Будова оптичного волокна

Основним елементом оптичного кабелю є волоконний світловод, виконаний у вигляді тонкого скляного волокна циліндричної форми, по якому виконується передача хвиль мікронних довжин (ƒ=10¹⁴ – 10¹⁵Гц).

Найпростіший світловод являє собою тонке волокно циліндричної форми, яке складається з осердя з показником заломлення , оболонки з показником заломлення та зовнішнього покриття. Тут ε₁ і ε₂ – відносні діелектричні проникності матеріалів осердя та оболонки. Осердям (сердечником)передається електромагнітна енергія у вигляді світлової хвилі, тому його виготовляють з матеріалу з найменшими діелектричними втратами (кварц, багатокомпонентне скло). Оболонка призначена для створення кращих умов відбиття на межі осердя-оболонка та зменшення випромінювання енергії в навколишній простір. В оболонці можна допустити більш значні втрати, тому її виготовляють із звичайного скла або з пластмаси. Для захисту від зовнішніх заважаючих впливів (світлових, механічних) на оболонку світловоду наноситься полімерне покриття. Поперечний переріз волокна і розподіл показника заломлення подані на рис.9. 1.

В центрі ОВ розташований сердечник (серцевина), що виготовлені у вигляді досить тонкого, з діаметром 4-10 мкм кварцового скла інколи легованим Ge ( для одномодових, міжміських кабелів) або з діаметром 50—62,5 мкм ( для багатомодових, міських ) з певним коефіцієнтом заломлення (n1).

Серцевину чи сердечник охоплює оболонка з кварцового скла з певними добавками з зовнішнім діаметром 125 мкм, що має коефіцієнт заломлення (n2) менший ніж у сердечника ОВ.

Для механічного захисту оптичного волокна, що виконане з крихкого, ламкого скла використовується досить еластичне покриття з акрилових смол чи найлону (нейлон, капрон). Зовнішній діаметр ОВ з захисною оболонкою може сягати від 250 мкм до 900 мкм.

За рахунок заломлення світла на межі сердечник ОВ – оболонка ОВ за рахунок різкої зміни коефіцієнта заломлення на їх межі відбувається відбиття світла від цієї межі і розповсюдження світової хвилі – променя вздовж ОВ. Досить незначна частина світової енергії може передаватися по оболонці, але більшість світла передається власне через сердечник (серцевину) ОВ.

Отже, сердечник служить для передачі електромагнітної енергії. Оболонка – для створення кращих умов відбиття на межі сердечник – оболонка і захищає від випромінювання енергії в оточуюче середовище. На відміну від звичайних кабелів, оптично–волоконні мають інший механізм передачі, а саме – діелектричну провідність і струми зміщення. Інформація передається через діелектрик (світловод) у формі електромагнітних хвиль. Напрям хвиль здійснюється за рахунок відбиття від межі з різними кутами у сердечника і оболонки. Тут передача відбувається хвильовим методом по закону зигзагоподібного відбиття хвилі від межі розділу середовищ діелектрик – діелектрик з різними діелектричними властивостями. По цьому ж принципу діють хвилеводи, лінія поверхневої хвилі, діелектричний хвилевід.

Межа розділу двопровідних (двозв'язаних) і хвилевідних (однозв'язаних) направляючих систем характеризується співвідношення між довжиною і поперечними розмірами (d) направляючої системи. При λ. > d потрібно два проводи, а при λ. < d передача відбувається за рахунок багатократного відбиття хвилі від межі розділів двох середовищ. Тому передача по волоконній системі максимально можлива лише в діапазоні НВЧ, коли λ < d і при передачі повинен бути режим повного внутрішнього відбиття хвилі на межі сердечник – оболонка світловоду