Uklon 21. listopada 2015. 17:25

Uklon, ogib, difrakcija Ogib ili difrakcija je skup pojava koje su rezultat skretanja valova s prvobitnog pravca prostiranja (oblikovanje novih pravaca prostiranja) pri njihovom nailasku na rubove otvora ili na prepreku. Pojava se opaža bolje što je širina pukotine na kojoj se svjetlost ogiba bliža redu veličine valne duljine svjetlosti. 2 općenita slučaja ogiba: a) Izvor koherentne svjetlosti i figure ogiba su beskonačno udaljeni od zapreke, što znači da na zapreku pada ravni val, a figura ogiba je u dalekom polju; to je slučaj tzv. Fraunhoferove difrakcije. b) Takozvana Fresnelova difrakcija - Nastaje kad je točkasti izvor ili ravnina promatranja figura ogiba u blizom polju s obzirom na difrakcijsku zapreku. Fraunhoferov ogib, koji je važan u teoriji optičkih instrumenata, granični je slučaj Fresnelova ogiba.

Koherenca 21. listopada 2015. 18:06

Koherenca je lastnost EM (optičnega) polja. Pove nam kako polje korelira samo s sabo. Definicija koherence je tesno vezana na interferenco valovanja: Če združimo v točki prostora dva vala z isto frekvenco, se bosta vala seštevala. Če je fazna razlika med valoma stalna, bo tudi amplituda seštetih valov stalna (odvisna bo le od fazne razlik med valom, ki pa je stalna). Za dva vala z isto frekvenco med katerima je fazna razlika stalna pravimo, da sta koherentna. Nekoherentna vala bi bila vala, med katerima se faza spreminja hitro in naključno. Amplituda seštevka takšnih valov se spreminjala hitro in naključno. Ločimo dve vrsti koherence: časovno (vzdolžno) in prostorsko (prečno) koherenco Realen vir EM valovanja (npr. laser) si lahko predstavljamo kot napravo, ki generira sinusno valovanje, vendar pa občasno prihaja do motenje v delovanju generatorja, kar povzroči nezvezne fazne skoke kot kaže slika. Ti skoki se pojavljajo v naključnih trenutkih, vendar pa je povprečno trajanje nemotenega delovanja

vira približno τ

Realen oddajnik si lahko predstavljamo tudi, kot napravo, ki oddaja valovne pakete z trajanjem τ. Med posameznimi valovnimi paketi pride do nezveznih faznih skokov. Valovanje je koreilirano samo s samim znotraj valovnega paketa, ne pa tudi med paketi

τ imenujmo koherenči čas

Če τ pomnožimo s svetlobno hitrostjo dobimo kohrenčno dolžino lc=cτ

Koherentna dolžina nam torej pove: kako daleč se lahko premaknem iz točke opazovanja v smeri širjenja valovanja, da bom lahko še vedno določil zanesljivo fazno razliko med izhodiščno točko in točko opazovanja. Primer: AB< lc faza med točko A in B je dobro korelirana – fazna razlika med točko A in B je natančno določena in časovno nesprejemljiva (če poznam fazo valovanja v točki A jo lahko zanesljivo napovemo tudi za točko B) Primer: BC> lc faza med točko B in C je slabo korelirana – med točko B in C bo prišlo z veliko verjetnostjo do (vsaj enega) nezveznega faznega skoka; fazan razlika med točko B in C se s časom hitro in naključno spreminja

Kaj je sploh koherenca: (povprecno trajanje) Koherenca je lastnost opticnega polja, ki pove kako je opticno polje korelirano s samim seboj. Obstajata dva posebna primera opisa koherence: • Casovna in

• Prostorska koherenca. Casovna (vzdolzna) koherenca: Je lastnost svetlobnega polja, ki pove verjetnost, s katero

lahko dolocimo fazo svetlobnega polja v trnutku t2 , ce poznamo fazo polja v trenutku t1 , pri

tem pa je t2 − t1 = τ . Casovna koherenca je dolocena s casovno avtokorelacijo svetlobnega polja. Pojem casovna koherenca je tesno povezan s pasovno sirino vira svetlobe. Svetloba, ki jo opazujemo, je s pomocjo zarkovnega delilnika razdeljena v dva zarka. Eden od zarkov se odbije od pritrjenega ogledala, drugi od ogledala, ki ga lahko premikamo. Odbita zarka se ponovno delita v delilniku, pri tem pa se del zarka od vsakega ogledala razsiri proti zaslonu. Z opisano napravo originalni zarek razdelimo na dva zarka (polji posameznih zarkov znasata ). Enega izmed njih zakasnimotako, da mu povecamo opticno pot ter ju nato ponovno zdruzimo. Zarka med seboj interfeirata, pri tem pa je interferenca, ki jo opazujemo na zaslonu odvisna od koherencnih lastnosti vira. E1 in E2 Na zaslonu se sestevata valovanji . Polje doseze zaslon preko pritrjenega ogledala in polje preko premicnega ogledala. Na zaslonu se pojavi interferencni vzorec. V primeru, da zarkovni delillnik razdeli valovanje v razmerje 1:1 (E1=E2) lahko zapisemo:

τ je casova zakasnitev polja E2 glede na polje E1, ki nastopi zaradi dodatne opticne poti 2d , ki jo opravi valovanje E2.

Casovno zakasniten τ lahko v odvisnoti od premaknitve ogeldala zpisemo kot: τ=2d/c

Prostorska (precna) koherenca: Je lastnost svetlobnega polja, ki pove verjetnost, s katero

lahko dolocimo fazo svetlobnega polja v tocki prostora Q2, pri tem pa sta tocki oddaljeni za L.

