Задание 3, страница 101 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Задание 3

Рассмотрите рисунки в таблице «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?

«Виды оптических кабелей»

Одножильный, диаметр 125 мкм

Многомодовый, диаметр 125 мкм

Многожильный, диаметр 125 мкм

Распространение сигнала в оптоволоконном кабеле

Качество полученного сигнала

Основное различие между представленными типами оптических кабелей заключается в строении их световедущей части (сердцевины), что напрямую влияет на способ распространения светового сигнала и, как следствие, на качество сигнала на выходе.

Различие в строении:
- Одножильный кабель имеет одну очень тонкую центральную световедущую жилу (сердцевину).
- Многомодовый кабель имеет одну, но значительно более толстую сердцевину по сравнению с одножильным, при том же общем диаметре волокна.
- Многожильный кабель содержит несколько отдельных тонких световедущих жил (в данном примере — три) внутри общей оболочки.

Различие в прохождении светового сигнала:
- В одножильном кабеле из-за малого диаметра сердцевины световой сигнал распространяется по одному пути (одной моде) вдоль оси волокна, практически без отражений.
- В многомодовом кабеле толстая сердцевина позволяет свету распространяться одновременно по множеству траекторий (мод), которые многократно отражаются от границы между сердцевиной и оболочкой. Лучи, идущие под разными углами, проходят разный по длине путь.
- В многожильном кабеле в каждой из жил сигнал распространяется по своей отдельной траектории, аналогично одножильному кабелю, создавая несколько параллельных каналов передачи.

Различие в виде и качестве полученного сигнала:
- Одножильный кабель обеспечивает высочайшее качество сигнала. На выходе сигнал имеет четкую форму, практически идентичную исходной, так как все компоненты светового луча приходят в конечную точку одновременно.
- В многомодовом кабеле качество сигнала значительно ухудшается. Из-за того что разные моды проходят пути разной длины, они достигают конца кабеля в разное время. Это приводит к «расплыванию» и сильному искажению формы импульса (межмодовая дисперсия). Как видно на рисунке, одиночный импульс на выходе превращается в несколько размытых и смещенных во времени.
- Многожильный кабель на выходе формирует несколько отдельных, но четких сигналов, по одному от каждой жилы. Качество каждого индивидуального сигнала высокое, как и в одножильном кабеле.

Исходя из анализа, наиболее значительное искажение сигнала происходит в многомодовом кабеле.

Ответ: Основные различия кабелей заключаются в количестве и толщине световедущих жил (сердцевин). Одножильный кабель имеет одну тонкую сердцевину, многомодовый — одну толстую, а многожильный — несколько тонких. Вследствие этого, в одножильном и многожильном кабелях световой сигнал распространяется по прямолинейной траектории, обеспечивая высокое качество и минимальные искажения. В многомодовом кабеле сигнал распространяется по множеству траекторий с разными длинами, что приводит к значительным искажениям (расплыванию) сигнала на выходе из-за межмодовой дисперсии. Таким образом, наиболее значительное искажение сигнала наблюдается в многомодовом кабеле.