Оптоволокно. Продолжаем рассматривать полосу пропускания и ее ширину.
Предыдущие кусочки этой части:
1 - http://velemudr.blogspot.ru/2016/02/14-14.html
2 - http://velemudr.blogspot.ru/2016/02/15-15.html
3 - http://velemudr.blogspot.ru/2016/02/16-16.html
Мы еще не закончили рассматривать вопросики, заданные самим себе в 1-ом кусочке части про полосу пропускания. Берем следующий из них:
4. Как влияют свойства стекла? То есть можно ли подобрать стекло получше для увеличения ширины пропускания?
Для начала один волшебный факт:
Теплопроводность кварцевого стекла на один-два порядка меньше теплопроводности кристаллического кварца. У кварцевого стекла при повышении температуры теплопроводность увеличивается, а у кристалла – уменьшается. Прикольно для вещества одного химического состава.
Удельный вес кварцевого стекла (г/см3) - 2,2
Удельный вес горного хрусталя - 2,65
А теперь переходим к нашему вопросу.
Исходя из термина "окно прозрачности" можно представить себе окно в стене, через которое проникает свет. Или можно представить себе более сложный образ - объектив фотоаппарата, в котором применяются стекла с разной степенью прозрачности.
Естественно, что более прозрачное стекло лучше для прохождения света.
Наверное, вы слышали, что объективы кино- и фото-аппаратуры имеют очень даже разную стоимость из-за разных параметров. И одно из главных качеств объектива - это "светосила". Другими словами, светосила - это способность пропускать больше света на матрицу. Логично, что "прозрачность" очень важна для фотографии и кино - кадры будут четче и яснее.
А что же влияет на прозрачность? Есть ли жизнь в стекле и как с ней "договориться"?
Не вдаваясь в сложные формулировки, можно сказать, что свет особенно не любит переходов из одной среды в другую.
При каждом переходе между средами обитания свет хотя бы чуть-чуть, но ломает свою структуру и меняет направление движения, расслаивается. К слову, подозреваю, что любая частота (человек тоже набор частот) также не любит резкой смены обстановки.
Интересно, как с негативными эффектами переходов света из среды в среду борются при производстве объективов - наносят на объективы пленки, "смягчающие" проход света в стекло линзы. Это называют - "просветляющее покрытие".
Заметьте, что просветляющее покрытие многослойное.
В этом месте рекомендую посмотреть ролик про интерференцию. Фильм сделан качественно еще в СССР и поэтому вполне понятен.
Если ролик не открывается, вот другая ссылка.
---
Не забывайте, что любую информацию надо рассматривать критически.
Из фильма вы должны понять, что волны могут складываться и при этом они будут усиливаться или уменьшаться. Всё зависит от фазы волны или по простому - всё зависит от направления движения, как в жизни, то есть в одном случае кто-то идет с вами по пути и увеличивает возможности, а в другом случае прет вам в лоб и гасит все движения.
И такое понимание нам еще пригодится.
Теперь расшифрую смысл "просветления" линз.
Если вы будет искать ясное объяснение механизма просветления линз в книжках и в интернете, то столкнетесь с непониманием этого механизма авторами статей или с неполным объяснением, что тоже плохо. Ниже характерный пример такого объяснения просветления на картинке:
А смысл вполне прост - представьте себе густой поток пассажиров в час пик, движущийся к турникетам. А навстречу им от турникетов движется поток забывших купить билетики. В итоге движение к турникетам будет испытывать противодействие.
То же самое и с линзами - отраженный свет от поверхности линз бьет обратно по входящему в линзу свету - частично рассеивает его и гасит.
Чтобы такое явление уменьшить, отраженный от поверхности линзы свет технически гасят (об этом говорят при упоминании интерференции с помощью пленок). Тогда входящий свет не испытывает противодействия и проходит более хорошо в линзу - яркость картинки усиливается.
Хватит пока про вход света в линзы. Нас интересует движение света в стекле.
Представьте себе путь света в линзе и путь света в волокне. Невероятная разница по длине пути.
Говорят, при прохождении света сквозь непросветленную (без пленки) линзу световой поток ослабляется на 1 % на каждый сантиметр толщины стекла. То есть при 100 см толщины такой же линзы свет практически потеряется полностью. А волокно ведь имеет километры как бы "толщины" стекла.
Пробуем разобраться и включаем образное видение процессов - представим массовый забег из нескольких тысяч участников по широкому шоссе. А также представим забег десятка спортсменов по дорожке стадиона.
