Fibrele optice

Trimis la data: 0000-00-00 Materia: Fizica Nivel: Liceu Pagini: 38 Nota: / 10 Downloads: 21
Autor: Silvy Dimensiune: 365kb Voturi: Tipul fisierelor: doc Acorda si tu o nota acestui referat: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
vezi mai multe detalii vezi mai putine detalii
Raporteaza o eroare
Din punctul de vedere al opticii, pentru a obţine informaţii despre un obiect trebuie îndeplinite cel puţin trei condiţii şi anume: (a) obiectul să fie luminos, adică să emită lumină direct sau indirect, (b) lumina care provine de la obiect să fie transmisă către locul unde se face detecţia fără pierderi prea mari şi (c) cantitatea de lumină care ajunge la locul de detecţie să fie suficient de mare. Observăm că mediul prin care se transmite informaţia optică este de importanţă esenţială pentru ca semnalul optic transmis să nu fie “mutilat” sau distorsionat.

FIBRELE OPTICE


Din punctul de vedere al opticii, pentru a obţine informaţii despre un obiect trebuie îndeplinite cel puţin trei condiţii şi anume: (a) obiectul să fie luminos, adică să emită lumină direct sau indirect, (b) lumina care provine de la obiect să fie transmisă către locul unde se face detecţia fără pierderi prea mari şi (c) cantitatea de lumină care ajunge la locul de detecţie să fie suficient de mare. Observăm că mediul prin care se transmite informaţia optică este de importanţă esenţială pentru ca semnalul optic transmis să nu fie “mutilat” sau distorsionat.
Chiar şi în cazurile când ne interesează doar simpla observare a obiectelor, dispozitivele şi aparatele optice clasice sau devin prea complicate sau nu pot rezolva o anumită problemă de rezolvare. Să luăm doar un singur exemplu: cei care lucrează în domeniul medical sunt interesaţi să dispună de metode rapide şi sigure de explorare a anumitor părţi interne sau organe interne ale organismului uman. Metodele clasice, bazate pe folosirea lămpilor cu incandescenţă, nu numai că sunt greoaie şi implică iluminări mici, dar prezintă şi riscuri datorită folosirii conexiunilor electrice. Toate aceste dificultăţi sunt eliminate dacă iluminarea se face din afară prin intermediul unei fibre optice subţiri.
Însă fibrele optice sunt deja folosite pe scară largă în tehnica comunicaţiilor sau de transmitere a imaginilor. Această posibilitate este faciliată de natura electromagnetică a luminii, frecvenţa undelor luminoase fiind mult mai mare decât cea a undelor radio. Ântr-un context mai general fibrele optice reprezintă un domeniu al opticii integrate, iar progresele care vor fi obţinute în cadrul opticii integrate vor depinde foarte mult de progresele ce se vor realiza în domeniul fibrelor optice.
Ca domeniu al opticii, care a apărut exclusiv din necesităţi practice dintre cele mai diverse, fibrele optice au cunoscut o dezvoltare rapidă după anul 1950 ca rezultat al obţinerii primelor fibre optice cu performanţe ridicate. Principiul de funcţionare al fibrelor optice este asemănător, din multe puncte de vedere, cu principiul de transmitere a luminii printr-o baghetă de sticlă transparentă. Teoretic, lumina poate fi transmisă printr-o astfel de bachetă de sticlă optică, dacă indicele de refracţie al sticlei este mai mare decât indicele de refracţiei al aerului. Din punct de vedere practic însă, neomogenităţile de compoziţie şi de prelucrare, precum şi impurităţile de pe suprafaţa materialului implică piederi foarte mari de lumină de-a lungul parcursului luminii. Pe de altă parte, natura electromagnetică a radiaţiei luminoase arată că pot apărea pierderi de lumină şi fenomene parazite care limitează drastic posibilităţile de folosire practică a fibrelor optice.
Indiferent de domeniile în care se folosesc, fibrele optice sunt ghiduri de lumină folosite pentru transmiterea informaţiilor cu piederi mici de energie dintr-un loc în alt loc. Vom analiza transmiterea radiaţiei luminoase prin fibrele optice din punctul de vedere al opticii geometrice şi din punctul de vedere al opticii ondulatorii.

