитного излучения, включая рентгеновский диапазон.
В геометрической оптике явление объясняется в рамках закона Снелла. Учитывая, что угол преломления не может превышать 90°, получаем, что при угле падения, синус которого больше отношения меньшего коэффициента преломления к большему коэффициенту, электромагнитная волна должна полностью отражаться в первую среду.
В соответствии с волновой теорией явления, электромагнитная волна всё же проникает во вторую среду -- там распространяется так называемая «неоднородная волна», которая экспоненциально затухает и энергию с собой не уносит. Характерная глубина проникновения неоднородной волны во вторую среду порядка длины волны [1].
Рисунок 1 - Преломление лучей на границе раздела двух сред
Закон преломления (рисунок 1) гласит, что sinш = sinц/n. Если n < 1, то согласно этому, соотношению, возможно такое значение угла падения ц, при котором sinш> 1, что не имеет смысла. Подобный случай имеет место, когда свет идет из более преломляющей среды в среду менее преломляющую (например, из стекла в воздух). Угол ц, соответствующий условию sinц = n, принято называть критическим или предельным. При этих условиях весь свет полностью отражается обратно в первую среду, в соответствии с чем, явление носит название полного внутреннего отражения. Поскольку, при этом условии угол ш не имеет смысла, мы не можем интерпретировать для данного случая, и формулы Френеля, ибо в них непосредственно входит угол ш.
Благодаря явлению полного внутреннего отражения свет не может выйти через боковую поверхность и следует вдоль струи, которая уподобляется, таким образом, изогнутому светопроводу [2].
Явление ПВО широко используется в оптической технике благодаря тому, что при ПВО отражается 100% энергии, то есть потерь энергии нет. Таким образом, ПВО позволяет решить задачу полного отражения света: в зависимости от угла падения луч или почти полностью проходит, или почти полностью отражается [3].
1.2 Основные законы геометрической оптики
Закон прямолинейного распространения света: в оптически однородной среде свет распространяется прямолинейно. Опытным доказательством этого закона могут служить резкие тени, отбрасываемые непрозрачными телами при освещении светом источника достаточно малых размеров («точечный источник»). Другим доказательством может служить известный опыт по прохождению света далекого источника сквозь небольшое отверстие, в результате чего образуется узкий световой пучок. Этот опыт приводит к представлению о световом луче как о геометрической линии, вдоль которой распространяется свет. Следует отметить, что закон прямолинейного распространения света нарушается и понятие светового луча утрачивает смысл, если свет проходит через малые отверстия, размеры которых сравнимы с длиной волны.
На границе раздела двух прозрачных сред свет может частично отразиться так, что часть световой энергии будет распространяться после отражения по новому направлению, а часть пройдет через границу и продолжит распространяться во второй среде.
Закон отражения света (рисунок 2): падающий и отраженный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости (плоскость падения). Угол отражения г равен углу падения б.
Рисунок 2 - Отражение света
Закон преломления света (рисунок 3): луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр к поверхности раздела, восстановленный из точки падения луча, лежат в одной плоскости - плоскости падения. Отношение синуса угла падения к синусу угла отражения равно отношению скоростей света в обеих средах.
Рисунок 3 - Преломление света
(1)
Где в выражении 1, n21 - относительный показатель преломления второй среды относительно первой среды.
Если вещество 1 - пустота, вакуум, то ??12 > n2 - абсолютный показатель преломления вещества 2. Можно легко показать, что ??12 = ??2 /??1, в этом равенстве слева относительный показатель преломления двух веществ (например, 1 - воздух, 2 - стекло), а справа - отношение их абсолютных показателей преломления.
