Диапазоны длин волн: Диапазоны волн в порядке убывания

Содержание

Электромагнитное излучение диапазоны длин волн

    В заключение этого параграфа приведем частотные и энергетические характеристики электромагнитного излучения для ряда длин волн с указанием диапазона, к которому относятся эти длины волн. Для полноты картины диапазон длин волн распространен вплоть до звуковых частот. [c.149]

    В спектральном анализе используют широкий диапазон длин волн, от рентгеновских излучений до радиоволн. Однако оптическая часть спектра включает излучение с длинами волн от 0,10 нм до 50 мкм. На рис. 15.1 представлена схема электромагнитного спектра. Оптический спектр состоит из отдельных спектральных линий, которые являются изображением щели спектрального прибора. [c.645]


    Глаз человека регистрирует электромагнитное излучение в диапазоне длин волн примерно от 400 до 800 нм (при попадании света на сетчатку глаза протекают сложные физиологические процессы, в которых участвуют и производные витамина А). Поскольку наш глаз способен воспринять эту и только эту область излучения, мы называем ее видимой областью, а электромагнитное излучение этого диапазона — светом. Если на сетчатку глаза одновременно попадают с примерно одинаковой интенсивностью лучи всех длин волн из приведенной области (например, солнечные лучи или свет электрической лампочки), то мы воспринимаем их как белый свет. Если же глаз регистрирует лишь часть этого излучения, то лучи с определенной длиной волны кажутся ему окрашенными. Если же на сетчатку вообще не попадает излучение указанного диапазона, то для человека наступает темнота. Аналогично предмет кажется черным, если его поверхность поглощает падающий на нее свет всех длин волн. Человек ощущает темноту и в том случае, когда на сетчатку попадают лучи электромагнитного излучения с длинами волн вне диапазона от 400 до 800 нм (например, рентгеновское, ультрафиолетовое или инфракрасное излучение).  
[c.232]

    Оптический неразрушающий контроль основан на взаимодействии светового излучения с контролируемым объектом и регистрации результатов этого взаимодействия. Методы, характерные для оптического контроля, используют электромагнитное излучение в диапазоне длин волн в вакууме от Ю до 10 мкм (зЛО —ЗХ Х10 ° Гц), и охватывают диапазоны ультрафиолетового (УФ), видимого (ВИ) и инфракрасного (ИК) света. При этом объединяются они между собой общностью применяемых методик, способов и приемов проведения контроля. В большинстве вариантов контроля длина волны света мала по сравнению с геометрическими размерами деталей, элементов и дефектов контролируемых объектов, что позволяет использовать при анализе возможности неразрушающего контроля расчет взаимодействия с ним излучения методами геометрической оптики (см. 4.6). Вместе с тем в ряде случаев (обнаружение дефектов малых размеров, контроль тонких пленок, испытания голографическими и интерференционными методами и др.) применяются методы, характерные для анализа волновых процессов. В этой части методы оптического контроля близки методам радиоволнового контроля, но при большем отношении геометрических размеров к длине волны аналогичны и величины, несущие полезную информацию (см. 4.1, 4.6). 

[c.222]


    Для спектроскопии многокомпонентных смесей принципиальное значение имеет, взаимодействие каждого подмножества с электромагнитным излучением, определенной длины волны. Так в ультрафиолетовом и видимом диапазонах спектров проявляет себя подсистема электронных и колебательных уровней. В радио , диапазоне спектра проявляется подсистема ядерных спиновых и электронных спиновых уровней. В приведенной работе разви- [c.4]

    Поскольку энергия взаимодействия увеличивается с уменьшением длины волны или с увеличением кинетической энергии заряженных частиц, в принципе можно перевести в новые электронные состояния и в конце концов ионизировать все молекулы. Величина потенциала ионизации изменяется от 4 или 5 эВ для щелочных металлов в газовой фазе до 25 эВ для гелия это соответствует диапазону длин волн от 3200 до 500 А. Химические превращения под действием электромагнитного излучения с длинами волн в несколько сотен ангстрем можно изучать только с помощью специальных методик. Большинство исследований ограничено пропусканием кварца, т. е. длинами волн примерно в 2000 А. Высококачественный кварц малой толщины может пропускать излучение до 1500 А, а фтористый литий и флюорит кальция — примерно до 1200 А и даже ниже. 

[c.8]

    Ниже обсуждаются только вопросы, связанные с поглощением электромагнитного излучения с длинами волн от 1000 до 10000 А, что соответствует диапазону энергий 12,4—1,24 эВ. Упоминаются и возможные реакции заряженных частиц с такой же энергией. [c.8]

    Оптические свойства полимеров определяются строением электронных оболочек атомов, из которых состоят молекулы. Оптические свойства полимеров, характеризующие их взаимодействия с электромагнитным излучением, обычно изучаются в диапазоне длин волн 

[c.232]

    Цвет — это результат воздействия на глаз электромагнитного излучения в диапазоне длин волн от 3,8 10 до 7,6-102 нрд Излучения с разной длиной волны воспринимаются глазом в виде различных цветов. Цвета и соответствующие длины волн (в нм) спектра видимого солнечного света  [c.30]

    Источниками электромагнитного излучения, существенного для промышленной практики, служат нагретые твердые и жидкие поверхности, а также газы, температура которых превышает 600-650 °С, когда вклад лучистого переноса теплоты обычно становится сравнимым с конвективным и кондуктивным переносами. Твердые и жидкие поверхности излучают электромагнитные волны во всем возможном диапазоне длин волн, тогда как газы излучают (и поглощают излучение) только в пределах конкретных интервалов (полос) длин волн, присущих каждому конкретному газу. 

[c.245]

    Человеческий глаз воспринимает лучи спектра электромагнитного излучения в диапазоне длин волн от 400 до 750 нм (от фио летового до красного цвета). Когда световой поток, содержащий излучения всех видимых длин волн (белый свет), падает на какое-либо твердое или жидкое вещество и полностью рассеивается им, то вещество кажется наблюдателю бесцветным (белым). Если вещество поглощает все лучи, то оно кажется черным. Если одна часть света поглощается, а другая отражается от объекта или происходит через него, то мы видим объект окрашенным в тот цвет, который соответствует отражению для твердых веществ и пропусканию для растворов (табл. 2.2). [c.25]

    Существуют различные способы обнаружения и генерирования электромагнитного излучения в широком диапазоне длин волн или частот. Эти волны в различных диапазонах частот обычно имеют специальные названия, как, например, радиоволны, видимый свет или рентгеновские лучи однако все оии представляют собой в сущности одно и то же явление и различаются только длиной волны или частотой. В уравнение (1.1) входит еще одна величина — скорость распространения электромагнитных воли, и если среда, в которой они распространяются, — вакуум, то эта скорость является одной из фундаментальных физических постоянных. Точное значение этой постоянной, называемой скоростью света в вакууме, равно 

[c.10]

    Инфракрасное излучение — часть электромагнитного спектра излучения, которая лежит в диапазоне длин волн 0,75— 300 мкм. Тела, которые поглощают падающее излучение с такими длинами волн, нагреваются. [c.87]

    Рентгеноструктурный (рентгенографический) анализ основан на способности кристаллов вызывать дифракцию и интерференцию рентгеновских лучей. Рентгеновское излучение — короткие электромагнитные волны (диапазон длин волн от 0,01 до 10 нм), которые возникают в рентгеновских трубках при ударе электронов высокой [c.144]

    Ощущение цвета создается в том случае, если мы воспринимаем лучи только части видимого диапазона. Белый свет представляет собой совокупность электромагнитных излучений с диапазоном длин волн 380—750 нм. Если его разделить путем пропускания через призму, то образуется ряд полос, каждая из которых охватывает гораздо более узкий диапазон длин волн. Мы видим эти лучи как ряд цветов, в частности красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый 

[c.10]


    Как известно из физики, все тела, встречающиеся в природе, могут излучать энергию различных видов. Носителями лучистой энергии являются электромагнитные колебания с длиной волн от долей микрометра (например, гамма-лучи, рентгеновские) до многих километров (например, радиоволны), распространяющиеся в вакууме со скоростью света (3-10 м/с). В общем случае интенсивность излучения зависит от природы тела, его температуры, состояния поверхности, длины волны, а у газов — также от давления и толщины слоя. Лучи с длиной волны в диапазоне 0,8— 800 мкм (инфракрасные), возникновение которых определяется температурой и оптическими свойствами излучающего тела, называются тепловыми, а явление их распространения — тепловым излучением. 
[c.304]

    Спектроскопические методы можно классифицировать как в соответствии со свойствами электромагнитного излучения, отличающимися для различных диапазонов длин волн и частот, так и исходя из свойств атомных систем, дающих спектры (в зависимости от природы этих систем и типов характерных для них энергетических уровней). [c.333]

    Из других направлений применения фотохимических реакций в процессах разделения можно отметить фотохимическое восстановление платиновых металлов [142]. В этом случае монохроматичность электромагнитного излучения не является обязательным условием проведения процесса. Луч света с широким диапазоном длин волн направляется на раствор, в котором диспергированы частицы фотохимического катализатора, например диоксида титана. В результате фотовозбуждения в поверхностном слое 

[c.247]

    Основные закономерности излучения. Тепловое излучение — процесс распространения энергии с помощью электромагнитных колебаний. Источниками этих колебаний являются заряженные частицы — электроны и ионы, входящие в состав излучающего вещества. Помимо волновых свойств излучение обладает корпускулярными свойствами, которые проявляются в том, что энергия выделяется отдельными порциями — фотонами. Излучение характеризуется длиной волны % и частотой колебаний /. В зависимости от диапазона длин волн электромагнитное излучение делится на виды, указанные в табл. IV. 1. [c.336]

    Твердые и жидкие тела излучают электромагнитную энергию своей поверхностью во всем диапазоне длин волн, однако интенсивность излучения разных длин волн неодинакова. Аналогично поверхности тел поглощают не все излучение в одинаковой степени. Так, вода и другие жидкости (прозрачные), а также некоторые твердые тела типа стекла или кварца практически не поглощают световую часть спектра своей поверхностью. 

[c.211]

    По способу подвода теплоты к высушиваемому материалу различают следуюш ие виды промышленной сушки 1) конвективная сушка, при которой влажный материал получает теплоту от горячего сушильного агента (обычно топочные газы или горячий воздух), непосредственно обдувающего поверхность высушиваемого материала одновременно сушильный агент выполняет роль среды, которая эвакуирует от наружной поверхности материала образующиеся пары влаги 2) контактная сушка, в процессе которой высушиваемый материал находится на горячей поверхности и получает необходимое количество теплоты непосредственно от нее 3) радиационная лучистая) сушка, при которой поверхность материала получает необходимую энергию в форме электромагнитного излучения (обычно инфракрасного диапазона длин волн) источником излучения служат нагретые поверхности 4) диэлектрическая сушка — энергию на испарение влаги материал получает от высокочастотного электромагнитного поля, генерируемого специальной электрической схемой при этом существенно, что влажный материал всегда представляет собой диэлектрик ввиду диэлектрических свойств самой воды. [c.548]

    Синхротронное излучение и излучение Вавилова — Черенкова. Ускоренный до энергии в сотни Мэв пучок электронов, движуш,ийся по круговой орбите в синхротроне, дает в направлении, касательном к орбите, электромагнитное излучение в очень широком диапазоне длин волн. Максимум кривой распределения лежит в вакуумном ультрафиолете, но непрерывный сплошной спектр простирается на всю видимую область. [c.259]

    П.п. пропускают электромагнитные колебания в широком диапазоне длин волн (напр., ок. 80% видимого света), обладают высокой стойкостью к действию ионизирующих излучений и солнечного света. [c.22]

    Ультрафиолетовая спектроскопия (русское сокращение УФ, международное — UV) основана на аналогичных принципах, с той разницей, что используется излучение с длинами волн от 0,2-10-5 до 0,4-10-6 в этом диапазоне поглощают кратные связи, особенно сопряженные (разд. 3.4), и ароматические соединения. Световые кванты поглощенного излучения вызывают переходы я-электронов или несвязывающих электронов с низших уровней на высшие. Поэтому такие спектры называют также электронными. К ним относят и спектры, полученные при поглощении видимого света, т. е. электромагнитного излучения с длинами волн в диапазоне 0,4-10-6—0,75-10- м (впрочем, с точки зрения определения структуры соединения эта область спектра не имеет большого значения). [c.25]

    Электромагнитное излучение с длинами волн, лежащими в сантиметровом и миллиметровом диапазоне, возбуждает в молекуле вращение. Согласно законам квантовой механики, поглощается лишь излучение с определенной длиной волны, что приводит к образованию спектра с дискретными линиями. С помощью микровЬлиовой спектроскопии возможно определение расстояний между атомами, валентных углов и дипольных моментов. Идентификация соединения осуществляется путем сравнения получаемого спектра со стандартным спектром. [c.40]

    Инфракрасная (радиационная, лучистая) сушка осуществляется за счет восприятия тонким поверхностным слоем влажного материала инфракрасной (тепловой) части спектра электромагнитного излучения с длиной волны приблизительно в диапазоне 0,5-350 мкм. Поверхность материала воспринимает и излучение соседних )Д5асткоБ сплошного спектра излучения, но именно отмеченный диапазон при используемых температурах промышленных излучателей несет основную энергию общего излучения. [c.245]

    Основные принципы. Инфракрасные спектры возппкаюг при действии на вещество электромагнитного излучения с длиной волны в диапазоне 1—50 мк (большинство приборов, выпускаемых промышленностью, охватывает диапазон волн длиной от [c.595]

    В зависимости от используемого диапазона длин волн электромагнитного излучения и природы соответствующих элекгронньге переходов методы атомной спектроскопии делятся на оптические и рентгеновские. [c.224]