Prostorska koherenca je dolocena s prostorsko avtokorelacijo svetlobnega polja. Pojem

prostorska koherenca je tesno povezan s velikostjo predela vira, ki seva koherentno.

- je razdalja na kateri lahko dolocimo fazo v poljubni tocki. - je pomembna, ko opticni signal lahko preoblikujemo - vpliva na uklon Zakaj je koherenca pomembna: Koherenca je pomembna za gradnjo interferometrov (to je senzor oz. detektor) s katerimi opazujemo interferencne pojave. Kaksna je povezava med koherenco in spektralno sirino vira: Pojem casovne koherence je tesno povezan s pasovno sirino vira svetlobe!

Dvolom 22. listopada 2015. 15:00

Dvolom je pojava kada nepolarizirana svjetlost pada na granicu nekih kristala (kalcit, kvarc, led...) i lomi se tako da od jedne upadne zrake nastaju dvije: REDOVNA i IZVANREDNA. Za redovnu zraku vrijedi Snellov zakon loma. Redovna i izvanredna zraka su polarizirane tako da su im ravnine polarizacije međusobno okomite Pojava dvoloma je posljedica neizotropnosti kristala – u razlicitim smjerovima kristal ima razlicit indeks loma.

- kalcit: nr = 1,66, ni = 1,49 • - kvarc: nr = 1,54, ni = 1,55 PODJELA MINERALA PREMA OPTIČKIM SVOJSTVIMA

1. optički izotropni svjetlost se u njima u svim smjerovima širi jednakom brzinom, te imaju jedan indeks loma (plinovi, tekućine, kubični materijali)

2. optički anizotropni brzina ovisi o smjeru širenja, te takvi kristali imaju više indeksa loma (svi minerali osim kubičnih)

-pri ulasku svjetlosti u anizotropni mineral, svjetlost se lomi na dvije polarizirane zrake koje vibriraju u međusobno okomitim vibracijskim ravninama = ta pojava se naziva DVOLOM •Amorfne prozirne tvari (voda, staklo) su izotropne, tj. brzina širenja svjetlosti je u svim smjerovima jednaka. Većina kristala, zbog specifične kristalne rešetke je anizotropna, tj. brzina svjetlosti ovisi o smjeru širenja. Dvolom je pojava kada nepolarizirana svjetlost pada na granicu nekih kristala (kalcit, kvarc, led...) i lomi se tako da od jedne upadne zrake nastaju dvije: REDOVNA i IZVANREDNA. • Redovna (ordinarna) zraka: bez obzira kojim smjerom zraka prolazi kristalom, što se mijenja kako se mijenja kut upada, brzina širenja kroz sredstvo uvijek je jednaka. Za redovnu zraku računamo indeks loma kao kod izotropnog sredstva. Za izvanrednu zraku brzina se mijenja; indeks loma se mijenja. • U kristalu postoji određeni smjer za koji vrijedi da je vred=vizv i to je optička os kristala • Redovna i izvanredna zraka su polarizirane tako da su im ravnine polarizacije međusobno okomite: • Redovna zraka je polarizirana okomito na optičku os kristala • izvanradna zraka je polarizirana paralelno s optičkom osi kristala Dvolomna je lastnost snov, da izkazuje več kakor eno vrednost za lomni količnik. Dvolomnost lahko izkazujejo le anizotropne snovi (snovi pri katerih so določen lastnosti odvisne

od smeri opazovanja). Močna dvolomnost je pogosto prisotna v kristalih, ki imajo urejeno notranjo strukturo, struktur

pa je takšna, da so posamezni gradniki zloženi tako, da tvorijo v kristalu dominantno ali preferenčno smer.

Kot primer is oglejmo kristal kalcita. Gradniki kristal so urjeni v plasti (ravnine), plasti pa so zložne ena na drugo.

Različne skupune elektronv so sedaj različno trdno pripete na osnovne gradnike (atomska jedra)

Kadar je polje E vzporedno z ravninami v katere so urejeni atomi, zanihajo pod vplivom polja drugačne skupine elektronov, kakor v primeru, kadar je E pravokotno na kristalno ravnino.

Ker so posamezne skupine elektronov na gradnike pritrjen z »različnimi vzmetmi« imajo posamezne skupine različne lastne frekvence, s tem pa izkazujejo različne odmike pri isti frekvenci polja, kar vodi v izkazovanje različnega lomnega količnika v isti snovi.

Lomni količnik v dvolomni snovi bo torej odvisen od orientacije (polarizacije) vektorja E glede na referenčno smer v snovi (takšna smer ponazarja smer v kateri so enakomerno urejeni gradniki in ji pravimo optična os – v kalcitu je npr, optična os pravokotna na ravnine v katerih so zloženi gradniki)

Dvolomnost je lahko precejšnja v kristalih, kara s pridom izrabljamo za gradnjo različnih naprav in elementov za nadzor in preoblikovanje polarizacije svetlobnega valovanja

Dvolomnost pa se lahko pojavi tudi v amorfnih materialih (materialih z neurejeno notranjo strukturo), npr v steklu

Dvolomnost v takšnih materialih je običajno šibka, pojavi se pa se kot posledica delne ureditve notranje strukture

Če na primer izpostavimo steklo mehanski napetosti, bo to vplivalo na vzmetne konstante atomski oscilatorjev. Vpliv bo seveda odvisen od smeri deformacije. V tem primeru govorimo o napetosti dvolomnosti.