Закон обратимости света (рисунок 4) (его можно вывести из закона преломления света). Если направить свет в обратном направлении, он пройдёт по тому же пути. Следует, что если ??2>??1 , то ????????1>????????2. Пусть теперь у нас ??2 <??1 , то есть свет из стекла, например, выходит в воздух, и мы постепенно увеличиваем угол ??1. Тогда можно понять, что при достижении некоторого значения этого угла (??1)пр окажется, что угол ??2окажется равным р /2 (луч 5). Тогда ????????2= 1 и ??1sin ( ??1)пр= n2 . Итак sin ( ??1)пр= ??2/??1. (??1)пр- предельный угол, свет во вторую среду вообще не выходит. Это явление называется явлением полного внутреннего отражения (рисунок 4).
Рисунок 4 - Закон обратимости света
Явлением полного внутреннего отражения объясняется такое наблюдаемое явление, как миражи. Миражи возникают в условиях сильного нагрева солнечным излучением, например, песчаной почвы в пустыне. При этом возле поверхности создаётся слой нагретого воздуха, плотность которого ниже плотности вышележащих слоёв. Коэффициенты преломления света в этих слоях различны, что и приводит к наблюдаемому явлению. Заметим, что такими же причинами объясняется часто наблюдаемое в жаркую погоду явление, когда нагретая поверхность асфальтовой дороги кажется издали словно политой водой и отражает отдалённые предметы [4].
1.3 Сущность процесса полного внутреннего отражения
Понимание процесса распространения света в волноводе требует знания классической теории электромагнитных волн. В 1864 г. Джеймс Максвелл убедительно доказал, что свет имеет электромагнитную природу. Всем известные уравнения Максвелла могут быть использованы для анализа физического явления, которое возникает, когда волна пересекает границу между двумя различными диэлектрическими материалами. Это имеет большое значение для оптических волокон, поскольку волокно должно иметь диэлектрическую внешнюю оболочку для своей защиты и поддержки.
Рисунок 5 иллюстрирует волну, распространяющуюся со скоростью ??1 в первой среде(n1) и со скоростью ??2 - во второй(n2).
Рисунок 5 - Прохождение световой волны через границу двух сред
Преломление света на границе двух сред в рамках геометрической оптике объясняется законом Снеллиуса (выражение 1):
(2)
В соответствии волновой теорией, электромагнитная волна всё же проникает во вторую среду - там распространяется так называемая неоднородная волна, которая экспоненциально затухает и энергию с собой не уносит.
Если угол падения б увеличивается, то при определённом его значении преломлённый луч полностью исчезает (г=90°). Такое особенное значение б называется критическим углом скольжения (выражение 2):
(3)
Если мы хотим, чтобы волна распространялась в оптическом волокне без потерь, то угол падения на стенки б должен быть достаточно велик для осуществления полного внутреннего отражения.
При углах падения, больших критического, преломлённый световой поток отсутствует (в идеализированном случае), поверхность раздела приобретает свойства зеркала - вся переносимая лучом энергия остаётся в отражённом потоке. Это явление и есть эффект внутреннего отражения.
Требование, чтобы световые волны отражались внутри сердцевины волокна под углом, большим критического, накладывает свои условия на входящий и исходящий свет на концах волокна, что отражено на рисунке 6.
Рисунок 6 - Числовая апертура
При расчёте характеристик реального распространения света в оптоволокне, используется величина числовой апертуры NA (формула 4).
(4)
NA - важный технологический параметр, т.к., чем больше NA, тем лучше свет вводится в оптоволокно.
Числовая апертура становится по мере того, как значение n2 приближается к n1. В промышленных волокнах разность д между n1 и n2 составляет около 1%. Увеличивать д нежелательно вследствие возрастания межмодовой дисперсии, что будет рассмотрено позже.
Чтобы свет распространялся вдоль оптического волокна, он должен входить в пределах конуса с половинным углом и при вершине, как показано на рисунке 6. Его иногда называют конусом приёма. Кроме того, поскольку в геометрической оптике ход лучей обратим, на выходном конце волокна должен существовать аналогичный конус, внутри которого сосредоточен выходящий свет.
Рисунок 7 - Расположение источника света и фотодетектора
В дополнение, излучающая площадка источника света должна быть меньше, чем площадь поперечного сечения волокна и быть расположена вплотную к его концу. [5].