    Важнейшим источником естественного излучения является солнечная радиация. Основная масса падающей на Землю солнечной энергии (примерно 75%) приходится на долю видимых лучей, почти 20% — на ИК-область спектра и только приблизительно 5% — на УФ с длиной волны 300—380 нм. Нижний предел длин волн солнечной радиации,, падающей на земную поверхность, определяется плотностью так называемого озонового экрана. Излучение с длиной волны до 220 нм вызывает ионизацию молекул кислорода верхних частей атмосферы,, приводя к образованию слоя озона (Оз) с максимальной концентрацией на высоте около 25 км от поверхности Земли. Озоновый слой эффективно поглощает электромагнитное излучение с длинами волн в области 220—300 нм, выполняя функцию экрана. Таким образом,. УФ с длиной волны до 220 нм полностью поглощается молекулами кислорода атмосферы, а в области 220—300 нм эффективно задерживается озоновым экраном. Важной частью солнечного спектра является область, примыкающая с обеих сторон к 300 нм. Начиная с 300 нм и дальше, излучение индуцирует фотосинтетические и фототак-сические реакции, при этом у прокариот диапазон длин волн, в котором возможны оба процесса, значительно шире, чем у эукариот (рис. 30). [c.100]

    В данном разделе приведены результаты исследований гш использованию электромагнитного излучения сверхвысокочастотного диапазона (длина волны излучения 13см) в химической технологии. Описано проведение гетерофазных кaтaJ итичe киx реакций в СВЧ-поле на примере реакций дегидрирования углеводородов, исследован процесс и особенности разложения углекислого кальция с получением оксида кальция и углекислого газа, когда энергоносителем является электромагнитное из-тучение. Дано описание технологии сушки сред химической технологии в электромагнитном поле и установки по определению активности катализаторов. Представлены результаты экспериментальных исследований по обезвреживанию твердых сред, содержащих оксиды металлов. Все представленные разработки защищены патентами РФ. [c.5]

    СПЕКТРОСКОПИЯ (спектр + греч. вкорео — смотрю) — область науки, изучающая спектры электромагнитного излучения, испускаемого, поглощаемого или рассеиваемого веществом. По диапазонам длин волн (А,) электромагнитного излучения различают радиоспектроскопию, оптическую С., инфракрасную С., видимую С., ультрафиолетовую С., рентгеновскую С., гамма-спектроскопию. Каждый атом или молекула имеют свой характерный спектр, благодаря чему можно изучать строение вещества. [c.234]

    Если излучение проходит через вещество (раствор или твердый образец), которое его не по1 лощает, то практически интенсивность прошедшего пучка света не меняется. Веществ, пропускающих излучение во всем рассматриваемом нами диапазоне электромагнитного спектра, не существует. Каждое вещество поглощает, по крайней мере, в одном или нескольких участках спектра. При графическом изображении зависимост н величины пропущенного веществом излучения от длины волны или волнового числа существуют участки, на которых величина поглощения не изменяется или только монотонно возрастает или падает. Такое поглощение называют непрерывным (сплошным) погло-н .еписм. Па других участках спектр изображается ))ядом максимумов и минимумов. В этих случаях поглощение называют избирательным. Область спектра, в которой поглощение проходит через максимум, называют полосой поглощения. [c.193]

    Тепловое излучение свойственно всякому телу, имеющему температуру, отличную от абсолютного нуля. Тепловая энергия нагретого тела на его поверхности превращается в энергию электромагнитных колебаний с длиной волны от 0,4 до 40 мкм и распространяется со скоростью света. Диапазон длин волн 0,4—0,8 мкм соответствует видимым (световым) лучам длины волн 0,8— 40 мкм имеет инфра1фасное излучение. [c.11]

    Сегодня квантовая химия позволяет с высокой точностью вычислять равновесные межъядерные расстояния и валентные углы, барьеры внутреннего вращения, энергии образования и энергии диссоциации, частоты и вероятности переходов под влиянием электромагнитного излучения в весьма широком диапазоне длин волн (от рентгеноэлектронных спектров до спектров ЯМР), энергии активации, сечения и константы скорости простейших химических реакций. В ходе квантовохимических расчетов для многих молекул было обнаружено, с одной стороны, существование значительного числа минимумов на потенциальных поверхностях, разделенных часто невысокими барьерами (нежесткие молекулы), была установлена высокая чувствительность электронного распределения к изменениям ядерной конфигурации, а с другой стороны, были подтверждены и постулируемые классической теорией возможности переноса локальных характеристик отдельных фрагментов молекул в рядах родственных соединений и т.п. Квантовая химия значительно облегчает интерпретацию различных экспериментальных спектров. [c.5]

    Спектроскопия полимеров — это раздел физики, изучающий энергетические уровни макромолекул и переходы между ними (энергетический спектр). В основе методов спектроскопии лежит взаимодействие полимера с полем электромагнитного излучения в диапазоне длин волн от многих километров до долей нанометров. Основная задача спектроскопии — установление количественной связи между энергетическим спектром исследуемого мак-ромолекулярного образца и его химическим составом и строением, физическими свойствами, а также характером протекающих во времени превращений. [c.26]

    Диапазон длин волн лазерного излучения, пригодного для селективного фотовозбуждения веществ в ионном, атомарном или молекулярном состоянии, охватывает области спектра от ультрафиолетовой до дальней инфракрасной [139]. Кроме того, известны способы разделения изотопов при использовании различия в колебательновращательных спектрах радиочастотной области [140]. Радиочастотный вариант метода основан на известном явлении парамагнитного резонанса — избирательном поглощении электромагнитных волн парамагнитным веществом, находящемся в магнитном поле. Под действием магнитного поля уровни энергии молекул расщепляются на магнитные поду ровни (эффект Зеемана). При облучении молекул электромагнитным излучением радиочастотного диапазона с энергией, равной щагу магнитного расщепления для молекул с определенным изотопным составом, происходит резонансное поглощение излучения, вызывающее изменение их угловых моментов. При попадании далее смеси веществ в разделяющее магнитное поле наблюдается пространственное разделение молекул, соответствующих различным изотопам. Переход к более длинноволновому диапазону (радиочастотному и микроволновому) позволяет увеличить разрешающую способность благодаря большему различию в спектрах изотопов в этой области по сравнению с видимой или инфракрасной областями. [c.247]

    Все рассмотренные ранее виды контроля основаны на применении электромагнитного излучения. Частота колебаний повышалась от метода к методу. При контроле магнитными и электрическими методами использовались постоянные или медленно меняюищеся поля. В вихретоковом контроле частоты достигали мегагерцевого диапазона. Далее частота увеличивалась при использовании СВЧ, инфракрасного, оптического излучения. Рентгеновское и гамма-излучения являются наиболее коротковолновыми из всех, рассмотренных ранее гамма-излучение имеет длину волны 10- —10- м (частоту 3-10 —3-10 Гц). [c.16]

    Инфракрасная спектроскопия (ИК-спектроскопия) — раздел молекулярной оптической спектроскопии, охватывающий диапазон длин волн 10 —10 м и изучающий спектры поглощения и отражения электромагнитного излучения. По ИК-спектрам можно охарактеризовать состояние молекулы, в первую очередь касающееся колебательных и вращательных энергий конкретных атомов (или атомных фупп) в конкретной молекуле. ИК-спекфы характеризуются высокой индивидуальностью, и поэтому метод находит широкое применение для структурного анализа. См. Энергия колебательная и вращательная. [c.129]

    Радиоволновой неразрушающий контроль основан на анализе взаимодействия электромагнитного излучения радиоволнового диапазона с объектами контроля. На практике наибольшее распространение получили сверхвысокочастотные (СВЧ) методы, использующие диапазон длин волн от I до 100 мм. Взаимодействие радиоволн может носить характер взаимодействия только падающей волны (процессы поглощения, дифракции, отражения, преломления, относящиеся к классу радиооп-тических процессов) или взаимодействия падающей и отраженной волн (интерференционные процессы, относящиеся к области радиоголографии). Кроме того, в радиодефектоскопии могут использоваться специфические резонансные эффекты взаимодействия радиоволнового излучения (электронный парамагнитный резонанс, ядерный магнитный резонанс и др.). Использование радиоволн перспективно по двум причинам достигается расширение области применения неразрушающего контроля, так как для контроля диэлектрических, полупроводниковых, ферритовых и композитных материалов радиоволновые методы наиболее эффективны во вторых-п -является возможность использования радиоволн СВч диапазона. [c.420]

    Спектральный диапазон, изучаемый оптикой, охватывает УФ-область в диапазоне длин волн X от 3-.10 до 4-10 см, видимую (воспринимаемую глазом человека) область в диапазоне А от 4-10 до 8-10 см, и ИК-область в диапазоне от 8-10 до 10 2 см. Частоты оптич. диапазона спектра электромагнитных волн лежат в интервале от 10 до Ю гц. С коротковолновой стороны этот диапазон граничит с рентгеновским излучением (X > 5-10 см), а с длинноволновой стороны — с микроволновым диапазоном (к область спектра принято разделять на диапазон вакуумного ультрафиолета (к = 5-10 —1,7-10 см) и нормального УФ-излучения (к= 1,7-10 —4-10 сл). ИК-диапазон также разделяют на близкую область (к 25Л0 см). [c.245]

    Неорганический синтез широко использует такие факторы, как температура, давление (в том числе за счет взрыва), концентрация компонентов, скорость гомогенизации реагирующих масс, инициирование и ускорение реакций за счет катализа, воздействие электромагнитного излучения в широком диапазоне длин волн и энергий и т. п. Следует отметить широкое распространение таких методов, как синтез при высоких и сверхвысоких давлениях и температурах, приведший к получению искусственного алмаза и боразопа, осуществление процесса под воздействием ударных волн, синтез в неводпых средах, в том числе в расплавленных солях. Эффективно проходит синтез в низкотемпературной плазме (например, получение окислов тугоплавких металлов). Электрические разряды в газах часто нримепяются для получения соединений, которые вследствие высокой эпдотермичности их образования не могут быть получены другим путем. [c.59]


Окно прозрачности оптического волокна

  1. Главная

Окно прозрачности оптического волокна – это длина волны, распространяясь на которой сигнал затухает меньше чем на других длинах волн. Для простоты понимания сути процесса, рекомендую обратить внимание на обычное оконное стекло: если оно чистое (прозрачное) то свет в него проходит легко. 

На самом деле оптическое волокно имеет не одно, а несколько окон прозрачности, основные и самые используемые из них находятся на длинах волн 850 нм, 1300 нм, 1550 нм.

Рисунок 1 – окна прозрачности ступенчатого оптического волокна

 

Реже используются волокна с четвертым (1580 нм) и пятым (1400 нм) окнами прозрачности. А для построения систем волнового уплотнения на магистральных ВОЛС все чаще используются волокна имеющие хорошую прозрачность во всём ближнем инфракрасном диапазоне.

Рисунок 2 – спектральные диапазоны оптического волокна

 

На сегодня утверждены следующие спектральные диапазоны в интервале 1260…1675 нм

Обозначение

Диапазон, нм

Наименование (рус) Наименование (англ)
O 1260…1360 Основной Original
E 1360…1460 Расширенный Extended
S 1460…1530 Коротковолновый Short wavelength
C 1530…1565 Стандартный Conventional
L 1565…1625 Длинноволновый Long wavelength
U 1625…1675 Сверхдлинноволновый Ultra-long wavelengh

Говоря про длины волн и окна прозрачности сам собой напрашивается вопрос: – где вообще находятся эти длины волн, как это представить визуально? Для начала обозначим, что длина волны – это величина обратная к частоте. λ = 1/F. Единица измерения длины волны – нм (нано метр), что равно 10−9 метра. Весь частотный диапазон можно разделить на: спектр низких частот (телефонные аппараты), высоких частот (радио, телевидение), микроволновый диапазон (микроволновые печи, мобильные телефоны, WiFi), оптический диапазон, спектр рентгеновского излучения.

Рисунок 3 – распределение частотного диапазона

 

Рассмотрим оптический диапазон более детально. Он разделяется на ультрафиолетовый, видимый и инфра красный. Известно, что белый солнечный свет при помощи дифракционной решетки легко разделяется на 7 цветов. Тепло же, которое мы ощущаем находясь под солнцем – это поток излучения в инфра красном диапазоне, называемый еще “тепловым”. Все рабочие длины волн, на которых осуществляется передача информации в оптическом волокне, находятся как раз в инфра красном диапазоне. Такое излучение не безопасно для человека, поэтому при работе с оборудованием ВОЛС требуется тщательное соблюдение правил техники безопасности.

Рисунок 4 – распределение длин волн оптического диапазона

Видео обзор спектров излучения “Пределы света. Что такое свет и цвет?”

Видео запись вебинара “Теоретические основы передачи информации в ВОЛС”

Чтобы задать вопрос докладчику вебинара отправьте письмо на адрес: [email protected]

Стенограмма вебинара «Механизмы возникновения потерь и отражений сигнала в оптическом волокне»

0:09:09

Может быть, вы помните из курса школы или института, что оптическое волокно или частицы оптического волокна иногда проявляют свои свойства как частица, а иногда как волна. Это так называемый корпускулярно-волновой дуализм. Как волна, свет проявляет себя. Собственно, как и все другие электромагнитные волны, они состоят из электрической магнитной составляющей, которая имеет все те же параметры: частота, период. Электрическая магнитная составляющая находится в ортогональных проекциях относительно друг друга. Рассмотрение в таком виде достаточно сложно, поэтому далее мы будем использовать представление частицы света фотона как частицы. Это не повлияет на наше понимание, но зато облегчит существенно.

0:10:12

Начнём с того, в каком же диапазоне частот передаётся информация в оптическом волокне. Если рассмотреть, в общем, все частоты, то

  1. Низкочастотный спектр, в котором работают обычные телефонные аппараты 0,3-3,4 кГц.
  2. Высокочастотный спектр: телевидение, радио.
  3. Микроволновый диапазон: микроволновые печи, мобильные телефоны, Wi-Fi тоже в этом диапазоне работает.
  4. Оптический диапазон
  5. Спектр рентгеновского излучения.