Вероятно, никто не будет спорить, что хаосная толпа тысяч участников заметно труднее преодолеет то же расстояние, что и десятка спортсменов на дорожке стадиона?
Таким образом из приведенного образа бегунов становится понятно, что свет в волокне движется куда более прямолинейно, чем в линзе, где хаос световых лучей очень высок. Из-за хаоса направлений лучей общий свет в линзе теряет силу гораздо быстрее, чем в волокне.
Можно было бы с удовольствием и еще порассуждать о линзах и приемах в фотографии, но в этой части нам важнее свойства стекла, применяемого в волоконной оптике.
Кстати, стекло - это вполне пластичный материал и при определенном нагреве ведет себя как густая смола, а при остывании держит форму. Еще относительно недавно ученые считали, что стекло никогда не прекращает течь, и нам, думали они, только кажется, что стекло не меняет форму, а на самом деле стекло постоянно стекает вниз, но очень медленно. И поэтому оконные стекла, якобы, с годами становятся толще внизу.
Рассмотрим и этот вопрос. Возможно, что пригодится для понимания.
Жидкости.
По поведению расплавленного стела его можно отнести к жидкостям. И, как вода, стекло "замерзает", становясь "льдом".
Если ролик не открывается, вот другая ссылка.
---
На видео прозрачный лед.
Кстати, в наше время открываются всякие чудеса. Например про то, что во льду могут жить бактерии и черви.
"Замороженное" стекло - это среда обитания света. Свет будет в ней жить долго, если только не самоуничтожится (вспомним про интерференцию в ролике выше).
Вернемся к текучести стекла.
По смыслу стекло - это такое же вещество, как и всё остальное в нашем Мире. И как гласит поговорка - нет ничего неизменного в этом Мире. Однако текучесть - это свойство менять форму под воздействием сил, в частности под воздействием силы тяжести. Таким образом, стекло будет течь только тогда, когда внутренние силы, удерживающие вещество стекла в равновесии, будут слабее внешних сил.
То есть стекло должно иметь внутреннюю пластичность, должно быть способно свободно перемещать свое вещество. А это возможно только при отсутствии прочных связей в веществе. То есть застывшее стекло не будет течь, потому что уже не имеет пластичности.
Теперь объясню смысл всего нагромождения материала в этом посте.
Тема здесь про влияние стекла на ширину полосы пропускания.
Как вы уже догадываетесь, свет может жить в стекле довольно долго и без потерь. Его энергия теряется только при переходе из одной среды в другую. А также потери энергии света могут происходить при встрече с инородными включениями в стекле - при этом произойдет поглощение энергии света инородным веществом (об этом явлении отдельно надо говорить).
То есть все потери света фактически объясняются выходом части лучей наружу из волокна и поглощением энергии света отдельными компонентами стекла. Например, одну часть спектра любит "есть" кварц, другую германий, третью фосфор, еще что-то забирает кислород - это в теории.
А на практике получаются "окна прозрачности" - это те диапазоны частот, которые стекло не заинтересовали. То есть волны одной длины в волокне проходят, а другие нет или почти нет.
Вывод - для наилучшего прохождения наиболее широкого диапазона частот (длин волн) сквозь стекло оптоволокна необходимо искать определенный состав стекла, имея в виду поглощение энергии света веществами, то есть стоит очень хорошо разбираться в самом механизме поглощения света веществами, на уровне образов.
А в конце этой части подумайте о том, что свет и стекло не интересны друг другу, поэтому проходят друг сквозь друга без взаимодействия. Мы почему-то думаем, что только свет проходит через стекло, а не наоборот.
Подумайте по другому и вспомните о сказках про прохождение людей сквозь стены, словно стены прозрачны. Может это стены проходят сквозь человека?
На этом полет своей фантазии пока заканчиваю. Продолжение будет.
Благодарю за внимание.
С уважением, Виктор Мирошкин.
---
P.S. - Говорят, что в Пенсильвании ученые сделали волокно с новой добавкой, которая расширила диапазон полосы пропускания. И цвет света даже стало передавать легче - это говорит о "не размытии" изначальной длины волны. Но пока об этом мало материала. Возможно, что это не утка.
---
Дополнительно:
---
Предыдущие кусочки этой части:
1 - http://velemudr.blogspot.ru/2016/02/14-14.html
2 - http://velemudr.blogspot.ru/2016/02/15-15.html
3 - http://velemudr.blogspot.ru/2016/02/16-16.html
Мы еще не закончили рассматривать вопросики, заданные самим себе в 1-ом кусочке части про полосу пропускания. Берем следующий из них:
4. Как влияют свойства стекла? То есть можно ли подобрать стекло получше для увеличения ширины пропускания?