FIBRA OPTICĂ SIMPLĂ

Prin fibră optică simplă înţelegem un mediu optic transparent, de mare lungime, cu secţiunea transversală circular simetrică şi indicele de refracţie constant sau radial variabil, separat de un alt material cu indicele de refracţie constant şi mai mic, pentru ca la suprafaţa de separare să se producă reflexia totală a radiaţiei luminoase, fără pierderi. După mudul de variaţie radială a indicelui de refracţie al materialului transparent, denumit miezul fibrei optice, distingem mai multe tipuri de fibre optice reprezentate în figura 8.1. Învelişul fibrei optice are şi rolul de aproteja de impurităţi suprafaţa de separare dintre miez şi înveliş, la care se produce fenomenul de reflexie totală. Tehnologia de obţinere a fibrelor optice este prezentată de Tader şi Spulber (1985).

CONSIDERAŢII DE OPTICĂ GEOMETRICĂ

Propagarea radiaţiei luminoase prin fibra optică poate fi analizată din punctul de vedere al opticii geometrice atunci când diametrul miezului fibrei optice este mare comparativ cu lungimea de undă a radiaţiei luminoase (efectele de difracţie se neglijează). Dacă diametrul miezului fibrei optice este de acelaşi ordin de mărime cu lungimea de undă a radiaţiei luminoase, analiza trebuie făcută în cadrul opticii ondulatorii. În această secţiune vom considera că sunt împlinite condiţiile de aplicabilitate a opticii geometrice.
În limbajul opticii geometrice, radiaţia luminoasă incidentă la limita de separare dintre miezul fibrei (cu indicele de refracţie n1 ) şi învelişul protector (cu indicele de refracţie n2, n1 > n2) va fi reflectată total şi deci se va propaga fără pierderi de-a lungul fibrei optice, dacă unghiul de incidenţă θ este mai mare sau egal cu unghiul limită l (0>l), unde unghiul limită este dat de relaţia
sin l=n2/n1=1/n21 (8.1)
Fie o fibră optică cilindrică cu secţiunea transversală, circulară de rază R0 şi cu indicele de refracţie n1=constant, înconjurată de un mediu protector cu indicele de refracţie n2=constant şi fie SI o rază de lumină, care intersectează axa de simetrie a fibrei, incidentă pe suprafaţa plană a fibrei optice, perpendiculară pe axa de simetrie, sub unghiul de incidenţă i, aşa cum se arată în figura 8.2. După ce suferă refracţia la suprafaţa plană sub unghiul de refracţie r, dat de relaţia
r=arc sin (n0/n1 sin i), (8.2)
unde n0 este indicele de refracţie al mediului din care lumina pătrunde în fibră, raza de lumină ajunge la suprafaţa de separare dintre miezul fibrei şi mediul protector sub unghiul de incidenţă θ dat de relaţia
θ=π/2-r. (8.3)
Conform relaţiilor (8.1)- (8.3), condiţia de reflexie totală în punctul I’ este dată de relaţia
sin θ=cos r=(1-sin²r)½=(1-n²0 /n²1 sin²i)½>n2/n1, (8.4a)
sau
(n1²-n2²)½≡sin imax>sin i. (8.4b)
Aceasta înseamnă că orice rază de lumină, incidentă pe suprafaţa plană a fibrei optice sub unghiul de incidenţă i mai mic decât unghiul imax, dat de relaţia (8.4b), va fi trapată în fibra optică (raza trapată). Unghiul de refracţie maxim pentru o rază trapată este dat de relaţia
sin rmax= n0 sin imax= (1- n2²)½ . (8.4c)
n1 n1²
Apertura numerică (A.N.) a fibrei optice este
A.N.= n0 sin imax= (n1²-n2²)½ .
Fig 8.3. Distanţa de la axa de simetrie la drumurile succesive parcurse de rază în interiorul fibrei optice este o mărime constantă, notată cu dc . De asemenea şi unghiul de incidenţă θ din interiorul fibrei rămâne constant, fiind dat de relaţia
cos θ= sin r cosγ= n0 sin i cos γ
n1
unde sin γ= dc/R0. În funcţie de unghiul de incidenţă la intrare,i, condiţia de trapare a razei de lumină se scrie n0 sin i< A.N. sec γ. Razele incidente care nu intersectează axa de simetrie a fibrei optice determină o apertură numerică virtuală (A.N.V.) care se poate calcula folosind relaţia
A.N.V.= n0 sin imax= (n1²-n2²)½ sec γ .
Întrucât nu toate razele de acest fel sunt trapate de fibra optică, chiar dacă se îndeplineşte condiţia i < imax, apertura numerică efectivă (A.N.E.) se calculează cu ajutorul relaţiei
(A.N.E.)²= n0²- 2 {[(n0²-n1²+n2²)]½+[n0²-2(n1²-n2²)]arccos[(n1²-n2²)½/n0]} ,
π
pentru obţinerea căreia s-au luat în consideraţie toate razele de lumină, indiferent dacă intersectează sau nu axa de simetrie, iar fibra optică s-a considerat perfect cilindrică.
Când suprafaţa plană, a fibrei opice, prin care intră lumina, este oblică faşă de axa de simetrie, conul razelor trapate va fi şi el oblic, la ieşirea din fibră, faţă de axa de simetrie. Reprezentarea schematică a formei fasciculului incident şi de forma suprafeţei prin care intră lumina, este dată în figurile 8.4 a, b, c.
Dacă fibra optică este conică, aşa cum se arată schematic în figura 8.5, unghiul de incidenţă al unei raze trapate în interiorul fibrei se modifică de-a lungul acesteia, raza de lumină putându-se chiar întoarce ...