0:10:52

Рассмотрим более подробно оптический диапазон. Он включает ультрафиолет, видимые длины волн (видимые цвета) и инфракрасный диапазон. Хочу привести небольшой пример. Вспомните, как летом на солнце мы чувствуем такие эффекты: во-первых, нам тепло, во-вторых, мы загораем. Ну и светло.

  1. Светло нам потому, что если все видимые цвета смешать, то получается белый свет, от которых нам и светло.
  2. Загораем из-за действия на нас ультрафиолетового света
  3. Тепло нам от воздействия света в инфракрасном сдиапазоне.

Поэтому я хочу, чтобы вы запомнили: инфракрасный свет или все длины волн, которые находятся в инфракрасном диапазоне, очень тёплые.

0:11:45

Поэтому если посмотреть в источник света, то это лазерный поток попадает на сетчатку глаза и может пережечь её. Очень жаркий такой поток. Поэтому не рекомендую и по технике безопасности всегда объясняю, что смотреть в источник нельзя и направлять его нельзя на отражающие предметы, на зеркало, металлические, глянцевые поверхности, чтобы оно не отразилось и не попало никому в глаза.

0:21:31

Чем же отличается одномодовое волокно от многомодового?

  • Диаметр сердцевины. Одномодовое волокно имеет диаметр сердцевины — 9 мкм чаще всего, но иногда пишут 8 мкм, вообще 9 ± 2 мкм. У многомодового волокна диаметр сердцевины равен 50 мкм (новый стандарт) и 62,5 мкм (старый стандарт). Сейчас используются и те, и те, но 62,5 мкм как-то медленно уходит. Оболочка, что у одномодового, что и у многомодового волокна одинакового диаметра – 125 мкм.
  • Рабочие длины волн, которые чаще всего используются. В одномодовом волокне: 1310-1550 нм, у многомодового: 850-1300 нм. Хотя если говорить про одномодовое волокно, которое используется, например, в пассивных оптических сетях, то там используют и другие длины волн – например, 1490 нм или 1625 нм.
  • Тип источника: в одномодовом волокне используется лазер, на следующем слайде поймём почему, в многомодовом используется светодиод.
  • Затухание в одномодовом волокне составляет 0,2-0,5 дБ/км, у одномодового – 1-3 дБ/км.
  • Область применения: в телекоммуникациях в основном используется одномодовое волокно, а многомодовое чаще всего используется в локальных сетях, центрах обработки данных и т. д., в тех сетях, которые имеют небольшую протяжённость.

0:23:23

 

Здесь хочу немножко разобрать понятие моды оптического волокна. Наверняка вы слышали фразы «Одномодовое волокно», «Многомодовое волокно». Что же такое мода? Если говорить простыми словами, то мода оптического волокна – это путь распространения одного из сигналов. Многомодовое волокно имеет диаметр сердцевины, как мы ранее говорили, 50 мкм или 62,5 мкм. Сердцевина одномодового – 8 мкм. Намного уже. Если светить светодиодом и в одномодовое и многомодовое волокно, ты мы видим, что в многомодовое волокно попадает несколько лучей и каждый из них имеет свою траекторию распространения, свой путь. Так как их здесь много, то это и есть многомодовое волокно. В одномодовом сердцевина очень узкая, поэтому туда попадает только один лучик. И такое волокно называется одномодовым.

0:25:11

Конечно, если таким образом светить, то мощность сигнала, который передаётся в данном случае по многомодовому кабелю или волокну, намного больше, чем мощность сигнала, который передаётся по одномодовому волокну. Поэтому в качестве источника света в одномодовых системах передач используется не светодиод, как здесь указано, а лазер. Он имеет более плотный спектр передачи.

0:25:17

Сейчас мы видим спектральную характеристику. О мощности передачи говорит площадь участка импульса. Площади характеристик для светодиода и лазера примерно равны, отличается только их форма. Поэтому, за счёт разности диаметров сердцевин, в качестве источника света для многомодового волокна можно использовать даже светодиод. А в одномодовых ВОЛС — пользоваться только источником лазерного света.

Поэтому и применение таким образом распределилось. Многомодовые кабели связи используются, как я говорил, в локальных сетях и центрах обработки данных, в тех местах, где расстояния очень маленькие. По стандартам, где-то до 2 км, хотя можно и чуть больше. В таких случаях хоть потери и больше 1,3 дБ/км, но зато сама система стоит дешевле. Потому что лазер – устройство дорогое, а если вместо лазера использовать светодиод, то общая стоимость системы значительно удешевляется. Поэтому если говорить про передачу информации на маленьких дистанциях, то это очень выгодное предложение. Тем более что никакие виды электромагнитных помех не влияют на это волокно. Соответственно, даже вопрос возникает: передать на 10 м или использовать высоко экранированный кабель 7-й категории или использовать оптическое волокно без всяких экранов? Всё равно информация передастся в очень хорошем качестве.

0:27:12

Окна прозрачности – это тоже очень важный параметр. Попытаюсь объяснить его тоже простыми словами. Что такое окно прозрачности? Это длина волны, на которой происходит минимальное затухание. Если окно прозрачное, то света проходит больше. Если окно непрозрачное, грязное, то света проходит меньше. То же самое и здесь. (Окна прозрачности на диаграмме находятся на длинах волн 850 нм (I), 1300 нм (II), 1550 нм (III).

Это характеристика для обычного оконного стекла. Если говорить про многомодовый кабель, то у многомодового кабеля затухание начинает повышаться примерно здесь (с длины волны 1300 нм) и примерно таким образом (презентатор показывает курсором мышки).

В одномодовом затухание распределяется таким образом. (презентатор показывает курсором мышки). 

Поэтому в одномодовом используется 1310 нм, 1550 нм и выше – до 1650 нм. У одномодового – 850-1300 нм.

Смотрите также:

Подписаться на рассылку статей


Что такое WiFi? Подробно о свойствах WiFi сигнала


на картинке: графическое отображение WiFi волн в городе.

1. Что такое WiFi?

1.1. Связь частоты и длины волны.

2. Свойства WiFi сигнала.

2.1. Поглощение.

2.2. Огибание препятствий.

2.3. Естественное затухание.

2.4. Отражения сигнала.

2.5. Плотность данных.

2.6. Почему сложно дать однозначный ответ: на какое расстояние будет передавать сигнал WiFi оборудование?

3. Диапазоны и частоты WiFi

3.1. Диапазон 2,4 ГГц.

3.2. Диапазон 5 ГГц.

Что такое WiFi?

WiFi — беспроводной способ связи, основанный на всем нам знакомом электромагнитном излучении. Сигнал WiFi относят к радиоволнам, соответственно, он имеет такие же свойства, характеристики и поведение. Радиоволны, в свою очередь, подчиняются практически тем же физическим законам, что и свет: распространяются в пространстве с такой же скоростью (почти 300 000 километров в секунду), подвержены дифракции, поглощению, затуханию, рассеиванию и т. д.

Основные характеристики радиоволны, а значит и сигнала WiFi — это ее длина и частота (частотный диапазон). Последний параметр означает частоту переменного тока, необходимую для получения волны нужной длины и используется для классификации радиоволн. Другое определение частоты — это количество волн, проходящих через определенную точку пространства в секунду.

Существует распределение радиоволн по диапазонам, в зависимости от частоты, утвержденная Международным союзом электросвязи (МСЭ, английская аббревиатура — ITU).

Буквенные

обозначения

диапазона

Название волн.

Название частот.

Диапазон частот

Диапазон

длины волны

ОНЧ (VLF)Мириаметровые. Очень низкие3—30 кГц100–10 км
НЧ (LF)Километровые. Низкие. 30—300 кГц10–1 км
СЧ (MF)Гектометровые. Средние.300—3000 кГц1–0.1 км
ВЧ (HF)Декаметровые. Высокие.3—30 МГц100–10 м
ОВЧ (VHF)Метровые. Очень высокие.30—300 МГц10–1 м
УВЧ (UHF)Дециметровые. Ультравысокие.300—3000 МГц1–0.1 м
СВЧ (SHF)Сантиметровые. Сверхвысокие.3—30 ГГц10–1 см
КВЧ (EHF)Миллиметровые. Крайне высокие.30—300 ГГц10–1 мм
THFДециметровые. Гипервысокие.300—3000 ГГц1–0.1 мм

Сфера применения радиоволн зависит от частотного диапазона. Это может быть  телевидение, радиосвязь, мобильная связь, радиорелейная связь и т. д. Вообще, радиочастотный эфир занят довольно плотно: использование всех диапазонов буквально расписано:

В том числе это и беспроводная связь WiFi. Для нее используются дециметровые и сантиметровые волны ультравысокой и сверхвысокой частоты (УВЧ и СВЧ) в частотных диапазонах 2,4 ГГц, 5 ГГц и  и других редкоиспользуемых: 900 МГц, 3,6 ГГц, 10 ГГц, 24 ГГц.

Главное преимущество WiFi-связи отражено во втором ее названии — беспроводная связь. Именно отсутствие проводов вкупе со все возрастающей скоростью передачи данных является ключевым моментом при выборе этого способа соединения.

Если речь идет о домашних пользователях — беспроводная связь удобна, она позволяет не привязываться к определенному месту в квартире для входа в интернет.

Если мы говорим о корпоративной связи, о провайдерских услугах, то иногда прокладка кабеля для передачи данных — это дорого, нецелесообразно или вообще невозможно. Например, нужно раздать интернет в частном секторе, прокинуть магистральный канал через ущелье, в удаленный населенный пункт и т. д. В этом случае на выручку приходит WiFi. Проблемная территория преодолевается с помощью беспроводного канала.

Связь частоты сигнала WiFi и длины волны

Характеристики длины волны сравнительно редко используются в параметрах оборудования WiFi. Однако иногда, для понимания физических свойств и поведения сигнала беспроводной связи в различных условиях неплохо разбираться в связи частоты и длины радиоволн.

Общее правило: Чем выше частота, тем короче длина волны. И наоборот.

Формула для расчета длины волны:

Длина волны WiFi сигнала (в метрах)= Скорость света (в м/сек) / Частота сигнала (в герцах).

Скорость света в м/сек = 300 000 000.

После упрощения формулы получаем: Длина волны в метрах = 300/ Частота в МГц.

Свойства WiFi сигнала

 Поглощение.

Главное условие для создания беспроводного линка  на расстояние большее, чем сотня метров — прямая видимость между точками установки оборудования. Проще говоря, если мы стоим рядом с одной точкой доступа WiFi, то наш взгляд, направленный в сторону второй точки, не должен упираться в стену, лес, многоэтажный дом, холм и т. д. (Это еще не все, нужно также учитывать помехи в Зоне Френеля, но об этом в другой статье.)

Такие объекты просто-напросто отражают и поглощают сигнал WiFi, если не весь, то львиную его часть.

То же самое происходит и в помещении, где сигнал от WiFi роутера или точки доступа проходит через стены в другие комнаты/на другие этажи. Каждая стена или перекрытие «отбирает» у сигнала некоторое количество эффективности.

На небольшом расстоянии, например, от комнатного роутера до ноута, у радиосигнала еще есть шансы, преодолев стену, все-таки добраться до цели. А вот на длинной дистанции в несколько километров любое такое ослабление существенно сказывается на качестве и дальности WiFi связи.

Процент ухудшения сигнала вай-фай при прохождении через препятствия зависит от нескольких факторов:

  • Длины волны. В теории, чем больше длина волны (и ниже частота вай-фай), тем больше проникающая способность сигнала. Соответственно, WiFi в диапазоне 2,4 ГГц имеет большую проникающую способность, чем в диапазоне 5 ГГц. В реальных условиях выполнение этого правила очень тесно зависит от того, через препятствие какой структуры и состава проходит сигнал.
  • Материала препятствия, точнее, его диэлектрических свойств.

Преграда

Дополнительные потери при прохождении (dB)

Процент эффективного расстояния*, %

Открытое пространство

0

100

Нетонированное окно (отсутствует металлизированное покрытие)

3

70

Окно с металлизированным покрытием (тонировкой)

5-8

50

Деревянная стена

10

30

Стена 15,2 см (межкомнатная)

15-20

15

Стена 30,5 см (несущая)

20-25

10

Бетонный пол или потолок

15-25

10-15

Цельное железобетонное перекрытие

20-25

10

* Процент эффективного расстояния — эта величина означает, какой процент от первоначально рассчитанной дальности (на открытой местности) сможет пройти сигнал после преодоления препятствия.

Например, если на открытой местности дальность сигнала Wi-Fi  — до 200 метров, то после прохождения через нетонированное окно она уменьшится до 140 метров (200 * 70% = 140). Если следующим препятствием для этого же сигнала станет бетонная стена, то после нее дальность составит уже максимум 21 метр (140*15%).

Отметим, что вода и металл — самые эффективные поглотители WiFi, т. к. являются электрическими проводниками и «забирают» на себя большое количество энергии сигнала. Например, если дома на пути вай-фай от роутера до вашего ноута стоит аквариум, то практически наверняка соединения не будет.

Именно поэтому во время дождя и других «влажных» атмосферных осадков наблюдается небольшое снижение качества беспроводного соединения, поскольку капли воды в атмосфере поглощают сигнал.  

Частично этот фактор влияет и на затухание WiFi передачи в листве деревьев, т. к. они содержат большой процент воды.

  • Угла падения луча на препятствие. Помимо материала преграды, через которую проходит сигнал вай-фай, важен также угол падения луча. Так, если сигнал проходит через препятствие под прямым углом, это обеспечит меньшие потери, чем если бы он падал на него под углом 45 градусов. Еще хуже, если сигнал проходит через преграду под очень острым углом. В этом случае, грубо говоря, можно смело умножать толщину стены на 10 и рассчитывать потери WiFi передачи согласно этой величине.


Огибание препятствий.

По-научному это поведение луча WiFi называется дифракцией, хотя на самом деле понятие дифракции гораздо сложнее, чем простое «огибание препятствий».

 В общем можно вывести правило — чем короче длина волны (выше частота), тем хуже она огибает препятствия.