1.4Смещение в полном внутреннем отражении
Рассмотрим случай, когда коэффициент отражения по своей абсолютной величине в интересующей нас области углов меняется несущественно или остаётся вообще постоянным (как, например, в случае полного внутреннего отражения).
При отражении пучок смещается вдоль границы на величину:
(5)
где Д - собой смещение ограниченного пучка.
Согласно формуле 5 нужно ожидать, что смещение пучка при отражении будет наиболее значительным в тех случаях, когда фаза коэффициента отражения быстро меняется с углом. Одним из таких случаев является случай падения пучка на границу под углом, неткoлькo превышающим граничный угол полного внутреннего отражения. Действительно, согласно известным формулам Френеля, коэффициент отражения электромагнитной волны от границы раздела двух сред можно записать в виде
Значки ?? и ? относятся к случаям, когда вектор электрического поля.Енаправлен соответственно перпендикулярно и параллельно плоскости падения.
При n<1 и sin??>n (случай полного внутреннего отражения) входящий в выражения (5) корень должен быть записан в виде
Нетрудно видеть, что вблизи угла полного внутреннего отражения ??? и ??? являются весьма быстро меняющимися функциями угла ??. Следовательно, в этом случае нужно ожидать заметного смещения пучка.
Согласно (4) получаем для смещения пучка, если его осевая линия составляет угол ??0 с нормалью к границе (????????0>??),
Аналогично, если вектор, электрического поля лежит в плоскости падения волны, то
В этих формулах л -- длина волны в среде, из которой падает волна. Из формул (8) и (9) видно, как и можно было ожидать, что· смещение пучка увеличивается при приближении его угла падения к граничному углу полного внутреннего отражения.
При каждом отражении согласно формулам (8) и (7) смещение может по своей величине достигать многих длин волн, чтобы сделать его хорошо заметным, пришлось прибегнуть к многократным отражениям. При этом смещение умножалось в число раз, равное числу отражений. Опыты полностью подтвердили теоретические данные[9].
2. Волновые уравнения с точки зрения уравнений Максвелла
Распространение электромагнитного поля в пространстве - это волновой процесс, описание которого можно получить из уравнений Максвелла. Уравнения Максвелла описывают свойства электромагнитных волн в наиболее общем случае, но их непосредственное использование не всегда удобно. Поэтому для случая линейных и однородных сред можно получить более простые волновые уравнения, из которых следуют все законы геометрической оптики.
В оптике часто рассматривают изменение электрического и магнитного полей независимо друг от друга, и тогда векторный характер поля не является существенным, а электромагнитное поле можно рассматривать и описывать как скалярное (подобно звуковому полю). Скалярная теория значительно проще векторной, и вместе с тем дает возможность достаточно глубоко анализировать распространение световых пучков и процессы образования изображения в оптических системах. В геометрической оптике скалярная теория широко используется именно благодаря тому, что электрическое и магнитное поля в этом случае могут быть описаны независимо друг от друга, а волновые уравнения одинаковы для векторного и скалярного полей.
Рассмотрим вывод волновых уравнений непосредственно из уравнений Максвелла. Возьмем уравнение для ротора электрического поля, определяемого через производную по времени от магнитной индукции (10):
(10)
гдеЕ - напряжённость электрического поля,H - напряжённость магнитного поля,B - магнитная индукция,м - магнитная проницаемость,? - дифференциальный оператор набла.
