В этой части посмотрим на полосу пропускания в волоконной оптике. Но я по-прежнему буду смотреть на науку глазами чайника, чтобы из моих записей всем было понятно, о чем речь идет, даже бабушке.
Итак, полоса пропускания и ее ширина - на слух кажется, что это некоторый абстрактный проход с ограниченными возможностями, где не всех пускают? Посмотрим.
Вы думаете, что для оптоволокна всё рассчитывается заранее? Оказывается нет. Для каждого нового "игольного ушка" надо не научно, а методом тыка (опытным путем) определять ширину пропускания, то есть через каждый новый "предмет с дырой" протаскиваются пучки "всякой ерунды" с целью проверить прохождение этой "ерунды" в "дыру" без потерь.
Как видим на картинке выше, правильное количество проникших за сетку можно определить только тогда, когда лазутчики не рассеиваются за сеткой в разные стороны. А узнать полностью о целях группы можно только при максимальном количестве задержаний лазутчиков, проникших через дыру в заборе. В общем ловить надо всех.
Примерно так же можно рассматривать и условия прохождения света с информацией по оптоволокну - чрезмерное рассеивание лучей света за пределы волокна уменьшает мощность сигнала, а дисперсия лучей, то есть распадение каждого луча на пучок лучей, смазывает четкую картинку сигнала, что мешает распознаванию приносимой информации. См. картинку ниже.
Напомню, что такое дисперсия образно - это распадение на составляющие (рассеивание).
Немного науки.
Окунемся теперь в несколько сложное - сразу посмотрим на принятый способ измерять ширину полосы пропускания. Это показывает картинка ниже. Просто смотрим и не пугаемся. Ниже объясняю:
Смысл картинки такой - ширина полосы пропускания определяется областью приема устойчивого сигнала, не менее определенного уровня. То есть на картинке это от 300 Гц до 3400 Гц, что равно ширине полосы пропускания: 3400 - 300 = 3100 Гц.
Еще на картинке мы видим подсказку, что в расчетах сначала от высшего уровня сигнала отрезается шапка, равная 3 дБ, то есть (как мы рассматривали про децибелы ранее здесь - http://velemudr.blogspot.ru/2016/02/13-13.html) сигнал примерно срезается в 2 раза по сравнению с самым высоким уровнем.
У нас в повествовании появилась единица измерения - Гц.
Рассмотрим, что же такое - герцы. Это надо знать, ведь каждая непонятка становится фальшивым кирпичиком в нашем дворце знаний. А с фальшивыми материалами надежное здание не построить.
Герц (Гц, Hz) - это одно колебание в секунду. Можно сказать, одно подмаргивание, один взмах рукой и т.д.
Надо сказать, что при изучении любого материала следует не просто обращать внимание на непонятные места, но надо еще и пытаться раздробить непонятное на части. А затем каждую частицу непонятного следует представить в виде ясного образа, чтобы отчетливо представлять предмет изучения.
Глупо зазубривать "формулу" или "определение" без глубокого осознания - не следует копить внутри себя мертвый груз неприменимого в жизни знания в виде формул и сухих непонятных определений.
Как пример дробления проблемы на части возьмем разбираемое сейчас понятие "ширина полосы пропускания" и зададимся разными вопросами, близкими к этой теме:
1. Как полоса пропускания зависит от дисперсии?
2. Как она зависит от затухания?
3. При чем здесь частота и длина волны?
4. Как влияют свойства стекла?
5. Как влияет мощность света?
И так далее.
Этих вопросов уже хватит, чтобы кое-что для себя усвоить более основательно из интересной области, чем просто запоминать формулы.
А в жизни основательные знания пригодятся для более быстрого понимания новых проблем, ведь часто разные области знаний пересекаются между собой.
Например, электричество и оптика оперируют похожими понятиями - частотой, мощностью, амплитудой, силой и т.д. Будете понимать электричество, быстро поймете и оптику. И наоборот.
Получившиеся сами собой вопросы можно уже "копать" как можно глубже. Зависит от желания и настойчивости. Я пока продолжу разбираться с дисперсией. Причем буду это делать практически на ваших глазах, то есть буду сходу искать природу этого явления, рассуждая логически по методике чайника.
Сначала набираю примерную информацию. Как я уже говорил ранее, всё вокруг - это частоты и мы тоже. Получается, что стекло - это тоже частоты, то есть некоторые вибрации, как бы застывшие в общей структуре. В кварце есть кремний. Хотелось бы посмотреть на частоту его колебаний, и как это мне поможет понять дисперсию.
Для этого догадываюсь взять таблицу Д.И.Менделеева.
Нахожу атомный номер Кремния - Si = 14 (атомный номер). Сравниваю с соседями.