Napetostna dvolomnost se do neke mere pojavlja v optičnih vlaknih, lahko jo povzročimo tudi namerno (več o tem v poglavju o vlaknih)

Malusov zakon 22. listopada 2015. 15:13

Če postavimo dva linearna polarizatorja zaporedno, bo prepustnost sistema sorazmerna s kotom med osema polarizatorja

Povezavi med kotom in prepuščenim svetlobnim tokom pravimo Malusov zakon:

Pri kotu 90 je energijski tok enak nič, saj je električno polje, ki ga prepušča polarizator, pravokotno na prepustno os analizatorja. Polje je v takšnem primeru vzporedno z ti. zaporno osjo polarizatorja.

• Polarizatori od prirodne (nepolarizirane) svjetlosti propuste samo komponente koje titraju u jednom smjeru – dobije se linearno polarizirana svjetlost. • Kad prirodna svjetlost padne na polaroid (dikroit), ona se jednim dijelom apsorbira i smanji joj se intenzitet. • Svjetlost je polarizirana u smjeru određenom polarizatorom. • Ako tu svjetlost propustimo kroz drugi polarizator (analizator), čiji se pravac polarizacije ne poklapa s pravcem polarizacije prvog polarizatora, intenzitet izlazne svjetlosti iz drugog polarizatora (analizatora) će ovisiti o kutu između pravaca polarizacije 1. i 2. polarizatora. •Malusov zakon daje ovisnost intenziteta svjetlosti o kutu • I (0) je intenzitet polarizirane svjetlosti koja pada na analizator (polarizator koji analizira svjetlost koja pada na njega). • Za kut izmedu polarizatora i analizatora od 90, nema prolazne svjetlosti

Polarizatorji 22. listopada 2015. 15:36

Nicolova prizma Iz Wikipedije, proste enciklopedije

Nicolova prizma je optična prizma, ki spada med polarizacijske prizme. Uporablja se v optičnih napravahkot polarizator. S pomočjo Nikolove prizme dobimo žarek polarizirane svetlobe. Nicolova prizma je sestavljena iz dveh delov. Oba dela sta narejena iz kristala kalcita, ki sta odrezana pod kotom 68° in ponovno zlepljena s kanadskim balzamom, ki se pridobiva iz iglastega drevesa balzamovca(Abies balsamea). Žarek vstopa na enem koncu prizme. Zaradi dvolomnosti žarek razpade na dva žarka (redni in izredni). Eden izmed žarkov (običajno redni žarek) se popolno odbije ali pa izstopi na zgornjem delu prizme (lomni količnik ima 1,658). Drugi žarek (ima lomni količnik 1,486) se ne odbije in nadaljuje pot, ter prizmo zapusti. Ta žarek je izredni žarek in ga sestavlja linearno polarizirana svetloba. Kanadski balzam pa ima lomni količnik 1,54, kar je več kot izredni in manj kot redni žarek. Nicolove prizme se uporabljajo v mikroskopija in polarimetriji. Pogosto se v novejšem času v polarizatorjih uporabljajo polaroidne plošče in tudi Glan-Thompsonova prizma. Glan-Foucaultova prizma Iz Wikipedije, proste enciklopedije

Zgradba in delovanje Glan-Foucaultova prizme Glan-Foucaultova prizma (znana tudi kot Glanova zračna prizma) je optična prizma, ki spada medpolarizacijske optične prizme. Podobna je Glan-Thompsonovi prizmi, od nje se razlikuje samo v tem, da oba dela iz kalcita loči zračna reža in ne lepilo kanadski balzam. Imenuje se po nemškem fiziku in meteorologu Paulu Glanu (1846 – 1898) in . Zgradba in delovanje[uredi | uredi kodo] Narejena je iz dveh prizem iz kalcita, ki imata za osnovno ploskev pravokotni trikotnik. Mineral kalcit je znan po svoji dvolomnosti. Med obema prizmama je zračna reža. Zaradi dvolomnosti kalcita se žarek, ki vstopi v prizmo, razcepi na dva žarka (redni in izredni). Redni žarek se na mestu, kjer sta prizmi zlepljeni, odbije (popolni odboj) in pozneje absorbira. Izredni žarek nadaljuje pot v prvotni smeri in izstopi iz prizme. Prizma lahko uporablja tudi laserski žarek, ker ima zelo majhen vhodni kot pri katerem še deluje. Prizma je tudi krajša kot Glan-Thompsonova prizma. Podobna je Glan-Taylorjevi prizmi Wollastonova prizma Iz Wikipedije, proste enciklopedije

Zgradba in delovanje Wollastonove prizme Wollastonova prizma je optična prizma, ki spada med polarizacijske prizme. Uporablja se v optičnih napravah kot polarizator. S pomočjo Wollastonove prizme dobimo dva žarka linearno polarizirane svetlobe. Imenuje se po angleškem kemiku Williamu Hydeu Wollastonu (1766 – 1828). Zgradba in delovanje[uredi | uredi kodo] Wollastonova prizma je narejena iz minerala kalcita, ki ima dvolomne lastnosti. Sestavljata jo dva dela, ki sta zlepljena s kanadskim balzamom tako, da sta optični osi pravokotni. Na nasprotni strani prizme izhajata dve žarka (redni in izredni), ki sta linearno polarizirana (njuni ravnini polarizacije sta pravokotni).

Relativna dielektrična konstanta 31. listopada 2015. 12:45

Relativna dielektrična konstanta nam govori kako močno se bo v snovi prerazporedil naboj kada ga podvrgnemo vanjskom električnom polju. Večja kot je relativna dielektrična konstanta, močnije bo zunanje polje ratslojilo naboj v snovi.

