Световолокно и структура световолоконной линии
Свет имеет самую высокую скорость распространения из всех известных носителей информации. Мы часто видим вспышку молнии, и лишь через некоторое время до нас доходит звук грозового разряда. Ток в проводах распространяется намного быстрее звука, но и заметно медленнее, чем свет. Поэтому в последние годы широко применяются световолоконные линии связи.
Отдельное световолкно такой линии представляет собой пруток из стекла с коэффициентом преломления n1 в центре и плавным переходом к оболочке, имеющей коэффициент преломления n2 - см. рис. 4.1. Воздушная среда имеет коэффициент преломления n0. Для подачи светового луча в световолокно и вывода его используются специальные оптические разъемы. Они похожи на электрические разъемы, но сложнее их и дороже.
Рис. 4.1. Конструкция волокна современного световолоконного кабеля
Если пустить вовнутрь трубки световой луч под малым углом ja, то он будет испытывать многократные внутренние отражения от стенок трубки и будет передаваться от начала трубки к ее концу. Если коэффициент преломления n внутри волокна меняется плавно, то и отражения будут носить плавный характер - как на рис. 4.1.
Поразительно, но в стекловолокне свет может передаваться на многие километры без сильных потерь, и при этом его можно модулировать с частотами примерно до 10 ГГц. Таким образом, через световолокно можно передавать гигантские объемы информации со скоростью, близкой к скорости света. При этом потери энергии света гораздо меньше потерь электрической энергии в проводных линиях связи.
Структура простейшей световолоконной сети следующая (eвх(t) и eвых(t) - временные зависимости напряжения входного и выходного сигналов):
eвх(t) ® излучающий диод ® световолокно ® фотодиод ® eвых(t).
Каждое преобразование ведет к потере энергии сигнала. Но это оправдывается возможностью передачи по световолокну огромных объемов информации. Кроме того такие потери информации компенсируются применением электронных усилителей, например после фотодиода. Нередко линии строятся с применением промежуточных ретрансляторов, которые имеют описанную структуру и дополняются усилителями.
