Физическая энциклопедия

СВЕТОВОД


(светопровод, волновод оптический), закрытое устройство для направленной передачи (канализации) света. В открытом пр-ве его передача возможна только в пределах прямой видимости и связана с потерями, обусловленными нач. расходимостью излучения, поглощением и рассеянием в атмосфере. Переход к С. позволяет значительно уменьшить потери световой энергии при её передаче на большие расстояния, а также передавать световую энергию по криволинейным трассам.
Одним из типов С. явл. л и н з о в ы й в о л н о в о д — система заключённых в трубу и расположенных на определ. расстояниях (обычно через 50—100 м) стеклянных линз, к-рые служат для периодич. коррекции волн. фронта светового пучка. В кач-ве корректоров могут также применяться газовые линзы или зеркала определённой формы.
Наиболее перспективный тип С.— гибкий волоконный С. с низкими оптич. потерями, позволяющий передавать свет на большие расстояния. Он представляет собой тонкую нить из оптически прозрачного материала, сердцевина к-рой радиуса а1 имеет показатель преломления n1, а внеш. оболочка с радиусом а2 имеет показатель преломления n2
Поэтому лучи, распространяющиеся под достаточно малыми углами к оси С., испытывают полное внутреннее отражение на поверхности раздела сердцевины и оболочки и распространяются только по сердцевине. В зависимости от назначения С. его диаметр 2a1 составляет от неск, мкм до неск.сотен мкм, а 2а2— от неск. десятков до неск. тысяч мкм. Величины 2а1 и n1 -n2 определяют число типов волн (мод), к-рые могут распространяться по С. при заданной длине волны света.
Рис. 1. Поперечное сечение волоконного световода.
Выбирая 2a1 и n1-n2 достаточно малыми, можно добиться, чтобы С. работал в одномодовом режиме. Волоконные С. находят широкое применение в системах оптической связи, в вычислит. технике, в датчиках разл. физ. полей и т. д.
Важнейшими хар-ками С., предназначенных для подобных применений, являются оптич. потери, обусловленные поглощением и рассеянием света в С., и информац. полоса пропускания. В 70-х гг. 20 в. созданы волоконные С. с малыми потерями: затухание сигнала =1 дБ/км в ближней ИК области спектра. Типичный спектр оптич. потерь в таких С. представлен на рис. 2.
Рис. 2. Спектр оптич. потерь в стеклянном волоконном световоде.
Материалом для этих С. служит кварцевое стекло; различия показателей преломления сердцевины и оболочки достигают легированием стекла (напр., бором, германием, фосфором). Минимально возможные потери в таких С. составляют =0,2 дБ/км на волне 1,55 мкм. Полоса пропускания типичных многомодовых волоконных С. со ступенчатым профилем показателя преломления составляет величину 20—30 МГц•км, с градиентным профилем — 400—600 МГц•км. Наиболее широкополосны одномодовые С. в области длин волн 1,26—1,32 мкм, где материальная дисперсия кварцевых стёкол ближе к 0; полоса пропускания составляет —1011 Гц•км.
Волоконные С. с самыми низкими потерями изготавливают методом хим. осаждения из газовой фазы. В кач-ве исходных соединений используются хлориды кремния, германия и др. Получаемая этим методом заготовка диаметром 10—20 мм и длиной 200— 400 мм перетягивается в волоконный С. диаметром 125—150 мкм с одноврем. покрытием его защитно-упрочняющей полимерной оболочкой.
Разработаны волоконные С. более сложной конструкции, напр. многослойные С. и С. с эллиптической сердцевиной. Одномодовые С. последнего типа перспективны для применений, где требуется сохранение поляризации распространяющегося света. Перспективными явл. волоконные С. для среднего ИК диапазона длин волн (2—11 мкм), в к-рый попадают длины волн генерации химических, СО и СО2-лазеров. Имеются материалы, такие, как халькогенидные стёкла, флюоридные стёкла, щёлочно-галоидные кристаллы, в к-рых оптич. потери могут составлять величину =10-1—10-3 дБ/км в указанном диапазоне.
Для целей интегральной оптики разработаны тонкоплёночные и диффузные диэлектрич. волноводы — С., представляющие собой тонкую (порядка длины световой волны) однородную плёнку, нанесённую на однородную подложку. Необходимое условие волноводного режима, т. е. существования поверхностных световых волн, заключается в том, что показатель преломления плёнки больше показателей преломления подложки и среды над волноводом. Световая волна в таком С. распространяется в процессе многократных полных отражений от её стенок. Диэлектрич. С. изготавливают методом катодного распыления стекла или др. материала (ZnS, CdS, ZnSe) на кварцевой подложке, методом эпитаксиального наращивания из жидкой или газообразной фазы, методом ионной имплантации (подложка бомбардируется ионами Li, T1 или протонами).