Lomni količnik 31. listopada 2015. 12:45

Lomni količnik n naroča s frekvenco, močno naraste v vližini lastne frekvenca, nato pa strmo pada. V vližini resonance se odmiki oscilatorja veliki. Zato se pri teh frekvencah sprosti več energije na dušilki, kar povzroči povečanje absorpcije. Absorpcija je zato povezana z lomnim količnikom, kjer je lomni količnik nižji je vjerovatno da je nizka tudi absorpcija. Če se frekvenca vpadnega vala približa resonančni frekvenci, se amplituda njihanja poveča in val odda več energije oscilatorju. Elektromagnetna energija se pretvori v mehansko energijo (nihanje). Pri resonančni frekvenci nastopi tako imenovani absorpcijski maksimum oziroma absorpcijski vrh, okolici vrha pa pravimo absorpcijski pas. Dielektriki so torej v splošnem prozorni pri vseh frekvencah, razen v primeru, ko je frekvenca vpadnega valovanja v vližini karakterističnih frekvenc. IZPELJAVE za lomni količnik

Lom i odboj 31. listopada 2015. 12:46

LOM I ODBOJ

Pri upadu upadni val se rascjepi na lomni i reflektirani. Lomni količnik nv je manji od np. U danom trenutku kada val udari točku a iz nje se krenu širiti sekundarni Huygensovi valovi kroz oba medija. V vpadni medij s hitrostjo Cv in v prenašalni medij s hitrostjo Cp. Dalje val dotakne točku b, c, d gdje se ponovno formiraju sekundarni valovi kroz oba medija. Vpadna valovna fronta je torej določena z ab, odbita z cd in lomljena z ed. Iz točke a i d povučemo okomice prema suprotnom boku vala te dobijemo točke b, c i e.

Upadni i reflektirani kut su isti!

Pošto je Cv/Cp = np/nv možemo zapisati kao

Popolni odboj 31. listopada 2015. 12:46

Popolni odboj V primeru, da je lomni količnik vpadnega medija večji od lomnega količnika prenešenega medija, se lomi vpadni žarek proč od vpadne pravokotnice. Z povečevanjem vpadnega kota se preneseni (lomljen) žarek približuje tangenti na mejo, večina energije pa se pojavi v odbitem žarku.

Evanscentno polje 31. listopada 2015. 12:46

EVANESCENTNO POLJE

Na mejni plasti dveh dielektrikov mora veljati pogoj za zveznost električnega in magnetnega polja. To pomeni, da v prenešenem mediju električno polje ne more nenadoma izginiti, ampak zvezno upade proti vrednosti nič. Polju, ki v prenešenem mediju pojenja, pravimo pojenjajoče ali evanescentno polje. Polje v prenešenem mediju je tik ob mejni plasti med dielektrikoma enako kakor v vpadnem mediju, nato pa z oddaljevanjem od meje eksponentno pojema - slika a. Kljub popolnemu odboju je zato možno valovanje zaznati v prenešenem mediju, vendar le tik ob meji z vpadnim medijem. S stališča žarkovnega modela si lahko predstavljamo, da žarek vstopi v sosednjo plast ter se šele nato odbije (podobno kakor toga kroglica, ki vpade na elastično podlago) - slika b. Evanescentno polje je izjemno pomembno za izdelavo nekaterih optičnih naprav ter za razumevanje optičnega vlakna.

Opno 31. listopada 2015. 12:47

OPNO Če je plast z nižjim lomnim količnikom dovolj tanka, lahko evanescentni val v sosednji plasti ponovno vzbudi valovje. Valovanje nam tako uhaja skozi plast dveh dielektrikov, kljub temu da izpolnjen pogoj za popolni odboj. Govorimo o onemogočenem popolnem odboju, ki ima mnogo aplikacij v optičnih napravah (tipičen primer so vlakenski delilniki.

Numerički otvor - NA 2. studenog 2015. 17:07

Numerički otvor (Numerical aparture - NA) Definiran je kao sinus maksimalnog kuta prihvata, a ovisi o indeksu loma materijala. Nije ovisan o promerju jezgre vlakna. Jedan od fizikalnih ograničenja valovoda.

Numerički otvor je mjera koliko svjetlosti možemo spregnuti u svjetlovod, a izravno utječe na broj modova koje možemo koristiti u radu.

Slikom 6 prikazan je maksimalni kut pod kojim može svjetlost upadati u svjetlovod koji definira veličinu numeričkog otvora te što se dogodi kad je upadni kut veći od maksimalnog. Tipične vrijednosti NA za staklena optička vlakna iznosi od 0,20 do 0,29, dok za optička vlakna od platične mase može biti i veći od 0,5.

Disperzije 2. studenog 2015. 20:29

Do prekrivanja svetlobnih pulzov na koncu valovoda ne pride, ko je hitrost prenosa Bbit

manjša od recipročne vrednosti razpršitve pulza τ. Torej

Številu B pravimo pasovna širina in ga izražamo v Hz. Največja bitna hitrost Bbit, ki jo lahko dosežemo vzdolž vlakna je odvisna od načina digitalnega kodiranja, ob ustreznem kodiranju znaša Bbitmax=B. Disperzijo opredelimo s pomočjo razlike časov, ki jo potrebujeta najhitrejši in najpočasnejši del valovnega paketa, da prepotujeta razdaljo L:

Disperzijo lahko razdelimo v dve veliki skupini:

1. kromatska disperzija o odvisnost lomnega količnika od frekvence n(ω) - snovna disperzija, o valovodne lastnosti - odvisnost β(V) in s tem β(ω) - valovodna disperzija, o valovodno-snovne lastnosti - odvisnost Δn od ω in s tem β(ω) - profilna disperzija.

