Задание, страница 140 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Задание

Рассмотрите рисунки в таблице 6 «Виды оптических кабелей». Назовите основное различие в их строении, прохождении светового сигнала, в виде и качестве полученного сигнала. В каком кабеле искажение сигнала наиболее значительное?

Таблица 6. Виды оптических кабелей

Одножильный, диаметр 125 мкм

Многомодовый, диаметр 125 мкм

Многожильный, диаметр 125 мкм

Распространение сигнала в оптоволоконном кабеле

Качество полученного сигнала

Анализ представленных в таблице видов оптических кабелей позволяет выявить следующие различия.

Различие в строении

Основное конструктивное различие между кабелями заключается в строении их световедущей части (сердцевины):
• Одножильный (одномодовый) кабель имеет одну очень тонкую сердцевину. Хотя на рисунке не указан точный размер, для таких кабелей он обычно составляет 8-10 мкм.
• Многомодовый кабель также имеет одну сердцевину, но её диаметр значительно больше (обычно 50 или 62.5 мкм), что и позволяет распространяться нескольким модам света.
• Многожильный кабель состоит из нескольких отдельных оптических волокон (жил), заключенных в общую защитную оболочку. Каждая жила в данном случае представляет собой отдельный световод, по строению похожий на одномодовый.

Различие в прохождении светового сигнала

От строения сердцевины напрямую зависит, как световой сигнал будет распространяться по кабелю:
• В одномодовом кабеле из-за очень малого диаметра сердцевины может распространяться только одна мода света (один путь). Световой луч движется практически прямолинейно вдоль центральной оси волокна, почти не испытывая отражений.
• В многомодовом кабеле свет входит в широкую сердцевину под разными углами, образуя множество мод (путей). Эти моды распространяются, многократно отражаясь от границы сердцевины и оболочки. Поскольку лучи проходят пути разной длины, они достигают конца кабеля в разное время.
• В многожильном кабеле в каждой жиле сигнал распространяется независимо от других. Судя по рисунку, в каждой жиле свет идет по одному прямолинейному пути, как в одномодовом кабеле.

Различие в виде и качестве полученного сигнала

Качество сигнала на выходе является следствием способа его распространения:
• Одномодовый кабель обеспечивает наилучшее качество передачи. Так как вся энергия светового импульса движется по одному пути, сигнал на выходе получается четким, концентрированным и практически не искажается во времени. Это позволяет передавать данные на очень большие расстояния с высокой скоростью.
• В многомодовом кабеле качество сигнала заметно снижается. Из-за разницы во времени прихода различных мод происходит явление, называемое модовой дисперсией. Исходный короткий импульс света "расплывается", уширяется и теряет свою первоначальную форму. Это ограничивает дальность и скорость передачи данных.
• Многожильный кабель на выходе формирует несколько независимых сигналов, по одному от каждой жилы. Качество каждого отдельного сигнала высокое, аналогичное качеству в одномодовом кабеле.

В каком кабеле искажение сигнала наиболее значительное?

Наиболее значительное искажение сигнала происходит в многомодовом кабеле. Причиной является модовая дисперсия — эффект уширения сигнала из-за того, что разные моды света проходят разные по длине пути и приходят к приемнику в разное время.

Ответ: Основные различия кабелей заключаются в строении световедущей сердцевины, что определяет способ прохождения сигнала и его итоговое качество. В одномодовом кабеле очень тонкая сердцевина пропускает свет по одному пути, обеспечивая минимальные искажения. В многомодовом кабеле толстая сердцевина пропускает свет по множеству путей разной длины, что вызывает значительное искажение (уширение) сигнала. В многожильном кабеле несколько отдельных волокон позволяют передавать несколько независимых сигналов одновременно, сохраняя высокое качество каждого из них. Наибольшее искажение сигнала наблюдается в многомодовом кабеле.