Światłowód - Polski Serwis Naukowy

Ten artykuł dotyczy wszystkich światłowodów. Zapoznaj się również z: światłowód włóknisty, światłowód fotoniczny, falowód, kable światłowodowe.

Światłowody

Wtyczka wielomodowego światłowodu w standardzie ST

Włókno jednomodowego światłowodu dla fali dł. 1390/1410nm pozbawione kolejnych warstw płaszcza. Średnica zewnętrznego płaszcza to 0,9mm. Średnica wewnętrznego płaszcza ("bufora") to 250цm, średnica szklanego włókienka to 125цm, wewnątrz którego znajduje się 9-mikrometrowy rdzeń.

Odbicia wiązki światła w światłowodzie

Światłowód – przezroczyste włókno (szklane lub wykonane z tworzyw sztucznych), w którym odbywa się propagacja światła.

Półprzewodniki - najczęściej substancje krystaliczne, których konduktywność (przewodnictwo właściwe) może być zmieniana w szerokim zakresie (np. 10-8 do 106 S/m (simensa na metr)) poprzez domieszkowanie, ogrzewanie, oświetlenie badź inne czynniki. Przewodnictwo typowego półprzewodnika plasuje się między przewodnictwem metali i dielektryków.
Laser półprzewodnikowy – nazywany również laserem diodowym lub diodą laserową - laser, którego obszarem czynnym jest półprzewodnik. Najczęściej laser półprzewodnikowy ma postać złącza p-n w którym obszar czynny jest pompowany przez przepływający przez złącze prąd elektryczny. Są to najbardziej perspektywiczne lasery z punktu widzenia ich zastosowań w fotonice ze względu na małe wymiary, dość wysokie moce, łatwość modulacji prądem sterującym o wysokiej częstotliwości (rzędu gigaherców) i możliwość uzyskania promieniowania od pasma bliskiej podczerwieni (diody laserowe dla telekomunikacji światłowodowej) do skraju fioletowego pasma widzialnego.

Aby wyeliminować – lub, przynajmniej, znacząco ograniczyć – wypromieniowanie światła przez boczne powierzchnie światłowodu, stosuje się odpowiednio dobrany poprzeczny gradient współczynnika załamania światła. W najprostszym przypadku, gradient ten realizowany jest skokowo – wewnątrz światłowodu współczynnik załamania ma wartość wyższą, niż na zewnątrz; utrzymanie promieni światła w obrębie takiego światłowodu zachodzi na skutek całkowitego wewnętrznego odbicia. W przypadku, gdy współczynnik załamania maleje z odległością od osi światłowodu w sposób ciągły, mówimy o światłowodach gradientowych.

Dyfrakcja (ugięcie fali) to zjawisko fizyczne zmiany kierunku rozchodzenia się fali na krawędziach przeszkód oraz w ich pobliżu. Zjawisko zachodzi dla wszystkich wielkości przeszkód, ale wyraźnie jest obserwowane dla przeszkód o rozmiarach porównywalnych z długością fali.
Światłowód wielomodowy – rodzaj światłowodu przenoszący wiele modów (promieni) światła, padających pod różnymi kątami do płaszcza światłowodu. W porównaniu ze światłowodem jednomodowym umożliwia transmisję na mniejszą odległość bez wzmacniacza sygnału.

Kable światłowodowe przyłącza się bezpośrednio do karty sieciowej (jeśli posiada ona stosowne złącza) lub używając konwerter nośników. Z jednej strony konwertera podłącza się kabel światłowodowy a z drugiej np. skrętkę, łącząc w ten sposób obie technologie sieciowe. Często stosuje się tu Transceiver. Montuje się go w złączu AUI występującym w wielu starszych kartach sieciowych lub HUB-ach. Istnieją także koncentratory dedykowane specjalnie dla łącz światłowodowych.

Tworzywa sztuczne – materiały składające się z polimerów syntetycznych (wytworzonych sztucznie przez człowieka i niewystępujących w naturze) lub zmodyfikowanych polimerów naturalnych oraz dodatków modyfikujących takich jak np. napełniacze proszkowe lub włókniste, stabilizatory termiczne, stabilizatory promieniowania UV, uniepalniacze, środki antystatyczne, środki spieniające, barwniki itp. Termin "tworzywa sztuczne" funkcjonuje obok niepoprawnych często stosowanych żargonowych określeń takich jak: plastik lub plastyk. Najbardziej poprawnym terminem obejmującym wszystkie materiały zawierające jako główny składnik polimer, bez rozróżniania, czy jest on pochodzenia sztucznego czy naturalnego, jest określenie "tworzywa polimerowe".
Światłowód włóknisty (inne nazwy: włókno światłowodowe, włókno optyczne) – rodzaj światłowodu (falowodu optycznego) służący do przesyłania promieniowania świetlnego. Pierwotnie stosowany dla celów dekoracyjnych i oświetleniowych, obecnie najczęściej wykorzystywany jest w telekomunikacji i do transmisji danych. Zwykle występuje w formie włókien dielektrycznych, najczęściej szklanych, z otuliną z tworzywa sztucznego. Część światłowodu prowadząca światło, tak zwany rdzeń, charakteryzuje się największym współczynnikiem załamania światła w całej strukturze.

