Politechnika Białostocka

Wydział Elektryczny

Katedra Promieniowania Optycznego

Instrukcja do zajęć laboratoryjnych z przedmiotu:

ŚWIATŁOWODY I ICH ZASTOSOWANIA

KOD PRZEDMIOTU: TZ1A700 051

Ćwiczenie numer 1

Temat ćwiczenia: Pomiary parametrów geometrycznych

światłowodów

Opracował:

dr Dominik Dorosz

Białystok 2010

- 2 -

Wydział Elektryczny
Katedra Promieniowania Optycznego
Kierunek studiów: EiT
Kod: ....................................................................................................................................


Spis treści:
1.

Wprowadzenie ..................................................................................................................3

2.

Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego ............................................................................5

3.

Metodyka badań................................................................................................................5

4.

Wymagania BHP ..............................................................................................................5

5.

Sprawozdanie studenckie..................................................................................................6

6.

Literatura...........................................................................................................................7

- 3 -

1.

Wprowadzenie

Światłowód jest konstrukcją optyczną, przenoszącą falę elektromagnetyczną drogą

wielokrotnych odbić. Jest to możliwe dzięki zjawisku całkowitego wewnętrznego odbicia na

granicy dwóch ośrodków, które sprawia, że światło pozostaje „uwięzione" we włóknie

optycznym.

Rys. 1.1. Odbicie i załamanie światła na granicy dwóch ośrodków a - schemat, b - przykład
zjawiska, zachodzącego na granicy woda-powietrze.

Najmniejszy kąt padania θ

1

(rys.1.1), przy którym całe światło jest odbijane, nazywamy kątem

granicznym

θ

1GR

= arc sin n

2

/ n

1

. Zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia zachodzi, więc

gdy kąt θ

2

jest kątem prostym - wtedy bowiem światło padające na granicę dwóch ośrodków

nie opuszcza ośrodka w którym się znajduje. Z tego powodu, każdy światłowód musi być

zbudowany, z co najmniej dwóch materiałów o różnych współczynnikach załamania światła

(rys.1.2). Z powyższego wynika też, że zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia w

światłowodzie cylindrycznym zachodzi tylko wtedy, gdy współczynnik załamania światła materiału

prowadzącego światło zwanego rdzeniem (n

r

) jest większy od współczynnika załamania światła

otaczającego materiału, tworzącego jego płaszcz (n

p

). Różnica tych współczynników,

przedstawiana często w formie względnej:

∆ =

r

p

r

n

n

n −

, (1.5)

decyduje o właściwościach światłowodu.

Promieniowanie optyczne wnikające do światłowodu może się w nim rozprzestrzeniać w

postaci fal własnych rdzenia lub płaszcza względnie wyciekać do otaczającego go ośrodka

(rys. 1.3). Jedynie fale rdzeniowe są użytecznym w telekomunikacji optycznej rodzajem

energii prowadzonej przez światłowód.

- 4 -

Rys. 1.2. Struktura i przykłady światłowodów o różnych średnicach rdzeni (widok
powierzchni czołowej).

Rys. 1.3. Rodzaje fal rozprzestrzeniających się w światłowodzie.

Parametry geometryczne istotne są ze względu na utrzymanie stałych parametrów

propagacyjnych w światłowodzie. Można do nich zaliczyć:

• średnicę zewnętrzna i eliptyczność płaszcza,

• średnicę i eliptyczność rdzenia,

• współosiowość rdzeń-płaszcz,

• średnica pola modu (światłowody jednomodowe).

Parametry

geometryczne

są

szczególnie

istotne

w

przypadku

światłowodów

telekomunikacyjnych, gdzie przyjęte są określone standardy parametrów geometrycznych.

Nie spełnienie tych wymogów związane jest ze zwiększeniem tłumienia w trakcie

światłowodowym, a w drastycznych przypadkach braku sprzężenia między światłowodami i

urządzeniami nadawczo – odbiorczymi. Powodzenie zastosowania światłowodów w

systemach wymagających łączenia światłowodów ze źródłem promieniowania, światłowodów

między sobą oraz światłowodu z odbiornikiem promieniowania zależy od utrzymania

parametrów geometrycznych światłowodów w określonych granicach (tab.1).