Для начала один волшебный факт:
Теплопроводность кварцевого стекла на один-два порядка меньше теплопроводности кристаллического кварца. У кварцевого стекла при повышении температуры теплопроводность увеличивается, а у кристалла – уменьшается. Прикольно для вещества одного химического состава.
Удельный вес кварцевого стекла (г/см3) - 2,2
Удельный вес горного хрусталя - 2,65
А теперь переходим к нашему вопросу.
Исходя из термина "окно прозрачности" можно представить себе окно в стене, через которое проникает свет. Или можно представить себе более сложный образ - объектив фотоаппарата, в котором применяются стекла с разной степенью прозрачности.
Естественно, что более прозрачное стекло лучше для прохождения света.
Наверное, вы слышали, что объективы кино- и фото-аппаратуры имеют очень даже разную стоимость из-за разных параметров. И одно из главных качеств объектива - это "светосила". Другими словами, светосила - это способность пропускать больше света на матрицу. Логично, что "прозрачность" очень важна для фотографии и кино - кадры будут четче и яснее.
А что же влияет на прозрачность? Есть ли жизнь в стекле и как с ней "договориться"?
Не вдаваясь в сложные формулировки, можно сказать, что свет особенно не любит переходов из одной среды в другую.
При каждом переходе между средами обитания свет хотя бы чуть-чуть, но ломает свою структуру и меняет направление движения, расслаивается. К слову, подозреваю, что любая частота (человек тоже набор частот) также не любит резкой смены обстановки.
Интересно, как с негативными эффектами переходов света из среды в среду борются при производстве объективов - наносят на объективы пленки, "смягчающие" проход света в стекло линзы. Это называют - "просветляющее покрытие".
 |
| Просветляющее покрытие уменьшает отражение света от линзы |
Заметьте, что просветляющее покрытие многослойное.
В этом месте рекомендую посмотреть ролик про интерференцию. Фильм сделан качественно еще в СССР и поэтому вполне понятен.
Интерференция света - 1977
---
Не забывайте, что любую информацию надо рассматривать критически.
Из фильма вы должны понять, что волны могут складываться и при этом они будут усиливаться или уменьшаться. Всё зависит от фазы волны или по простому - всё зависит от направления движения, как в жизни, то есть в одном случае кто-то идет с вами по пути и увеличивает возможности, а в другом случае прет вам в лоб и гасит все движения.
И такое понимание нам еще пригодится.
Теперь расшифрую смысл "просветления" линз.
Если вы будет искать ясное объяснение механизма просветления линз в книжках и в интернете, то столкнетесь с непониманием этого механизма авторами статей или с неполным объяснением, что тоже плохо. Ниже характерный пример такого объяснения просветления на картинке:
 |
| Туманные намеки, а не объяснение |
А смысл вполне прост - представьте себе густой поток пассажиров в час пик, движущийся к турникетам. А навстречу им от турникетов движется поток забывших купить билетики. В итоге движение к турникетам будет испытывать противодействие.
То же самое и с линзами - отраженный свет от поверхности линз бьет обратно по входящему в линзу свету - частично рассеивает его и гасит.
Чтобы такое явление уменьшить, отраженный от поверхности линзы свет технически гасят (об этом говорят при упоминании интерференции с помощью пленок). Тогда входящий свет не испытывает противодействия и проходит более хорошо в линзу - яркость картинки усиливается.
 |
| Отраженный свет от поверхностей "А" и отраженный свет от поверхности "Б" взаимогасятся - это рассмотрено в ролике про интерференцию. Тем самым входящий "СВЕТ" уже не гасится отраженным светом и проходит в стекло лучше |
Хватит пока про вход света в линзы. Нас интересует движение света в стекле.
Представьте себе путь света в линзе и путь света в волокне. Невероятная разница по длине пути.
Говорят, при прохождении света сквозь непросветленную (без пленки) линзу световой поток ослабляется на 1 % на каждый сантиметр толщины стекла. То есть при 100 см толщины такой же линзы свет практически потеряется полностью. А волокно ведь имеет километры как бы "толщины" стекла.
Пробуем разобраться и включаем образное видение процессов - представим массовый забег из нескольких тысяч участников по широкому шоссе. А также представим забег десятка спортсменов по дорожке стадиона.