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия.Главный редактор А. М. Прохоров.1983.

СВЕТОВОД

(волновод оптический) - закрытое устройство для направленнойпередачи света. В открытом пространстве передача света возможна тольков пределах прямой видимости и ограничивается нач. расходимостью излучения, Разработаны разнообразные типы С., среди них - линзовые (зеркальные)С., представляющие собой систему заключённых в трубу и расположенных наопределённых расстояниях линз (зеркал), полые металлич. трубы и др., однакоони не нашли широкого применения.

Наиб. перспективный и широко применяемый в настоящее время (1990-е гг.)тип С.- гибкий диэлектрич. волоконный С. с низкими оптич. потерями (см.Волоконная оптика),позволяющий передавать свет на большие расстояния.1имеет показательпреломленияn1,а оболочка с радиусом а2имеетпоказатель преломленияп21(рис. 1).В приближении геом. оптики лучи, входящие в сердцевину под достаточно малымиуглами к оси С., испытываютполное внутреннее отражениена поверхностираздела сердцевины и оболочки и распространяются только по сердцевине.

Рис. 1. Поперечное сечение волоконного световода.

В зависимости от назначения С. диаметр сердцевины 2a1составляет от неск. мкм до неск. сотен мкм, а 2а2- от неск. Величины 2a1ип1- п2определяютчисло типов волн (мод), к-рые могут распространяться по С. при заданнойдлине волны света .Выбирая2а1и n1- n2достаточномалыми, можно добиться, чтобы С. работал в одномодовом режиме.

Волоконные С. находят широкое применение в системахоптической связи,в датчиках разл. физ. полей, в вычислит. технике, для канализации мощноголазерного излучения для медицинских и технол. целей и т. Характеристики волоконных световодов. Важнейшими характеристиками С.,предназначенных для подобных применений, являются оптич. потери, дисперсиягрупповой скорости, оптич. нелинейность и механич. прочность. В 70-х гг.20 в. созданы волоконные С. на основе кварцевого стекла с затуханием сигнала~1 дБ/км в ближней ИК-области спектра. Типичный спектр оптических потерь в таких С. представлен на рис. 2,а.Минимально возможные потерисоставляют 0,16 дБ/км на волне 1,55 мкм. Материалом для таких С. служит кварцевоестекло; различия показателей преломления сердцевины и оболочки достигаютлегированием стекла (напр., фтором, германием, фосфором).

Др. важной характеристикой одномодовых волоконных С., широко применяемыхв системах оптич. связи, является дисперсия групповой скорости. На рис.2,бпредставлен спектр дисперсии С. на основе кварцевого стекла. мкм. Это означает, что именно в этой спектральной области информац. полосапропускания одномодовых волоконных С. на основе кварцевого стекла максимальнаи составляет 1011Гц*км.

Рис. 2. Спектр оптических потерь (а) и дисперсии групповой скорости (произвольные единицы, б).