Zasada działania

W zrozumieniu zasady działania światłowodu skokowego (a zatem sposobu utrzymania światła w jego wnętrzu), pomocne mogą być przedstawione tu rysunki, na których promienie światła biegną prostoliniowo, odbijając się od ścianek światłowodu. Światłowód gradientowy działa podobnie, lecz promienie – zamiast po odcinkach prostoliniowych, poruszają się po krzywoliniowych trajektoriach, utrzymywanych wewnątrz światłowodu przez ciągły gradient współczynnika załamania.

Promieniowanie elektromagnetyczne (fala elektromagnetyczna) – rozchodzące się w przestrzeni zaburzenie pola elektromagnetycznego. Zaburzenie to ma charakter fali poprzecznej, w której składowa elektryczna i magnetyczna są prostopadłe do siebie, a obie są prostopadłe do kierunku rozchodzenia się promieniowania. Oba pola indukują się wzajemnie – zmieniające się pole elektryczne wytwarza zmienne pole magnetyczne, a zmieniające się pole magnetyczne wytwarza zmienne pole elektryczne. Źródłem zmiennego pola elektromagnetycznego jest przyspieszający ładunek elektryczny. Najczęściej źródłem tego promieniowania jest ładunek wykonujący drgania.
WDM (ang. Wavelength Division Multiplexing) – zwielokrotnianie w dziedzinie długości fali, jest to rodzaj technologii zwielokrotniania sygnałów, za pomocą światła laserowego.

Takie wyobrażenie działania światłowodu jest jednak uproszczone – tym bardziej, im mniejsze rozmiary poprzeczne ma rozważany światłowód. W rzeczywistości, istotną rolę w działaniu światłowodu odgrywa dyfrakcja. Zamiast promieni światła (będących podstawą przybliżonej optyki geometrycznej) należy rozważać światło jako falę. Przybliżenie optyki geometrycznej jest sensowne jedynie dla światłowodów o dużych rozmiarach poprzecznych, traci natomiast sens, gdy rozmiar poprzeczny światłowodu staje się porównywalny z długością fali światła. Zjawiska falowe mają szczególnie duże znaczenie w przypadku światłowodów jednomodowych, w których ściśle dobiera się długość fali transmitowanego światła do kształtu i rozmiarów poprzecznych światłowodu.

Photonic crystal fiber, PCF (od ang. dosłownie "światłowód z kryształu fotonicznego") – rodzina jedno- lub dwuwymiarowych dielektrycznych lub metalo-dielektrycznych struktur periodycznych.
W interferometrze Macha-Zehndera promień świetlny padający na wejście układu rozdzielany jest układem luster na dwa promienie, z których każdy przechodzi przez interferometr inną drogą. Następnie oba promienie ponownie spotkają się na wyjściu układu. Obraz interferencyjny, oglądany na ekranie, zależy od różnicy faz obu promieni; a zatem jest on czuły na najdrobniejsze detale, które mogą wpływać na różnicę dróg optycznych pomiędzy ramionami interferometru. Jeśli w jednym z ramion interferometru (nazywanym ramieniem sygnałowym) umieścimy tak zwany obiekt fazowy (dowolny obiekt przezroczysty o nieznacznie zmieniającym się w czasie lub przestrzeni współczynniku załamania) to efekty tych zmian widoczne będą na obrazie interferencyjnym w postaci układu prążków. Można to wykorzystać do badania subtelnych niejednorodności obiektów przezroczystych - np. przestrzennego rozkładu naprężeń w przezroczystym ośrodku stałym, lub rozkładu temperatury (i zarazem gęstości) gazu.

Osobny artykuł: światłowody jednomodowe.

Światłowód jest to falowód transmitujący fale elektromagnetyczne. W związku z tym, synonimem określenia "światłowód" jest "falowód optyczny".

czytaj dalej: [2], [3]

w oparciu o Wikipedię (licencja GFDL, CC-BY-SA 3.0, autorzy, historia, edycja)