Основывается это правило на известном физическом свойстве волны: если размер препятствия меньше, чем длина волны, то она его огибает. В целом отсюда логично проистекает, что чем короче длина волны, тем меньшее остается вариантов препятствий, которые она может в принципе обойти, и поэтому принимается, что ее огибающая способность хуже.

Огибание на практике означает меньшее рассеивание волны как луча энергии вокруг препятствия, меньшее количество потерь сигнала.

Возьмем популярные частоты 2,4 ГГц (длина волны 12,5 см) и 5 ГГц (длина волны 6 см). Мы видим подтверждение правила на примере прохождения лесного массива. Стандартные размеры листьев, стволов, веток деревьев, в среднем будут меньше, чем 12,5 см, но больше, чем 6 см. Поэтому сигнал WiFi 5 ГГц диапазона при прохождении через густую листву “потеряется” практически полностью, в то время как 2,4 ГГц справится лучше.

Поэтому WiFi оборудование, работающее в диапазоне 900 МГц, используется в условиях отсутствия прямой видимости сигнала — его длина волны составляет 33,3 см, что позволяет огибать большее количество преград. Однако надо учитывать размеры предполагаемых препятствий и понимать, что сигнал 900 МГц не сможет “обойти” бетонную стену, расположенную перепендикулярно направлению сигнала. Здесь уже сыграют роль проникающие способности волны, которые, как мы уже говорили у сигналов с низкой частотой довольно неплохие.

Также именно поэтому для нормальной работы беспроводного оборудования, использующего частоту 24ГГц (длина волны 1,25 см) необходима абсолютно чистая видимость, потому что все препятствия больше сантиметра будут отражать и поглощать сигнал.

Как мы уже упоминали, в отношении прохождении сигнала через лесной массив играет роль также содержание воды в листьях, а также длина волны.

Естественное затухание.

Как далеко мог бы передаваться сигнал WiFi, если создать ему идеальные условия прямой видимости? В любом случае не бесконечно, потому что чем больше дальность беспроводного “пролета”, тем больше сигнал затухает сам по себе. Происходит это по 2 причинам:

  • Земная поверхность поглощает часть энергии сигнала. Чем выше частота WiFi, тем интенсивнее идет поглощение.

  • Сигнал WiFi даже из самой узконаправленной антенны распространяется не прямой линией, а лучом. Соответственно, чем дальше расстояние, тем шире становится луч, тем меньшая мощность сигнала приходится на единицу площади, и тем меньше энергии сигнала попадает в принимающую антенну.

Отражения сигнала.

Сигнал WiFi, как любая радиоволна, как свет, отражается от поверхностей и ведет себя при этом аналогично. Но тут есть нюансы — какие-то поверхности будут поглощать сигнал (полностью или частично), а какие-то — отражать (полностью или частично). Это зависит от материала поверхности, его структуры, наличия неровностей на поверхности и частоты WiFi.

Неконтролируемые отражения сигнала ухудшают его качество. Частично — из-за потери общей энергии сигнала (до принимающей антенны, упрощенно говоря, “долетает не всё” или долетает после переотражений, с задержками). Частично — из-за интерференции с негативным влиянием, когда волны накладываются в противофазе и ослабляют друг друга.

Интерференция может иметь и положительное влияние, если волны WiFi накладываются друг на друга в одинаковых фазах. Это часто используется для усиления мощности сигнала.

Плотность данных.

Частота WiFi влияет также на еще один важный параметр — объем передаваемых данных. Здесь существует прямая связь — чем выше частота, тем больше данных в единицу времени можно передать. Возможно, именно поэтому первая высокопроизводительная РРЛ от Ubiquiti  — AirFiber 24, а также ее более мощная модификация — Airfiber 24HD были выпущены на частоте 24 ГГц.

Почему сложно дать однозначный ответ: на какое расстояние будет передавать сигнал WiFi оборудование?

Физические свойства и поведение радиоволны в окружающем мире довольно сложны. Нельзя взять какой-то один параметр и по нему рассчитать дальность беспроводного сигнала. В каждом конкретном случае на дальность будут оказывать влияние различные факторы окружающей среды:

  • Поглощение сигнала препятствиями, земной корой, поверхностью водоемов.
  • Дифракция и рассеивание сигнала из-за преград на пути.
  • Отражения сигнала от препятствий, земли, воды и возникающие в результате этого интерференции волны.
  • На больших расстояниях — радиогоризонт, т. е. искривление земной коры.
  • Зона Френеля и, соответственно — высота расположения оборудования над поверхностью земли.

Именно поэтому реальная дальность оборудования, как, впрочем, и пропускная способность, может очень сильно отличаться в различных условиях.

Диапазоны и частоты WiFi

Как мы уже сказали, для WiFi связи выделено несколько разных частотных диапазонов:  900 МГц, 2,4 ГГц, 3,65 ГГц, 5 ГГц, 10 ГГц, 24 ГГц. 

В Украине на данный момент чаще всего применяются точки доступа WiFi и антенны WiFi 2,4 ГГц и 5ГГц.

Основные отличия 2,4 ГГц и  5ГГц:

2,4 ГГц. Длина волны 12,5 см. Относится к дециметровым волнам ультравысокой частоты (УВЧ).

  • В реальных условиях — меньшая дальность сигнала из-за более широкой зоны Френеля, что чаще всего не компенсируется тем, что сигнал на этой частоте меньше подвержен естественному затуханию.
  • Лучшее преодоление небольших преград, например, густых лесных массивов, благодаря хорошей проникающей способности и огибанию препятствий.
  • Меньше относительно неперекрывающихся каналов (всего 3), а значит, “ пробки на дорогах” — теснота в эфире, и как результат — плохая связь.
  • Дополнительная зашумленность эфира другими устройствами, работающими на этой же частоте, в том числе мобильных телефонов, микроволновок и т. п.

5 ГГц.  Длина волны 6 см. Относится к сантиметровым волнам сверхвысокой частоты (СВЧ).

  • Большее количество относительно неперекрывающихся каналов (19).
  • Большая емкость данных.
  • Большая дальность сигнала, в связи с тем, что Зона Френеля меньше.
  • Такие препятствия, как листва деревьев, стены волны диапазона 5ГГц преодолевают гораздо хуже, чем 2,4.

Диапазоны 900 МГц, 3,6 ГГц, 10 ГГц, 24 ГГц для нас скорее экзотика, однако могут использоваться:

  1. Для работы в условиях, когда стандартные диапазоны плотно заняты.

  2. Если требуется создать беспроводное соединение между двумя точками при отсутствии прямой видимости (лес и другие препятствия). Это касается такой частоты, как 900 МГц (в нашей стране ее нужно использовать с осторожностью, так как на ней работают сотовые операторы).

  3. Если для использования частоты не требуется получать лицензию в контролирующих органах. Такое преимущество часто встречается в презентациях зарубежных производителей, однако для Украины это не совсем актуально, так как условия лицензирования в нашей стране другие.

В IEEE ведутся разработки по принятию новых стандартов и, соответственно, использованию других частот для WiFi. Не исключено, к примеру, что в ближайшее время диапазон 60 ГГц также станет использоваться для беспроводной передачи. Точно также, как и возможна вероятность “отжатия” в будущем некоторых частот, сейчас принадлежащих WiFi, в пользу, например, сотовых операторов.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Рекомендации по выбору рабочей длины волны и типов оптич. кабеля для одноканальных ВОЛП без оптических усилителей

П1.1. Диапазоны рабочих длин волн, определяемые затуханием в волокне

На рисунке П1.1 приведена типовая спектральная характеристика коэффициента затухания ОК. Здесь учтены потери на сращивание при прокладке ОК и при ремонте, обусловленные диапазоном рабочих температур. В соответствии с Рекомендацией МСЭ-Т G.652 значения затухания равны 0,3 — 0,4 дБ/км в оптическом диапазоне 1310 нм и 0,15 -0,25 дБ/км в оптическом диапазоне 1550 нм.

 

Рис. П1.1 — Спектральная типовая характеристика коэффициента затухания ОК

Диапазоны длин волн, указанные в таблице 2.4 ОСТ 45.104, были подтверждены данными, полученными от изготовителей волокна, совместно с учетом общих допусков, связанных с изготовлением ОК, со сращиванием при прокладке и ремонте и с рабочим диапазоном температур.

Следовательно, следующие значения эталонного максимального коэффициента затухания считаются подходящими только для расчета систем при проектировании: 3,5 дБ/км для внутристанционных соединений (код применения I-N), 0,8 дБ/км для линий передачи небольшой протяженности (код применения S-N.x), 0,5 дБ/км для систем большой протяженности (код применения L-N.x) на рабочей длине волны 1310 нм и 0,3 дБ/км для линий большой протяженности при работе на длине волны 1550 нм.

На рисунке ГП.1 этому соответствуют диапазоны длин волн А и В для L-N.x, а диапазоны С и D для S-N.x и I-N.

П1.2. Диапазоны рабочих длин волн, определяемые дисперсией в волокне

Для одномодовых волокон, соответствующих Рекомендации МСЭ-Т G.652, длина волны с нулевой дисперсией находится в промежутке между длинами волн 1300 нм и 1324 нм, так что волокно оптимизировано в области 1310 нм. Эти значения длин волн и соответствующие требования на крутизну характеристики волокна с нулевой дисперсией определяют максимально допустимые абсолютные значения коэффициента дисперсии (определяемого посредством волокон, имеющих минимальные и максимальные длины волн с нулевой дисперсией), приведенного на рисунке П1.2. Однако, волокна, соответствующие Рекомендации МСЭ-Т G.652, могут также использоваться в области 1550 нм, для которой максимальный коэффициент дисперсии сравнительно велик, как видно из характеристики, приведенной на рисунке П1.3. Однако, волокна, соответствующие Рекомендации МСЭ-Т G.652, могут также использоваться в области 1550 нм, для которой максимальный коэффициент дисперсии сравнительно велик, как видно из характеристики, приведенной на рисунке Ш .3.

Для волокна, соответствующего Рекомендации МСЭ-Т G.653, допустимый диапазон длин волн, соответствующих нулевой дисперсии волокна, находится в пределах 1500 нм и 1600 нм, так что волокно является оптимизированным в области 1550 нм. С помощью аналитических выражений для коэффициента дисперсии можно получить максимально допустимые значения, приведенные на рисунке П1.4. Волокна, соответствующие Рекомендации МСЭ-Т G.653, можно

использовать также в области 1310 нм, для которой максимальное значение коэффициента дисперсии сравнительно велико.

Для волокон, соответствующих Рекомендации МСЭ-Т G.654 и используемых в диапазоне 1550 нм, коэффициент дисперсии имеет аналогичное значение, но немного превышает то значение, которое определено для волокон, соответствующих Рекомендации МСЭ-Т G.652. Этот вопрос не был учтен в таблицах 2-4 ОСТ 45.107.

Для волокон, соответствующих Рекомендации МСЭ-Т G.652 и использованных в диапазоне 1310 нм и для волокон, соответствующих Рекомендации МСЭ-Т G.653 и используемых в диапазоне 1550 нм, диапазон длин волн с ограниченной дисперсией выбирается таким образом, чтобы абсолютные значения коэффициента дисперсии на предельных длинах волн были приблизительно одинаковы. Как видно из формы характеристики, приведенной на рисунке П1.2 и рисунке П1.4, абсолютные значения дисперсии имеют меньшее значение в пределах рабочего диапазона длин волн.

Для волокон, соответствующих Рекомендации МСЭ-Т G.654, а также для волокон, соответствующих Рекомендации МСЭ-Т G.652 и используемых в диапазоне 1550 нм, дисперсия, как видно из рисунка П1.3, ограничивает верхнюю рабочую длину волны, в то время как затухание ограничивает нижнюю рабочую длину волны.

 

Рис. П1.2 — Максимальная абсолютная величина коэффициента дисперсии |σ| для ОК по Рекомендации МСЭ-Т G.652 в диапазоне длин волн 1310 нм

 

Рис. П1.3 — Максимальная абсолютная величина коэффициента дисперсии |σ| для ОК по Рек. G.652 (-) и по Рек. G.653 (….) в диапазоне длин волн 1550 нм

 

Рис. П1 .4 — Максимальная абсолютная величина коэффициента дисперсии |σ| для ОК по Рек. G.652

Электромагнитный спектр — HiSoUR История культуры

Электромагнитный спектр представляет собой диапазон частот (спектра) электромагнитного излучения и их соответствующих длин волн и энергий фотонов.

Электромагнитный спектр охватывает электромагнитные волны с частотами в диапазоне от одного герца до более 1025 герц, что соответствует длинам волн от тысяч километров до доли размера атомного ядра. Этот диапазон частот разделен на отдельные полосы, а электромагнитные волны в каждом диапазоне частот называются разными именами; начиная с низкочастотного (длинноволнового) конца спектра, это: радиоволны, микроволны, инфракрасные, видимые, ультрафиолетовые, рентгеновские и гамма-лучи на высокочастотном (коротковолновом) конце. Электромагнитные волны в каждой из этих полос имеют разные характеристики, например, как они создаются, как они взаимодействуют с веществом и их практическое применение. Предел длинных длин волн — это размер самой Вселенной, в то время как считается, что предел короткой длины волны находится вблизи длины Планка. Гамма-лучи, рентгеновские лучи и высокий ультрафиолетовый свет классифицируются как ионизирующее излучение, так как их фотоны обладают достаточной энергией для ионизации атомов, вызывая химические реакции. Воздействие этих лучей может представлять опасность для здоровья, вызывая лучевую болезнь, повреждение ДНК и рак. Излучение длин волн видимого света и нижних называется неионизирующим излучением, поскольку они не могут вызвать эти эффекты.

В большинстве полос частот выше метод, называемый спектроскопией, может быть использован для физического разделения волн разных частот, создавая спектр, показывающий составляющие частоты. Спектроскопия используется для изучения взаимодействия электромагнитных волн с веществом. Другие технологические применения описаны под электромагнитным излучением.