Изменением профиля показателя преломления волоконного С. можно сместитьнуль дисперсии в область вблизи 1,55 мкм, где расположен абс. минимум оптич. Хотя стеклянные волоконные С. первоначально разрабатывались в качествелинейной передающей среды для систем оптич. связи, оказалось, что они являютсяперспективным нелинейным материалом. Оптическая нелинейность в стеклянныхволоконных С. возникает в результате зависимости показателя преломленияпот интенсивности лазерного излучения , где n0- линейная часть показателя преломления припроизвольно низких значениях интенсивности, не зависящая от интенсивности;п'I -нелинейная добавка,п' -коэф., величина к-рого длякварцевого стекла равна 3,2*10-16см2/Вт. Малая величинап'для кварцевого стекла показывает, что оно не является хорошимнелинейным материалом. Однако, когда стекло используется в виде волоконногоС., нелинейность может иметь большой эффект, что связано с малым сечениемсердцевины одномодового волоконного С. ~ 10-6см2.Это означает, что при введении в С. лазерного излучения мощностью 1 ВтинтенсивностьI~ 1 МВт/см2. Такая высокая интенсивностьсохраняется на больших длинах С. вследствие его низких оптич. потерь, обеспечиваядлину взаимодействия высокоинтенсивного излучения с веществом вплоть донеск. км. В результате в стеклянных волоконных С. эффективно протекаютразнообразные нелинейные процессы при пороговых мощностях 1-10 мВт.

Наиб. интересным нелинейным эффектом, имеющим большое практич. значение, мкм, рис. 2,б).

В идеальном С. без потерь оптическийсолитонраспространяетсябез изменения своей формы. Поэтому солитоны перспективны как носители информациив широкополосных и протяжённых волоконно-оптич. системах связи. Разработанылаб. солитонные системы связи, к-рые, как полагают, могут использоватьсяв коммерч. сетях связи в нач. 21 в.

При практич. использовании волоконных С. важной их характеристикой являетсямеханическая прочность. Теоретич. прочность на разрыв нитей из кварцевогостекла составляет 20-25 ГПа, макс. прочность С. на основе кварцевого стекла, б )покрытиями.

Рис. 3. Функции распределения прочности волоконных световодов наоснове кварцевого стекла с полимерными (а) и герметичными металлическими(б) покрытиями.

Изготовление и применение световодов.Волоконные С. на основекварцевого стекла с низкими оптич. потерями изготовляют методом хим. осажденияиз газовой фазы. В качестве исходных соединений используются кислород ихлориды кремния, германия, фосфора и др. Получаемая этим методом заготовкадиам. 20-30 мм и длиной 400-1000 мм перетягивается в волоконный С. диам.100 мкм с одновременным нанесением на него защитно-упрочняющей оболочки.

Кроме кварцевого стекла для волоконных С. используют также др. прозрачныев видимой и ИК-областях спектра материалы - многокомпонентные кислородныестёкла, бескислородные стёкла, полимеры и кристаллы. Однако волоконныеС. на основе кварцевого стекла обладают наинизшими оптич. потерями и наивысшеймеханич. прочностью, поэтому они нашли самое широкое применение.

В 1990 в мире произведено св. 5 млн. км волоконных С. для волоконно-оптич. В 80-90-х гг. разработаны волоконные С., легированные эрбием, перспективныев качестве активной среды в волоконных усилителях, накачиваемых излучениемполупроводниковых лазеров. Эрбиевые волоконные усилители работают в спектральнойобласти вблизи 1,55 мкм, совпадающей с областью мин. оптич. потерь совр. Дляинтегральной оптикиразработаны диэлектрич. волноводы - С.,представляющие собой тонкую (порядка )плёнку, нанесённую на подложку. Условие волноводного режима распространенияизлучения заключается в том, что показатель преломления плёнки больше показателейпреломления подложки и среды над волноводом. Диэлектрич. С. этого типаизготавливают методом катодного распыления материала волновода на подложку, ионной имплантации.

