Презентация - Волоконная оптика

Волоконная оптика
Презентация к уроку «Полное внутреннее отражение» учителя МАОУ лицея №14 Ермаковой Т.В.
2014 год

Волоконная оптика - это раздел оптики, в котором изучаются распространение света и передача информации по световодам. Это одно из наиболее быстро развивающихся направлений современной лазерной физики.

Волоконная оптика интересна тем, что носителем информации является не электромагнитный импульс, а закодированный пучок света. Если же сравнивать пропускную способность, то оптоволоконный световод толщиной с человеческий волос равноценен пучку медной проволоки толщиной с руку человека.

ИСТОРИЯ
Развитие современной волоконной технологии началось в 1966 году, когда двое японских ученых Као и Хокэма предложили использовать для передачи светового сигнала длинные стеклянные волокна.
В 1970 году фирма «Корнинг Гласе» впервые разработала световод, пригодный для передачи светового сигнала.
Нариндер Капани (12.10.1926 г) - один из основоположников волоконной оптики
Принцип передачи света, используемый в волоконной оптике, был впервые продемонстрирован во времена королевы Виктории (1837—1901 гг.)

Оптическое волокно представляет собой диэлектрический волновод, изготовленный из кварцевого стекла Сердцевина – это область в центре волокна, показатель преломления которой больше, чем у оболочки, и в которой распространяется большая часть энергии светового сигнала. Оболочка – это область волокна вокруг сердцевины, которая чаще всего изготавливается с постоянным и всегда более низким, чем у сердцевины, показателем преломления. Граница двух областей с более высоким и низким показателями преломления создаёт световодную структуру, удерживающую большую часть света в зоне сердцевины.
Устройство простейшего оптического волокна

В основе волоконно-оптической связи лежит явление полного внутреннего отражения электромагнитных волн на границе раздела диэлектриков с разными показателями преломления
Световод представляет собой стеклянное волокно цилиндрической формы, покрытое оболочкой из прозрачного материала с меньшим, чем у волокна, показателем преломления. За счет многократного полного отражения свет может быть направлен по любому (прямому или изогнутому) пути. Волокна набираются в жгуты. При этом по каждому из волокон передается какой-нибудь элемент изображения
Распространение луча света в волноводе
Распространение световых лучей в оптических волокнах

Первые оптические волокна были многомодовыми, т.е. по ним могло проходить несколько световых волн одновременно. Одномодовое волокно новейшей технологии имеет настолько малый диаметр сердцевины, что позволяет спрямить путь отдельного луча и намного снизить потери интенсивности сигнала
                             
Для передачи сигналов применяются два вида волокна: одномодовое SMF и многомодовое MMF.

По одному волокну можно передать одновременно 10 миллионов телефонных разговоров и миллион видеосигналов. Скорость передачи данных может быть увеличена за счет передачи информации сразу в двух направлениях, так как световые волны могут распространяться в одном волокне независимо друг от друга. Кроме того, в оптическом волокне могут распространяться световые сигналы двух разных поляризаций, что позволяет удвоить пропускную способность оптического канала связи.

Методы волоконной оптики используются:
в медицинских приборах (освещение носоглотки, желудка и т. д.); в скоростной киносъемке; в ядерной физике (регистрация треков ядерных частиц); в оптической связи; в фототелеграфии и телеметрии (преобразователи кода и шифровальные устройства); в вычислительной технике, акустике и т. д.
Одним из важных устройств, в котором применяется волоконная оптика, является волоконно-оптический телефон, используемый для двухсторонней связи.

Волоконно-оптический канал имеет намного более широкую полосу пропускания, чем металлический кабель. То есть он может нести больше данных. Оптико-волоконный кабель менее чувствителен к помехам, чем металлический, и намного тоньше и легче, чем металлический. Данные могут передаваться в цифровом виде, а не в аналоговом. Важное свойство оптического волокна – долговечность.
Достоинства применения оптического волокна

Основной недостаток волоконной оптики в том, что волоконно-оптический кабель является самым дорогим из всех типов кабеля. Волоконно-оптический кабель очень хрупкий, поэтому монтаж его очень затруднителен.
Недостаток применения оптического волокна

Исследователи  недавно обнаружили в теле глубоководных губок рода Euplectellas высококачественное оптоволокно.
Оптоволокно в природе

Заключение
Волоконно-оптические системы связи обеспечивают максимальную скорость передачи информации. Они включают в себя последние достижения оптики, электроники, материаловедения и технологий. Тенденции развития: - Увеличение информационной емкости линий связи - Увеличение скорости обработки информации - Уменьшение потерь и искажений оптических сигналов

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
Агравал Г. Волоконная оптика.- М.: Мир, 2010. Гроднев И. И. Оптоэлектронные системы передачи информации. – М.: Знание, 2012 Ремизов А.Н. Физика: учебник. -М.: Дрофа, 2011

Спасибо за внимание!