ЖУРНАЛ «СТА» №4/2002

При углах, больших критического (рис. 1 в), свет полностью отражается и во вторую среду не проникает, а интен- сивность отражённого луча равна ин- тенсивности падающего. Это явление называется полным внутренним отра- жением. При расчете характеристик реально- го распространения света в оптоволок- не используется величина числовой апертуры (NA). Эта величина тесно связана с условием полного внутренне- го отражения и волнового распростра- нения света в оптоволокне. Она опре- деляет угловой растр входного конуса (рис. 2), соответствующего максималь- ному углу ввода света в оптоволокно: NA = sin θ (θ – половина угла ввода) (5) Величина NA — важный технологи- ческий параметр, так как чем больше значение NA, тем лучше свет вводится в оптоволокно. При малых значениях NA вводится достаточно узконаправ- ленный луч света. У СТРОЙСТВО ОПТИЧЕСКОГО ВОЛОКНА Оптическое волокно (рис. 3) состоит из двух концентрических слоев: сер- дечника (ядра) и оптической оболочки, имеющих показатели преломления со- ответственно n 1 и n 2 . Ядро и оптичес- кая оболочка могут быть изготовлены из одного материала (например, особо чистого кварцевого стекла), изменение показателя преломления при этом до- стигается подбором специальных доба- вок, вводимых в чистый расплав квар- ца. Этот процесс называется легирова- нием. В качестве легирующего вещест- ва чаще всего выступают окислы гер- мания (GeO 2 ), фосфора (P 2 O 5 ), бора (B 2 O 3 ), фтор (F), эрбий (Er) и неодим (Nd). В частности, фтор и окись бора уменьшают показатель преломления, а окись германия и окись фосфора его увеличивают. Вокруг оптической обо- лочки в целях предохранения от внеш- них воздействий, влияющих на опти- ческие свойства оптоволокна (влага, царапины, микротрещины), наносятся два слоя полимера (акрилат). Ядро оп- товолокна также может быть изготов- лено из стекла, а оптическая оболочка из пластика (PCSоптоволокно). И, наконец, пластиковое оптоволокно имеет ядро и оболочку из пластика. Показатель преломления сердечника n 1 больше показателя преломления оп- тической оболочки n 2 . Численная раз- ница показателей преломления неве- лика — порядка одного процента. Наи- более распространённые соотношения диаметров сердечника и оптической оболочки приведены в табл. 2. При указании значений этих вели- чин для конкретного оптоволокна ис- пользуется запись, в которой после численного значения диаметра сердеч- ника через « / » указывается значение диаметра оптической оболочки. На- пример, оптоволокно для сетевого обо- рудования фирмы Hirschmann имеет маркировку 62,5/125. При вводе света внутрь волокна под углом, большим критического, свет, ис- пытывая полное внутреннее отраже- ние, будет двигаться зигзагообразно вдоль сердечника оптоволокна. Лучи, при движении пересекающие ось све- товода, называются меридиональными. Отметим, что часть лучей, называемых косыми (асимметричными), будет дви- гаться по спиралеобразной траектории, не пересекая ось волокна; при анализе волоконнооптических процессов они, как правило, не учитываются. Исполь- зуемые материалы, состав и размеры компонентов определяют физические параметры и особенности оптоволокна. 75 СТА 4/2002 www.cta.ru В З АПИС Н УЮ К НИЖК У ИНЖЕ Н Е РА среды в другую (рис. 1 а). Углом паде- ния называется угол между перпенди- куляром к границе раздела двух сред и падающим лучом ( θ 1 ). На границе раз- дела часть света отражается обратно (отражение Френеля). Углом отраже- ния называется угол между перпенди- куляром к границе раздела двух сред и отраженным лучом. Оставшаяся часть света пересекает границу раздела, об- разуя преломленный луч, который рас- пространяется под углом θ 2 . Согласно закону Снеллиуса между углом паде- ния и углом преломления существует следующее соотношение: n 1 sin ( θ 1 ) = n 2 sin ( θ 2 ) (3) Если угол падения θ 1 увеличивается, то при определённом его значении преломленный луч полностью исчезает ( θ 2 =90°). Такой угол называется крити- ческим углом скольжения θ с (рис. 1 б): θ с = arcsin ( n 2 / n 1 ) (4) Сердечник, мкм Оптическая оболочка, мкм 8 125 50 125 62,5 125 100 140 Таблица 2. Наиболее распространённые соотношения диаметров сердечника и оптической оболочки Рис. 1. Отражение и преломление света на границе двух сред Рис. 3. Структура оптического волокна Рис. 2. Входной конус при вводе света в оптоволокно