Foton jako 1 nebo 0 Tomáš Husák1, Marie Hledíková2, Lukáš Beneda3 1Gymnázium Litoměřická, Praha 2Gymnázium Velké Meziříčí 3Gymnázium Česká, České Budějovice Týden vědy @ jaderce, 19. – 24. 6. 2016

Obsah Úvod Co jsou a jak fungují optická vlákna? Metoda optické reflektometrie v časové doméně Průběh pokusu Výsledky Shrnutí Závěr

Úvod Světlo = elektromagnetické vlnění Fotonika = věda zabývající se vlastnostmi a využitím světla Foton = elementární kvantum energie elektromagnetického záření

Co jsou to optická vlákna (OF)? Def: dielektrická struktura, jejíž příčné rozměry jsou zanedbatelně malé v porovnání s rozměrem podélným a je složená z jádra a pláště (obalu) Chovají se jako vlnovody pro světlo

Jak fungují optická vlákna? Využívají principu totálního odrazu světla na rozhraní mezi jádrem a pláštěm OF Index lomu (n) = rychlost šíření světla v daném prostřední (nSiO2=1,457)

Rozdělení optických vláken Jednovidová a vícevidová Křemenná, plastová a hybridní Step-indexová a gradientní

Metoda optická reflektometrie v časové doméně (OTDR) metoda zpětného rozptylu umožňuje měřit časové zpoždění mezi krátkým světelným impulsem vyslaným do vlákna a zpětně rozptýleným světelným signálem OTDR umožňuje získávat informace z každého bodu vlákna měřením z jednoho jeho konce

Průběh pokusu Vybavení: Optická vlákna OTDR jednotka Lámačka OF Jednovidové OF (8/125 mm, křemenné jádro/křemenný plášť) Vídevidové OF (62,5/125, křemenné jádro/křemenný plášť) Hybridní OF (200/280, křemenné jádro/polymerní obal) OTDR jednotka  = 850, 1300 nm Šířka impulsu – 5 ns – 300 ns Lámačka OF Svářečka OF

Výsledky Srovnání délek jednotlivých typů OF 1. Fresnelova reflexe

Výsledky Vliv délky impulsu na tvar 2. Fresnelovy reflexe

Výsledky Hybridní vlákno: neexistence 2. Fresnelovy reflexe

Shrnutí výsledků Vlnová délka(nm) Typ vlákna Délka impulsu(ns) Délka vlákna(m) Útlum vlákna(dB) Útlum vlákna(dB/m) 850 jednovidové dlouhé 5 822,3 41,64 0,050638453 1300 818,9 27,87 0,03403346 100 822,2 32,81 0,039905133 819,7 27,13 0,033097475 30 819,1 29,57 0,036100598 300 819,9 26,23 0,031991706 hybridní 200/280 375,8 25,81 0,068680149 376,2 25,07 0,066640085 26,98 0,071793507 bez reflexe vícevidové 62,5/125 46,5 16,34 0,351397849 46,6 18,69 0,401072961 20,28 0,436129032 46,1 9,57 0,207592191 46,8 3,33 0,071153846 jednovidové krátké 72,9 16,83 0,230864198 73,9 16,51 0,223410014 73,1 22,18 0,303419973 73,8 20,18 0,273441734

Závěr Seznámili jsme se s principem fungování OF Využívali jsme metody optické reflektometrie Měřili jsme parametry (délku a útlum) různých typů optických vláken Zjišťovali jsme vliv šířky světelného impulsu na naměřené hodnoty Ověřili jsme si využití jednotlivých typů OF pro konkrétní průmyslové aplikace Jednovidové vlákno – 820,35±1,39 m Hybridní vlákno – 375,93±0,19 m Vícevidové vlákno – 46,5±0,23 m

Poděkování Ing. Vojtěchu Svobodovi, CSc. za organizaci Týdne vědy @ jaderce 2016 Vám za pozornost