Profilna disperzija

Vzrok za nastanek profilne disperzije je odvisnost razlike lomnih količnikov Δn od frekvence oziroma valovne dolžine. Profilna disperzija je po velikosti najmanjša kromatska disperzija, zato jo le bežno omenjamo. Kubna disperzija Kadar obratuje telekomunikacijski sistem v področju, kjer se izravnajo vse dosedaj

naštete disperzije (Ds+Dv+Dp≅0), bi morda pričakovali, da se signal prenaša brez popačitev. Vendar ni tako, saj smo pri razvoju izraza (0.40) v Taylorjevo vrsto upoštevali le prva dva člena. Ob dobri disperzni izravnavi moramo upoštevati tudi višje člene. Tako postane disperzija odvisna od tretjega odvoda fazne konstante po frekvenci

2. nekromatska disperzija o medrodovna o polarizacijska disperzija

Posljedica disperzije je ograničenje brzine prijenosa i dometa!

Međumodalna (medrodovna) disperzija 2. studenog 2015. 20:42

• Multimodna disperzija nastaje jer zrake različitih modova unutar vlakna putuju različitim putevima (ali istim brzinama), što rezultira različitim vremenima propagacije (što je vlakno dulje, veća je disperzija). • Za rješavanje problema velike disperzije impulsa kod prijenosa multimodnim vlaknom konstruirana su vlakna sa gradijentnim indeksom loma između jezgre i omotača (kompenzira se razlika u brzinama propagacije zraka svjetlosti).

Čas, ki ga potrebuje centralni (najhitrejši) žarek, da prepotuje vlakno dolžine L, označimo z TMin in ga določimo kot

kjer je n1 lomni količnik jedra in c hitrost svetlobe v vakumu. Čas, ki ga potrebuje žarek z najdaljšo potjo, označimo z TMax in je določen z

pri tem je n2 lomni količnik obloge in n1 lomni količnik jedra. Če izraz za sinθ k vstavimo v enačbo (0.16) dobimo

Časovna razlika δTs med najhitrejšim in najpočasnejšim žarkom je določena z razliko med enačbama (0.15) in (0.17), torej

in je Δ relativna razlika lomnih količnikov. Kadar je Δ<<1 lahko na osnovi definicije relativnega lomnega količnika uporabimo aproksimacijo

Če vključimo izraz za numerično odprtost, lahko izraz zapišemo tudi kot

Žarkovni model mnogorodovnega gradientnega optičnega vlakna Velik prispevek k zmanjšanju medrodovne disperzije prestavlja gradientno vlakno. Žarki v gradientnem vlaknu zaradi spremenljivega lomnega količnika niso več lomljene premice, ampak zvezne krivulje, ki se ovijajo okoli osi vlakna (slika 0.3).

Teoretično je dosegljiva meja okoli 50 ps/km (20 GHz.km) vendar zardi končne velikosti jedra te vrednosti ni mogoče doseči. Dobro optimirano gradientno vlakno dosega disperzijo do 1ns/km, kar je 00 krat manj kot sorodno vlakno s stopničastim lomnim likom! Značilna pasovna širina standardnih (ITU) mnogorodovnih vlaken je med 300 in 700 MHz.km (odvisno od vrste vlakna 50 um. Z 50 um vlaknom dosegamo boljšo pasovno širino). Selektivno vzbujanje rodov v gradientnem vlaknu Selektivno vzbujanje rodov v OV omogoča doseganje še večje pasovne širine. S pomočjo VCSEL diod je možno cenovno učinkovito vzbuditi le nižje rodov med katerimi obstajajo manjše razlike v skupinskih hitrostih. Tudi proizvajalcem vlaken je lažje dobro nadzirate le centralni del jedra.

Kromatska disperzija 2. studenog 2015. 20:47

Kromatska disperzija: promjena zbog različitih valnih duljina

Kaj jo povzroca: Kromatska disperzija je posledica odvisnosti skupinske hitrosti od frekvence oz. od valovne dolzine. Od cesa je odvisna: Kromatska disperzija je zato odvisna od snovnih lastnosti n(ω) , valovodnih lastnsoti

β (ω ) ter od pasovne sirine valovanja, ki je dolocena s pasovno sirino vira (npr. laserske diode) in modulacijsko frekvenco. Kromatska disperzija prevladuje v enorodovnih vlaknih, kjer ni medrodovne disperzije.

Tudi realni optični viri niso idealni in imajo končno širok spekter npr: - LED dioda: 40 nm - FP laserska dioda: 1-2 nm - DFB laserska dioda: 0.0001 nm Hitrost širjenja EM valovanja je optičnem vlaknu zmeraj odvisna od valovne dolžine (oziroma frekvence). Kombinacije obeh pojavov povzroči nastanek pojava, ki mu pravimo KROMATSKA disperzija. Kromatska disperzija nastane zato, ker se posamezne spektralne (oziroma frekvenčne) komponente signala širijo z različnimi hitrostmi. Tako prepotujejo vlakno posamezne spektralne komponent v različnih časih. Odvisnost hitrosti širjenja valovanja v valovodu od valovne dolžine oziroma frekvence je posledica: 1. snovnih lastnosti: lomni količnik je odvisne od frekvnce valovanja n(ω), 2. valovodnih lastnosti: fazna konstanta je zmeraj odvisna od frekvence β(ω) Parametru D pravimo disperzijski parameter in nam pove za koliko se razprši optični signal na razadalji L, če ima vir pasovno širino Δλ. Parameter D podajamo običajno v ps/(nm km) in pove, za koliko ps se razprši signal na razdalji L kilometrov pri pasovni širini vira Δλ

