Глава 2. Оптическое волокно

2.1. Принципиальное устройство волокна

Оптическое волокно (световод) имеет два концентрических слоя – ядро (сердцевина) и оптическая оболочка (рис 2.1). Внутреннее ядро предназначено для переноса света. Окружающая его оболочка имеет отличный от ядра показатель преломления и обеспечивает полное внутреннее отражение  света в ядро.

	Показатель преломления оптической оболочки менее чем на 1% меньше показателя преломления ядра. Характерные величины показателей преломления – 1,47 для ядра и 1,46 – для оптической оболочки. Производители волокна строго контролируют разность показателей для получения нужных характеристик волокна.
Рисунок 2.1 Структура световода

Волокна имеют дополнительную защитную оболочку вокруг оптической оболочки.  Защитная оболочка, представляющая собой один или несколько слоев полимера, предохраняет ядро и оптическую оболочку от воздействий, которые могут повлиять на их оптические свойства. Защитная оболочка не влияет на процесс распространения света по волокну, а всего лишь предохраняет от ударов.

На рис. 2.2 представлена схема распространения света по волокну. Свет заводится внутрь волокна под углом, больше критического, к границе ядро/оптическая оболочка и испытывает полное внутреннее отражение на этой границе. Поскольку углы падения и отражения совпадают, то свет и в дальнейшем будет отражаться от границы. Таким образом, луч света будет двигаться зигзагообразно вдоль волокна.

Рисунок 2.2 Полное внутреннее отражение в оптическом волокне

Свет, попадающий на границу под углом, меньшим критического, будет проникать в оптическую оболочку и затухать по мере распространения в ней. Оптическая оболочка обычно не предназначена для переноса света, и свет в ней достаточно быстро затухает.

Специфические особенности движения света вдоль волокна зависят от многих факторов, включая:

•  Размер волокна

• Состав волокна

• Процесс инжекции света внутрь волокна

Понимание взаимного влияния этих факторов проясняет многие аспекты волоконной оптики.

Волокна сами по себе имеют чрезвычайно малый диаметр. Поперечные сечения и диаметры для ядра и оптической оболочки четырех наиболее распространенных видов волокон  следующие:

Для наглядного представления мизерности этих размеров укажем, что человеческий волос имеет диаметр около 100 микрон. При указании размеров волокна вначале приводится значение диаметра ядра, а затем оптической оболочки: итак, 50/125 означает диаметр ядра 50 микрон и диаметр оптической оболочки 125 микрон.

Таким образом, именно столь малые размеры позволяют передавать тысячи телефонных переговоров.