Budowa światłowodów

 
Strona główna
Trochę historii...
Propagacja światła
Opis matematyczny
Budowa światłowodów
Podział
Podzespoły
Zastosowanie
Światłowody dziś i jutro

Światłowody, to konstrukcje optyczne przenoszące falę elektromagnetyczną drogą wielokrotnych odbić. Z tego powodu zbudowane są one z rdzenia, pokrytego warstwą o niższym niż materiał rdzenia współczynniku załamania światła, zwaną płaszczem. Rozkład współczynnika załamania światła w rdzeniu (i płaszczu) decyduje o właściwościach światłowodu, koniecznych dla realizacji konkretnego rozwiązania układu optoelektronicznego. Wymagania stawiane światłowodom są tak różne, że nie jest możliwe wytwarzanie ich tylko jedną, uniwersalną metodą.

Ogólny schemat budowy światłowodów

Światłowód składa się z 3 części:

  • Rdzeń – jego grubość wynosi w zależności od rodzaju światłowodu od 5 do 50 mikronów. Zbudowany jest najczęściej ze szkła kwarcowego lub plastiku, rzadziej z innych rodzajów szkieł lub materiałów krystalicznych, jak np. szafir.
  • Płaszcz – jego średnica to ok. 125 µm. Jest wykonany z materiału o mniejszym współczynniku załamania światła, niż rdzeń. Najczęściej są to plastiki, lecz niekiedy także stosuje się szkła z odpowiednimi domieszkami.
  • Pokrycie – jego zadaniem jest chronienie płaszcza i rdzenia przed mikropęknięciami. Wykonane jest z elastycznych materiałów, jak np. akryl. W procesie technologicznym najczęściej składa się z dwóch lub więcej warstw; łączna średnica to ok. 250 µm.

Typowy światłowód składa się z rdzenia wykonanego ze szkła, kwarcu lub polimeru powleczonego płaszczem, a całość "zatopiona" jest w powłoce ochronnej. Zastosowanie materiałów o różnych współczynnikach załamania światła dla rdzenia oraz płaszcza umożliwia utrzymanie wiązki świetlnej wewnątrz światłowodu.

w górę...

Zasada działania światłowodu

Podstawą działania światłowodu jest zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia światła (bez strat) na styku ośrodków rdzenia i płaszcza. Aby promień pozostał w rdzeniu i podlegał całkowitemu wewnętrznemu odbiciu na granicy rdzenia i płaszcza, kąt jego padania względem osi światłowodu nie powinien przekroczyć wartości krytycznej - wartość ta nosi nazwę kąta akceptacji światłowodu. W płaszczu współczynnik załamania światła jest mniejszy niż w rdzeniu, wiąże się to też ze współczynnikiem odbicia. Światło używane do transmisji jest monochromatyczne i pochodzi od nadajnika, którym może być dioda laserowa (LD) lub dioda elektroluminescencyjna (LED; najczęściej superluminescencyjna).

w górę...

Wytwarzanie światłowodów

Wytwarzanie światłowodów polega na wyciąganiu włókna światłowodowego ze specjalnie przygotowanej preformy.Służą do tego urządzenia zwane wyciągarkami.Proces ten jest przedsawiony na zdjęciu poniżej. Rozkład współczynnika załamania światła w rdzeniu (i płaszczu) decyduje o właściwościach światłowodu, koniecznych dla realizacji konkretnego rozwiązania układu optoelektronicznego. Wymagania stawiane światłowodom są tak różne, że nie jest możliwe wytwarzanie ich tylko jedną, uniwersalną metodą. Inne parametry ważne są dla telekomunikacji a inne znów dla medycznych zastosowań włókien optycznych.

w górę...