Векторно домножим уравнение 10 на:
(11)
(12)
Воспользовавшись выражением (11), получим:
(13)
Так как дивергенция электрического поля в диэлектрической среде ?•D=0, то в однородной среде ?•E=0, что следует из уравнений Максвелла. Тогда получим волновое уравнение (уравнение 14) для электрической составляющей поля:
(14)
Поскольку , одно векторное уравнение распадается на три скалярных уравнения (уравнение 15):
Рассуждая аналогичным образом, можно получить волновое уравнение для магнитной составляющей поля (уравнение 16):
(16)
Поскольку , одно векторное уравнение распадается на три скалярных уравнения (уравнение 17):
Из уравнений Максвелла следует, что каждая из составляющих Ex, Ey, Ez вектора E подчиняется абсолютно одному и тому же скалярному уравнению. Поэтому, в случае, если требуется знать изменение только какой-нибудь одной из составляющих вектора E, мы можем рассматривать векторное поле как скалярное. Перед тем, как окончательно перейти к скалярной теории, следует заметить, что составляющие вектора E не являются независимыми функциями, что вытекает из условия вышеупомянутого условия?•E=0.
Поэтому, хотя скалярныеволновые уравнения являются следствием уравнений Максвелла, исходя из всего вышесказанного, обратно перейти от них к уравнениям Максвелла не представляется возможным.
Пусть скалярная величина V - это любая из составляющих электрического вектора: (Ex, Ey или Ez). Иными словами, это возмущение поля в какой-то точке пространства в какой-то момент времени V(x,y,z,t).
Тогда можно записать волновое уравнение (18) в общем виде:
(18)
где ?2V - вторая производная возмущения по пространственным координатам, ?2V/?t2 - вторая производная возмущения по времени.
Смысл этого уравнения заключается в том, что волна образуется именно в тот момент, когда у некоторого возмущения вторая производная по пространственным координатам пропорциональна второй производной по времени.
Можно показать, что скорость распространения волны для диэлектриков связана с электрической и магнитной проницаемостями среды следующим образом формула (19):
(19)
Следовательно, скорость распространения волны в пространстве определяется как формула (20):
(20)
Тогда общий вид волнового уравнения можно записать следующим образом:
(21)
Отношение скорости света в вакууме к скорости света в среде называется показателем преломления данной среды по отношению к вакууму (22) [6]:
(22)
где с - скорость распространения электромагнитного излучения в вакууме, е0- электрическая постоянная в вакууме, м0 - магнитная постоянная в вакууме, е - электрическая проницаемость, м - магнитная проницаемость.
3. Эффект полного отражения в волоконно-оптических линиях связи
Волоконно-оптическая линия связи (ВОЛС) - линия связывающая две электрические цепипутем перенесения информации с использованием светового сигнала внутри оптическоговолокна (тонкой стеклянной или пластиковой нити) Принцип работы оптического волокнаоснован на эффекте полного внутреннего отражения. Входной сигнал модулируетисточник светового излучения, а для обратного преобразования света в электрическийсигнал используют фотоприемники. Таким образом, ВОЛС включает следующиеосновные компоненты:
1) передатчик;
2) кабель на базе оптического волокна;
3) приемник;
4) соединители (коннекторы).
Для более сложных линий и коммуникационных сетей используются дополнительныеэлементы, такие как разветвители, мультиплексоры и распределительные устройства.
Наиболее ярко видно использования явления полного отражения на примереоптоволоконного кабеля. [4]
Оптическое волокно состоит из центральной части (ядро) и окружающей оптическойоболочки, имеющей меньший показатель преломления. Распространяясь по ядру лучисвета не выходят за его пределы, испытывая отражение на границе раздела ядро -оболочка. Свет, падающий на границу под углом, меньше критического, будет проникатьв оптическую оболочку, и оптическая оболочка не предназначена для переноса света.
Также волокна имеют дополнительное защитное покрытие. Волокна сами по себе имеютчрезвычайно малый диаметр. Свет заводится внутрь волокна под углом, большекритического, к границе «ядро/оптическая оболочка», и испытывает полное внутреннееотражение на этой границе. Поскольку углы падения и отражения совпадают, то свет и вдальнейшем будет отражаться от границы. Таким образом, луч света будет зигзагообразно двигаться вдоль волокна.[4-5]
Рисунок 8 - Зависимость скорости передачи по ВОЛС от ее протяженности
Выражение полосы пропускания через одномодовую дисперсию является сложным, его приблизительная оценка определяется соотношением 23:
(23)
где: Disp - дисперсия на рабочей длине волны в сек на нанометр и на километр; SW -ширина спектра источника в нм; L - длина волокна в км.