Efektivni lomni količnik 5. studenog 2015. 18:02

Žarek je namišljena daljica, vzporedna z valovnim vektorjem ravninskega vala. Valovni vektor k1 zato razcepimo na komponento, ki je usmerjena vzdolž valovoda, torej v smeri širjenja valovanja, in komponento, ki je usmerjena prečno na valovod:

Slika 0.15: Širjenje valovanja v triplastni dielektrični strukturi - žarkovna razlaga. Valovni vektor (n1k), ki opisuje ravninski val oziroma žarek, razcepimo na dve komponenti: komponento v smeri razširjanja

valovnja (βz) ter transverzalno komponento (βy). Vzdolžni komponenti pravimo βz = n k 1 sinθ pravimo FAZNA KONSTANTA in na pove kolikšen fazni kot opravi val na enoto dolžine vlakna. Običajno jo označimo kar z β. Vzdolžni komponenti pravimo β y = n k 1 cosθ pravimo prečno valovno število. Običajno jo označimo z kT. Prečna komponenta valovanja, ki pripada veljavnemu rodu vlakna, tvori vselej v prečni smeri stojno valovanje. Ali: Pogoj, da se lahko valovanje širi po vlaknu je torej, da prečna komponenta optičnega vala resonira, torej tvori stojni val. Pogoju pravimo tudi prečni resonančni pogoj.

Efektivni lomni količnik je definiran kot:

Efektni lomni količnik na pove, kolikšna je efektivna fazan hitrost v vlaknu. Fazne hitrost ne določa več le lomni količnik jedra temveč red rodu (kot pod katerim se širi skupina žarkov, ki predstavlja rod). Efektni lomni količnik nam pove kakšen n »čuti« posamezen rod v vlaknu. Efektivni lomni količnik se zmerja gibljem med minimalno in maksimalno vrednostjo, ki jo lahko zavzame voden rod.

Enorodovno vlakno 6. studenog 2015. 19:18

Za število rodov smo izpeljali naslednjo približno enačbo:

Z zmanjševanjem normirane frekvence se zmanjšuje število vodenih rodov. Če zahtevamo m=0, dobimo

Očitno bo za V<Φ/2 vlakno podpiralo širjenje enega samega rodu. Vlakno s stopničnim lomnim likom bo enorodovno, kadar velja: V<2.405

Če osvetlimo standardno telekomunikacijsko vlakno z krajšo valovno dolžino (npr s HeNe laserjem), bo vlakno podpiralo širjenje več rodov. Valovna dolžina, pri kateri prične voditi vlakno več kakor eden rod se imenuje mejna valovna dolžina (ali cut-off wavelenght).

Snovna disperzija 7. studenog 2015. 15:49

Snovna disperzija: Je posledica odvisnosti lomnega kolicnika snovi od valovne dolzine oz. frekvence valovanja - n(λ) oz. n(ω) . Lomni kolicniki vseh dielektrikov so frekvencno odvisni. Snovna disperzija je razmjerna s drugim odvodom lomnog količnika po valovnoj dužini -Sellmerjeva jednadzba -valovno dužino lahko zmenjamo z frekvenco • materijalna disperzija – nastaje zato što brzina propagacije ovisi o indeksu loma n (a budući da indeks loma ovisi o valnoj duljini, pojedini dijelovi spektra šire se kroz vlakno različitim brzinama).

Potek lomnega količnika, čisto staklo i dopirano staklo --- 1. graf Širenje energije kroz steklo --- 2. graf Kakvu disperziju očekujemo --- 3. graf Pri malim valnim duljinama D je negativan. Manja valovna dužina uzrokuje veći lomni količnik (više se širi). D je pozitivan za veće lambda, strmina se počne poravnavati Vidna svetloba (vidljivi spektar) nije dobar za komunikacije --- D= -600, za 850nm D= -150 1280nm --- D=0 1550nm --- D=20 -D > prije su došle kratke valovne dužine +D > prije su dođle duge valovne dužine D=0 --- Najbolje da dođu skupa Materijalna disperzija se javlja kod materijala gdje vrijednost indeksa loma ovisi o valnoj duljini

svjetlosti. Kako svjetlosni signal u načelu nije monokromatski, već zauzima određeno područje valnih

duljina, materijal preko indeksa loma različito utječe na brzinu prostiranja pojedinih komponenti

unutar signala, tj. impulsa. Utjecaj materijalne disperzije znatno smanjuje rad na većim valnim

duljinama, te uporabu optičkih emitera sa što manjom relativnom spektralnom širinom /.

Valovodna disperzija 7. studenog 2015. 16:29

U kombinaciji s materijalnom disperzijom javlja se i valovodna disperzija. Valovodna disperzija nastaje, u principu, zbog ovisnosti modalnog V-broja o valnoj duljini, tj. propagacijske karakteristike moda (npr. grupna brzina) su funkcija omjera polumjera jezgre i valne duljine. Nastalo proširenje impulsa zanemarivo je s obzirom na materijalnu disperziju. Materijalna i valovodna disperzija dominantne su kod jednomodnih optičkih vlakana. • valovodna disperzija – nastaje zato što brzina propagacije ovisi o efektivnom indeksu loma (čija je vrijednost između indeksa lomova jezgre i omotača) Smanjenjem promjera jezgre kontroliramo valovonu disperziju, manipulacija vlaknom je lakša. Jedro postane tijesno i enrgija krene ići van.