История обнаружения электромагнитного спектра
На протяжении большей части истории видимый свет был единственной известной частью электромагнитного спектра. Древние греки признали, что свет путешествовал по прямым линиям и изучал некоторые его свойства, включая отражение и преломление. Изучение света продолжалось, и в XVI и XVII веках конфликтующие теории рассматривали свет как волну или частицу.

Первое открытие электромагнитного излучения, отличного от видимого, появилось в 1800 году, когда Уильям Гершель открыл инфракрасное излучение. Он изучал температуру разных цветов, перемещая термометр через свет, разделенный призмой. Он заметил, что самая высокая температура выше красной. Он предположил, что это изменение температуры было вызвано «калорийными лучами», которые были типом светового луча, который не мог быть замечен.

В следующем году Иоганн Риттер, работавший на другом конце спектра, заметил, что он назвал «химические лучи» (невидимые световые лучи, вызвавшие определенные химические реакции). Они вели себя подобно видимым лучам фиолетового света, но были вне их в спектре. Позднее они были переименованы в ультрафиолетовое излучение.

Электромагнитное излучение впервые было связано с электромагнетизмом в 1845 году, когда Майкл Фарадей заметил, что поляризация света, проходящего через прозрачный материал, реагирует на магнитное поле (см. Эффект Фарадея). В 1860-х годах Джеймс Максвелл разработал четыре уравнения в частных производных для электромагнитного поля. Два из этих уравнений предсказывали возможность и поведение волн в поле. Анализируя скорость этих теоретических волн, Максвелл понял, что они должны двигаться со скоростью, которая была известна со скоростью света. Это поразительное совпадение в значении побудило Максвелла сделать вывод о том, что сам свет является типом электромагнитной волны.

Уравнения Максвелла предсказывали бесконечное число частот электромагнитных волн, движущихся со скоростью света. Это было первым признаком существования всего электромагнитного спектра.

Прогнозируемые волны Максвелла включали волны на очень низких частотах по сравнению с инфракрасным, что теоретически может быть создано колебательными зарядами в обычной электрической цепи определенного типа. Попытка доказать уравнения Максвелла и обнаружить такое низкочастотное электромагнитное излучение, в 1886 году физик Генрих Герц построил аппарат для генерации и обнаружения так называемых радиоволн. Герц нашел волны и смог вывести (измеряя их длину волны и умножая ее на их частоту), что они путешествовали со скоростью света. Герц также продемонстрировал, что новое излучение может быть отражено и преломлено различными диэлектрическими средами так же, как свет. Например, Герц смог сфокусировать волны, используя линзу из древесной смолы. В более позднем эксперименте Герц аналогичным образом произвел и измерил свойства микроволн. Эти новые типы волн проложили путь к изобретениям, таким как беспроводной телеграф и радио.

В 1895 году Вильгельм Рентген заметил новый тип излучения, испускаемого во время эксперимента с вакуумированной трубой, подверженной высокому напряжению. Он назвал эти лучи рентгеновского излучения и обнаружил, что они могли путешествовать по частям человеческого тела, но были отражены или остановлены более плотными веществами, такими как кости. Вскоре многие из них были найдены для них в области медицины.

Последняя часть электромагнитного спектра была заполнена обнаружением гамма-лучей. В 1900 году Пол Виард изучал радиоактивные выбросы радия, когда он идентифицировал новый тип излучения, который он сначала считал состоящим из частиц, подобных известным альфа- и бета-частицам, но обладающих способностью гораздо более проникать, чем либо. Однако в 1910 году британский физик Уильям Генри Брэгг продемонстрировал, что гамма-излучения представляют собой электромагнитное излучение, а не частицы, а в 1914 году Эрнест Резерфорд (который назвал их гамма-лучами в 1903 году, когда понял, что они принципиально отличаются от заряженных альфа- и бета-частиц ), и Эдвард Андраде измерил их длины волн и обнаружил, что гамма-лучи похожи на рентгеновские лучи, но с более короткой длиной волны и более высокими частотами.

Диапазон спектра
Электромагнитные волны обычно описываются любым из следующих трех физических свойств: частота f, длина волны λ или энергия фотона E. Частоты, наблюдаемые в астрономии, варьируются от 2,4 × 1023 Гц (гамма-излучения 1 ГэВ) до локальной плазменной частоты ионизированной межзвездной среды (~ 1 кГц). Длина волны обратно пропорциональна частоте волны, поэтому гамма-лучи имеют очень короткие длины волн, которые представляют собой доли размера атомов, тогда как длины волн на противоположном конце спектра могут быть до тех пор, пока вселенная. Энергия фотона прямо пропорциональна частоте волны, поэтому фотоны гамма-лучей имеют наибольшую энергию (около миллиарда электрон-вольт), в то время как радиоволновые фотоны имеют очень низкую энергию (вокруг фемтоэлектронвольт). Эти соотношения иллюстрируются следующими уравнениями:

где:
c = 299792458 м / с — скорость света в вакууме
h = 6.62606896 (33) × 10-34 J · s = 4.13566733 (10) × 10-15 эВ · s — постоянная Планка.
Когда электромагнитные волны существуют в среде с веществом, их длина волны уменьшается. Длина волн электромагнитного излучения, независимо от того, какую среду они проезжают, обычно цитируется в терминах длины волны вакуума, хотя это не всегда четко указано.

Как правило, электромагнитное излучение классифицируется по длине волны в радиоволны, микроволны, терагерцовое (или субмиллиметровое) излучение, инфракрасное излучение, видимую область, которая воспринимается как световая, ультрафиолетовая, рентгеновская и гамма-лучи. Поведение электромагнитного излучения зависит от его длины волны. Когда электромагнитное излучение взаимодействует с одиночными атомами и молекулами, его поведение также зависит от количества энергии на квант (фотон), который он несет.

Спектроскопия может обнаруживать гораздо более широкую область спектра ЭМ, чем видимый диапазон от 400 нм до 700 нм. Общий лабораторный спектроскоп может определять длины волн от 2 до 2500 нм. Подробная информация о физических свойствах объектов, газов или даже звезд может быть получена с этого типа устройства. Спектроскопы широко используются в астрофизике. Например, многие атомы водорода излучают радиоволновый фотон с длиной волны 21.12 см. Кроме того, частоты 30 Гц и ниже могут быть получены и важны при изучении некоторых звездных туманностей, а частоты от 2,9 × 1027 Гц обнаружены из астрофизических источников.

Обоснование региональных названий спектра
Электромагнитное излучение взаимодействует с веществом по-разному по всему спектру. Эти типы взаимодействия настолько различны, что исторически разные имена были применены к разным частям спектра, как если бы это были разные виды излучения. Таким образом, хотя эти «различные виды» электромагнитного излучения образуют количественно непрерывный спектр частот и длин волн, спектр остается разделенным по практическим соображениям, связанным с этими качественными различиями взаимодействия.

Электромагнитное радиационное взаимодействие с веществом
Область спектра Основные взаимодействия с веществом
Радио Коллективное колебание носителей заряда в объемном материале (колебание плазмы). Примером может служить колебательное движение электронов в антенне.
Микроволновая печь через дальнюю инфракрасную область Плазменные колебания, молекулярное вращение
Вблизи инфракрасного Молекулярная вибрация, колебание плазмы (только в металлах)
видимый Молекулярное электронное возбуждение (включая молекулы пигмента, обнаруженные в сетчатке человека), плазменные колебания (только в металлах)
ультрафиолетовый Возбуждение молекулярных и атомных валентных электронов, включая выброс электронов (фотоэлектрический эффект)
Рентгеновские лучи Возбуждение и выброс основных атомных электронов, Комптон рассеяние (для малых атомных чисел)
Гамма излучение Энергичный выброс электронов ядра в тяжелых элементах, Комптон рассеяния (для всех атомных чисел), возбуждения атомных ядер, включая диссоциацию ядер
Высокоэнергетические гамма-лучи Создание пар частиц-античастиц. При очень высоких энергиях один фотон может создавать ливень частиц и античастиц высоких энергий при взаимодействии с веществом.
Типы излучения

границы
Ниже дается обсуждение областей (или диапазонов или типов) электромагнитного спектра. Заметим, что четко не определены границы между полосами электромагнитного спектра; скорее они исчезают друг в друге, как полосы в радуге (что является суб-спектром видимого света). Излучение каждой частоты и длины волны (или в каждой полосе) имеет сочетание свойств двух областей спектра, которые ее связывали. Например, красный свет напоминает инфракрасное излучение в том, что он может возбуждать и добавлять энергию к некоторым химическим связям и действительно должен сделать это для питания химических механизмов, ответственных за фотосинтез и работу зрительной системы.

Регионы спектра
Типы электромагнитного излучения широко классифицируются по следующим классам:

Гамма-излучение
Рентгеновское излучение
Ультрафиолетовая радиация
Видимое излучение
Инфракрасная радиация
Терагерцовое излучение
Микроволновое излучение

Радиоволны
Эта классификация идет в порядке возрастания длины волны, что характерно для типа излучения. Хотя в целом схема классификации является точной, на самом деле часто существует некоторое перекрытие между соседними типами электромагнитной энергии. Например, радиоволны SLF с частотой 60 Гц могут быть получены и изучены астрономами или могут быть проложены по проводам в качестве электрической мощности, хотя последняя в строгом смысле не является электромагнитным излучением вообще (см. Ближнее и дальнее поле).

Различие между рентгеновскими лучами и гамма-лучами частично основано на источниках: фотоны, генерируемые ядерным распадом или другим ядерным и субъядерным / частичным процессом, всегда называются гамма-лучами, тогда как рентгеновские лучи генерируются электронными переходами с высокоэнергетическим внутренним атомарным электроны. В общем, ядерные переходы гораздо более энергичны, чем электронные переходы, поэтому гамма-кванты более энергичны, чем рентгеновские лучи, но существуют исключения. По аналогии с электронными переходами, также говорят, что переходы мюонных атомов производят рентгеновское излучение, хотя их энергия может превышать 6 мегаэлектронвольт (0,96 пДж), тогда как существует много (77, как известно, менее 10 кэВ (1,6 мДж)) низких (например, ядерный переход 7,6 эВ (1,22 aJ) тория-229) и, несмотря на то, что в миллион раз меньше энергии, чем некоторые мюонные рентгеновские лучи, излучаемые фотоны по-прежнему называют гамма-лучами из-за их ядерного происхождения.

Однако конвенция о том, что электромагнитное излучение, которое, как известно, поступает из ядра, всегда называется «гамма-излучение», однако единственное соглашение, которое общепризнано. Известно, что многие источники астрономических гамма-лучей (например, гамма-всплески) слишком энергичны (как по интенсивности, так и по длине волны) и имеют ядерное происхождение. Довольно часто в физике высоких энергий и в медицинской радиотерапии очень высокая ЭМИ энергии (в области> 10 МэВ), которая имеет более высокую энергию, чем любой ядерный гамма-луч, не называется рентгеновским или гамма-лучом, а вместо этого общий термин «фотонов высокой энергии».

Область спектра, где падает определенное наблюдаемое электромагнитное излучение, зависит от системы отсчета (из-за допплеровского сдвига для света), поэтому электромагнитное излучение, которое один наблюдатель скажет в одной области спектра, может показаться наблюдателю, движущемуся по значительная часть скорости света по отношению к первому находится в другой части спектра. Например, рассмотрим космический микроволновый фон. Он был получен, когда материя и радиация были отделены от девозбуждения атомов водорода в основное состояние. Эти фотоны были из переходов рядов Лаймана, помещая их в ультрафиолетовую (УФ) часть электромагнитного спектра. Теперь это излучение подверглось достаточно космологическому красному смещению, чтобы поместить его в микроволновую область спектра для медленного движения наблюдателей (по сравнению со скоростью света) относительно космоса.

Радиочастота
Радиоволны излучаются и принимаются антеннами, которые состоят из проводников, таких как резонаторы металлических стержней. При искусственной генерации радиоволн электронное устройство, называемое передатчиком, генерирует электрический ток переменного тока, который подается на антенну. Осциллирующие электроны в антенне генерируют колебательные электрические и магнитные поля, которые излучают антенну в виде радиоволн. При приеме радиоволн колебательные электрические и магнитные поля радиоволны соединяются с электронами в антенне, толкают их назад и вперед, создавая колебательные токи, которые применяются к радиоприемнику. Атмосфера Земли в основном прозрачна для радиоволн, за исключением слоев заряженных частиц в ионосфере, которые могут отражать определенные частоты.

Радиоволны чрезвычайно широко используются для передачи информации на расстояния в системах радиосвязи, таких как радиовещание, телевидение, двухсторонние радиостанции, мобильные телефоны, спутники связи и беспроводные сети. В системе радиосвязи радиочастотный ток модулируется информационным сигналом в передатчике путем изменения амплитуды, частоты или фазы и применяется к антенне. Радиоволны переносят информацию через космос в приемник, где они принимаются антенной и информацией, извлекаемой демодуляцией в приемнике. Радиоволны также используются для навигации в таких системах, как Глобальная система определения местоположения (GPS) и навигационные маяки, а также для нахождения удаленных объектов в радиолокации и радиолокации. Они также используются для дистанционного управления и для промышленного отопления.

Использование радиочастотного спектра строго регулируется правительствами, координируемыми органом, который называется Международным союзом электросвязи (МСЭ), который распределяет частоты для разных пользователей для разных целей.

