13.Абсолютный показатель преломления.

Абсолютный показатель преломления (АПП) является одной из важнейших характеристик среды распространения электромагнитной волны и может быть представлен в виде

где λ₀— длина волны в вакууме; λ — длина волны в диэлектрике; ε— относительные диэлектрическая и μ - магнитная проницаемость диэлектрика. Существенной особенностью АПП является его зависимость от длины волны. Для беспримесной двуокиси кремния (SiO₂) используемой для изготовления стекловолокон, указанная зависимость имеет вид, показанный на рис. справа.

14.Законы отражения и преломления света.

Углом падения волны на границу раздела двух сред AB с АПП

n₁ и n₂ в соответствии с рис. справа называется углом падения φ₁ между падающим лучом 1 и нормалью к границе AB. Угол отражения φ₃ отсчитывается между нормалью и отраженным лучом 3. Угол преломления φ₃ отсчитывается между нормалью к границе раздела AB и преломленным лучом 2.

При падении электромагнитной волны на границу раздела с АПП n₁

и n₂ падающий, преломленный и отраженный лучи располагаются в одной плоскости с нормалями ,, проходящими через точку О и ортогональными границе раздела AB, как показано на рис. Частоты падающей, отраженной и преломленной волн одинаковы. Угол падения φ₁ равен углу отражения φ₃. Угол падения φ₁ связан с углом преломления φ₂ соотношением

n₁sin φ₁ = n₂sin φ₂

15.Условие полного внутреннего отражения света от границы раздела двух сред.

Согласно закону преломления ход лучей 1 и 2 обратим, что видно на рис. 3.2, поэтому рис. 3.2 соответствует рисунку 3.3.Согласно рис. 3.3а n₂>n₁, а с учетом закона преломления sinφ₁ > sinφ₂, φ₁>φ₂. Увеличим угол падения настолько, чтобы луч 1 начал скользить вдоль границы раздела AB (рис. 3.3б). В этом случае угол преломления φ₁=90⁰. При φ₁=90⁰ угол φ₂ называют предельным углом падения светового луча на границу раздела двух сред и обозначают φ_пр. Если φ₂>φ_пр (рис. 3.3в), волна, соответствующая лучу 1, быстро затухает и остается только отраженная волна, соответствующая лучу 3(рис. 3.3б). Из сказанного ясно, что условие ПВО описывается двумя неравенствами:

φ₂ > φ_пр, n₂ > n₁

.

.

16.Эффект Гуса-Хенхена. Конструкция оптического волновода.

Эффект Гуса — Хенхен(нем.Goos-Hänchen-Effekt) — явление поперечного сдвига (относительно траектории распространения волнового пучка) при полном внутреннем отражении.

На рисунке приведен пример сдвига Гуса — Хенхен для конечной плоской электромагнитной волны на границе оптических сред. Поверхностная волна переносит энергию ниже границы из левой части падающей волны в правую часть отраженной волны. Цветом отображается квадрат напряженности электрического поля. Показатель преломления верхней среды — 2, нижней среды — 1, угол падения 45 градусов. Сдвиг Гуса — Хенхен составляет 0,3 длины волныввакууме.

Оценка сдвига Гуса — Хенхен

Схема сдвига Гуса — Хенхен

Волново́д— искусственный или естественный направляющий канал, в котором может распространятьсяволна. При этом поток мощности, переносимый волной, сосредоточен внутри этого канала или в области пространства, непосредственно примыкающей к каналу.

По природе распространяющихся волн различают электромагнитные и акустические волноводы. Частным случаем первых являются оптоволоконные линии передачи

Волоконно-оптические системы передачи (ВОСП) играют определяющую роль в современной связи и демонстрируют высокий уровень внедрения оптических технологий в цифровые сети связи. Оптическое волокно и волоконная оптическая техника – основа ВОСП, первое – как среда для оптической цифровой передачи, вторая – как набор средств, дающих возможность осуществления такой передачи.

При рассмотрении упрощенной модели волоконно-оптической системы передачи (ВОСП), представленной на рис.1, можно выделить три основные элемента, обуславливающие ее функционирование: источник сигнала (излучения), волоконно-оптическая линия связи (ВОЛС) и детектор излучения.

Основой волоконно-оптических линий связи является оптическое волокно (ОВ). Типичная конструкция оптического волокна представлена на рис.2. ОВ состоит из сердцевины с показателем преломления nс, окружающей ее оболочки с показателем преломления nоб и дополнительного внешнего покрытия, которое представляет собой защитную оболочку ОВ (буфер). Буфер защищает оптоволокно и оболочку от повреждений при прокладке и монтаже волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) и от прямого контакта с окружающей средой.

При выполнении условия nс > nоб такая структура ведет себя как волновод за счет полного внутреннего отражения лучей на границе сердцевина-оболочка.

 

Рис.2.Устройство оптического волокна

Кварцевое стекло (SiO2) является основным материалом для изготовления как сердцевины, так и оболочки. Для изменения и подгонки нужных значений показателя преломления данной модификации кварцевого стекла используют легирующие примеси, такие как бор или германий.