воскресенье, 14 февраля 2016 г.

15. Волоконная оптика - прикольное изобретение человечества. часть 15

Продолжаю часть про полосу пропускания. Ее начало здесь - http://velemudr.blogspot.ru/2016/02/14-14.html

Но сначала расскажу про обещанное новое видение мною синусоиды. Во вступлении не напрягаясь смотрим про синусоиду из общеизвестного:


После того, как мы узнали из представленного выше видео, что на плоскости синусоида выглядит волной, предлагаю посмотреть на синусоиду по-новому, в объеме, то есть в 3D - как на пружинку (нижняя синусоида):

В нижнем варианте синусоиды проглядывает пружинистое тело спирали
Вот так теперь я вместе с вами вижу синусоиду - в виде пружинки. Наверное, вы скажете - что же в этом нового? И так это известно! И будете правы, но не совсем. Дело в том, что видеть пружину в синусоиде как бы не совсем принято в науке и технике. Привычнее видеть волну в плоском виде.


Наверное это странно, но в Мире нет ничего нового, зато каждый раз появляются глаза, по-новому смотрящие на Мир. И каждый по-новому смотрящий на Мир видит его по-своему. Такими новыми "взглядами" не только выстраивается общая картина всего многообразия Мира, но этими же новыми взглядами разбиваются старые, ошибочные взгляды и представления.

Казалось бы, когда я как бы по-новому увидел синусоиду, это оказалось никому не нужным, новым лишь для меня. И пусть так. Однако после этого личного открытия, возможно, я смогу так осознать и описать свое новое видение синусоиды, что мой взгляд окажется последним недостающим штрихом для других людей в их совершенной картине Мира - тогда они увидят давно известное в новом свете. В дальнейшем они добавят к полученному "новому" свои дополнительные краски. Таким образом мы общими усилиями будем открывать всё новые и новые чудеса вокруг нас.

Шанс делать открытия есть у каждого начавшего задумываться.



Мои умствования насчет синусоиды необходимы для пояснения момента пробуждения в человеке творца.

А ниже, наоборот, пример глушения творца:

Предположим, Вася образно хорошо представляет, что такое синусоида, а Петя знает только  формулу: y=sinA (синусоида).
Вдруг Петю озаряет, что синусоида - это еще и пружина. Он говорит об этом Васе.
Вася вяло сообщает, что об этом знает каждый. Ему скучно в этот момент с "тугодумом" Петей.
А Петя теперь думает, что его озарение - это глупый самообман и не надо позориться лишний раз. Ему тоже скучно с Васей.
На этом этапе "сотрудничества" творчество умирает в обоих.

А вот если бы Вася заинтересовался тем, что же нового "увидел" Петя, включился бы в обсуждение заново открытой "пружины", то их совместный разбор видения синусоиды может быть и не вылился бы в нечто непредсказуемое для обоих в виде открытия, зато им бы понравилось глубокое обсуждение темы, и в итоге, скорее всего, получились бы два начинающих творца, умеющих "складывать и умножать", а не только "делить и отнимать".

Именно на уровне заинтересованного обсуждения получаются новые прорывы и открытия.
Так что вперед и с интересом за новыми "пружинами"!


Про пружину еще не всё сказал, но перехожу пока к ширине полосы пропускания.

В этой теме у нас по порядку следует разобраться с вопросом № 2 из предыдущей части про полосу (http://velemudr.blogspot.ru/2016/02/14-14.html):
Как она (полоса) зависит от затухания? 

Итак, коллеги незнайки, предположим, что мы с вами еще не совсем в курсе, как реально выглядит свет, идущий в оптоволокне, и нам неведомы его пути. И раз вы всё еще читаете эти строки, то значит вам интересно жить и открывать что-то новенькое.
Всего мы знать, по определению, конечно же, не можем, зато свободны строить любые предположения в любых областях, не считаясь с авторитетами - это главное правило исследователей, начиная с детства. Хотя всё же стоит прислушиваться к специалистам, чтобы лишний раз не упасть.
 
Борец со скукой

Специалисты говорят, что ширина полосы пропускания напрямую зависит от затухания.
То есть, (напрягитесь) полоса пропускания определяет диапазон частот синусоидального сигнала, при которых этот сигнал передается по линии связи без значительных искажений (затухание сигнала малó).
По этому поводу припоминается схема измерения полосы пропускания, уже приводимая ранее:


Получается, что полоса пропускания - это непрерывный диапазон частот, для которого отношение амплитуды выходного сигнала к амплитуде входного сигнала превышает некоторый заранее заданный предел, обычно = 0,5.

