광섬유 튜토리얼-광섬유-통신 광섬유

기본 용어

빛의 굴절

광선이 하나의 투명 매체에서 다른 매체로 통과함에 따라 방향이 바뀌며,이 현상을 빛의 굴절이라고합니다. 광선이 방향을 바꾸는 정도는 매체의 굴절률에 달려 있습니다.

굴절률

굴절률은 진공에서의 빛의 속도입니다.빛의 속도로 나눈 값(약칭 브이). 굴절률은 물질이 빛을 굴절시키는 정도를 측정합니다. 1621 년에 네덜란드의 물리학자인 빌브로드 스넬은 투명한 매질에서 다른 매질로 전달되는 빛의 각도들 사이의 관계를 도출했다. 빛이 하나의 투명한 물질에서 다른 물질로 통과 할 때,그것은 다음과 같이 정의되는 스넬의 법칙에 따라 구부러집니다:

n1sin(θ1)=n2sin(θ2)

곳:
n1 은 굴절률의 중 빛나
θ1 은 사건 사이의 각도 광고(normal90°을 사이의 인터페이스는 두 가지 자료)
n2 은 굴절률의 재료는 빛이 들어가
θ2 은 굴절률이 사이의 각도 빛 레이와 일반적인

참고:

의 경우 θ1=0°(즉,레이에 수직 인터페이스)솔루션입니다 θ2=0°에 관계없이의 값을 n1and n2. 즉,표면에 수직 인 매체로 들어가는 광선은 결코 구부러지지 않습니다.

위는 밀도가 높은(높은 엔)에서 밀도가 낮은(낮은 엔)물질로 이동하는 빛에도 유효하며,스넬의 법칙의 대칭성은 동일한 광선 경로가 반대 방향으로 적용 가능하다는 것을 보여줍니다.

총 내부 반사

광선이 계면을 통과하여 굴절률이 높은 매체로 들어가면 정상쪽으로 구부러집니다. 반대로,더 높은 굴절률 매체에서 더 낮은 굴절률 매체로의 광 이동은 정상으로부터 멀리 구부러 질 것이다.

이것은 흥미로운 의미를 갖는다:임계각으로 알려진 어떤 각도에서,높은 굴절률 매체에서 낮은 굴절률 매체로 이동하는 빛은 90 에서 굴절 될 것이다.

빛이 임계각보다 큰 각도로 인터페이스에 닿으면 두 번째 매체로 전혀 전달되지 않습니다. 대신,그것의 모두는 첫번째 매체,총 내부 반영으로 알려져 있는 과정으로 다시 반영될 것이다.

임계각은 스넬의 법칙에서 계산할 수 있으며,굴절 된 광선의 각도에 대해 90 의 각도를 적용합니다. 이 θ1:

이후

θ2=90°

그리고

sin(θ2)=1

그리고

θc=θ1=벗어났습니다(n2/n1)

예를 들어, 빛으로 노력하고 등장에서 유리 n1=1.5 으로 공중(n2=1),critical 각 θc 은 벗어났습니다(1/1.5),또는 41.8°.

임계각보다 큰 입사각의 경우,굴절각에 대해서는 스넬의 법칙을 풀 수 없습니다. 이 경우 모든 빛은 완전히 반사의 법칙에 순종,인터페이스에서 반사됩니다.

광섬유의 작동 원리

광섬유는 전적으로 전체 내부 반사 원리에 기반합니다. 이 내용은 다음 그림에 설명되어 있습니다.

광섬유는 인간의 머리카락의 직경에 대한 매우 순수한 유리의 길고 얇은 가닥입니다. 광섬유는 광케이블이라고 불린 뭉치에서 배열되고 장거리에 가벼운 신호를 전달하기 위하여 이용됩니다.

광섬유의 구조

일반적인 광섬유는 코어,클래딩 및 버퍼 코팅으로 구성됩니다.

핵심은 빛을 안내하는 섬유의 안 부분입니다. 클래딩은 코어를 완전히 둘러 쌉니다. 중핵의 굴절률은 클래딩의 그것 보다는 더 높습니다,그래서 중요한 각 보다는 더 얕은 각에 클래딩을 가진 경계를 치는 중핵에 있는 빛은 총 내부 반영에 의해 중핵으로 다시 반영될 것입니다.