Profilna disperzija

Vzrok za nastanek profilne disperzije je odvisnost razlike lomnih količnikov Δn od frekvence oziroma valovne dolžine. Profilna disperzija je po velikosti najmanjša kromatska disperzija, zato jo le bežno omenjamo. Določimo jo lahko iz izraza:

Polarizacijska disperzija 7. studenog 2015. 17:06

Slabljenje 7. studenog 2015. 17:20

SNOVNA DISPERZIJA

Je izgubni mehanizem ki je vezan na sestavo materiala. Posledica te je, da se del opticne moci v vlaknu pretvori v toploto. Poznamo dva tipa: - notranjo in - zunanjo absorbcijo. Nutarnja disperzija

Je posledica absorbcije materiala, ki sestavlja vlakno. Vlakno ima absorbcijska maximuma v ultravijolicnem in infrardecem podrocju.

Zunanja apsorpcija Pri opticnih vlaknih je eden izmed glavnih vzrokov izgub zunanja absorbcija, ki je posledica necistoc v steklu. Absorbcija v steklu je mocno odvisna od necistoc, zlasti od kovinskih ionov. Koncentracija kovinskih ionov v velikostnem razredu 10-9 lahko drasticno poveca izgube opticnega vlakna. Visoko kvalitetno opticno vlakno mora biti dobro ocisceno (koncentracija necistoc mora biti manjsa od 10-10). Skupaj s kovinskimi necistocami so glavni absorbcijski elementi hidroksidni ioni (OH ioni).

Sipanje:

Pojav v katerem snov prevzame del energije vpadnega vala, nato pa jo nemudoma izseva v obliki valovanja imenujemo sipanje. Tipicen primer je sladkor: ce posvetimo v njega, iz njega sveti v vse smeri. Linearno sipanje Vpadni val se sipa enakomerno v vse smeri. Sprejemni kot opticnega vlakna je mali, zato vecinoma sipanega valovanja vide iz jedra. Mali del sipanega valovanja se sipa v smeri, ki je nasprotna prvotnemu valu, pri tem pa izpolnjuje pogoj za popolni odboj. Pojav imenujemo povratno sipanje. Glede na velikost delcev, ki sipajo valovnje, razdelimo valovanje na Raylighjevo in Miejevo

Rayleighjevo sipanje Je dominanten izgubni mehanizem v podrocju komunikacijskih valovnih dolzin, ter doloca teoreticni minimum slabljenja vlakna. Opazujemo snov, na katero vpada valovanje s frekvenco v . Prvo vzbujejo stanje atomov oziroma molekul, ki tvorijo snov, naj bo vecja od hv. Atom absorbira vpadli foton, vendar pa ne more zavzeti energijskega stanja, ki ustreza energiji fotona. Vmesno energijsko stanje imenujemo navidezni energijski nivo. Atom se zato nemudoma povrne v osnovno stanje in odda foton s frekvenco, ki je enaka frekvenci fotona vzbujanja. Oddani foton se lahko giblje v smeri, ki je drugacna od smeri vzbujalnega fotona. Pojav opazimo kot sipanje in del opticne moci se prenasa iz vlakna v okolico. Nihanje se odraza v zmanjsanju opticne moci v vlaknu, ki je gleda na Rayleighovo formulo

sorazmerno z 1/ λ4 . Krajse valovne dolzine se bolj sipajo kot daljse valovne dolzine. Izgube v opticnem vlaknu nastajajo zaradi mikro ukrivljenosti in makro ukrivljenosti samega opticnega vlakna.

Miejevo sipanje Miejevo sipanje v opticnem vlaknu je posledica nepravilnosti, ki so v velikostnem razredu valovne dolzine uporabljene svetlobe. Nepravilnosti so posledica nepravilne cilindricne 15 strukture vlakna, nepravilnosti med spojem jedra in obloge, nihanja razliki lomnega kolicnika jedra in obloge vzdolz vlakna, nihanja premera, mehurckov ... Kadar je velikost nepravilnosti

vecja kot λ /10 , lahko jakost sipane svetlobe mocno naraste. Miejevo sipanje zmanjsamo s skrbno optimizaijo proizvodnega procesa vlakna in s povecanjem numericne odprtosti (povecanje razlike lomnih kolicnikov in obloge). Nelinerano sipanje

Oblike sipanja so Romanovo in Brillouniovo, ki se pojavi v dolgih enorodovnih vlaknih pri opticnih moceh (100 mW). Spontano Ramanovo sipanje

Pojav v katerem je amplituda vpadnega polja vecja od sipanega pravimo spontano Romanovo sipanje. (je zmeraj izredno sibko). Foton vzbudi mulekulo in ta preide v vmesno stanje. Molekula v navideznem stanju ne more obstat zato se povrne v prvotno stanje. Takrat ima oddani foton enako energijo in frekvenco kot vpadni foton (Rayleighjevo sipanje). Kadar se molekula ne povrne v prvotno stanje in preide na visji energijski nivo ima izsevani foton manjso energijo in frekvenco. Prehod imenujemo Stokesov prehod. Ce molekula preide na nizjo energijsko stanje od prvotnega bo energija in frekvenca izsevanega fotona vecja. To je Anti-Stokesov prehod.