Микроволны
Микроволны представляют собой радиоволны короткой длины волны, от примерно 10 сантиметров до одного миллиметра, в частотных диапазонах СВЧ и КВЧ. Микроволновую энергию получают с помощью клистрона и магнетронных трубок, а также твердотельных устройств, таких как диоды Ганна и IMPATT. Хотя они излучаются и поглощаются короткими антеннами, они также поглощаются полярными молекулами, связанными с колебательными и вращательными режимами, что приводит к объемному нагреву. В отличие от волн с более высокой частотой, таких как инфракрасное излучение и свет, которые поглощаются главным образом на поверхностях, микроволны могут проникать в материалы и наносить их энергию ниже поверхности. Этот эффект используется для нагрева пищи в микроволновых печах, а также для промышленного отопления и медицинской диатермии. Микроволны — это основные длины волн, используемые в радаре, и используются для спутниковой связи и беспроводных сетевых технологий, таких как Wi-Fi, хотя это уровни интенсивности не могут вызвать тепловое отопление. Медные кабели (линии передачи), которые используются для передачи низкочастотных радиоволн в антенны, имеют чрезмерные потери мощности на микроволновых частотах, а металлические трубки, называемые волноводами, используются для их переноса. Хотя на нижнем конце полосы атмосфера в основном прозрачная, на верхнем конце полосы поглощение микроволн атмосферными газами ограничивает практические расстояния распространения до нескольких километров.

Терагерцовое излучение
Терагерцовое излучение является областью спектра между дальним инфракрасным излучением и микроволнами. До недавнего времени этот диапазон редко изучался, и на верхнем конце полосы (субмиллиметровые волны или так называемые терагерцовые волны) существовало мало источников энергии СВЧ-волн, но теперь появляются такие приложения, как обработка изображений и связь. Ученые также стремятся применять терагерцовую технологию в вооруженных силах, где высокочастотные волны могут быть направлены на вражеские войска, чтобы вывести из строя их электронное оборудование. Терагерцовое излучение сильно поглощается атмосферными газами, что делает этот диапазон частот бесполезным для связи на большие расстояния.

Инфракрасная радиация
Инфракрасная часть электромагнитного спектра охватывает диапазон от примерно 300 ГГц до 400 ТГц (1 мм — 750 нм). Его можно разделить на три части:

Дальний инфракрасный диапазон от 300 ГГц до 30 ТГц (1 мм — 10 мкм). Нижнюю часть этого диапазона можно также назвать микроволнами или терагерцовыми волнами. Это излучение обычно поглощается так называемыми вращательными модами в газофазных молекулах, молекулярными движениями в жидкостях и фононами в твердых телах. Вода в атмосфере Земли настолько сильно поглощается в этом диапазоне, что делает атмосферу непрозрачной. Однако в непрозрачном диапазоне есть определенные диапазоны длин волн («окна»), которые допускают частичную передачу и могут использоваться для астрономии. Диапазон длин волн от приблизительно 200 мкм до нескольких мм часто упоминается как «субмиллиметр» в астрономии, сохраняя дальнюю инфракрасную область на длинах волн ниже 200 мкм.

Среднее инфракрасное излучение от 30 до 120 ТГц (10-2,5 мкм). Горячие предметы (излучатели черного тела) могут сильно излучать в этом диапазоне, а кожа человека при нормальной температуре тела сильно исходит в нижнем конце этой области. Это излучение поглощается колебаниями молекул, где разные атомы в молекуле вибрируют вокруг своих положений равновесия. Этот диапазон иногда называют областью отпечатка пальца, поскольку спектр инфракрасного поглощения соединения очень специфичен для этого соединения.

Near-infrared, от 120 до 400 THz (2500-750 нм). Физические процессы, имеющие отношение к этому диапазону, аналогичны физическим процессам для видимого света. Самые высокие частоты в этой области могут быть обнаружены непосредственно некоторыми типами фотографической пленки и многими типами твердотельных датчиков изображения для инфракрасной фотографии и видеосъемки.

Видимое излучение (свет)
Над инфракрасным излучением появляется видимый свет. Солнце излучает свою пиковую мощность в видимой области, хотя интеграция всего спектра мощности излучения по всем длинам волн показывает, что Солнце излучает немного больше инфракрасного, чем видимый свет. По определению, видимый свет является частью спектра ЭМ, наиболее чувствительным для человеческого глаза. Видимый свет (и ближний инфракрасный свет) обычно поглощается и излучается электронами в молекулах и атомах, которые движутся от одного уровня энергии к другому. Это действие позволяет химическим механизмам, которые лежат в основе человеческого зрения и фотосинтеза растений. Свет, который возбуждает человеческую визуальную систему, представляет собой очень небольшую часть электромагнитного спектра. Радуга показывает оптическую (видимую) часть электромагнитного спектра; инфракрасный (если бы его можно было увидеть) был бы расположен за красной стороной радуги с ультрафиолетом, появляющимся только за фиолетовым концом.

Человеческий глаз обнаруживает электромагнитное излучение с длиной волны между 380 нм и 760 нм (400-790 терагерц) и воспринимается как видимый свет. Другие длины волн, особенно вблизи инфракрасных (более 760 нм) и ультрафиолетовых (короче 380 нм), также иногда называют светлыми, особенно когда видимость для человека не имеет значения. Белый свет представляет собой комбинацию огней разных длин волн в видимом спектре. Прохождение белого света через призму разбивает его на несколько цветов света, наблюдаемых в видимом спектре между 400 нм и 780 нм.

Если излучение, имеющее частоту в видимой области спектра ЭМ, отражает от объекта, скажем, чашу с фруктами, а затем ударяет в глаза, это приводит к визуальному восприятию сцены. Визуальная система мозга обрабатывает множество отраженных частот в разные оттенки и оттенки, и благодаря этому недостаточно понимаемому психофизическому явлению большинство людей воспринимает чашу фруктов.

Однако на большинстве длин волн информация, переносимая электромагнитным излучением, не обнаруживается непосредственно человеческими чувствами. Естественные источники генерируют электромагнитное излучение по всему спектру, а технология также может управлять широким диапазоном длин волн. Оптическое волокно передает свет, который, хотя и не обязательно в видимой части спектра (обычно инфракрасный), может нести информацию. Модуляция аналогична модуляции, используемой для радиоволн.

Ультрафиолетовая радиация
Далее по частоте идет ультрафиолет (УФ). Длина волны ультрафиолетовых лучей короче фиолетового конца видимого спектра, но длиннее рентгеновского излучения.

УФ — самое длинное излучение с длиной волны, фотоны которого достаточно энергичны, чтобы ионизировать атомы, отделяя от них электроны и тем самым вызывая химические реакции. Короткая длина волны УФ и более короткое излучение с длиной волны над ней (рентгеновское излучение и гамма-лучи) называются ионизирующим излучением, и воздействие на них может повредить живую ткань, что делает их опасными для здоровья. УФ-излучение также может вызывать появление многих веществ с видимым светом; это называется флуоресценцией.

В среднем диапазоне УФ-лучей не может ионизировать, но может разрушать химические связи, делая молекулы необычайно реактивными. Например, солнечный ожог вызван разрушительным воздействием УФ-излучения среднего диапазона на клетки кожи, что является основной причиной рака кожи. УФ-лучи в среднем диапазоне могут нанести непоправимый ущерб сложным молекулам ДНК в клетках, продуцирующих димеры тимина, что делает его очень мощным мутагеном.

Солнце излучает значительное УФ-излучение (около 10% его полной мощности), в том числе ультракороткое ультрафиолетовое излучение, которое может потенциально разрушить большую часть жизни на суше (океанская вода обеспечит некоторую защиту жизни там). Однако большинство повреждающих ультрафиолетовых волн Солнца поглощаются атмосферой до того, как они достигают поверхности. Диапазоны ультравысокой энергии (кратчайшие длины волны) УФ (называемые «вакуумным УФ») поглощаются азотом и на больших длинах волн простым двухатомным кислородом в воздухе. Большая часть УФ в средней части энергии блокируется озоновым слоем, который сильно поглощается в диапазоне 200-315 нм, нижняя часть энергии которого слишком велика для поглощения обычного кислорода на воздухе. Это оставляет менее 3% солнечного света на уровне моря в УФ, причем весь этот остаток при низких энергиях. Остальная часть — УФ-А, а также УФ-В. Самый низкий энергетический диапазон УФ между 315 нм и видимым светом (называемый УФ-А) не хорошо перекрывается атмосферой, но не вызывает солнечных ожогов и уменьшает биологический ущерб. Однако он не является безвредным и создает кислородные радикалы, мутации и повреждение кожи. Для получения дополнительной информации см. Ультрафиолет.

Рентгеновские лучи
После ультрафиолетового излучения появляются рентгеновские лучи, которые, подобно верхним диапазонам УФ, также ионизируются. Однако из-за их более высоких энергий рентгеновское излучение также может взаимодействовать с веществом с помощью эффекта Комптона. Жесткие рентгеновские лучи имеют более короткие длины волн, чем мягкие рентгеновские лучи, и поскольку они могут проходить через многие вещества с небольшим поглощением, их можно использовать для того, чтобы «видеть» объекты с «толщиной» меньше, чем это эквивалентно нескольким метрам воды. Одним из примечательных применений является диагностическое рентгеновское изображение в медицине (процесс, известный как рентгенография). Рентгеновские лучи полезны в качестве зондов в физике высоких энергий. В астрономии аккреционные диски вокруг нейтронных звезд и черных дыр испускают рентгеновские лучи, что позволяет изучать эти явления. Рентгеновские лучи также излучаются коронами звезд и сильно испускаются некоторыми типами туманностей. Тем не менее, рентгеновские телескопы должны быть размещены вне атмосферы Земли, чтобы увидеть астрономические рентгеновские снимки, поскольку большая глубина атмосферы Земли непрозрачна для рентгеновских лучей (с плотной плотностью 1000 г на см2), что эквивалентно 10 метрам толщина воды. Это количество, достаточное для блокировки почти всех астрономических рентгеновских лучей (а также астрономических гамма-лучей — см. Ниже).

Гамма излучение
После жестких рентгеновских лучей появляются гамма-лучи, обнаруженные Паулем Ульрихом Виардом в 1900 году. Это самые энергичные фотоны, не имеющие определенного нижнего предела их длины волны. В астрономии они ценны для изучения высокоэнергетических объектов или регионов, однако, как и в случае с рентгеновскими лучами, это можно сделать только с помощью телескопов вне атмосферы Земли. Гамма-лучи используются экспериментально физиками для их проникающей способности и создаются рядом радиоизотопов. Они используются для облучения пищевых продуктов и семян для стерилизации, а в медицине они иногда используются при лучевой терапии. Чаще всего гамма-лучи используются для диагностической визуализации в ядерной медицине, примером может служить ПЭТ-сканирование. Длина волны гамма-лучей может быть измерена с высокой точностью с помощью эффектов Комптон рассеяния.

Поделиться ссылкой:

  • Нажмите, чтобы поделиться на Twitter (Открывается в новом окне)
  • Нажмите здесь, чтобы поделиться контентом на Facebook. (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться записями на Pinterest (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться записями на Tumblr (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться на LinkedIn (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться в WhatsApp (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться в Skype (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться в Telegram (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться на Reddit (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться записями на Pocket (Открывается в новом окне)

Related

Введение в дистанционное зондирование

Спектр электромагнитных волн

Свет и излучение представляют собой лишь небольшую часть существующих форм электромагнитной энергии. Человеческий глаз может видеть только ту часть спектра электромагнитных волн, которая содержит спектральные цвета; в то же время, наша кожа способна чувствовать разницу температур.

Электромагнитное излучение — один из видов распространения энергии. Оно определяется как энергия волны и характеризуется частотой или длиной волны. Излучение распространяется со скоростью света (дальнейшая информация о частоте, длине волны и скорости света находится в разделе Анализ спектров Земли).

Спектр электромагнитных волн может быть описан терминах частоты (в герцах) или длины волны (в микрометрах, миллиметрах или метрах), см. рисунок ниже.

Спектр электромагнитных волн разделён на несколько диапазонов, начинающихся с очень малой длины волны и высокой частоты, т.н. рентгеновские лучи (около 0.01 µm). Далее идёт ультрафиолетовое излучение с длинами волн порядка 0.1 µm. Часть видимого света, которую воспринимает человеческий глаз, протянулась от 0.38 µm до 0.78 µm и от фиолетового, синего, зелёного, жёлтого до оранжевого и красного. После этого спектрального диапазона находятся инфракрасные длины волн, за которыми следуют ещё более длинные волны, такие как микроволны и радиоволны. Инфракрасный диапазон делится на ближний инфракрасный, средний инфракрасный и тепловой инфракрасный диапазоны (дальнейшая информация в разделе анализ спектров Земли).

Источниками электромагнитного излучения являются Солнце и Земля, излучающие в инфракрасном диапазоне, а также активные сенсоры спутников.

Кратко о волновом мультиплексировании — Strela

Начало. Свойства стандартного одномодового волокна G.652

Википедия подсказывает нам следующее распределение:

В реальной жизни сейчас картина получше, в частности удельное затухание в окне 1310нм обычно укладывается в 0.35дБ/км, в окне 1550нм оно порядка 0.22-0.25дБ/км, а так называемый «водяной пик» в районе 1400-1450нм у современных волокон не так сильно выражен, либо вообще отсутствует.

Тем не менее, надо иметь в виду эту картину и само наличие этой зависимости.

Исторически диапазон длин волн, который пропускается оптическим волокном, делится на следующие диапазоны:

  • O — 1260…1360
  • E — 1360…1460
  • S — 1460…1530
  • C — 1530…1565
  • L — 1565…1625
  • U — 1625…1675

(цитирую по той же статье на Википедии).

С приемлемым приближением свойства волокна внутри каждого диапазона можно считать примерно одинаковыми. Водяной пик приходится, как правило, на длинноволновый конец E-диапазона. Ещё будем иметь в виду, что удельное (километрическое) затухание в O-диапазоне примерно в полтора раза выше, чем в S- и в С-диапазоне, удельная хроматическая дисперсия — наоборот, имеет нулевой минимум на длине волны в 1310нм и ненулевая в C-диапазоне.

Простейшие системы уплотнения — двунаправленная передача по одному волокну

Первоначально дуплексная волоконно-оптическая линия связи требовала для работы два волокна: по одному волокну шла передача информации в одну сторону, по другому волокну — в другую. Это удобно своей очевидностью, но довольно расточительно по отношению к использованию ресурса проложенного кабеля.

Поэтому, как только стала позволять технология, стали появляться решения для передачи информации в обе стороны по одному волокну. Названия подобных решений — «одноволоконные трансиверы», «WDM», «bi-directional».