Затухание - это потеря оптической энергии по мере движения света по волокну, измеряется в децибелах на километр. Затухание зависит от длины волны. Существуютокна прозрачности, в которых свет распространяется вдоль волокна с малым затуханием.Следовательно, при работе источника света в этих диапазонах потери при передаче вволокне будут минимальны. На рисунке 9а представлена типичная кривая затухания длямногомодового волокна с низкими потерями. Рисунок 9б представляет ту же кривую дляодномодового волокна.
Рисунок 9 - Кривая затухания длямногомодового (а) и одномодового (б) волокна с низкими потерями
Важнейшей особенностью затухания в оптическом волокне является его независимость от частоты модуляций внутри полосы пропускания. Затуханиев волокне определяется тремя эффектами: рассеянием, поглощением и наличиеммикроизгибов. На рисунке 10 показано, что вариации границы могут приводить к отражениюмод высокого порядка под углами, не допускающими дальнейших отражений.
Рисунок 10 - Отражение мод высокого порядка из-за микроизгиба в оптическом волокне
Численная апертура (NA) - определяет способность волокна собирать лучи. NA зависит от свойств материалов волокна и определяется показателями преломления ядра и оптическойоболочки
(24)
NA волокна указывает на то, как свет вводится в волокно и распространяется по нему. Волокно с большим значением NA (т.е. подразумевает большееколичество возможных световых траекторий) хорошо принимает свет, в то время, как вволокно с малым значением NA (волокна с широкой полосой пропускания) можно ввеститолько узконаправленный пучок света.
Также можно определить величину углов, при которых свет распространяется вдоль волокна. Эти углы образуют конус, называемый входным конусом, представленный на рисунке 11, угловой растр которогоопределяет максимальный угол ввода света в волокно.
Рисунок 11 - Входной конус оптического волокна
Источник и приемник также имеют свои апертуры:
NAист источника определяет угловую апертуру входного света.
NAдет детектора определяет рабочий диапазон углов для приемника.
Очень важно выполнить условие: NAист = NAдет. Рассогласование NA приводит к дополнительным потерям при передаче света от устройства с меньшим значением NA кустройству с большим значением.
На эффекте полного внутреннего отражения построены современные оптические линии связи, как волоконные структуры, так и интегральные структуры. Эффект полноговнутреннего отражения может быть использован для канализации других типов волновыхпроцессов, например, передачи акустических сигналов.
4. Оптическая мода
Оптические лучи внутри волокна распространяются многократно, испытывая полное отражение. Но распространение этих лучей возможно лишь в том случае, когда они проходят под определенными углами. Подобное распространение луча характеризуется модой, которая определяется типом распределения электромагнитного поля.
Чтобы лучше разобраться в понятии «мода», следует обратить внимание на ее взаимосвязь с оптическими лучами и рассмотреть распространение оптических лучей в пластинчатом волноводе.
Рисунок 12 - Соответствие между световым лучом и модой
Распространяющаяся световая волна является горизонтально поляризованной и имеет относительно оси волновода наклон ш. Отсюда волновой фронт (поверхность одинаковых фаз) перпендикулярен направлению света. На рисунке 12 сплошной линией обозначена фазовая поверхность с положительным электрическим полем, а штриховой линией -- с отрицательным полем. Если считать, что горизонтально поляризованная волна в вакууме имеет длину ??, то в сердечнике с коэффициентом преломления ??1 длина волны уменьшается до ??/??1, а постояннаяволны ????1, наоборот, увеличивается, причем постоянная распространения вдоль оси в=kn1cosш.