Osnovni energetski nivo molekule sastoji se iz niza podnivoa, slika 6. Kada na molekulu djeluje foton hf ona se pobuduje i prelazi u prividno pobudeno stanje. Iz takvog stanja ona se brzo vraca u normalno stanje i daje foton hf koje smo nazvali Rejlijevim rasipanjem. Medutim, cesto se dogada da se molekula ne vraa na isti podnivo, unutar osnovnog nivoa. Ukoliko se molekula vraca na viši

podnivo u okviru osnovnog nivoa, govorimo o Stoksovom nivou (Stokes) prelazu. U tom slucaju oslobodeni foton ima manju energiju od pobudnog fotona hfs < hf, što znaci da dobijamo manju frekvenciju zracene svjetlosti, odnosno vecu talasnu dužinu. Ako se pobudena molekula vrati u osnovno stanje, ali na podnivo, koji je niži od onog sa kojeg je pobudena, govorimo o anti – Stoksovom prelazu. U tom slucaju frekvencija nastale svjetlosti je veca od frekvencije pobudne (upadne) svjetlosti. Naravno sa stanovišta statistike, najvjerovatniji je Rejlijev prelaz, medutim sa malom vjerovatnocom (reda 10-6) moguci su i Stoksov, odnosno anti – Stoksov prelaz. U sva tri slucaja govorimo o Ramanovom rasipanju.

Stimulirano Ramanovo sipanje

Kadar molekulo zadeneta dva fotona, eden s frekvenco ν in drugi s ν S , ki ustreza energiji

Stokesovega prehoda, foton s frekvenco ν povzroci prehod molekule v navidezno vmesno

stanje, foton s frekvenco ν S pa molekulo nenadoma stimulira. Za stimulirane prehode je znacilno da ima nastali foton enako fazo, frekvecno, polarizacijo in smer kot foton, ji je povzrocil stimuliran prehod.

Spada u klasu nelinearnih raspršenja. Raspršeno svjetlo je pomjereno u frekvenciji za oko 13 THz. Medutim, ukupni spektralni dobitak SRS-a se proteže cak i do 40 THz , dakle SRS je širokopojasna pojava. U jednomodnim optičkim vlaknima javlja se u oba smjera. Prema kvantno-mehaničkoj teoriji, Ramanovo raspršenja nastaje pri neelastičnim sudarima fotona sa optičkim fononima (kvanti vibracije kristalne rešetke). Prema klasičnoj teoriji nastaje interakcijom jakog svjetlosnog talasa sa molekulama sredine. Ukoliko snaga svjetlosti za dato vlakno prede odredeni prag (prag je reda 1W), tada dolazi do pojave stimulisanog Ramanovog rasipanja, koje možemo objasniti pomocu slike 7. Kada na molekulu djeluju dva fotona, hf i hfs, pri cemu fs odgovara Stoksovoj frekvenciji, tada dolazi do sljedece pojave: foton hf pobuduje molekulu, dok foton sa frekvencijom fs stimuliše molekulu da prede u normalno stanje (vrši indukovan prelaz). Zbog toga nastali foton ima istu frekvenciju i fazu, kao i foton hfs, - koji vrši stimulisani prelaz. Razlika frekvencija f-fs naziva se Ramanov pomak.

Skupni izgubi

Slika prikazuje skupne izgube v opticnem vlaknu, kjer moci ne presegajo 100 mW, zato zanemarimo Romanovo sipanje. Pri krajsih valovnih dolzinah sta dominantna vzroka za izgube Rayleighovo sipanje in absorbcija. Pri daljsih valovnih dolzinah zaradi resonance molekul stekla v IR podrocju prevladuje snovna absorbcija. V podrocju med 800 in 1700 nm prevladujejo izgube zaradi necistoc, predvsem OH ionov. 1 – okno je pri 850 nm (slabljenje veliko 2 dB/km) 2 – okno je pri 1310 nm (0,38 dB/km) 3 – okno je pri 1550 nm (0,2 dB/km)

Izgubi zaradi ukrivljenosti

Zaradi ukrivljenosti seva valovod del valovodnega valovanja v prostor. Sevnje je odvisno od valovodnih parametrov: valovne dolzine (λ) in radija ukrivljenosti (rB) . za obstoj v ukrivljenem vlaknu mora obstajati stabilna valovna fronta. Zato se morajo na zunanji strani vlakna zmanjsati fazna konstanta (hitrost valovanja se mora povecati), na notranji strani pa ze mora fazna konstanta povecati (hitrost se mora zmanjsati). Ce poznamo fazno konstanto β v tocki (rB ), potem mora za poljubno tocko r veljati:

Vecja kot ne numericna odprtost, bolj je vlakno neobcutljivo na ukrivljenost. Visji rodovi so obcutljivejsi na ukrivljenost in se lazje izgubijo iz vlakna. Treva povećati efektivni lomni količnik, vlakno je otpornije na savijanje.

Mikro ukrivljenost

Izgube zaradi mikro ukrivljenosti so posledica mikro-deformacij vlakna. V vlaknu se deformirajo pod vplivom sprememb temperature, tlaka, akusticnega valovanja oz. neidealnosti pri izdelavi. Izgube zaradi mikro-ukrivljenosti lahko razlozimo z mehanizmom sklapljanja rodov. Rodovi s podobnimi faznimi konstantami se sklopijo. Pri odbitju zarka se mu spremeni kot. Sklop med rodovi je lahko dober ali slab. Da dobimo najvecji prenos moci med rodovi jih moramo sklopiti takrat ko so v fazi.

Teško je to prikazati pomoću žarkovnog modela. Prouzroči mješanje rodova, vođeni i nevođeni modovi se promiješaju. Ovisno je o kutevima između dva moda, što je veća razlika manje su preturbacije (neće se ništa napraviti). Vrijedi i obrnuto.