3
Теория волоконно-оптической передачи

Введение

В данной главе будет рассматриваться теория передачи информации по оптическим волокнам. Она детально освещает все теоретические аспекты волоконно-оптической передачи. Глава начинается с изложения фундаментальных концепций распространения света, затем переходит к более сложным проблемам распространения света в оптических волокнах.

Рассматриваемые вопросы включают фундаментальные принципы и основы математического представления распространения света по стеклянному волокну, моды распространения света, устройство волокна, возможности и ограничения волоконно-оптической передачи, процессы изготовления волокна и перспективы развития.

3.1. Фундаментальные принципы действия

3.1.1. Введение

Теория из другой книги
Оптическая связь.
Принципы передачи

Фундаментальным принципом, лежащим в основе связи посредством оптических волокон, является прохождение электромагнитной энергии по стеклянной трубке, как по туннелю от передатчика к приемнику. Стеклянная трубка действует подобно трубопроводу, передающему всю электромагнитную энергию из одной точки в другую. Электромагнитная энергия, использующаяся в этой системе передачи, располагается в зоне электромагнитного спектра, близкой к диапазону видимого света. Поэтому стекло является идеальной средой для передачи этой электромагнитной энергии, ибо свет проходит сквозь стекло с низким уровнем ослабления.

Рис. 3.1. Иллюстрация электромагнитной энергии, проходящей через стеклянный канал

3.1.2. Отражение, преломление и дифракция

Далее приводится краткий обзор некоторых фундаментальных физических принципов. Отражение, преломление и дифракция являются тремя главными явлениями, вызывающими изменение распространения электромагнитной волны (включая световое, радио-, рентгеновское, гамма-излучения и др.). Мы сосредоточимся на особенностях светового излучения.

Отражение

В этом случае луч света, проходящий сквозь среду с определенной плотностью, сталкивается со средой с плотностью, отличной от плотности среды, в которой он распространялся, и частично или полностью отражается от границы двух сред.

Преломление

В этом случае луч света полностью или частично проникает в среду с плотностью, отличной от плотности среды, в которой он до этого двигался, и незначительно изменяет свое направление по сравнению с направлением распространения в предыдущей среде. Небольшая часть энергии также отражается, как показано на рис. 3.3.

Дифракция

В этом случае луч света преодолевает препятствие и незначительно изменяет направление распространения в направлении препятствия. Сходное явление наблюдается, когда водная рябь сталкивается с торчащим выступом скалы или земли и, огибая его, незначительно меняет направление распространения в его сторону.

Рис. 3.2. Иллюстрация отражения

Рис. 3.3. Иллюстрация преломления

Рис. 3.4. Иллюстрация дифракции