Перед тем как приступить к рассмотрению понятия моды, необходимо разобраться в явлении интерференции, которое связано с фазовым сдвигом света в результате полного отражения. Если полное отражение света, падающего в точку А (рисунок 12), рассматривать более подробно в соответствии с теорией электромагнитных волн, то выясняется, что незначительная часть энергии этого света все-таки проникает в оболочку. Поэтому свет отражается уже от точки В, чуть сдвинутой относительно точки А вдоль горизонтальной оси. При этом фаза отраженной волны также изменяется на некоторую величину ш, зависимую от угла падения светового луча. Подобный сдвиг отраженной волны и изменение ее фазы называется сдвигом Гооса -- Генхеиа.
На рисунке 12 несколько упрощенно показаны условия распространения основной моды. В центральной части сердечника интенсивность электрического поля увеличивается и достигает максимума вследствие сложения положительных (или отрицательных) фазовых фронтов световых лучей. И, наоборот, вблизи границы сердечник -- оболочка положительный и отрицательные фазовые фронты взаимно компенсируются и электрическое поле стремится к нулю. При таких условиях распределение электрического поля света вдоль вертикальной оси представляет собой стоячую волну. Это распределение многократно повторяется вдоль горизонтальной оси с периодом лр=2р/в. Вышеизложенная форма распространения и называется модой. Для возникновения стоячей волны необходимо, чтобы при зеркальном отражении светового луча вверх и вниз сумма изменений фазы по вертикали в ходе продвижения волны за период отражения и вследствие сдвига Гооса--Генхена была бы кратной 2р. Таким образом, для формирования моды угол распространения светового луча неможет быть произвольным, и только световые лучи, имеющие тот или иной угол, удовлетворяющий вышеуказанным условиям, могут распространяться.
При описании характеристик оптических волокон одним из важных параметров является нормированная частота. По ее значению судят о том, насколько много мод может распространяться в оптическом волокне. Нормированная частота обозначается х и вычисляется по формуле 26:
(26)
Для описанных ниже оптических волокон со ступенчатым изменением коэффициента преломления значение х=????=2,405 является граничным (???? -- нормированная частота среза), т.е. если действительное значение х волокна хотя бы немного меньше, распространяется одна мода, а если больше,-- распространяется множество мод[7]. Величина ???? определяет условие существования в оптическом волокне одной моды, или условие границы среза мод более высоких порядков, поэтому и называется нормированной частотой среза.
Величина называется длиной волны среза; оптические волокна в области с длиной волны, большей лс, работают в одномодовом режиме.
Заключение
В данной курсовой работе было рассмотрено явление полного внутреннего отраженияв волоконно-оптических линиях связи. Явление внутреннего отражения - это явление отражения электромагнитных волн от границы раздела двух прозрачных сред при условии, что волна падает из среды с большим показателем преломления.
Полное внутреннее отражение - внутреннее отражение, при условии, что угол падения превосходит некоторый критический угол. При этом падающая волна отражается полностью, и значение коэффициента отражения превосходит его самые большие значения для полированных поверхностей.
Этот оптический феномен наблюдается для лучей широкого спектра электромагнитного излучения включая и спектр Рентгеновских лучей.
Также рассматриваются основные законы геометрической оптики, такие как: закон прямолинейного распространения света, закон отражения света, закон преломления света, закон обратимости света. Явлением полного внутреннего отражения объясняется такое наблюдаемое явление, как миражи.
Волоконно-оптическая линия связи (ВОЛС) - линия связывающая две электрические цепи путем перенесения информации с использованием светового сигнала внутри оптическоговолокна (тонкой стеклянной или пластиковой нити) Принцип работы оптического волокнаоснован на эффекте полного внутреннего отражения.Оптическое волокно представляет собой волновод. Была рассмотрена его структура и оптическая мода. Входной сигнал модулируетисточник светового излучения, а для обратного преобразования света в электрическийсигнал используют фотоприемники.
Список используемой литературы
1. Иванов, А.Б. Волоконная оптика. [Текст] / А.Б. Иванов // М.: Компания Сайрус Системе, 2009. - 664 с.
