как работает волоконная оптика

Оптическое волокно, это, казалось бы, простое тонкое волокно, на самом деле содержит сложные технические принципы и обширную прикладную ценность. Эта статья позволит вам понять основную структуру оптического волокна, принцип распространения света в нем и его практическое применение в различных областях.

Основная структура оптических волокон

Волоконная оптика состоит из трех основных частей: сердечника, оболочки и покрытия. Ядро является сердечником оптического волокна и отвечает за передачу световых сигналов. Обычно он состоит из диоксида кремния высокой чистоты, иногда легированного другими материалами для корректировки показателя преломления. Оболочка оборачивается вокруг сердечника и имеет более низкий показатель преломления, чем сердечник. Это различие является ключом к способности света проходить через волокно. Самый внешний слой покрытия защищает волокно от механических повреждений и эрозии окружающей среды.

Принцип распространения света в оптических волокнах

Распространение света в оптическом волокне основано на принципе полного отражения. Когда световые лучи направляются от сердечника с более высоким показателем преломления к оболочке с более низким показателем преломления, если угол падения достигает критического угла, свет будет отражаться обратно к сердечнику полностью, а не преломляться в оболочку. Это явление полного отражения позволяет свету непрерывно отражаться вдоль сердечника в волокне, образуя эффективную "световую трубу". Размер критического угла зависит от разницы в показателе преломления между сердечником и оболочкой. Поскольку внутри волокна практически нет утечки света, оптический сигнал может поддерживать низкие потери энергии при передаче на большие расстояния. Современная волоконно-оптическая технология смогла добиться чрезвычайно низкого затухания, обеспечивая стабильную передачу оптических сигналов на расстояния в тысячи километров. Кроме того, благодаря технологии мультиплексирования с разделением по длине волны (WDM) оптические сигналы разных длин волн могут распространяться независимо в одном и том же волокне, что значительно увеличивает пропускную способность волокна.

Сценарии применения оптического волокна

Диапазон применения оптического волокна очень широк. В области связи оптическое волокно является основой современных сетей связи, обеспечивая высокоскоростные и высокопроизводительные каналы передачи для таких услуг, как Интернет, телефон и телевидение. Его пропускная способность намного превышает пропускную способность традиционных медных кабелей, которые могут удовлетворить потоковое видео высокого разрешения, крупномасштабную загрузку данных и другие высокоскоростные потребности в передаче данных. В медицинской сфере оптоволоконные эндоскопы используют оптические волокна для передачи света внутрь человеческого тела. Врачи могут проверить и поставить диагноз, наблюдая за изображениями, возвращаемыми оптическими волокнами. Он имеет преимущества меньшей травматичности и четкого поля зрения. В промышленной сфере оптоволоконные датчики широко используются для измерения и мониторинга физических величин, таких как температура, давление и напряжение. Они обладают преимуществами anti-electromagnetic помех, высокой чувствительностью и небольшим размером. Они могут надежно работать в суровых условиях. Кроме того, в военной области оптические волокна используются для построения безопасных и надежных сетей связи и специальной военной техники, обеспечивающих безопасную передачу и точный контроль военной информации.

Благодаря приведенному выше введению мы видим, что оптическое волокно не только имеет уникальные преимущества в технологии, но и играет незаменимую роль во многих областях. С постоянным развитием технологии перспектива применения оптического волокна будет шире.