Jak działa światłowód?
Na wstępie warto nieco przybliżyć ogólną definicję światłowodu. Jest to przewód, medium komunikacyjne, które wykonane jest z przezroczystego włókna szklanego i innych tworzyw sztucznych. Z zewnątrz jego wygląd nie odbiega znacznie od typowych przewodów – poza charakterystyczną wtyczką. W środku przewodu światłowodowego zamiast miedzianych czy aluminiowych drutów znajdują się przezroczyste pręty ze szkła lub specjalnego plastiku, nierzadko o grubości nieco większej od ludzkiego włosa. Są one połączone w tzw. wiązki.
Przewód światłowodowy skonstruowany jest tak, aby „uwięzić w nim światło” i spowodować transmisję promieni świetlnych między punktem nadawczym a odbiorczym. Dokonuje on skutecznego odizolowania przesyłanego światła od środowiska zewnętrznego. Światło w światłowodzie trafia do tzw. rdzenia przewodu, który otoczony jest specjalnym, ochronnym płaszczem.
Prosta wizualizacja obrazująca, jak działa światłowód?
Światłowód, obrazując go w najprostszy, potoczny sposób, to swoisty „długi tunel”, który dla naszego hipotetycznego doświadczenia pokryty byłby w środku lustrami. Uruchomienie silnej wiązki światła, czyli źródła światła po stronie wlotu do tunelu sprawi, że w czasie natychmiastowym zobaczymy ją po drugiej stronie wylotu tunelu i to niezależnie od ilości zakrętów po drodze przesyłu.
Światłowód działa analogicznie, zapewniając przesyłanie bez zakłóceń fali świetlnej nawet z prędkością do kilku tera bitów na sekundę.
W tym przypadku nie mamy jednak do czynienia z lustrami lecz z wykorzystaniem praw fizyki. Tunel ma wymiary rzędu dziesiątek mikrometrów, wypełniony jest szkłem, a źródłem światła jest dioda laserowa.
Jakie prawa fizyki wykorzystuje światłowód? Jak sprawia, że promień świetlny podlega transmisji nie tylko po linii prostej?
W światłowodzie dochodzi do zetknięcia się rdzenia z płaszczem i całkowitego odbicia światła. Współczynnik załamania światła płaszcza jest zawsze mniejszy od współczynnika załamania rdzenia. Dzięki temu możliwe jest rozchodzenie się światła i pokonywanie rozmaitych zakrętów. Liczne odbicia świtała – najprościej rzecz ujmując - doprowadzają wiązkę na koniec drogi światłowodu.
Czym jest całkowite wewnętrzne odbicie w światłowodzie? Prawo Snella wykorzystane w kablu światłowodowym
Całkowite wewnętrzne odbicie światła to jak wykorzystanie promieni świetlnych padających pod różnymi kątami np.: na taflę lustra. Dla dzieci jest to forma zabawy z tzw. oślepianiem za pomocą potocznie zwanych „zajączków”.
W fizyce prawo to zwane jest prawem Snella, które stwierdza, że promień odbity zawsze leży w tej samej płaszczyźnie co promień padający. Prawo opisuje zależność kąta padającego do załamanego. Fala odbita ma dodatkowo te same parametry co fala padająca, dzięki czemu przesył świetlny nie traci swojej mocy.
Działanie światłowodu to więc promień padający na ściankę pod takim kątem, że „nie przebija się” na zewnątrz lecz ulega odbiciu w całości i w rezultacie tego podąża wzdłuż tunelu, aż do przeciwległej ścianki itd.
Zobacz również: