Режимы прохождения луча

Распространение света в волокне иллюстрирует рисунок 4.3. Для того чтобы луч распространялся вдоль световода, он должен входить в него под углом не более критического относительно оси волокна, то есть попадать в воображаемый входной конус.

При этом апертура NA – 0,2–0,3 и угол, под которым луч может войти в световод, не превышает 12–18° от оси. В одномодовом же волокне показатели преломления различаются еще меньше (1,505 : 1,50), апертура NA – 0,122 и угол не превышает 7° от оси.

Числовая апертура характеризует все компоненты оптического канала: световоды, источники и приемники излучения. Для минимизации потерь энергии апертуры соединяемых элементов должны быть согласованными друг с другом.

 

Строго говоря, распространение сигнала в оптоволокне описывается уравнениями Максвелла. В большинстве случаев можно пользоваться приближением геометрической оптики.

Если рассматривать распространение сигнала с позиций геометрической оптики, то световые лучи, входящие под различными углами, будут распространяться по различным траекториям (см. рис. 4.3).

Более высоким модам соответствуют лучи, входящие под большим углом, они будут иметь большее число внутренних отражений по пути в световоде и будут проходить более длинный путь.

Число мод для конкретного световода зависит от его конструкции: показателей преломления и диаметров сердцевины и оболочки, а также и длины волны. Световой импульс, проходя по волокну, из-за явления дисперсии изменит свою форму – размажется.

Модовая дисперсия присуща многомодовому волокну и обусловлена наличием большого числа мод, время распространения которых различно. Материальная дисперсия обусловлена зависимостью показателя преломления от длины волны. Волноводная дисперсия обусловлена процессами внутри моды и характеризуется зависимостью скорости распространения моды от длины волны.