Електротехничка школа „Никола Тесла“ Панчево
Предмет
Оптичке приступне мреже и технологије
Смер
Техничар телекомуникационих технологија
Разред
IV
Наставник
Никола Ђорђевић
Интерактивна анимација

Светлост у оптичком влакну

Кратак светлосни импулс улази у влакно као сноп зрака под различитим угловима. Прати како сваки зрак путује кроз језгро, који се губи у омотачу и зашто импулс на излазу постаје шири. Упореди мултимодно влакно са мономодним, где се светлост простире као један мод.

01

Простирање светлости

аксијални зракзраци вишег реда изгубљени у омотачу

Размак на тастатури паузира и покреће анимацију.

02

Параметри

Брзо подешавање:
03

Израчунате величине

Нумеричка апертураNA = √(n₁² − n₂²)
Угао прихватањаθa = arcsin(NA)
Критични угаоθc = arcsin(n₂ / n₁)
Релативна разликаΔ = (n₁² − n₂²) / 2n₁²
Нормализована учест.V = 2πa·NA / λ
Број модова
Модална дисперзија
Највећи протокB ≈ 1 / (2Δτ)
04

Импулс и профил индекса

Импулс на улазу и на излазуВреме мерено од доласка аксијалног зрака, код мономодног од средине импулса. Кад је излазни импулс много нижи, приказан је увећан, а фактор пише у легенди.
Профил индекса n(r)Попречни пресек: језгро у средини, омотач изнад и испод.
05

Објашњења

Тотална унутрашња рефлексија

Зрак остаје у језгру ако на граници језгро–омотач пада под углом већим од критичног θc. Споља гледано, мора ући унутар конуса прихватања, sin θa = NA. Повећај упадни угао изнад θa и зраци почињу да беже у омотач.

Модална дисперзија

Код степенастог индекса сви зраци иду истом брзином c/n₁, али зраци вишег реда прелазе дужи цик-цак пут и касне. Кратак импулс се зато на излазу разлије: Δτ ≈ (L·n₁/c)·(n₁/n₂ − 1).

Градијентни индекс

Индекс опада од осе ка омотачу. Зраци вишег реда иду дужим путем, али кроз слојеве мањег индекса, где је светлост бржа. Путање се савијају у синусоиде и кашњења се скоро изједначе: Δτ ≈ L·n₁·Δ² / 8c.

Мономодно влакно

Језгро од око 8–9 µm и мала разлика индекса дају V < 2,405, па се простире само основни мод LP₀₁. Модалне дисперзије нема. Импулс шири само хроматска дисперзија: Δτ = |D|·L·Δλ, где је D ≈ 0 на 1310 nm и ≈ 17 ps/(nm·km) на 1550 nm. Део поља иде и кроз омотач, па је пречник поља мода (MFD) већи од језгра.

О моделуАнимација није у стварној размери: језгро је увеличано, а светлост успорена милијардама пута. Зраци су модел геометријске оптике. Код мономодног влакна тај модел не важи, па је светлост у језгру приказана као таласни пакет основног мода. Проток за мултимодна влакна је процена само из модалне дисперзије за идеалан профил, а за мономодно само из хроматске дисперзије.