Mavzu: optik kabelni tashkil etuvchi elementlarni hisoblash

1-AMALIY MASHG`ULOT.

MAVZU: OPTIK KABELNI TASHKIL ETUVCHI ELEMENTLARNI HISOBLASH
Boshlamg`ich qisqacha nazariy ma’lumotlar
Optik aloqa (OA) bu axborot yorug‘lik nuri ko‘rinishida optik tola bo‘ylab yoki ochiq fazo atmosferada uzatiladigan aloqadir. Axborot tolali optik uzatish muxiti orqali uzatilsa, tolali optik aloqa (TOA) tizimi, ochiq atmosferada uzatilsa, ochiq optik aloqa (OOA) tizimi deyiladi.
Tolali optik aloqa tizimida optik tebranishlarning tarqalishini chegaralovchi va yorug‘lik energiyasi oqimini berilgan yo‘nalishda yo‘naltiruvchi, uzatish va qabul qilish traktlarini bog‘lab turuvchi muhit optik tola deyiladi.
Optik tolalar o‘zak va qobiqdan iborat bo‘ladi. Ular qiymat bo‘yicha bir-biriga yaqin turli sindirish ko‘rsatkichlariga ega. O‘zak uzatuvchi muhit, qobiq esa o‘zi va o‘zak orasida chegara hosil qiluvchi sifatida ishlatiladi. Bu chegara yorug‘likni yo‘naltiruvchi fizik kanalni shakllantirib, u orqali uzatilgan signalning tashuvchisi yorug‘lik nuri tarqaladi.
Yorug‘lik nurining faqatgina o‘zak bo‘ylab tarqalishini ta’minlash uchun
n₁>n₂, (1.1)
shart bajarilishi kerak. Mos ravishda bu erda
n₁-o‘zakning sindirish ko‘rsatkichi,
n₂, -qobiqlarning sindirish ko‘rsatkichlari.
Nur o‘tkazgichda o‘zak-qobiq bo‘linish chegarasi vazifasini shavof shisha bajaradi, shuning uchun bunday bo‘linish chegarasida optik nurlar to‘liq ravishda qaytmasdan nur o‘tkazgichning qobig‘i ichiga ham kirib, undan qaytish xususiyatiga ega. Uzatilayotgan energiyani qobiq ichiga kirib ketmasligi uchun va butun uzatilaetgan energiya tarqalish muxiti bo‘ylab to‘liq ravishda xarakatlanishi uchun to‘liq ichki kaytish sharti bajarilishi lozim, bunday shart bajarilishini ikki qatlami nur o‘tkazgich uchun qo‘llanishi 1.1-rasmda ko‘rsatilgan.

1.1- rasm. Nur o‘tkazgich tolaning ishlash prinsipi: a) nur apertura burchagi oralig‘ida; b) nur apertura burchagidan tashqarida.