Спрашивается, зачем мне это? Просто я уже знаю про зависимость длины волны элемента от его атомного номера в таблице, и что чем больше атомный номер элемента (больше вес атома), тем меньше длина волны этого элемента. То есть, например, у Титана частота выше (длина волны меньше) и вес больше, чем у Кремния.
Также товарищем Рентгеном было обнаружено, что "рентгеновское" излучение, невидимое для человека, поглощается в непрозрачных объектах тем сильнее, чем больше их атомный номер (см таблицу Менделеева), то есть выше плотность преграды. Запомним эти факты.
Теперь возвращаемся к дисперсии. Кварцевое стекло, как известно - это SiO2. А также в состав светопроводящей жилы могут входить оксиды германия (GeO2), фосфора (P2O5), бора (B2O3), а также фтор (F), эрбий (Er) и неодим (Nd). В частности, фтор и окись бора уменьшают показатель преломления жилы, а окись германия и окись фосфора его увеличивают.
Пока не пугаемся химии.
Дисперсия, как нам уже известно, это разбивание луча на несколько лучей. И происходит это при переходе луча из одного слоя стекла в другой, то есть на границе двух слоев стекла с разным коэффициентом преломления. Луч как бы натыкается на преграду и рассыпается на составляющие, больше или меньше отклоняясь от начального направления.
Теперь складываем в голове найденные ранее факты в виде пазлов и пробуем в первый раз слепить готовую, понятную на образном уровне картинку про дисперсию:
1. Условно у нас есть некий "сгусток частот", который мы воспринимаем как стекло. Внутрь него ломится другая "частота" в виде света. В итоге частота света с трудом пробегает по тоннелю из других частот и по пути расслаивается на несколько частот (как белый свет распадается на цвета радуги после призмы).
2. Судя по таблице Менделеева, Si и Ge стоят рядом. Причем они оба "металлоиды" - нечто неопределенное между металлами и неметаллами. Из них сделана световедущая жила. А также в жиле есть кислород.
3. Из предыдущих частей этой статьи получается так, что если луч бежит прямо, не виляя, по однородной среде, он и не расслаивается. Это известно из опытов.
Напомню теперь для тех, кто не знает, что такое "коэффициент преломления":
На ум еще почему-то приходит бильярд...
Первый вывод про дисперсию - надо как бы избегать резких отклонений луча от прямого пути в волокне. В идеале луч идет только прямо по одномодовой жиле - стержню.
А у многомодового волокна структура жилы выглядит как матрешка - словно каждая тонкая трубка вложена в трубку меньшего диаметра и так до самого центрального стержня, то есть на срезе такого волокна имеются кольца, похожие на годовые кольца на срезе дерева.
У волокна коэффициенты преломления соприкасающихся слоев не должны резко отличаться друг от друга. Лучше
пускай будет много слоев, но получим плавный переход коэффициента
преломления от слоя к слою, чем мало слоев, но с резкими перепадами
коэффициентов преломления (со ступеньками).
Смотрим на профили волокна ниже, показывающие коэффициенты преломления слоев стекла в оптоволокне:
Кстати, в мою бытность технологом, я пробовал проверять догадку о зависимости плавности смещения луча при проходе между слоями и полосой пропускания. И действительно получал улучшение полосы пропускания, когда увеличивал количество слоев. При этом от слоя к слою коэффициент преломления изменялся плавнее.
На этом про дисперсию хватит, ведь я не ставлю задачу научить вас химии и физике в производстве оптического волокна. Я хочу донести до вас только принципы размышления над проблемами. Хотя не исключаю, что по ходу написания статей будут появляться из под моего пера и некоторые новые откровения в науке. Почему нет?
Отвечаю на первый вопрос из поставленных мною выше - Как полоса пропускания зависит от дисперсии?
Дисперсия - это рассеивание по смыслу. Если на определенной частоте рассеивание маленькое, то, естественно, луч не размазывается, сигнал хорошо распознается. Таким образом эта частота своим присутствием расширяет имеющийся диапазон. И чем больше таких частот, тем шире полоса пропускания.
Продолжение в следующей части. Там я расскажу о моем новом видении синусоид.
Благодарю за внимание.
С уважением, Виктор Мирошкин.
---
 |
| Сытая старость должна стать нормой |
Итак, полоса пропускания и ее ширина - на слух кажется, что это некоторый абстрактный проход с ограниченными возможностями, где не всех пускают? Посмотрим.
