Fény terjedése szálon
Ismeretes, hogy a v fénysebessége átlátszó anyagban kisebb, mint a vákuumban a fénysebesség c = 300 000 km / s. A / v = n arány a fény fénytörési indexe az anyagban.
Az n1 törésmutatójú közegben terjedő fénysugár. és a határon egy kisebb törésmutatóval rendelkező tápközeggel történik. megszakítja és folytatja mozgását a második környezetben (2.1. ábra, 1. sugár).
Ha a j1 fénysugár előfordulási szögét növeljük, akkor a j2 refrakciós szög is megnő. A j2 = 90 ° -nál a refraktt sugár csúszik a két közeg interfésze mentén. Az incidencia szögét, amelynél ez történik, a teljes belső reflexió szöge (2.1. Sugár 2. sugara). Ha az incidencia szöge nagyobb, mint a teljes belső reflexió szöge, akkor a fénysugár (3. sugár) nem lép be a kisebb törésmutatójú közegbe, hanem teljesen befelé néz. Ez a teljes belső reflexió elve, amely lehetővé teszi az optikai szálak számára, hogy fényt teremtsenek.
A rost egy magból (magból) és egy héjból áll. A héj optikailag sűrűbb magot foglal magában, ami a szál fényvisszaverő része.
A mag törésmutatója n1. de az n2 héjból. és mindig n1> n2.
Vegye figyelembe a fénysugarak útját a szálban (2.2. Ábra):
Tegyük fel # 952, 1 a fénysugár előfordulási szöge, és # 952; 2 - ez a sugár fénytörési szöge.
Mivel n1> n2. akkor van egy kritikus incidensszög Q1 = # 952; c. amelynél a Q2 refrakciós szög 90 ° (Sin90 = 1), és a fény nem lép be a héjba.
2.2. Ábra - A fénysugár útja a szálban
Aztán Snell törvénye szerint. (2.1)
Ha az interfészen belüli incidencia szög kisebb, mint a kritikus incidensszög (Ray 2), akkor az energia minden belső reflexiójával kifelé áramlik, ami fénycsillapítást eredményez.
Figyelembe kell venni, hogy a fényt a szál végére fecskendezik be, ugyanakkor a végének törte, a szál oldalsó felületére esik. És úgy kell esnie, hogy teljesen tükröződjön az oldalfelületről. Felmerül a kérdés, hogy milyen sugarú szögben kell a gerendát bevezetni?
A teljes belső visszaverődés módja előzetesen meghatározza az OB bemeneti végére való fény alkalmazása feltételeit, mivel az OB csak a szilárd szögben # 952; Ezt a tömör szöget egy nyílás jellemzi.
A nyílás az optikai tengely és a fénykúp egyik generátorának szöge, amely bejut a szálvégbe, ahol a teljes belső reflexió teljesül.
A fényáram bejutásának szöge az optikai szálba kisebb legyen, mint a rekesznyílás szöge.
Így a fényvezető nyílása a sugaraknak a szál végéhez történő bemenetének maximális lehetséges szöge. Általában egy numerikus nyílás fogalmát használjuk:
A levegő esetében n0 = 1. Egy lépcsős profilú szál esetében a numerikus rekeszértéket a törésmutatók alapján fejezzük ki:
NA = Sin # 952; A = (2,4)
A kvarc esetében n1 ≈ 1.47, n2 ≈ 1.46, NA = 0.17, # 952; A ≈ 10 0.
A szálak egyik legfontosabb paramétere a törésmutatók relatív különbsége # 916;
Egy szálas hullámvezetőben léteznek háromféle hullám - irányított, sugárzott és kibocsátott. A sugarakat, amelyeknek pályái teljesen optikailag sűrűbb közegben fekszenek, irányítottnak nevezik. Az irányított sugarak energiája nem szétszóródik, és az ilyen sugarak hosszú távon terjedhetnek. A sugárzott hullámok a nyíláson kívül bevezetett sugarak miatt keletkeznek, és már a vonal elején a környező térbe kerülnek. A kimenő hullámok (héj sugarai) részben szétterjednek a szál mentén, és a részt a környező térbe sugározzák.
A modern rostok esetében az n2 héj törésmutatója általában 0,36% -nál kisebb, mint az n1 (a mag törésmutatója), azaz:
Az OB működési módja a névleges frekvenciától függ. amelynek értékét a következő képlet adja meg:
ahol ac az OM mag sugara.
Ebben az esetben <2.405 - то в волокне будет распространяться только одна мода (одномодовый режим ). С увеличением значения нормированной частоты число распространяющихся мод в ОВ возрастает, т. е, при> A 2.405 multimódusú üzemmód.
Abban az esetben, ha: 2.405 <<3,832 – то в ОВ распространяется 4 моды.
Az a minimális hullámhossz, amelynél csak egy mód van a szálban, a vágási szál hullámhossza. amelynek értékét a következő kifejezésből határozzák meg:
Ha a működő hullámhossz kisebb, mint a vágási hullámhossz, akkor multimódusú fény propagálási módra kerül sor.