Linia optica - Linia optica fara gradient al indicelui de refractie, Linia optica cu gradient al indicelui de refractie

Linia optica

Utilizarea acestor linii in energetica si telecomunicatii prezinta urmatoarele avantaje:

permit transferul de informatii intre circuite intre care exista diferente de potential mari;

elimina cuplajele galvanice, inductive, capacitive;

elimina folosirea conductoarelor de cupru si deci a costurilor mari de materiale active.

O fibra optica este un ghid de unda dielectric, cilindric, realizat din materiale cu pierderi mici, cum este sticla de siliciu SiO₂.

Fibra optica are un miez central (de raza a) in care se propaga lumina. Miezul este inconjurat de un strat (de raza b), cu indice de refractie mai mic decat al miezului, numit invelis (sau manta).

Fig. 3.3 Reprezentarea schematica a unei fibre (linii) optice.

Functionarea liniei optice se bazeaza pe fenomenul reflexiei totale (prin structura liniei optice se urmareste producerea unei reflexii totale a radiatiei luminoase).

Din punct de vedere constructiv linia optica se realizeaza in 2 variante:

a)     linie optica fara gradient al indicelui de refractie;

b)     linia optica cu gradient al indicelui de refractie.

a). Linia optica fara gradient al indicelui de refractie

90◦-γ

Fig. 3.4  Ghidarea luminii printr-o linie optica.

La patrunderea unei radiatii luminoase din aer in miezul central are loc un fenomen de refractie, definit prin relatia:

Daca radiatia luminoasa determina la trecerea din mediul (1) in mediul (2) un unchi , unde este un unghi limita definit de relatia:

se produce fenomenul de reflexie totala. Procesul respectiv se repeta in lungul liniei optice, iar in cele din urma semnalul optic este transmis pe lungimi mari.

Pt se obtine o valoare limita si pt , numita unghi de deschidere:

Obs: Un neajuns al liniei optice fara gradient al indicelui de refractie in constituie limitarea in frecventa a semnalului transmis. Lumina intra in linia optica sub diferite unghiuri si la diferite lungimi de unda. O parte a fasciculului luminos se poate propaga cvasidirect, dupa directia axiala a liniei optice, in timp ce alte fascicule parcurg un drum in zig-zag. Deci, apare o diferenta de timp intre fasciculele luminoase care ajung la destinatie.

b) Linia optica cu gradient al indicelui de refractie

In cazul liniei optice cu gradient a indicelui de refractie, miezul liniei optice are in axa sa indicele de refractie cel mai mare, iar apoi scade parabolic pana la valoarea minima care se mentine si in manta. In aceste linii optice,  traseul luminii apare sub forma unei unde (Fig. 3.5).

Fig. 3.5 Traseul luminii printr-o linie optica cu gradient al indicelui de refractie

Obs: Daca lumina se propaga intr-un mediu transparent, avand indicele de refractie “n”, viteza sa de propagare se micsoreaza de “n” ori fata de viteza luminii in vid (c=3 10⁸ m/s):

Se constata ca mai multe fascicule luminoase care intra in linia optica sub unghiuri diferite, ajung la destinatie cu o diferenta foarte mica de timp (de ex. 0,1 ns/km). In cazul unui fascicul luminos (1) care intra in linia optica sub un unghi mare, traseul este mai lung, dar se face intr-un mediu cu indice de refractie mic (deci viteza de propagare va fi mare). In cazul unui fascicul luminos (2) care intra in linia optica sub un unghi mic, traseul este mai scurt, dar intr-un mediu cu indice de refractie mare (deci viteza de propagare va fi mica).

Principiul transmiterii optoelectrice

Fig. 3.6

Un semnal electric este convertit in semnal luminos cu ajutorul unei diode luminiscente. Aceasta transmite semnalul, prin intermediul liniei optice, unui fototranzistor sau unei fototdiode, care realizeaza o conversie a luminii in semnal electric.

Obs: Liniile optice de mare performanta se realizeaza din material anorganic sticlos. In prezent se realizeaza si linii optice din materiale plastice la costuri de achizitie convenabile, mai ales pt instalatii de comanda care necesita frecvente mai reduse.