Media optyczne
Całkowite odbicie wewnętrzne

Promień światła, który jest włączany i wyłączany w celu przesłania danych (jedynek i zer) w światłowodzie, musi w nim pozostać aż do momentu dotarcia do odległego końca. Promień nie może zostać załamany i przedostać się do materiału otaczającego światłowód. Załamanie spowodowałoby utratę części energii światła zawartej w promieniu. Światłowód musi być zaprojektowany w taki sposób, aby jego powierzchnia zewnętrzna działała jak lustro dla poruszającego się w nim promienia światła. Jeśli promień światła próbujący wydostać się przez ścianę światłowodu zostanie odbity do wnętrza światłowodu pod kątem kierującym go w stronę odległego końca światłowodu, będzie to dobry „tunel" lub „rurociąg" dla fal świetlnych.

Dzięki znajomości praw odbicia i załamania można zaprojektować taki światłowód, który będzie przenosił fale świetlne z minimalną utratą energii. Aby promień świetlny w światłowodzie był odbijany z powrotem do światłowodu bez straty energii spowodowanej załamaniem, muszą zostać spełnione następujące dwa warunki:

  • Rdzeń światłowodu musi mieć większy współczynnik załamania (n), niż otaczający go materiał. Materiał otaczający rdzeń światłowodu jest nazywany płaszczem.
  • Kąt padania promienia świetlnego musi być większy niż kąt krytyczny dla rdzenia i płaszcza.

Gdy spełnione są oba te warunki, całe światło wpadające do światłowodu jest odbijane z powrotem do jego wnętrza. Zjawisko to jest nazywane całkowitym odbiciem wewnętrznym i stanowi fundamentalną zasadę projektowania światłowodów. Całkowite odbicie wewnętrzne powoduje, że promienie świetlne w światłowodzie odbijają się od granicy rdzenia z płaszczem i kontynuują podróż w kierunku odległego końca światłowodu. Światło będzie poruszać się poprzez rdzeń światłowodu wielokrotnie załamaną ścieżką.

Światłowód spełniający pierwszy warunek można utworzyć z łatwością. Ponadto można kontrolować kąt padania promieni świetlnych wchodzących do rdzenia. Wprowadzenie ograniczeń dwóch wymienionych poniżej czynników umożliwia kontrolowanie kąta padania:

  • Apertura numeryczna światłowodu – apertura numeryczna rdzenia to zakres kątów padania, pod którymi promienie światła mogą wejść w światłowód, aby zostać całkowicie odbite.
  • Mody – ścieżki, którymi promień światła może się poruszać podczas przechodzenia przez światłowód.  

Kontrolując oba te warunki, można uzyskać całkowite odbicie wewnętrzne w światłowodzie. Dzięki temu można utworzyć przewodnik fal świetlnych znajdujący zastosowanie w transmisji danych.


Łącza WWW