Вы думаете, что для оптоволокна всё рассчитывается заранее? Оказывается нет. Для каждого нового "игольного ушка" надо не научно, а методом тыка (опытным путем) определять ширину пропускания, то есть через каждый новый "предмет с дырой" протаскиваются пучки "всякой ерунды" с целью проверить прохождение этой "ерунды" в "дыру" без потерь.
 |
| Ширина полосы пропускания забора равна одному телу в единицу времени. Естественно, собачек пробежит за то же время здесь побольше, а кошек еще больше. |
Как видим на картинке выше, правильное количество проникших за сетку можно определить только тогда, когда лазутчики не рассеиваются за сеткой в разные стороны. А узнать полностью о целях группы можно только при максимальном количестве задержаний лазутчиков, проникших через дыру в заборе. В общем ловить надо всех.
Примерно так же можно рассматривать и условия прохождения света с информацией по оптоволокну - чрезмерное рассеивание лучей света за пределы волокна уменьшает мощность сигнала, а дисперсия лучей, то есть распадение каждого луча на пучок лучей, смазывает четкую картинку сигнала, что мешает распознаванию приносимой информации. См. картинку ниже.
 |
| Сигнал на выходе искажен, смазан - это результат дисперсии света в волокне |
Напомню, что такое дисперсия образно - это распадение на составляющие (рассеивание).
 |
| Дисперсия света при прохождении через призму |
Окунемся теперь в несколько сложное - сразу посмотрим на принятый способ измерять ширину полосы пропускания. Это показывает картинка ниже. Просто смотрим и не пугаемся. Ниже объясняю:
Смысл картинки такой - ширина полосы пропускания определяется областью приема устойчивого сигнала, не менее определенного уровня. То есть на картинке это от 300 Гц до 3400 Гц, что равно ширине полосы пропускания: 3400 - 300 = 3100 Гц.
Еще на картинке мы видим подсказку, что в расчетах сначала от высшего уровня сигнала отрезается шапка, равная 3 дБ, то есть (как мы рассматривали про децибелы ранее здесь - http://velemudr.blogspot.ru/2016/02/13-13.html) сигнал примерно срезается в 2 раза по сравнению с самым высоким уровнем.
У нас в повествовании появилась единица измерения - Гц.
Рассмотрим, что же такое - герцы. Это надо знать, ведь каждая непонятка становится фальшивым кирпичиком в нашем дворце знаний. А с фальшивыми материалами надежное здание не построить.
Герц (Гц, Hz) - это одно колебание в секунду. Можно сказать, одно подмаргивание, один взмах рукой и т.д.
 |
| Герц придумал герц |
Надо сказать, что при изучении любого материала следует не просто обращать внимание на непонятные места, но надо еще и пытаться раздробить непонятное на части. А затем каждую частицу непонятного следует представить в виде ясного образа, чтобы отчетливо представлять предмет изучения.
Глупо зазубривать "формулу" или "определение" без глубокого осознания - не следует копить внутри себя мертвый груз неприменимого в жизни знания в виде формул и сухих непонятных определений.
Как пример дробления проблемы на части возьмем разбираемое сейчас понятие "ширина полосы пропускания" и зададимся разными вопросами, близкими к этой теме:
1. Как полоса пропускания зависит от дисперсии?
2. Как она зависит от затухания?
3. При чем здесь частота и длина волны?
4. Как влияют свойства стекла?
5. Как влияет мощность света?
И так далее.
Этих вопросов уже хватит, чтобы кое-что для себя усвоить более основательно из интересной области, чем просто запоминать формулы.
А в жизни основательные знания пригодятся для более быстрого понимания новых проблем, ведь часто разные области знаний пересекаются между собой.
Например, электричество и оптика оперируют похожими понятиями - частотой, мощностью, амплитудой, силой и т.д. Будете понимать электричество, быстро поймете и оптику. И наоборот.
Получившиеся сами собой вопросы можно уже "копать" как можно глубже. Зависит от желания и настойчивости. Я пока продолжу разбираться с дисперсией. Причем буду это делать практически на ваших глазах, то есть буду сходу искать природу этого явления, рассуждая логически по методике чайника.
Сначала набираю примерную информацию. Как я уже говорил ранее, всё вокруг - это частоты и мы тоже. Получается, что стекло - это тоже частоты, то есть некоторые вибрации, как бы застывшие в общей структуре. В кварце есть кремний. Хотелось бы посмотреть на частоту его колебаний, и как это мне поможет понять дисперсию.
Для этого догадываюсь взять таблицу Д.И.Менделеева.
 |
| Таблица Д.И.Менделеева |
Нахожу атомный номер Кремния - Si = 14 (атомный номер). Сравниваю с соседями.
Спрашивается, зачем мне это? Просто я уже знаю про зависимость длины волны элемента от его атомного номера в таблице, и что чем больше атомный номер элемента (больше вес атома), тем меньше длина волны этого элемента. То есть, например, у Титана частота выше (длина волны меньше) и вес больше, чем у Кремния.
