KF PŚk
O9
22.10.2009

Światłowód jest dielektrycznym falowodem stanowiącym układ ośrodków przezroczystych o różnych współczynnikach załamania światła, który może prowadzić promieniowanie optyczne, dzięki całkowitemu odbiciu na granicy tych ośrodków. Istnieje wiele rodzajów światłowodów. Ze względu na kształt wyróżnia się światłowody planarne i włókowe. Światłowody planarne o dwóch ścianach odbijających stosowane są w optyce zintegrowanej i w laserach. Wśród światłowodów włókowych można wyróżnić:

- światłowody cylindryczne o symetrii kołowej,

- światłowody specjalne przenoszące polaryzację o rdzeniu eliptycznym,

- światłowody specjalne dwupłaszczowe o przekroju D,

- inne rodzaje światłowodów specjalnych.

Światłowody włókowe cylindryczne o symetrii kołowej są najbardziej popularne, powszechnie stosowane w telekomunikacji światłowodowej, a wykorzystywane także w budowie czujników światłowodowych.

Biorąc pod uwagę materiały stosowane do wytwarzania światłowodów wyróżnia się światłowody szklane, szklane z plastikowym płaszczem i plastikowe. Osobną grupę stanowią światłowody fotoniczne, wytwarzane ze szkła nazywanego kryształem fotonicznym, o sztucznie stworzonej wewnętrznej, refrakcyjnej strukturze periodycznej.

Wszystkie te rodzaje światłowodów stosuje się do budowy czujników pomiarowych.

Do wytwarzania światłowodów stosuje się różnego rodzaju szkła, plastiki, a ostatnio także kryształ fotonicznym - szkło o sztucznie stworzonej wewnętrznej refrakcyjnej strukturze periodycznej.

Większość światłowodów zarówno do zastosowania w telekomunikacji jak i technice sensorowej, wytwarzana jest ze szkła kwarcowego – SiO₂. Wybór ten wynika ze stosunkowo niewielkich strat optycznych tego materiału w zakresie podczerwieni, małego wpływu zmian temperatury na jego właściwości, dużej odporności na czynniki mechaniczne i chemiczne oraz braku higroskopijności. Plastiki stosowane do produkcji światłowodów wykazują duże straty optyczne, jednak takie zalety jak: łatwość łączenia, prostota montażu, wysoka sprawność sprzęgania ze źródłami światła i fotodetektorami sprawiają, że ich znaczenie w systemach komunikacji na małe odległości jest coraz większe.

Kryształy fotoniczne stosuje się do wytwarzania światłowodów fotonicznych, przeznaczonych do konstrukcji laserów włókowych, czujników światłowodowych i dla spektroskopii.

Podział światłowodów ze względu na materiał, z którego są wytworzone:

- światłowody ze szkła kwarcowego – wytwarza się poprzez domieszkowanie odpowiednio czystej krzemionki, aby uzyskać rdzeń o większym współczynniku załamania niż współczynnik załamania dla płaszcza.

- światłowody ze szkła fluorkowego – zawierają jony metali ciężkich, mają bardzo małe tłumienności w zakresie fal długich.

- światłowody szklane z plastikowych płaszczem – rdzeń wykonany jest ze szkła kwarcowego natomiast na płaszcz używa się często żywicy silikonowej lub teflonu. Płaszcze plastikowe stosuje się tylko w światłowodach skokowych.

- światłowody plastikowe – wykonywane są jako wielodomowe o skokowym i gradientowym rozkładzie współczynnika załamania. Do ich wytwarzania stosuje się najczęściej polimery termoplastyczne takie jak: polimetakrylan metylu, polistyren i poliwęglan. Światłowody plastikowe charakteryzują się znacznie większymi stratami niż światłowody szklane. Właściwości mechaniczne światłowodów plastikowych umożliwiają ich łatwe cięcie, prostą obróbkę zakończeń do łączenia i samo łączenie, bez potrzeby stosowania specjalistycznego sprzętu oraz możliwość zginania z małym promieniem gięcia. Zastosowanie światłowodów plastikowych ogranicza stosunkowo wąski zakres temperatury ich pracy od -40 do +120°C.

- światłowody fotoniczne – zawierają sieć regularnie ułożonych względem siebie otworów biegnących wzdłuż osi światłowodu, mających średnice rzędu mikrometrów, rozmieszczonych od siebie w odległości także rzędu mikrometrów. W zależności od rodzaju rdzenia wyróżnia się światłowody: a) z rdzeniem stałym (pełnym) – prowadzenie światła odbywa się z wykorzystaniem zjawiska całkowitego wewnętrznego odbicia pomiędzy płaszczem i rdzeniem. b) z rdzeniem pustym – światło propaguje w tym rdzeniu o mniejszym współczynniku załamania niż płaszcz, na wskutek zabronionej przerwy fotonicznej utworzonej przez periodyczną strukturę współczynnika załamania płaszcza.

Proces wytwarzania najpopularniejszych światłowodów obejmuje dwa etapy: formowanie preformy i wyciąganie światłowodu z preformy. Preformę stanowi zwykle pręt lub rura otrzymana metodą osadzania czystego szkła kwarcowego SiO₂ razem z domieszkami z fazy gazowej. Typowe wymiary preformy wynoszą: od 60 do 120 cm - długość i od 10 do 25 mm – średnica.

POMIARY

69°	107°
64°	101°
67°	103°
66°	105°
63°	109°
71°	110°
73°	112°
68°	114°
72°	116°
70°	118°

I. Obliczenia

1. 90°-69°=21°

2. 90°-64°=26°

3. 90°-67=23°

4. 90°-66°=24°

5. 90°-63°= 27°

6. 90°-71°=19°

7. 90° -73°=17°

8. 90°-68°=22°

9. 90°-72°=18°

10. 90°-70°=20°

1. 107°-90°=17°

2. 101°-90=11°

3.103°-90°=13°

4.105°-90°=15°

5. 109°-90°=19°

6. 110°-90°= 20°

7. 112°-90°=22°

8. 114°-90°=24°

9. 116°-90°=26°

10.118°-90°=28°

II. Obliczenie średniej arytmetycznej, odchylenia standardowego oraz tangensa otrzymanego kąta

= 19

= 18.5

= 18

= 19.5

= 23

= 19.5

= 19.5

= 23

= 22

= 24

ā = =

σ²= [(19-20.6)²+(18.5-20.6) ²+(18-20.6) ² + (19.5-20.6) ² + (23-20.6) ² + (19.5-20.6) ²+ (19.5-20.6) ² + (23-20.6) ² + (22-20.6) ² + (24-20.6) ²] = (2.56+4.41+6.76+1.21+5.76+1.21+1.21+5.76+1.96+11.56) = = 4.24

σ = ≈2.06

α = 2.06

tg α=0.0359

Ocena Błędów

Błędy wynikały z czynników zewnętrznych oraz niedokładności spisywanych wartości.

Wnioski

Przeprowadzone pomiary podczas ćwiczenia pokazują, że kat padania lasera nie zmienia się dużo(są to minimalne zmiany wielkości kąta). Znając pomiary możemy obliczyć średnią arytmetyczna oraz odchylenie standardowe. Dzięki tym obliczeniom możemy podać tangens tego kąta.