СВЕТОВОДЫ (ОПТИЧЕСКИЕ ВОЛОКНА).
Быстродействие цифровых световодных сетей
гражданского назначения превышает 1010
бит/с, т.е. обеспечивает одновременную передачу
по десяткам тысяч телефонных каналов. Световод
толщиной в человеческий волос представляет
собой в сечении два концентрических слоя
чистейшего кремниевого стекла – сердцевину и
оболочку, – заключённых в защитное наружное
пластиковое покрытие. Лучи света в виде
импульсов, модулированных с помощью лазерных или
светодиодов так, чтобы нести информацию,
распространяются только по сердцевине, не
проникая в оболочку. Это возможно благодаря
эффекту полного внутреннего отражения на
границе сердцевина–оболочка (оболочка имеет
несколько меньший показатель преломления). В
принципе, пропускная способность оптических
волокон может достигать 1012 бит/с.
Благодаря ЭФФЕКТУ ПОЛНОГО
ВНУТРЕННЕГО ОТРАЖЕНИЯ лучи света, введённые
в торец световода под углом не более
критического, не выходят за пределы сердцевины
(её показатель преломления больше, чем у
оболочки) – тёмные линии. Если угол ввода больше
критического, то луч выходит из световода
(светлый луч).
В СВЕТОВОДАХ СО СТУПЕНЧАТЫМ
ПРОФИЛЕМ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ диаметр
сердцевины около 100 мкм. Часть введённых в торец
световода лучей распространяется прямолинейно
по оси, часть испытывает множество отражений от
оболочки. Эти «косые» лучи в зависимости от угла
ввода образуют ряд так называемых световодных
мод и достигают выходного торца в разное
время. В результате входной импульс уширяется,
теряет свою первоначальную форму. Во избежание
перекрывания импульсов необходимо выдерживать
расстояние между ними, ограничивать ширину
полосы пропускания системы, т.е. объём
передаваемой информации. Световоды этого типа
годятся для передачи информации на короткие
расстояния, например, в эндоскопах.
В ГРАДИЕНТНЫХ СВЕТОВОДАХ
показатель преломления плавно уменьшается от
центра к периферии, поэтому луч, идущий по оси,
распространяется с меньшей скоростью, чем
«косые» лучи. Кроме того, «косые» лучи
распространяются по плавным кривым, не испытывая
резких изломов на границе сердцевина–оболочка.
Чем ближе к оси, тем меньше скорость, но и короче
путь. В результате к выходному торцу все лучи
приходят почти одновременно, так что форма
импульса искажается значительно меньше. На таких
световодах строятся локальные сети связи.
В ОДНОМОДОВЫХ СВЕТОВОДАХ
сердцевина очень тонкая (около 8 мкм), а разница в
показателе преломления с оболочкой очень
маленькая, поэтому луч распространяется только
по оси (одна мода). Искажение импульса (дисперсия)
ничтожно мало. Такие световоды используются для
построения магистральных линий связи, а также
быстродействующих локальных телефонных сетей и
сетей кабельного телевидения.
Scientific American, 1997, August, № 2, p. 96.
Сокр. пер. с англ. Н.Д.КОЗЛОВОЙ