- 5 -

TABELA 1.

Zalecenia

normalizacyjne

parametrów

geometrycznych

światłowodów

telekomunikacyjnych

2.

Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego

Celem ćwiczenia jest pomiar parametrów geometrycznych włókien światłowodowych.

3.

Metodyka badań

W skład układu pomiarowego wchodzą:

-

stanowisko do pomiaru parametrów geometrycznych.

-

badane włókna światłowodowe.
W trakcie ćwiczenia należy:

-

przeprowadzić pomiar średnicy zewnętrznej i eliptyczności płaszcza, średnicy i
eliptyczności

rdzenia,

współosiowości

rdzeń-płaszcz,

zewnętrznej

średnicy

światłowodu wraz z pokryciem. Dla światłowodów wielordzeniowych również:
odległości osi rdzeni od osi światłowodu, położenie rdzeni w przekroju poprzecznym i
odległości pomiędzy rdzeniami badanych włókien światłowodowych.

4.

Wymagania BHP

a) Grupę studentów wprowadza do laboratorium prowadzący zajęcia.
b) Każdy student przed przystąpieniem do wykonywania ćwiczeń laboratoryjnych jest

zobowiązany do zapoznania się z regulaminem BHP i potwierdzenia tego własnym
podpisem.

- 6 -

c) Uruchomienie urządzeń i przyrządów należących do danego ćwiczenia może nastąpić

dopiero po zapoznaniu się z instrukcją obsługi, szczegółowymi przepisami BHP i po
uzyskaniu zgody prowadzącego zajęcia.

d) Zabrania się samodzielnego włączania, manipulowania i korzystania z urządzeń nie

należących do danego ćwiczenia.

e) Wszystkie zauważone uszkodzenia: urządzeń, przewodów przyłączeniowych, gniazd

sieciowych i przyrządów pomiarowych, a także wadliwe ich działanie należy zgłosić
prowadzącemu zajęcia.

f) W przypadku wystąpienia przy pracy w laboratorium wypadku porażenia prądem

elektrycznym należy:

-

wyłączyć zasilanie stanowisk laboratoryjnych,

-

przed odłączeniem napięcia nie dotykać porażonego.

g) Prowadzący zajęcia, w razie wypadku porażenia prądem, jest zobowiązany:
-

zapewnić porażonemu natychmiastową pomoc medyczną,

-

jeżeli porażony stracił przytomność i nie oddycha, natychmiast przystąpić do
sztucznego oddychania i kontynuować je do chwili przybycia lekarza,

-

niezależnie od stanu porażonego po wypadku, nawet gdy nie odczuwa żadnych
dolegliwości, skierować go na badania lekarskie,

-

o zaistniałym wypadku powiadomić kierownika katedry.

h) Nie przestrzeganie regulaminu BHP może spowodować usunięcie studenta z zajęć

laboratoryjnych.

5.

Sprawozdanie studenckie

W sprawozdaniu należy zamieścić:
• cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego,
• opis stanowiska badawczego i przebieg realizacji eksperymentu,
• zestawienie i analiza wyników badań,
• uwagi i wnioski dotyczące ćwiczenia.

- 7 -

6.

Literatura

1.

Dorosz J., Technologia światłowodów włóknistych, Polski Biuletyn Ceramiczny
Ceramika/Ceramics Vol. 86, Kraków 2005.

2.

Smoliński A.: Optoelektronika światłowodowa, WKiŁ Warszawa 1985.

3.

Szustakowski M.: Elementy techniki światłowodowej, WNT Warszawa 1992.

4.

Crosignani B., de Marchis G., Tadeusiak A.: Światłowody w telekomunikacji, WKiŁ
Warszawa 1987.

5.

Palais Joseph C.: Zarys telekomunikacji światłowodowej WKŁ Warszawa 1991.