2. РАСПРОСТРАНЕНИЕ СВЕТА В ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКНАХ

2.1. РАСПРОСТРАНЕНИЕ СВЕТА В ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКНАХ НА ОСНОВЕ ЛУЧЕВОЙ МОДЕЛИ

2.1.1. Общие сведения

В гл. 2 - 6 будут рассмотрены все характеристики оптического волокна как среды для передачи оптических сигналов, причем особое внимание будет уделено тем его свойствам, которые могут ограничить информационную пропускную способность волоконно-оптической системы связи. В данной главе распространение света в волокне будет трактоваться как распространение световых лучей, подчиняющихся законам геометрической оптики. Влияние материала волокна на распространение света будет учтено интегрально с помощью показателя Преломления материала причем сначала будем полагать, что не зависит от длины волны. Поскольку свет представляет собой электромагнитные колебания, в § 2.2 сжато изложены основные положения теории распространения электромагнитных волн в объеме, занимаемом диэлектриком. Это полезно как для понимания наблюдаемого в волокнах явления, когда показатель преломления материала волокна зависит от длины волны света, так и для объяснения основных причин оптических потерь в волокне. После элементарного рассмотрения общей дисперсии в волокне (§ 2.3) и введения понятия среднеквадратической ширины импульса (§. 2.4) в гл. 3 дается подробный анализ вопроса о потерях в волокне.

Глава 4 посвящена описанию некоторых методов изготовления оптических волокон и кабелей из них.

Лучевое приближение представляет собой предельный случай, когда длина волны света стремится к иулю по сравнению с размерами среды распространения. При этом предполагают, что локально электромагнитное поле остается таким же, как и в плоской волне, а траектория луча становится перпендикулярной поверхностям равных фаз волны, т. е. поверхности ее волнового фронта. Как будет показано далее, оптические волокна могут иметь диаметры сердцевины вплоть до 1 мм или до нескольких микрометров. В некоторых наиболее распространенных типах волокон диаметр сердцевины составляет около 50 мкм. Можно считать, что при таких размерах волокон лучевое приближение достигает предела своей применимости.

В гл. 5 и 6 будет рассмотрено поведение волокон как диэлектрических волноводов для электромагнитных воли светового диапазона и будет показано, что для большинства типов волокна предположения, сделанные при волноводном подходе к распространению света и в волокне, эквивалентны таковым при лучевом приближении. Значительные различия имеют место только тогда, когда диаметр сердцевины волокна становится очень малым, как случае одномодового (моио-молового) волокна. Уровень теоретического рассмотрения материала, даваемого в гл. 5 и 6, безусловно существенно выше того, который приводится остальной кинге. Можно считать, что этот материал выходит за рамки собственно учебника и многие читатели могут опустить приводимые подробности теории. Другие читатели, напротив, могут найти изложение основ распространения электромагнитных волн и теории диэлектриков, приводимое в даииой главе, безусловно кратким. Этим читателям можно порекомендовать обратиться к тем многочисленным превосходным учебникам, которые специально посвящены этим вопросам.