Вероятно, никто не будет спорить, что хаосная толпа тысяч участников заметно труднее преодолеет то же расстояние, что и десятка спортсменов на дорожке стадиона?
Таким образом из приведенного образа бегунов становится понятно, что свет в волокне движется куда более прямолинейно, чем в линзе, где хаос световых лучей очень высок. Из-за хаоса направлений лучей общий свет в линзе теряет силу гораздо быстрее, чем в волокне.
Можно было бы с удовольствием и еще порассуждать о линзах и приемах в фотографии, но в этой части нам важнее свойства стекла, применяемого в волоконной оптике.
 |
| Расплавленное стекло |
Кстати, стекло - это вполне пластичный материал и при определенном нагреве ведет себя как густая смола, а при остывании держит форму. Еще относительно недавно ученые считали, что стекло никогда не прекращает течь, и нам, думали они, только кажется, что стекло не меняет форму, а на самом деле стекло постоянно стекает вниз, но очень медленно. И поэтому оконные стекла, якобы, с годами становятся толще внизу.
Рассмотрим и этот вопрос. Возможно, что пригодится для понимания.
Жидкости.
По поведению расплавленного стела его можно отнести к жидкостям. И, как вода, стекло "замерзает", становясь "льдом".
Прозрачный лёд
---
На видео прозрачный лед.
Кстати, в наше время открываются всякие чудеса. Например про то, что во льду могут жить бактерии и черви.
"Замороженное" стекло - это среда обитания света. Свет будет в ней жить долго, если только не самоуничтожится (вспомним про интерференцию в ролике выше).
Вернемся к текучести стекла.
По смыслу стекло - это такое же вещество, как и всё остальное в нашем Мире. И как гласит поговорка - нет ничего неизменного в этом Мире. Однако текучесть - это свойство менять форму под воздействием сил, в частности под воздействием силы тяжести. Таким образом, стекло будет течь только тогда, когда внутренние силы, удерживающие вещество стекла в равновесии, будут слабее внешних сил.
То есть стекло должно иметь внутреннюю пластичность, должно быть способно свободно перемещать свое вещество. А это возможно только при отсутствии прочных связей в веществе. То есть застывшее стекло не будет течь, потому что уже не имеет пластичности.
Теперь объясню смысл всего нагромождения материала в этом посте.
Тема здесь про влияние стекла на ширину полосы пропускания.
Как вы уже догадываетесь, свет может жить в стекле довольно долго и без потерь. Его энергия теряется только при переходе из одной среды в другую. А также потери энергии света могут происходить при встрече с инородными включениями в стекле - при этом произойдет поглощение энергии света инородным веществом (об этом явлении отдельно надо говорить).
То есть все потери света фактически объясняются выходом части лучей наружу из волокна и поглощением энергии света отдельными компонентами стекла. Например, одну часть спектра любит "есть" кварц, другую германий, третью фосфор, еще что-то забирает кислород - это в теории.
А на практике получаются "окна прозрачности" - это те диапазоны частот, которые стекло не заинтересовали. То есть волны одной длины в волокне проходят, а другие нет или почти нет.
Вывод - для наилучшего прохождения наиболее широкого диапазона частот (длин волн) сквозь стекло оптоволокна необходимо искать определенный состав стекла, имея в виду поглощение энергии света веществами, то есть стоит очень хорошо разбираться в самом механизме поглощения света веществами, на уровне образов.
А в конце этой части подумайте о том, что свет и стекло не интересны друг другу, поэтому проходят друг сквозь друга без взаимодействия. Мы почему-то думаем, что только свет проходит через стекло, а не наоборот.
Подумайте по другому и вспомните о сказках про прохождение людей сквозь стены, словно стены прозрачны. Может это стены проходят сквозь человека?
На этом полет своей фантазии пока заканчиваю. Продолжение будет.
Благодарю за внимание.
С уважением, Виктор Мирошкин.
---
P.S. - Говорят, что в Пенсильвании ученые сделали волокно с новой добавкой, которая расширила диапазон полосы пропускания. И цвет света даже стало передавать легче - это говорит о "не размытии" изначальной длины волны. Но пока об этом мало материала. Возможно, что это не утка.
---
Дополнительно:
- Египетский морок (видео)
- Египетский морок-2
- Уже только ленивый не знает, что потоп был недавно
- Сравнение церквей России с храмами Индии. Много общего. (+ книга)
---
Комментариев нет:
Отправить комментарий