Лит.:Мидвинтер Дж., Волоконные световоды для передачи информации, оптика, пер. с англ.,М., 1985; Д и а н о в Е. М., Волоконная оптика: проблемы и перспективы,«Вестник АН СССР», 1989, № 10, с. 41; Девятых Г. Г.,. Д и а н о в Е. М.,Волоконно-оптическая связь: 20 лет спустя, там же, 1990, № 6, с. 143; ДиановЕ. №10, с. 42.Е. М. Дианов.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия.Главный редактор А. М. Прохоров.1988.


Синонимы:
микросветовод, светопровод, фокон


  1. световод—СВЕТОВОД светопровод световой волновод устройство для направленной передачи световой энергии. Использование для этой цели открытых световых пучков в воздушной среде часто...Большая советская энциклопедия
  2. световод—светопровод световой волновод устройство для направленной передачи световой энергии. Использование для этой цели открытых световых пучков в воздушной среде часто неэффект...Большая Советская энциклопедия II
  3. световод—м. тех.fibra ptica...Большой русско-испанский словарь
  4. световод—светопровод устройство для направленной передачи световой энергии. Наиболее перспективные виды С. волоконный и интегральнооптический. Волоконный С. тонкая гибкая нить д...Большой энциклопедический политехнический словарь
  5. световод—светопровод устройство для направленной передачи световойэнергии. Наиболее распространен стеклянный волоконный световодпредставляющий тонкую нить сердцевина которой имее...Большой энциклопедический словарь II
  6. световод—СВЕТОВОД светопровод устройство для направленной передачи световой энергии. Наиболее распространен стеклянный волоконный световод представляющий тонкую нить сердцевина к...Большой Энциклопедический словарь V
  7. световод—светопровод устройство для направленной передачи световой энергии. наиб. распространн стеклянный волоконный С. представляющий гонкую нить сердцевина крой имеет показатель...Естествознание. Энциклопедический словарь
  8. световод—устройство для направленной передачи световой энергии. Первый световод представлял собой оптикомеханическое устройство набор зеркал линз закрытых в трубы. Позже стали исп...Иллюстрированный энциклопедический словарь
  9. световод—корень СВЕТ соединительная гласная О корень ВОД нулевое окончаниеОснова слова СВЕТОВОДВычисленный способ образования слова Сложение основ СВЕТ соединительная гласная ...Морфемный разбор слова по составу
  10. световод—Начальная форма Световод винительный падеж единственное число мужской род неодушевленное...Морфологический разбор существительных
  11. световод—световод световод а...Орфографический словарь
  12. световод—жарыжол...Орысша-қазақша «Электроника, радиотехника және байланыс» терминологиялық сөздік
  13. световод—conduit [guide] de lumire...Политехнический русско-французский словарь
  14. световод—Орфографическая запись слова световод Ударение в слове световод Деление слова на слоги перенос слова световод Фонетическая транскрипция слова световод [звитавот] Характе...Полный фонетический разбор слов
  15. световод—световод аСинонимы микросветовод светопровод фокон...Русский орфографический словарь
  16. световод—м.light conductor...Русско-английский автомобильный словарь
  17. световод—optical waveguide...Русско-английский аэрокосмический словарь
  18. световод—fiber elongate fiber optic...Русско-английский машиностроительный словарь
  19. световод—lightguide...Русско-английский морской словарь
  20. световод—beamguide light conductor optical conductor light conduit guiding fiber lightcarrying [lightconducting] fiber lightguide glass fiber lightguiding fiber lighttransmitting ...Русско-английский политехнический словарь
  21. световод—m.lightguide light pipe optical fiberСинонимы микросветовод светопровод фокон...Русско-английский словарь математических терминов
  22. световод—optical waveguide...Русско-английский словарь по авиации