Также товарищем Рентгеном было обнаружено, что "рентгеновское" излучение, невидимое для человека, поглощается в непрозрачных объектах тем сильнее, чем больше их атомный номер (см таблицу Менделеева), то есть выше плотность преграды. Запомним эти факты.
Теперь возвращаемся к дисперсии. Кварцевое стекло, как известно - это SiO2. А также в состав светопроводящей жилы могут входить оксиды германия (GeO2), фосфора (P2O5), бора (B2O3), а также фтор (F), эрбий (Er) и неодим (Nd). В частности, фтор и окись бора уменьшают показатель преломления жилы, а окись германия и окись фосфора его увеличивают.
Пока не пугаемся химии.
Дисперсия, как нам уже известно, это разбивание луча на несколько лучей. И происходит это при переходе луча из одного слоя стекла в другой, то есть на границе двух слоев стекла с разным коэффициентом преломления. Луч как бы натыкается на преграду и рассыпается на составляющие, больше или меньше отклоняясь от начального направления.
Теперь складываем в голове найденные ранее факты в виде пазлов и пробуем в первый раз слепить готовую, понятную на образном уровне картинку про дисперсию:
1. Условно у нас есть некий "сгусток частот", который мы воспринимаем как стекло. Внутрь него ломится другая "частота" в виде света. В итоге частота света с трудом пробегает по тоннелю из других частот и по пути расслаивается на несколько частот (как белый свет распадается на цвета радуги после призмы).
2. Судя по таблице Менделеева, Si и Ge стоят рядом. Причем они оба "металлоиды" - нечто неопределенное между металлами и неметаллами. Из них сделана световедущая жила. А также в жиле есть кислород.
3. Из предыдущих частей этой статьи получается так, что если луч бежит прямо, не виляя, по однородной среде, он и не расслаивается. Это известно из опытов.
 |
| Резкий поворот вызывает рассеивание энергии |
Напомню теперь для тех, кто не знает, что такое "коэффициент преломления":
 |
| По смыслу одна часть падающего луча отражается, а другая проходит дальше, но отклоняется на некоторый угол из-за разницы условий проживания луча в новой среде обитания. То есть коэффициент преломления означает величину отклонения луча от прежнего курса |
Первый вывод про дисперсию - надо как бы избегать резких отклонений луча от прямого пути в волокне. В идеале луч идет только прямо по одномодовой жиле - стержню.
А у многомодового волокна структура жилы выглядит как матрешка - словно каждая тонкая трубка вложена в трубку меньшего диаметра и так до самого центрального стержня, то есть на срезе такого волокна имеются кольца, похожие на годовые кольца на срезе дерева.
 |
| Годовые кольца на срезе дерева |
Смотрим на профили волокна ниже, показывающие коэффициенты преломления слоев стекла в оптоволокне:
 |
| Измерение показателя преломления в волокне по слоям дает такие картинки. Справа реальный профиль, показывающий провал коэффициента преломления в центре волокна. |
Кстати, в мою бытность технологом, я пробовал проверять догадку о зависимости плавности смещения луча при проходе между слоями и полосой пропускания. И действительно получал улучшение полосы пропускания, когда увеличивал количество слоев. При этом от слоя к слою коэффициент преломления изменялся плавнее.
На этом про дисперсию хватит, ведь я не ставлю задачу научить вас химии и физике в производстве оптического волокна. Я хочу донести до вас только принципы размышления над проблемами. Хотя не исключаю, что по ходу написания статей будут появляться из под моего пера и некоторые новые откровения в науке. Почему нет?
Отвечаю на первый вопрос из поставленных мною выше - Как полоса пропускания зависит от дисперсии?
Дисперсия - это рассеивание по смыслу. Если на определенной частоте рассеивание маленькое, то, естественно, луч не размазывается, сигнал хорошо распознается. Таким образом эта частота своим присутствием расширяет имеющийся диапазон. И чем больше таких частот, тем шире полоса пропускания.
 |
| Компьютерный шлейф в качестве примера - чем шире, тем больше информации можно через него пропустить за единицу времени. |
Продолжение в следующей части. Там я расскажу о моем новом видении синусоид.
Благодарю за внимание.
С уважением, Виктор Мирошкин.
---
- Про "Надгробие для России"
- 1941
- Иллюзия жизни - Эффект Манделы
- "Русский бабушка" опасна как "русский дедушка"
- Естественный ход ведет только вниз
- Для неподготовленного читателя глубоко противопоказано...
- По каким учебникам учил историю А.С. Пушкин?
- Непростые ноты
- Тупой и еще тупее. Продолжение парного молока