Geometrik optika qonunlari bo‘yicha umumiy ko‘rinishdagi o‘zak─qobiq chegarasiga tushayotgan to‘lqin φ_T - burchak ostida bo‘ladi, qaytgan to‘lqin esa ─φ_Q burchak ostida bo‘lsa va o‘zak-qobiq chegarasida singan to‘lqin φ_sin burchak ostida bo‘ladi. Bizga ma’lumki katta zichlikga ega bo‘lgan muxitdan kichik zichlikka ega bo‘lgan muxitga o‘tishda ya’ni n₁ > n₂ holatda ma’lum bir burchak ostida tushayotgan to‘lqin to‘liq ravishda qaytadi va boshqa muxitga o‘tmaydi, bu esa singan nur yo‘qligini bildiradi. Muhit chegarasida butun energiya φT - tushish burchagida, qaytishi, φT=θ_ichki ichki qaytish burchagi deb ataladi. To‘liq ichki qaytish burchagi quyidagicha aniqlanadi:
(1.1)
bu erda: μ1 va ε1 ─ nur o‘tkazgich o‘zakning magnit va dielektrik singdiruvchanligi;
μ2 va ε2 ─ nur o‘tkazgich qobiqning magnit va dielektrik singdiruvchanligi;
n1 ─ nur o‘tkazgich o‘zakning sinish ko‘rsatkichi;
n2 ─ nur o‘tkazgich qobiqning sinish ko‘rsatkichi.
Agar φT ≥ θ ichki holat bo‘ladigan bo‘lsa, u holda nur o‘tkazgichning o‘zagiga tushuvchi energiya to‘liq ravishda qaytib nur o‘tkazgich bo‘ylab zigzag ko‘rinishda tarqalib xarakatlanadi. To‘lqinning tushish burchagi qanchalik katta bo‘ladigan ya’ni φT > θ_ichki holati bo‘lsa, uning qiymati 0⁰ bilan 90⁰ oralig‘ida, u holda tarqalish sharoiti yaxshi bo‘lib, tarqalayotgan to‘lqin tezda qabul qilguvchi tomonga etib boradi. Bu xolda butun energiya nur o‘tkazgich o‘zagi ichida yig‘ilib, umuman o‘rab turuvchi muxit bo‘ylab xarakatlanmaydi.
Agar nur to‘liq ichki qaytish burchagidan kichik bo‘ladigan bo‘lib, φ_T < θ ichki holatida u xolda energiya nur o‘tkazgichning qobig‘iga kirib borib, muxitni o‘rab turuvchi bo‘ylab yoyiladi va umuman o‘rab turuvchi muxit bo‘ylab xarakatlanmaydi, chunki singan nur hosil bo‘ladi (1.1 b-rasm). To‘liq ichki qaytish rejimida tolaning nur kiruvchi qismiga yorug‘lik nurini kirish shartini ta’minlaydi. 1.2-rasmda ko‘rsatilganidek nur o‘tkazgich to‘liq ichki qaytish burchagi ostida bo‘lsa u holda θ_ichki -ichki burchak oralig‘idagi yoruglik nurini o‘tkazadi. Bunday oraliq burchagi θ_A nur o‘tkazuvchi tolaning aperturasini tavsiflaydi. Apertura deb optik o‘q bilan bitta yorug‘lik konusini hosil qiluvchi orasidagi burchak ostida nur o‘tkazgich tolaning kiruvchi tomoniga tushuvchi burchak tomoniga aytiladi va bu holatda to‘liq ichki qaytish sharti bajariladi.
Tolali optik aloqa liniyasida sonli apertura tushunchasi qo‘llanadi va u quyidagi ifoda orqali aniqlanadi:
(1.2)
bu erda: n₀─ xavoning sinish ko‘rsatkichi;
n₁ - nur o‘tkazgich o‘zagining sinish ko‘rsatkichi;
n₂─ nur o‘tkazgich qobig‘ining sinish ko‘rsatkichi.
1.1 - rasmdan ko‘rinib turibdiki to‘liq ichki qaytish burchagi ─ θ_ichki va nurning apertura tushish burchagi ─ θ_A orasida o‘zaro bog‘lanish mavjud. Demak to‘liq ichki burchaki θ_ichki qanchalik katta bo‘lsa, nur o‘tkazgich tolaning apertura burchagi θ_A shunchalik kichik bo‘ladi.
Optik tolali aloqa liniyasida iloji boricha nur o‘tkazgichning o‘zak─qobiq chegarasiga tushuvchi nur ─ φ_tush burchagi to‘liq ichki kaytish burchagidan θ_ichki katta bo‘lishi va θ_ichki burchak 90º burchak oralig‘ida bo‘lib, nurlarni nur o‘tkazgichning kiruvchi yuzasiga tushuvchi nur burchagi apertura burchagi θ_A oralig‘ida bo‘lishi kerak (φ≤ ).
Avval ko‘rib chiqilganidek to‘lqin uzunlik λ va nur o‘tkazgichning o‘zak diametri d orasida cosθ =λ/d qiymati mavjud bo‘lib, bu erda θ o‘zak─qobiq bo‘linuvchi chegarasiga tushuvchi to‘lqinning tushish burchagidir. Agar ifodani e’tiborga olib hamda to‘liq ichki qaytish sinθ=n₁/n₂ shartini qo‘llasak, u holda hosil bo‘ladi. Agar keltirilgan ifodaning o‘ng tomonidagi qismini tenglashtirsak, u xolda hosil bo‘ladi.
U holda Nur o‘tkazgichning kritik to‘lqin uzunligi quyidagi ifoda orqali aniqlanadi:
(1.3)

kritik chastota esa quyidagicha aniqlanadi:

(1.4)
bu erda: n₁─ nur o‘tkazgichning o‘zaki sinish ko‘rsatkichi;
n₂─ nur o‘tkazgichning qobiqi sinish ko‘rsatkichi;
V₁=s/n₁─ nur o‘tkazgichning o‘zagi bo‘ylab xarakatlanuvchi to‘lqinning tezligi;
c─ yorug‘lik tezligi;
d─ nur o‘tkazgichning o‘zak diametri.
Nur o‘tkazgichli optik texnikasida keng ravishda normallashtirilgan chastota ishlatiladi, bunday chastota nur o‘tkazgichning o‘lchamlari, to‘lqin uzunligi λ va nur o‘tkazgichning o‘zak va qobiq n₁ hamda n₂ sinish ko‘rsatkichlari bilan bog‘liq. Normallashtirilgan chastota - V quyidagi formula bilan aniqlanadi:
(1.6)
bu erda: -nur o‘tkazgichning o‘zak diametri; - to‘lqin uzunlik; - tola o‘zagining sinish ko‘rsatkichi; - tola qobig‘ining sinish ko‘rsatkichi.