В самых распространенных вариантах используются длины волн 1310 и 1550нм, соответственно из O- и C-диапазона. «В дикой природе» трансиверы на эти длины волн встречаются для линий до 60км. Более «дальнобойные» варианты делаются на другие комбинации — 1490/1550, 1510/1570 и тому подобные варианты с использованием окон прозрачности с мЕньшим удельным затуханием, чем в O-диапазоне.

Кроме вышеперечисленных пар длин волн, возможно встретить комбинацию 1310/1490нм — она используется, если одновременно с данными по этому же волокну передается сигнал кабельного телевидения на длине волны 1550нм; или 1270/1330нм — она используется для передачи 10Гбит/с потоков.

Мультиплексирование данных и кабельного телевидения

Раз уж я затронул тему КТВ, расскажу о нем ещё немного.

Для доставки сигнала кабельного телевидения от головной станции до многоквартирного дома сейчас тоже используется оптика. Для него используется либо длина волны 1310нм — здесь минимальная хроматическая дисперсия, то есть искажение сигнала; либо длина волны 1550нм — здесь минимальное удельное затухание и возможно применение чисто-оптического усиления с использованием EDFA. Если есть необходимость доставки на один дом одновременно и потока данных (интернет) и синала КТВ, нужно либо использовать два отдельных волокна, либо несложное пассивное устройство — фильтр FWDM.

Это обратимое устройство (то есть одно и то же устройсто используется как для мультиплексирования, так и для демультиплексирования потоков) с тремя выводами: под КТВ, одноволоконный трансивер и общий выход (см. схему). Таким образом можно строить сеть PON или Ethernet, используя для передачи данных длины волн 1310/1490, а для КТВ — 1550нм.

CWDM и DWDM

Системы CWDM и DWDM — это следующие шаги в сторону более эффективного использования ресурса волоконно-оптического кабеля. Принципиально эти две технологии устроены одинаково: диапазон длин волн, пригодных для передачи в одномодовом волокне, разбивается на некоторое количество каналов (18 в CWDM, до 160 в DWDM), по которым с помощью пассивных чисто-оптических мультиплексоров осуществляется передача независимых потоков данных.Отличие CWDM и DWDM — в плотности разделения каналов. В системах CWDM используется все окно прозрачности: предусмотрено 18 каналов шириной 13нм с шагом 20нм, от 1270 до 1610нм. В системах DWDM используется только C-диапазон, но сетка каналов гораздо плотнее: предусмотрено разделение каналов с межканальным интервалом 200, 100, 50 и 25ГГц в диапазоне длин волн от 1528 до 1565нм. Также существует расширение DWDM-сетки на L-диапазон 1565-1625нм.Для использования этого частотного ресурса применяются специальные пассивные устройства -мультиплексоры модули ввода-вывода (дроп-модули), а также специальные («цветные») трансиверы.

Подчеркну, что использование каналов для передачи данных в одну или в другую сторону — чистая условность, мультиплекору абсолютно всё равно, в какую сторону идет сигнал в каждом канале; а оптические приемники — широкополосные, они реагируют на излучение любой длины волны. Поэтому распределение каналов — вопрос планирования сети и допускает значительную гибкость. Из важных моментов, которые надо иметь в виду при проектировании линии CWDM — это различие удельного затухания в волокне на разных каналах (см. первый раздел настоящей статьи), а также различие вносимого самим мультиплексором затухания. Обычный мультиплексор сделан из последовательно соединенных фильтров, и если для первого в цепочке канала затухание может быть меньше одного децибела, то для последнего оно будет ближе к четырем (эти значения приведены для мультиплексора 1х16, на 16 длин волн). Этого недостатка лишены т.н. компактные CWDM-мультиплексоры, но они на нашем рынке появились совсем недавно.Также полезно помнить, что никто не запрещает строить двухволоконные CWDM-линии, просто объединив два мультиплексора в один функциональный блок.Кроме этого замечу, что вполне возможно часть частотного ресурса выделить под КТВ, передавая по одному волокну до семи дуплексных потоков данных одновременно с аналоговым телевидением.

Системы DWDM — по сравнению с CWDM — имеют ряд особенностей.

Во-первых, они несколько дороже CWDM. Для их использования требуются лазеры со строгим допуском по длине волны и мультиплексоры очень высокой избирательности.

Во-вторых, используемые диапазоны лежат в рабочих зонах оптических усилителей EDFA. Это позволяет строить длинные линии с чисто-оптическим усилением без необходимости оптоэлектронного преобразования сигнала. Именно это свойство привело к тому, что многие при слове «DWDM» сразу представляют себе именно сложные системы монстров телеком-рынка, хотя подобное оборудование можно использовать и в более простых системах.И в-третих, затухание в C- и L-диапазонах минимально из всего окна прозрачности оптического волокна, что позволяет даже без усилителей строить линии бОльшей длины, чем при использовании CWDM.

Мультиплексоры DWDM — это так же пассивные устройства, как и мультиплексоры CWDM. Для числа каналов до 16 они также устроены из отдельных фильтров, и это довольно простые устройства. Однако мультиплексоры для бОльшего числа каналов делаются по технологии Arrayed Wavelength Grating, крайне чувствительной к изменениям температуры. Поэтому такие мультиплексоры выпускаются либо с электронной схемой термостабилизации (Thermal AWG), либо с применением специальных способов автокомпенсации, не требующих энергии (Athermal AWG). Это делает такие мультиплексоры более дорогими и нежными в эксплуатации.

Практические ограничения в волоконно-оптической связи

В заключение я немного расскажу об ограничениях, с которыми приходится иметь дело при организации связи по оптике.

Первое ограничение — это оптический бюджет, или баланс между потерями в оптоволоконной трассе, мощностю вводимого излучения и чувствительностью приемника трансивера..

Если мы говорим о двухволоконных линиях связи, расчет оптического бюджета достаточно сделать для одной длины волны — той, на которой будет вестись передача.

Как только у нас появляется волновое уплотнение (особенно в случае одноволоконных трансиверов или систем CWDM) — сразу надо вспомнить про неравномерность удельного затухания волокна на разных длинах волн и про затухание, вносимое мультиплексорами.

Если мы строим систему с промежуточными ответвлениями на OADM — не забываем посчитать затухание на OADM. Оно отличается для сквозного канала и выводимых длин волн.

Не забываем оставить несколько децибел эксплуатационного запаса.

Второе, с чем приходится иметь дело — это хроматическая дисперсия. Актуальной она по-настоящему становится для 10Гбит/с линий, и вообще говоря, о ней в первую очередь думает производитель оборудования. Кстати, именно дисперсия придает физический смысл упоминанию километров в маркетинговых названиях трансиверов. Специалисту эксплуатации просто полезно понимать, что есть такое свойство волокна и что кроме затухания сигнала в волокне картину портит ещё и дисперсия.

Для простых систем без усилителей расчет линии в основном сводится к расчету оптического бюджета, а тема расчета линии с усилителями вполне достойна отдельной статьи.

Вот, вкратце, инженерные основы технологий уплотнения в оптических линиях. Более подробную информацию Вы всегда можете получить у специалистов компании strela_>, по телефону

+7-812-640-47-07 или по электронной почте: [email protected]

1.1 Диапазон длин волн оптического излучения Gigahertz-Optik

1.1 Диапазон длин волн оптического излучения

Согласно DIN 5031 термин «оптическое излучение» относится к электромагнитному излучению в диапазоне длин волн от 100 нм до 1 мм. Термины «свет» и «видимое излучение» (VIS) относятся к диапазону длин волн от 400 до 800 нм, который может восприниматься человеческим глазом. Оптическое излучение с длинами волн короче 400 нм называется ультрафиолетовым (УФ) излучением и подразделяется на диапазоны УФ-А, УФ-В и УФ-С.Оптическое излучение с длинами волн более 800 нм называется инфракрасным излучением (ИК) и аналогично делится на ИК-А,


Рис. 1: Диапазоны длин волн электромагнитного излучения.


Следует подчеркнуть, что данная классификация электромагнитного излучения является условной и не основана на качественных свойствах самой электромагнитной волны. Напротив, это в значительной степени мотивировано воздействием электромагнитной волны на материю.Например, диапазон УФ-В охватывает длины волн солнечного спектра, который особенно ответственен за повреждение ДНК, вызывающее меланому и другие типы рака кожи. Поскольку сила радиационного воздействия на вещество не меняется резко с длиной волны, разные авторы определяют диапазоны UVA и UVB немного по-разному. Например, Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) и Агентство по охране окружающей среды США (EPA) определяют диапазон УФ-А как от 320 до 400 нм. Это отличается от определения двух основных органов стандартизации, CIE и DIN, которые определяют диапазон UVA как от 315 до 400 нм.

Функции спектральной чувствительности, такие как фотопическая реакция CIE, также были определены в других биологических эффектах оптического излучения, например. г. Повреждение ДНК, образование эритемы (солнечного ожога) и немеланомного рака кожи, загар кожи человека и процесс фотосинтеза у зеленых растений, которые были изучены и количественно определены с помощью спектральной чувствительности. В частности, в отношении определенных биологических реакций часто используется термин «спектр действия» вместо «спектральная чувствительность».


Рис. 2: Спектры действия для Erythema

Диапазон длин волн — обзор

II.B.1 Линейные свойства оптического волокна Волноводы

Оптические волокна очень прозрачны в определенных диапазонах длин волн в ближнем инфракрасном диапазоне , свойство, которое делает их привлекательными для таких приложений, как телекоммуникации. Линейные потери обычно находятся в диапазоне 0,2–1 дБ / км, т. Е. Незначительны по сравнению с потерями, возникающими при подключении к волокнам и от них, или с усилением, которое может быть обеспечено оптическими усилителями, следовательно, потери в пассивных оптических волокнах обычно могут составлять игнорируется при определении характеристик волоконных лазеров.

Оптические волокна, используемые в лазерах, обычно предназначены для направления одномодового излучения. Волокна со ступенчатым показателем преломления являются одномодовыми, если параметр нормализованной частоты удовлетворяет следующему ограничению:

V = 2πρλ (nco2 − ncl2) ≤2,405

, где ρ — радиус сердцевины, n co и n cl показатели преломления сердцевины и оболочки соответственно. Распределение интенсивности основной направленной моды приблизительно гауссово, со среднеквадратичной шириной или размером пятна, которые зависят от длины волны.На коротких длинах волн (т. Е. Близких к В, = 2,4) распределение интенсивности хорошо ограничено внутри сердцевины, и, следовательно, эффективный показатель направленной моды близок к показателю преломления сердцевины. На длинных волнах направленная мода слабо связана с сердцевиной, при этом распределение интенсивности хорошо распространяется на оболочку, и тогда эффективный показатель преломления близок к показателю преломления оболочки. Размер пятна или радиус модового поля, w s , для 1.2 < В <3 хорошо аппроксимируется

ws∼ρ0.65 + 1.619V − 3/2 + 2.879V − 6.

Выбор параметров при проектировании оптического волокна влияет не только на количество распространяющихся мод; Также присутствует компромисс между дисперсией и потерями из-за изгибов и стыков. Потери на изгибе в оптических волокнах с В > 1 обычно незначительны на коротких длинах, поэтому в дальнейшем мы сосредоточимся на дисперсии.

Зависимость размера пятна и эффективного показателя преломления управляемой моды от длины волны приводит к дисперсии волновода, т.е.То есть волны разной длины распространяются в волокне с разными скоростями. Полная дисперсия, испытываемая световодом в оптическом волокне, определяется суммой дисперсии материала и волновода, и в ней преобладает дисперсия материала, за исключением длин волн, где последняя мала. Дисперсия вызывает временное расширение оптического импульса во время распространения и развитие «чирпирования» оптической несущей частоты по импульсу. ЛЧМ может быть положительным или отрицательным, в зависимости от знака дисперсии, и часто является важным фактором в работе импульсных волоконных лазеров.Длина дисперсии, т. Е. Характерная длина, на которой эффекты дисперсии становятся значительными для развития импульса, может быть определена как LD = τo2 / | β2 |, где τ o — начальная среднеквадратичная ширина импульса по интенсивности, а β 2 дисперсия групповой скорости.

В стандартных волокнах со ступенчатым показателем преломления дисперсии материала и волновода компенсируются примерно на 1,3 мкм. На более длинных волнах общая дисперсия обычно отрицательна и называется аномальной (то есть, если β 2 <0, более коротковолновые компоненты в оптическом сигнале распространяются быстрее, чем более длинные волны).На более коротких длинах волн полная дисперсия имеет противоположный знак и называется нормальной. Типичные значения дисперсии в общедоступных ступенчатых волокнах с показателем индекса β 2 (1 мкм) = + 25 пс 2 / км и β 2 (1,55 мкм) = -20 пс 2 / км. Специально разработанные волокна могут иметь значительно измененные дисперсионные характеристики. Например, волокно со смещенной дисперсией может иметь длину волны с нулевой дисперсией 1,55 мкм, а волокно со сглаженной дисперсией обычно имеет небольшую дисперсию в широком диапазоне длин волн, например.г., от 1,3 до 1,55 мкм.

Двулучепреломление — еще одно линейное свойство волоконно-оптических волноводов, которое часто играет важную роль в характеристиках волоконного лазера. Двулучепреломление можно определить как зависимость постоянной распространения направленной моды от состояния ее поляризации. Величина двулучепреломления может быть охарактеризована длиной биений между состояниями ортогональной поляризации или периодом, в течение которого состояние поляризации развивается, т. Е. L B = λ / B , где для линейного двулучепреломления B = ∣ n x n y ∣.Двулучепреломление может быть вызвано некруглой симметрией сердцевины волокна (то есть двулучепреломлением формы) и / или асимметричным напряжением в волокне (из-за оптического эффекта напряжения). Последний тип двулучепреломления может быть вызван сжатием или изгибом оптического волокна. Изгиб кварцевого волокна по радиусу R обычно вызывает двойное лучепреломление B = -0,093 (ρ / R ) 2 . Например, изгиб волокна диаметром 125 мкм на радиус 2,5 см вызывает двулучепреломление с длиной биений L B ∼ 2.5 мес. Волокна с высоким двулучепреломлением (например, с L B <5 мм) часто называют волокнами с сохранением поляризации (PM), поскольку изгибы мало влияют на их двулучепреломление или поляризацию света, распространяющегося через волокно. Волоконные лазеры, изготовленные из волокон с высокой степенью двойного лучепреломления, менее чувствительны к изгибу и другим вызывающим напряжение возмущениям в окружающей среде.