На схеме выше - от амплитуды срезается 3 дБ, что как раз и означает 0,5 сигнала. То есть сигнал как бы затухает в два раза. И по получившемуся диапазону (3100 Гц) говорят о ширине полосы пропускания. Чем шире получается полоса, тем быстрее передается информация - это логично. А для наглядности вспомним компьютерный шлейф - чем он шире, тем шустрее работает этот канал связи:

Делаю вывод: логически получается, что чем лучше проходит сигнал в волокне, тем выше амплитуда сигнала на выходе, тем выше планка, срезающая 3 дБ амплитуды и тем шире полоса пропускания.

На схеме слева наглядно показана связь увеличения полосы пропускания с высотой амплитуды
Добавочное подтверждение правильности озвученного мною вывода - при увеличении длины волокна уменьшается ширина пропускания, потому что увеличиваются потери света, то есть растет затухание.

Зависимость полосы пропускания от длины волокна

Итак, зависимость ширины полосы пропускания от затухания сигнала мы нашли. Это будет еще одним кирпичиком в понимании Мира.

А сейчас добавлю еще одну мысль про "пружинки".

Представьте себе сверло или штопор, которые ввинчиваются в провод. Представили? Ниже объясню, зачем это надо представлять.


Посмотрев на картинку выше начинаю рассуждать:
Если свет - это частота в виде спирали, то и все остальные частоты такие же спирали. Значит электрические колебания - это тоже синусоиды в виде спиралей.
Получается, что по такой теории электрический ток можно представить спиралью в проводе. Как бы штопор в трубке.
При малой частоте длина волны большая и бегущая волна напоминает скорее прямую. Ей удобно двигаться даже по тонкому проводу, не выскакивая из него.
С повышением частоты увеличивается количество витков штопора. А "скорость электричества" не меняется.
Таким образом увеличивается скорость бега по спирали, увеличивается центробежная сила - как бы увеличивается занос на каждом витке.


Получается так, что с увеличением частоты диаметр штопора увеличивается. И для удержания этого "вихря" в проводе толщина "трассы" для тока должна быть увеличена - провод нужен потолще.
Вид спирали штопора с торца -
или езда по кругу с увеличением скорости приводит к увеличению заноса
Теперь самое время проверить догадку, что с увеличением частоты тока надо увеличивать толщину провода. Как с этим на практике?

С "ужасом" узнаём о конструкции высокочастотных кабелей - высокочастотные токи текут по поверхности проводника, то есть центральный проводник внутри может быть и пластиковый и деревянный и вообще пустотелый.
Делаю смелое предположение:
Получается так, что для хорошего сигнала в телевизоре у нашего привычного провода антенны важно только качество обмотки, а не центральной жилы? А центральный провод служит только для протекания тока и прочности провода? Ха, это только с первого взгляда.
Телевизионный провод


Внутренняя жила переносит мощность сигнала, а внешняя оболочка защищает от внешних помех. Качество сигнала обеспечивается толщиной кабеля, то есть лучше, когда пружинке-штопору много места для пути внутри кабеля.

Сейчас посмотрите короткое видео про школьное "правило буравчика". Оно вам станет еще понятнее после моих рассуждений про синусоиду:


Каверзный вопрос - после всего сказанного вам еще приходят в голову мысли про электроны?
Мне кажется, что нет. :)
И еще, я думаю, что вы уже можете сопоставить движение тока в проводнике с движением света в волокне. А еще вы должны заметить большую похожесть в свойствах тока и света.
Кстати, высокочастотный коаксиальный кабель защищается оболочкой и от воздействия света - это к сведению особо любопытных.

Вот так мы непринужденно углубились в познание устройства Мира через одно только понимание синусоиды в виде спиральки или пружинки. Тут же пришли в голову буравчики, штопоры, сверла, магниты, центробежные силы.

Согласитесь, что понимание процессов в виде образов на начальном уровне значительно облегчает освоение нового знания. Вспомните, как легко было учиться в первых классах школы, когда складывали яблоки, и как трудно было оперировать голыми формулами позднее.

На этом кусочек части про полосу пропускания заканчиваю.
Продолжение будет.

Благодарю за внимание.
С уважением, Виктор Мирошкин.