  23. световод—м.fiber optical fiber fiberoptic waveguide optical waveguide light guide анизотропный световод волоконнооптический световод волоконный световод без оболочки волоконный св...Русско-английский словарь по физике
  24. световод—optical conductor optical fiber light guide guide...Русско-английский словарь по электронике
  25. световод—m light guide...Русско-английский словарь стекольной промышленности
  26. световод—guide ampLTopt.ampGT light guide волоконнооптический световод волоконный световод гибкий световод ленточный световод многоволоконный световод многомодовый световод многос...Русско-английский технический словарь
  27. световод—light pipe...Русско-английский толковый словарь терминов по информатике
  28. световод—optical guide...Русско-английский химический словарь
  29. световод—Святлавод...Русско-белорусский словарь
  30. световод—физ.i святлавод муж.i...Русско-белорусский словарь II
  31. световод—святлавоuд да световод волоконный световод плночный световод тонкоплночный...Русско-белорусский словарь математических, физических и технических терминов
  32. световод—святлавод да...Русско-белорусский физико-математический словарь
  33. световод—м. fibra f guida f ottica...Русско-итальянский политехнический словарь
  34. световод—светопровод . Синонимы микросветовод светопровод фокон...Русско-китайский словарь
  35. световод—м.Lichtleiter mu Lichtwellenleiter m микросветовод светопровод фокон...Русско-немецкий автомобильный словарь
  36. световод—Lichtleitung Lichtwellenleiter...Русско-немецкий словарь по химии и химической технологии
  37. световод—мLichtleiter mem...Русско-немецкий словарь стекольной промышленности
  38. световод—Lichtleitung Lichtwellenleiter...Русско-немецкий химический словарь
  39. световод—Lichtwellenleiter...Русско-немецкий экономический словарь
  40. световод—светопровод м яктылык ткргеч...Русско-татарский словарь
  41. световод—физ. свтловод ду волоконный световод полимерный световод щелевой световод Синонимы микросветовод светопровод фокон...Русско-украинский политехнический словарь
  42. световод—conducteur de lumire...Русско-французский словарь по химии
  43. световод—svtlovod svtovod...Русско-чешский словарь
  44. световод—световодСинонимы микросветовод светопровод фокон...Русское словесное ударение
  45. световод—световод микросветовод светопровод фокон...Слитно или раздельно? Орфографический словарь-справочник
  46. световод—световод фокон светопровод микросветовод Словарь русских синонимов. световод сущ. колво синонимов микросветовод светопровод фокон Словарь синонимов ASIS.В.Н. Триши...Словарь синонимов II
  47. световод—световод фокон светопровод микросветовод...Словарь синонимов
  48. световод—СВЕТОВОД светопровод устройство для направленной передачи световой энергии. Наиболее распространен стеклянный волоконный световод представляющий тонкую нить сердцевина ко...Современный энциклопедический словарь
  49. световод—см. СВЕТОПРОВОДИсточник Терминологический словарь по строительству на языкахСинонимы микросветовод светопровод фокон...Строительный словарь
  50. световод—СВЕТОВОД см. СВЕТОПРОВОД...Терминологический словарь по строительству на 12 языках
  51. световод—СВЕТОВОД а и...Толковый словарь Ожегова
  52. световод—световод световод а и СВЕТОПРОВОД а м. спец. Полая металлическая трубка или прозрачный стержень нить по крым передаются световые лучи. Передача изображения по ам.прил. ны...Толковый словарь русского языка II
  53. световод—СВЕТОВОД а и...Толковый словарь русского языка
  54. световод—Ударение в слове световодУдарение падает на букву оБезударные гласные в слове световод...Ударение и правописание
  55. световод—Rzeczownik световод m wiatowd m...Универсальный русско-польский словарь
  56. световод—Свод Световод Сев Седов Сет Совет Светов Свед Отсев Отвод Отво Отвес Соевод Ост Осот Осоед Соед Осов Соте Тес Овес Девство Все Вод Вест Вдвое Ввс Ввод Тоо Вес Вето Вовсе ...Электронный словарь анаграмм русского языка