مکانیزم معادلات فرنل و بازتاب نور در OTDR

مکانیزم معادلات فرنل و بازتاب نور در OTDR، از مهمترین مکانیزم های بازتاب نور و ایجاد نمودار توسط آشکارساز (فتودیود) در دستگاه OTDR فرایند بازتاب نور بر اساس معادلات فرنل یا اصطلاحا مکانیزم بازتاب فرنل می باشد، اما معادلات فرنل چگونه در دستگاه OTDR و فرایند سنجش بازتاب نور تاٍثیر دارد؟ یکی از ویژگی‌ های نور که توسط فیزیکدان آگوستین-ژان فرنل Augustin-Jean Fresnel مشخص گردید بازتاب نور یا انعکاس نور بود که از سه اصل پرتوهای برخوردی، ارسالی و بازتابی توسط فرنل مورد بررسی و اکتشاف قرار گرفت، اکتشافات فرنل قبل از اکتشافات ریلی Rayleigh (پراکندگی ریلی) ارائه گردید، اگرچه برای توسعه کارکرد اصلی دستگاه OTDR به همان اندازه مهم است. فرنل ضریب بازتاب را کشف کرد که نسبتی از دامنه موج نور منعکس شده نسبت به موج منبع انتشار نور است.

فهرست مطالب

1. مکانیزم معادلات فرنل و بازتاب نور در OTDR
2. ضرایب انعکاس و انتقال امواج
3. معادلات فرنل در بازتاب و انتقال نور

مکانیزم معادلات فرنل و بازتاب نور در OTDR 

فرنل دریافت که ضریب انعکاس را می توان برای فصل مشترک دو ماده بر اساس ضریب شکست مربوطه این اجزا پیش بینی نمود. در واقع فرایند بازتابش داخلی کلی یا Total internal Reflection نیز حاصل زحمات تعریف معادلات این دانشمند نوری بوده است که سبب ایجاد ضریب شکست نور در کابل فیبر نوری می گردد و درنهایت پایه ارتباطات امروزی ما را ایجاد می نماید.

انعکاس فرنل زمانی روی می دهد که نور از مرز دو ماده انتقال‌ دهنده نوری، که هر کدام دارای ضریب شکست متفاوتی هستند، منعکس می‌شود. این مرز می‌تواند در یک اسپلایس (فیوژن یا اتصال مکانیکی)، در انتهای فیبر قطع شده و یا شکاف در کابل رخ دهد.

معادلات فرنل ضرایب دامنه را برای انتقال و بازتاب در سطح مشترک بین دو رسانه همگن شفاف مشخص می نمایند:

به عنوان مثال، ⊥t ضریب انتقال دامنه برای قطبش s است. دامنه ارسالی عبارت است از آن فاکتوری که در آن حالت بر دامنه تابش ضرب می شود (بدون در نظر گرفتن هرگونه تغییر فاز برای انتقال در رسانه). n1 و n2 ضریب شکست این دو محیط هستند. زوایای انتشار مربوطه (در جهت عادی اندازه گیری می شود) θ_i و θ_t هستند (شکل 1 را ببینید).

برای نمونه، ضریب انتقال دامنه ⊥t برای قطبش s است، اگر بردار میدان الکتریکی عمود بر صفحه تابش باشد. ضرایب انعکاس توان به سادگی با گرفتن قدرمطلق مجذور ضرایب دامنه مربوطه به دست می آید. جهت انتقال، باید یک ضریب n_t cos θ_i) / (n_i cos θ_t)) به منظور در نظر گرفتن زوایای انتشار مختلف اضافه نمود.

ضرایب انعکاس و انتقال امواج

معادلات فرنل انعکاس و انتقال امواج الکترومغناطیسی را در سطح برخورد بین دو ماده ( پهنه ی مرزی یا سطحی که حد فاصل میان دو فضا یا ماده است) توصیف می نماید. به این معنا که، این معادلات، ضرایب انعکاس و انتقال امواج موازی و عمود بر صفحه برخورد را توضیح می دهند. برای یک محیط دی الکتریک که در آن می توان از قانون اسنل  Snell’s جهت ارتباط بین زوایای برخورد و ارسال استفاده نمود، معادلات فرنل را می توان بر حسب زوایای برخورد و انتقال بیان نمود.

زمانی که نور به سطح مشترک بین دو ماده برخورد می نماید، ( ماده اول با ضریب شکست n1 و محیط دوم با ضریب شکست n2 ) ، مقداری از نور منعکس و مقداری دیگر دچار شکست نور می شود. معادلات فرنل نسبت میدان الکتریکی موج منعکس شده به میدان الکتریکی موج تابشی و نسبت میدان الکتریکی موج ارسالی به میدان الکتریکی موج برخوردی را برای هر یک از دو جزء قطبی شدن نشان می‌دهد. (میدان های مغناطیسی را نیز می توان با استفاده از ضرایب مشابه به هم مرتبط نمود.) این نسبت ها به طور کلی پیچیده هستند و نه تنها دامنه های نسبی را ارائه می دهند، بلکه تغییر فاز در سطح مشترک را نیز تحلیل می نمایند.

توجه داشته باشید ضرایب فرنل دامنه های کسری هستند و باید مجذور شوند تا شدت کسری برای بازتاب و انتقال به دست آید. علائم ضرایب به انتخاب اصلی جهت میدان بستگی دارد.

معادلات فرنل در بازتاب و انتقال نور

از آنجایی که بسیاری از رویدادهای مورد علاقه در یک لینک فیبر نوری، مانند فیوژن، خمش ها، کانکتور ها و کوپلر ها( آداپتور ها)، همگی نشان دهنده تقاطع های مواد خاص مانند شیشه و هوا هستند، می توان از معادلات بازتاب فرنل برای تعیین نوع، مکان و شدت این رویدادها استفاده نمود.

کابل های فیبر نوری

کابل های شبکه مسی

تجهیزات فیبر نوری