  • pag. 1
  • pag. 2
  • pag. 3
  • pag. 4
  • pag. 5
  • pag. 6
  • pag. 7
  • pag. 8
  • pag. 9
  • pag. 10

Nota explicativa
Referatele si lucrarile oferite de Referate.ro au scop educativ si orientativ pentru cercetare academica.

Iti recomandam ca referatele pe care le downloadezi de pe site sa le utilizezi doar ca sursa de inspiratie sau ca resurse educationale pentru conceperea unui referat nou, propriu si original.

Referat.ro te invata cum sa faci o lucrare de nota 10!
Linkuri utile
Programeaza-te online la salonul favorit Descarca gratuit aplicatiile pentru iOS si Android Filmulete haioase Filme, poante si cele mai tari faze Jocuri Cele mai tari jocuri de pe net Referate scoala Resurse, lucrari, referate materiale pentru lucrari de nota 10
Toate imaginile, textele sau alte materiale prezentate pe site sunt proprietatea referat.ro fiind interzisa reproducerea integrala sau partiala a continutului acestui site pe alte siteuri sau in orice alta forma fara acordul scris al referat.ro. Va rugam sa consultati Termenii si conditiile de utilizare a site-ului. Informati-va despre Politica de confidentialitate. Daca aveti intrebari sau sugestii care pot ajuta la dezvoltarea site-ului va rugam sa ne scrieti la adresa webmaster@referat.ro.
Confidentialitatea ta este importanta pentru noi

Referat.ro utilizeaza fisiere de tip cookie pentru a personaliza si imbunatati experienta ta pe Website-ul nostru. Te informam ca ne-am actualizat politica de confidentialitate pentru a integra cele mai recente modificari privind protectia persoanelor fizice in ceea ce priveste prelucrarea datelor cu caracter personal. Inainte de a continua navigarea pe Website-ul nostru te rugam sa aloci timpul necesar pentru a citi si intelege continutul Politicii de Cookie. Prin continuarea navigarii pe Website-ul nostru confirmi acceptarea utilizarii fisierelor de tip cookie conform Politicii de Cookie. Nu uita totusi ca poti modifica in orice moment setarile acestor fisiere cookie urmarind instructiunile din Politica de Cookie.


Politica de Cookie
Am inteles