1550 나노 단일 모드 섬유 및 850 나노 또는 1300 나노 다중 모드 섬유를 포함하는 가장 일반적인 광학 유리 섬유 유형의 경우 코어 직경은 8~62.5 의 범위입니다. 가장 일반적인 클래딩 직경은 125 입니다. 버퍼 코팅의 재료는 일반적으로 아크릴,나일론과 같은 연질 또는 경질 플라스틱이며 직경 범위는 250,000,000~900,000,000 입니다. 완충기 코팅은 섬유를 기계적인 보호 및 구부리는 융통성을 제공합니다.

광섬유 형태

섬유 형태는 무엇입니까?

광섬유는 모드라고 불리는 뚜렷한 패턴으로 광파를 안내합니다. 모드는 광섬유를 가로 지르는 빛 에너지의 분포를 설명합니다. 정확한 패턴은 전달되는 빛의 파장과 코어를 형성하는 굴절률의 변화에 따라 달라집니다. 본질적으로,굴절률의 변화는 광파가 섬유를 통해 이동하는 방법을 형성 경계 조건을 만들,터널의 벽처럼 소리가 내부 에코 방법에 영향을 미칠.

대형 코어 스텝 인덱스 섬유를 살펴볼 수 있습니다. 광선은 각도의 범위에 섬유를 입력하고,다른 각도에 광선은 긴요한 각 보다는 더 큰 각으로 핵심 클래딩 공용영역을 명중할 한 섬유의 길이의 아래 모든 안정적으로 여행할 수 있습니다. 이 광선은 다른 모드입니다.

특정 광 파장에서 하나 이상의 모드를 수행하는 광섬유를 다중 모드 광섬유라고합니다. 몇몇 섬유에는 핵심의 센터에 직선으로 이동하는 단지 1 개의 형태만 나를 수 있는 아주 작은 직경 핵심이 있습니다. 이 섬유는 단일 모드 섬유입니다. 이 내용은 다음 그림에 나와 있습니다.

광섬유 인덱스 프로파일

인덱스 프로파일은 코어 및 섬유의 클래딩을 가로 지르는 굴절률 분포입니다. 일부 광섬유는 코어가 하나의 균일하게 분산 된 인덱스를 가지며 클래딩이 더 낮은 균일하게 분산 된 인덱스를 갖는 스텝 인덱스 프로파일을 갖는다. 다른 광섬유에는 굴절률이 섬유 센터에서 광선 거리의 함수로 점차적으로 변화하는 등급을 매긴 색인 단면도가 있습니다. 등급이 매겨진 인덱스 프로파일에는 전력 법칙 인덱스 프로파일과 포물선 인덱스 프로파일이 포함됩니다. 다음 그림은 단일 모드 및 다중 모드 광섬유에 대한 몇 가지 일반적인 유형의 인덱스 프로파일을 보여줍니다.

광섬유의 수치 조리개(나)

다중 모드 광섬유는 광섬유의 수용 콘이라고 알려진 특정 콘 내에서 광섬유로 들어가는 빛만 전파합니다. 이 원뿔의 반각을 수용 각도라고합니다.최대. 단계 색인 다중 상태 섬유를 위해,합격 각은 굴절의 색인에 의해서만 결정됩니다:

여기서

섬유에 있는 형태의 수를 산출하는 방법?

모드는 때때로 숫자로 특징 지어집니다. 단일 모드 섬유는 숫자 0 이 할당 된 최하위 모드 만 수행합니다. 다중 상태 섬유는 또한 고차 형태를 나릅니다. 섬유에서 전파할 수 있는 형태의 수는 섬유의 수 가늠구멍(또는 합격 각)뿐 아니라 빛의 그것의 핵심 직경 그리고 파장에 달려 있습니다. 단계 인덱스 다중 모드 광섬유의 경우,이러한 모드의 수는

여기서
디 코어 직경

작동 파장
나 수치 조리개(또는 수용 각도)

참고:이 공식은 근사치일 뿐이며 광섬유에 대해서는 작동하지 않습니다.몇 가지 모드 만 수행합니다.