光ファイバ通信の原理

これまでに説明したデジタル通信技術により、光通信と衛星通信の両方の研究が進歩しました。それらを見てみましょう。

光ファイバ

光ファイバは、光周波数で動作する誘電体導波路として理解できます。デバイスまたはチューブは、曲がっていたり、エネルギーを放射するために終端されている場合、一般に「導波路」と呼ばれます。次の画像は、光ファイバケーブルの束を示しています。

光ファイバー

電磁エネルギーは、光の形でそこを通過します。導波管に沿った光の伝搬は、導波管の「モード」と呼ばれる一連の誘導電磁波の観点から説明できます。

作動原理

基本的な光学パラメータについては、光ファイバの研究では*屈折率*について考えておく必要があります。定義では、「真空中の光の速度と物質中の光の速度の比は、材料の屈折率 n です。」と表されます-

n = \ frac \ {c} \ {v}

どこで、

*c* =自由空間での光の速度= 3×10 ^ 8 ^ _m/s_

*v* =誘電体または非導電性材料の光の速度

一般的に、進行中の光線では、n〜2〜<n〜1〜のときに*反射*が起こります。界面での光線の曲がりは、屈折率が異なる2つの材料の光速の違いの結果です。インターフェースでのこれらの角度の関係は、*スネルの法則*と呼ばれます。次のように表されます-

n_1sin \ phi _1 = n_2sin \ phi _2

どこで、

$ \ phi _1 $は入射角です

$ \ phi _2 $は屈折角です

n〜1〜およびn〜2〜は2つの材料の屈折率です。

光学的に密度の高い材料の場合、同じ材料内で反射が起こると、そのような現象は*内部反射*と呼ばれます。入射角と屈折角を次の図に示します。

内部反射

入射角$ \ phi _1 $がはるかに大きい場合、ある点での屈折角$ \ phi _2 $はΠ/2になります。これ以上の屈折は不可能です。したがって、そのような点は*臨界角$ \ phi _c $ *と呼ばれます。入射角$ \ phi _1 $が臨界角より大きい場合、*全内部反射*の条件が満たされます。

次の図は、これらの用語を明確に示しています。

内部全反射

光線は、そのような条件でガラスに通された場合、ガラスの表面から漏れる光なしでガラスに戻って全反射されます。

繊維の部品

最も一般的に使用される光ファイバは、半径 a および屈折率n〜1〜の*単一固体誘電体シリンダー*です。次の図は、光ファイバの部品を説明しています。

繊維部品

このシリンダーは、ファイバーの「コア」として知られています。コアを取り囲む固体の誘電体は、*クラッド*と呼ばれます。クラッドの屈折率はn〜2〜で、n〜1〜未満です。

クラッドは次の場合に役立ちます-

散乱損失の削減。
繊維に機械的強度を追加します。
コアを不要な表面汚染物質の吸収から保護します。

光ファイバの種類

コアの材料組成に応じて、一般的に使用される2種類の繊維があります。彼らは-

ステップインデックスファイバ-コアの屈折率は全体にわたって均一であり、クラッド境界で急激な変化（またはステップ）が発生します。
グレーデッドインデックスファイバ-コアの屈折率は、ファイバの中心からの半径距離の関数として変化するように作られています。

これらの両方はさらにに分けられます-

シングルモードファイバー-これらはレーザーで励起されます。
マルチモードファイバー-これらはLEDで励起されます。