2. Иоргачев, Д.В. Волоконно-оптические кабели и линии связи. [Текст] / Д.В. Иоргачев // М.: ЭКО- ТРЕНДЗ, 2010. - 284 с.
3. Рыбаков, Н.А. Моделирование процесса распространения электромагнитных волн по оптическому волокну [Текст]: Учеб.пособие / Н.А. Рыбаков, А.П. Рыбаков. - Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2011. - 68 с.
4. Савельев, И.В. Курс общей физики: в 5 кн.: Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц. Кн. 5: учебное пособие для втузов. [Текст] / И.В. Савельев // М.: АСТ: Астрель, 2008. - 368 с.
5. Скляров, О.К. - Волоконно-оптические сети и системы связи. [Текст] / О.К. Скляров // Издательство «Лань», 2010. -- 272 с.:
6. Стрижаков, С.К. Структурированные кабельные системы. [Текст] / А.Б. Семенов, С.К. Стрижаков, И.Р. Сунчелей // М.: компания АйТи; ДМК Пресс, 2009. - 640 с.
7. Сухоруков А.П. Явление полного внутреннего отражения света в линейных и нелинейных средах [Электронный ресурс] / А.П. Сухоруков // Режим доступа:http://photonics.phys.msu.ru/Materials/SukhorukovRefl.pdf (дата обращения 17.11.2019).
8. Трофимова, Т.И. Курс физики: учеб.пособие для вузов. - Изд. 9-е, перераб. и доп. [Текст] / Т.И. Трофимова // - М.: Издательский центр «Академия», 2008. - 560 с.
9. Явление полного внутреннего отражения света и его применение. [Электронный ресурс] / Режим доступа: https://spravochnick.ru/fizika/optika/yavlenie_polnogo_vnutrennego_otrazheniya_sveta_i_ego_primenenie/ (дата обращения 11.11.2019).
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Принцип работы оптического волокна, основанный на эффекте полного внутреннего отражения. Преимущества волоконно-оптических линий связи (ВОЛС), области их применения. Оптические волокна, используемые для построения ВОЛС, технология их изготовления.
реферат [195,9 K], добавлен 26.03.2019Составление m-файла, позволяющего вычислять модули и фазы коэффициентов отражения от границы раздела при произвольных параметрах границы сред. Общая характеристика полного внутреннего отражения. Особенности зависимостей при отражении от частоты сигнала.
контрольная работа [528,3 K], добавлен 24.01.2011Физика явления полного внутреннего отражения. Принцип формирования канала утечки. Места усиления действия акустических волн на волоконно-оптических сетях. Методы регистрации утечки. Оценка защищенности от утечки. Оптический рефлектометр "FOD-7003".
курсовая работа [1,3 M], добавлен 05.01.2013Волоконный световод - тонкая кварцевая нить, по которой может распространяться свет за счет полного внутреннего отражения. Принципиальная схема волоконно-оптической системы связи со спектральным уплотнением каналов. Характеристика хроматической дисперсии.
курсовая работа [272,6 K], добавлен 05.05.2011Особенности оптических систем связи. Физические принципы формирования каналов утечки информации в волоконно-оптических линиях связи. Доказательства уязвимости ВОЛС. Методы защиты информации, передаваемой по ВОЛС - физические и криптографические.
курсовая работа [36,5 K], добавлен 11.01.2009Общая характеристика цифровых сетей связи с применением волоконно-оптических кабелей. Возможности их применения. Разработка проекта для строительства волоконно-оптических линий связи на опорах существующей ВЛ 220 кВ. на участке ПС Восточная-ПС Заря.
курсовая работа [86,0 K], добавлен 25.04.2013Тенденция развития оптических сетей связи. Анализ состояния внутризоновой связи Республики Башкортостан. Принципы передачи информации по волоконно-оптическим линиям связи. Выбор оборудования, оптического кабеля, организация работ по строительству.
