Поскольку температурные коэффициенты линейного расширения центра, оболочки и (особенно) полимерного покрытия стекловолокна не являются одинаковыми, при нагревании (или охлаждении) стекловолоконного кабеля, в нем возникают дополнительные механические напряжения, приводящие к локальным изменениям плотности и абсолютного показателя преломления , т.е. к дополнительному рассеянию света.
16.9. ЗАКОН БУГЕРА-ЛАМБЕРТА, КОЭФФИЦИЕНТ ПОГЛОЩЕНИЯ, КОЭФФИЦИЕНТ ПРОПУСКАНИЯ И ОПТИЧЕСКАЯ ПЛОТНОСТЬ
Анализ конкретного вида потерь, рассмотренных в 16.1 - 16.7, как правило, представляет довольно сложную и не всегда разрешимую задачу. С практической точки зрения, нас интересует суммарное, обусловленное всеми вышеизложенными причинами затухание сигнала.
К характеристике этого затухания можно отнести коэффициент поглощения, определяемый законом Бугера-Ламберта.
Пусть интенсивность электромагнитной волны на входе в стекловолокно (после прохождения границы раздела "воздух-стекло") равна , а интенсивность её на выходе из стекловолокна (до прохождения границы раздела "стекло-воздух") равна , (рис.16.7). Выберем внутри волокна малый элемент толщины . На входе в этот элемент интенсивность волны равна , а на выходе , где - убыль интенсивности за счет поглощения и рассеяния. Очевидно, что ~ и ~ . Вводя коэффициент пропорциональности , получим
. (16.16)
Знак (-) в (16.16) подчеркивает убыль интенсивности.
Разделяя переменные в (16.16), и интегрируя, находим:
(16.17)
Формула (16.17) носит название закона Бугера-Ламберта. Здесь - длина стекловолокна, а величина носит название коэффициента поглощения. Выясним его физический смысл. Пусть , тогда
откуда
. (16.18)
Коэффициент поглощения есть величина, обратная той длине волок
на на которой интенсивность волны убывает в =2,718282
раз. Отношение интенсивности волны на выходе из стекловолокна к
её интенсивности на входе называется коэффициентом пропускания :
. (16.19)
Рисунок 16.7
Согласно (16.17) и (16.19)
. (16.20)
В оптике и спектроскопии широко применяется термин «оптическая плотность», которая определяется как
. (16.21)
Согласно (16.20) и (16.19)
Таким образом,
(16.22)
16.10. КОЭФФИЦИЕНТ ЗАТУХАНИЯ ПЕРЕДАВАЕМОГО СИГНАЛА В ДЕЦИБЕЛАХ И ЕГО ВЗАИМОСВЯЗЬ С ОПТИЧЕСКОЙ ПЛОТНОСТЬЮ
В технике связи потери мощности, при передаче импульсного
сигнала по ВОЛС, принято выражать коэффициентом затухания в децибелах:
(дБ), (16.23)
где - мощность сигнала на входе в волокно, а - его мощность на выходе. По определению интенсивности волны
где - энергия, - время, - площадь сечения волокна.
Следовательно
. (16.24)
Подставляем (16.21) в (16.24):
.
Откуда (16.25)
Таким образом, (16.26)
(16.27)
С учетом (16.27) коэффициент затухания (16.22) принимает вид:
(16.28)
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫК ГЛАВЕ 16
1. Дайте понятия фотон-электронного и фотон-фононного взаимодействий.
2. Какой вид взаимодействия отражает дисперсионная формула Солмейера?
3. Какие примеси наиболее нежелательны для стекловолокон с точки зрения материальной дисперсии?
4. Чем обусловлено релеевское рассеяние света в стекловолокнах?
5. Объясните физическую природу "окон" прозрачности в .
6. Почему рассеяние света, обусловленное эффектом Рамана называют комбинационным?
7. Перечислите виды макроскопических дефектов в стекловолокнах.
8. Какова физическая природа потерь, обусловленных макро- и микроизгибами стекловолокон?
9. Как влияет эффект Гуса-Хенкена на величину потерь в стекловолокнах?
10. Объясните физическую природу термо-механических потерь.
11. Дайте понятия коэффициента поглощения, коэффициента затухания и оптической плотности.
Глава 17. основы фотометрии [10, с 49-61]; [8, с 327]