дипломная работа [3,1 M], добавлен 20.10.2011Обоснование необходимости строительства волоконно-оптической линии связи (ВОЛС). Расчет и распределение нагрузки между пунктами сети. Синхронизация цифровых систем связи. Система мониторинга целостности ВОЛС. Порядок строительства и эксплуатации ВОЛС.
дипломная работа [4,2 M], добавлен 23.09.2011Схема строительства волоконно-оптической линии связи (ВОЛС) с использованием подвески оптического кабеля на осветительных опорах. Особенности организации по ВОЛС каналов коммерческой связи. Расчет длины регенерационных участков по трассе линии связи.
курсовая работа [778,1 K], добавлен 29.12.2014Оптические явления на границе раздела двух сред. Полное внутреннее отражение. Оптические волноводы. Особенности волноводного распространения. Нормированная переменная. Прямоугольные волноводы. Модовая дисперсия. Системы волоконно-оптической связи.
контрольная работа [65,3 K], добавлен 23.09.2011Открытие эффекта комбинационного рассеяния света (эффект Рамана). Применение в волоконно-оптических линиях связи оптических усилителей, использующих нелинейные явления в оптоволокне (эффект рассеяния). Схема применения, виды и особенности устройства.
реферат [1,2 M], добавлен 29.12.2013Основные способы организации служебной связи в процессе строительства. Сравнительный анализ методов организации служебной связи при строительстве ВОЛС. Расчёт максимальной дальности связи с использованием волоконно-оптических телефонов разного типа.
дипломная работа [866,2 K], добавлен 09.10.2013Сущность волоконно-оптических линий связи (ВОЛС), их преимущества и недостатки. Выбор и обоснование трассы прокладки ВОЛС между Новосибирском и Куйбышевым. Расчет параметров оптического кабеля и составление сметы на строительство и монтаж линии связи.
дипломная работа [166,4 K], добавлен 06.11.2014Качественные частотные зависимости модуля и аргумента характеристического полного сопротивления в длинной линии. Переходное затухание на ближнем конце. Особенности отражения импульса в канале. Расчет потерь ввода и переходного затухания на дальнем конце.
контрольная работа [1,0 M], добавлен 16.01.2014Выбор топологии сети, ступени иерархии и типа мультиплексора на основе расчета групповой скорости потоков. Выбор типа оптического кабеля. Определение пропускной способности. Определение суммарных потерь в оптическом тракте. Расчет полного запаса системы.
курсовая работа [983,0 K], добавлен 22.05.2015Проектирование и расчет локальной волоконно-оптической линии связи, ее элементная база и основные параметры. Топология сети "звезда". Код передаваемого сигнала. Выбор оптических кабеля, соединителей, разветвителей, типов излучателя, фотодетектора.
реферат [218,1 K], добавлен 18.11.2011Проектирование волоконно-оптической линии связи (ВОЛС) с обозначением оконечного и промежуточного оборудования ввода/вывода цифровых потоков между г. Елец и г. Липецк. Оценка пропускной способности ВОЛС, оценка ее надежности. Разработка структурной схемы.
курсовая работа [3,5 M], добавлен 10.01.2013Измерения при технической эксплуатации волоконно-оптических линий передачи, их виды. Системы автоматического мониторинга волоконно-оптических кабелей. Этапы эффективной локализации места повреждения оптического кабеля. Диагностирование оптических волокон.
контрольная работа [707,6 K], добавлен 12.08.2013Определение однослойного, двухслойного, трехслойного и многослойного просветляющего покрытия с минимальным коэффициентом отражения для данной длины волны. Оптические толщины, материалы напыляемых покрытий. Спектральные зависимости коэффициента отражения.
курсовая работа [329,1 K], добавлен 18.03.2013Расчет полупроводниковой лазерной структуры на основе соединений третей и пятой групп для волоконно-оптических линий связи III поколения. Выбор структуры кристалла. Расчет параметров, РОС-резонатора, внутреннего квантового выхода, оптического ограничения.
курсовая работа [803,5 K], добавлен 05.11.2015