Обзор и диаграмма спектра видимого света

Спектр видимого света — это часть спектра электромагнитного излучения, видимая человеческим глазом.По сути, это соответствует цветам, которые может видеть человеческий глаз. Диапазон его длин волн составляет примерно от 400 нанометров (4 x 10 -7 м, фиолетовый) до 700 нм (7 x 10 -7 м, красный). Он также известен как оптический спектр. света или спектра белого света.

Диаграмма длин волн и цветового спектра

Длина волны света, которая связана с частотой и энергией, определяет воспринимаемый цвет. Диапазоны этих различных цветов перечислены в таблице ниже.Некоторые источники довольно сильно различают эти диапазоны, и их границы несколько приблизительны, поскольку они переходят друг в друга. Края спектра видимого света переходят в ультрафиолетовый и инфракрасный уровни излучения.

Спектр видимого света
Цвет Длина волны (нм)
Красный 625–740
Оранжевый 590–625
Желтый 565–590
Зеленый 520–565
Голубой 500–520
Синий 435–500
Фиолетовый 380–435

Как белый свет превращается в радугу

Большая часть света, с которым мы взаимодействуем, имеет форму белого света, который содержит многие или все эти диапазоны длин волн.Сияющий белый свет через призму заставляет волны изгибаться под немного разными углами из-за оптического преломления. Полученный свет разделяется по видимому цветовому спектру.

Это то, что вызывает радугу, когда частицы воды в воздухе действуют как преломляющая среда. Порядок длин волн можно запомнить мнемоническим символом «Roy G Biv» для красного, оранжевого, желтого, зеленого, синего, индиго (сине-фиолетовая граница) и фиолетового. Если вы внимательно посмотрите на радугу или спектр, вы можете заметить, что голубой также появляется между зеленым и синим.Большинство людей не могут отличить индиго от синего или фиолетового, поэтому во многих цветовых таблицах он отсутствует.

Используя специальные источники, рефракторы и фильтры, вы можете получить узкую полосу с длиной волны около 10 нанометров, которая считается монохроматическим светом. Лазеры особенные, потому что они являются наиболее последовательным источником узко-монохроматического света, которого мы можем достичь. Цвета, состоящие из одной длины волны, называются спектральными цветами или чистыми цветами.

Цвета за пределами видимого спектра

Человеческий глаз и мозг могут различать гораздо больше цветов, чем те, что представлены в спектре.Фиолетовый и пурпурный — это способ мозга преодолеть разрыв между красным и фиолетовым. Ненасыщенные цвета, такие как розовый и голубой, также различимы, а также коричневый и коричневый.

Однако некоторые животные имеют другой видимый диапазон, часто простирающийся до инфракрасного диапазона (длина волны более 700 нанометров) или ультрафиолетового (длина волны менее 380 нанометров). Например, пчелы могут видеть ультрафиолетовый свет, который используется цветами для привлекают опылителей. Птицы также могут видеть ультрафиолетовый свет и иметь отметины, которые видны в черном (ультрафиолетовом) свете.У людей есть различия между тем, насколько далеко в красном и фиолетовом может видеть глаз. Большинство животных, которые видят ультрафиолет, не видят инфракрасный.

с точки зрения производителя освещения


Электромагнитный (ЭМ) спектр — это диапазон всех типов электромагнитного излучения. Он охватывает весь спектр света. Большинство из них невидимо невооруженным глазом. От гамма-лучей слева видимого спектра до длинных радиоволн справа.

Как ведущий производитель осветительных приборов, мы считаем науку и технологии света одновременно увлекательными и необходимыми. В этой статье я расскажу о Видимый свет ; и где он попадает в электромагнитный спектр, его характеристики и области применения.

ЭМ спектр света включает в себя световых волн . Одна из характеристик света — это то, как он ведет себя как волна с ее пиками и впадинами или гребнем (самая высокая точка) и впадиной (самая низкая точка).Благодаря этому атрибуту свет можно определить по длине волны.

Что такое длины волн?

Длина волны — это расстояние по горизонтали между двумя пиками волны. Свет измеряется его длиной волны (в нанометрах). Обычно обозначается греческим символом λ.

Видимый свет обычно определяется как имеющий длину волны в диапазоне 400–700 нанометров (нм) или одну миллиардную долю метра.

электромагнитных волн классифицируются в соответствии с их длиной и частотой (количество волн, прошедших точку за определенное время).Эта классификация определяет, находится ли электромагнитное излучение слева или справа от видимого спектра .

Свет — это энергия, которая принимает разные формы.

Вот о чем я …

На изображении ниже подробно показан электромагнитный спектр с выделенным светом. ( Обозначается как видимый спектр )

Видимый свет представляет собой небольшую часть всего ЭМ-спектра.

Изображение предоставлено : Электромагнитный спектр

Если вы посмотрите на l eft видимого спектра…

Эти типы излучения вредны для живых организмов из-за своей чрезвычайно высокой частоты. Вы найдете здесь категории гамма-лучей, рентгеновских лучей и ультрафиолетовых лучей.

Гамма-лучи — самые высокие по частоте и энергии, самые разрушительные.

Рентгеновские лучи — тоже волна высокой энергии и короткой длины. Большинство рентгеновских лучей имеют длину волны от 0,01 до 10 нанометров.

УФ (ультрафиолетовые лучи) — это электромагнитное излучение с длиной волны от 10 нм до 400 нм, короче, чем у видимого света, но длиннее рентгеновских лучей.Свет с длиной волны, которая сразу короче любого света в видимом спектре, называется ультрафиолетовым светом.

Видимый спектр — видимый спектр света — это часть электромагнитного спектра, видимая человеческим глазом. (подробнее об этом через секунду).

Теперь справа видимого спектра …

IR — Инфракрасные лучи — Тепловые волны, испускаемые тепловыми телами. Они выделяются теплом или тепловой энергией.

Микроволновая печь — В связи используется в радарах. Скорее всего, вы знаете, что он согревает пищу.

Радиоволны — Электромагнитная волна определенной частоты, используемая для связи на большие расстояния. У него самый низкий уровень энергии.

Длинные радиоволны — от 30 кГц до 279 кГц со средней длиной волны 1500 метров. С другой стороны, коротковолновый диапазон составляет от 1,5 до 30 МГц (длина волны от 10 до 85 метров).

Все радиоволны, короткие или длинные, принадлежат к электромагнитному излучению, как свет.Больше различий между коротковолновым и длинноволновым радио.

Теперь, когда мы понимаем весь спектр, давайте разберемся «в центре внимания» …

Видимый свет …

Что такое видимый свет в электромагнитном спектре?

Видимый свет находится в области, где ультрафиолет (УФ) находится слева от спектра, а инфракрасный (ИК) — справа. Это форма электромагнитного излучения, которую можно разделить на семь цветов.

Вероятно, он наиболее знаком вам, потому что это единственная область спектра, которая видна большинству человеческих глаз.

«Эта часть спектра включает в себя ряд разных цветов, каждый из которых представляет определенную длину волны. Таким образом образуются радуги; свет проходит через материю, в которой он поглощается или отражается в зависимости от длины волны. Таким образом, некоторые цвета отражаются больше. чем другие, что привело к созданию радуги ». [источник]

Цвет — одна из важнейших характеристик видимого света.

Цвета спектра видимого света

В видимом спектре есть семь диапазонов длин волн, которые соответствуют другому цвету.Каждый видимый цвет имеет длину волны. По мере того, как вы переходите от красного к фиолетовому, длина волны уменьшается, а энергия увеличивается.

кредит изображения: Видимый спектр

Вот 7 от самой короткой до самой длинной волны.

  1. Фиолетовый — самая короткая длина волны, около 400-420 нанометров с максимальной частотой. Они несут больше всего энергии.
  2. Индиго — 420 — 440 нм
  3. Синий — 440 — 490 нм
  4. Зеленый — 490 — 570 нм
  5. Желтый — 570 — 585 нм
  6. Оранжевый -585-620 нм
  7. Красный — самая длинная длина волны, около 620-780 нанометров с самой низкой частотой

источник: видимый цветовой спектр

УФ-свет, расположенный рядом с видимым светом в спектре, имеет более высокую частоту, что соответствует более высокому излучению.Если вы когда-либо получали солнечный ожог, то это было из-за ультрафиолетового излучения, испускаемого солнцем. Использование ультрафиолетового света выходит далеко за рамки летнего загара.

Приложения, использующие УФ-свет

Ультрафиолетовый свет имеет широкое и разнообразное применение. От соляриев до дезинфекции бактериями и инфекционного контроля.

Больницы используют ультрафиолетовые лампы для стерилизации хирургического оборудования, что снижает риск инфекций.

По словам Джона Хагемана, MS, CHP, специалиста по радиационной безопасности Юго-Западного научно-исследовательского института, «стерилизация, уничтожение бактерий (или любых типов клеток) медицинских инструментов в первую очередь достигается за счет излучения, вызывающего серьезные повреждения компонентов клетки и хромосомам клетки, в частности ДНК.

«Серьезное повреждение» ДНК — это множественные разрывы в длинной лестничной структуре ДНК. Радиация (например, гамма-лучи, рентгеновские лучи или бета- и альфа-излучение) обладает достаточной энергией для ионизации атомов и молекул; то есть он может создавать заряженные частицы и свободные радикалы ».

С другой стороны, рядом со спектром видимого света находится (ИК) инфракрасное излучение …

Эти волны длиннее волн видимого света, но короче радиоволн. Более длинные инфракрасные волны воспринимаются как тепло.Эта форма света невидима для человеческого глаза и также имеет множество применений.

Приложения, использующие инфракрасную энергию

Среди самых известных — пульты дистанционного управления, тепловизор и ночное видение.

Пульт дистанционного управления использует световые волны для переключения каналов. Он использует инфракрасный свет, передаваемый с помощью светодиодов, для отправки сигнала на ваше устройство или телевизор.

«Тепловидение — это метод улучшения видимости объектов в темноте путем обнаружения инфракрасного излучения объектов и создания изображения на основе этой информации.Тепловидение, освещение в ближнем инфракрасном диапазоне, формирование изображений при слабом освещении — три наиболее часто используемых технологии ночного видения ».

Связь

через ИК-порт можно использовать где угодно, так как она не опасна для человека.

Свет — это электромагнитное излучение. Он движется волнообразно и производится из источника .

Как поставщику решений для освещения, его легче разделить на разные источники света и их места в общей схеме электромагнитного спектра.

Источники видимого света

Различные типы источников света влияют на то, как наши глаза воспринимают цвета. Например, при дневном свете мы больше всего видим синий и зеленый. Дневной свет также дает более интенсивный, но более прохладный свет. При флуоресцентном освещении хорошо видны зеленый и красный цвета.

7 источников видимого света

1. Солнце — — главный источник света на Земле. Солнце излучает излучение во всем электромагнитном спектре, от рентгеновских лучей чрезвычайно высокой энергии до сверхдлинноволновых радиоволн и всего, что между ними.Пик этого излучения находится в видимой части спектра. [источник]

2. Лампа накаливания — — это электрический светильник с проволочной нитью, нагретой до такой высокой температуры, что она светится видимым светом (накал). Выходной сигнал выше в красном конце спектра, что дает ему теплый выход. Что также помещает его в основном за пределы видимого спектра. Галогенная лампа излучает непрерывный спектр света, от ближнего ультрафиолета до глубокого инфракрасного.

3. Флуоресцентный — коротковолновый ультрафиолетовый свет , который вызывает свечение люминофорного покрытия на внутренней стороне лампы . Спектр флуоресцентного света имеет высокую интенсивность от 480 до 570 нм. Флуоресцентные лампы смешиваются с другими типами источников света, чтобы получить свет, приближенный к солнечному.

4. Галоген — освещение возникает, когда вольфрамовая нить нагревается в достаточной степени для излучения света или «накала». Он использует газообразный галоген для увеличения светоотдачи.Спектр галогена показывает, что интенсивность больше в диапазоне от 650 до 950 нм. Это показывает, что существует большая концентрация красного света, длина волны которого составляет около 656,28 нм. [источник]

5. Светодиод — светодиод (LED) представляет собой двухпроводной полупроводниковый источник света. При активации излучает свет. Электрический ток проходит через микрочип, который освещает крошечные источники света, которые мы называем светодиодами, и в результате получается видимый свет. Светодиодные устройства охватывают весь спектр от ультрафиолета (УФ) до видимого и инфракрасного (ИК).

6. Лазер — «Усиление света вынужденным излучением». Слово «лазер» будет ограничиваться устройствами, излучающими электромагнитное излучение, использующими усиление света за счет вынужденного излучения с длинами волн от 180 нанометров до 1 миллиметра. Электромагнитный спектр включает энергию от гамма-лучей до электричества. [источник]

7. HID (высокоинтенсивный разряд) — — это тип электрической газоразрядной лампы, которая излучает свет с помощью электрической дуги между вольфрамовыми электродами, помещенными в полупрозрачную или прозрачную дуговую трубку из плавленого кварца или плавленого оксида алюминия.[источник]

Чаще всего встречается на больших площадях, таких как стадионы и склады. Или в уличных фонарях, автомобильных фарах и прожекторах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Солнечный свет, ультрафиолетовые лампы для стерилизации медицинских устройств и технологии ночного видения — все это формы электромагнитного излучения.

Часть электромагнитного спектра в диапазоне от 400 до 750 нм является видимой областью. Когда мы используем термин «свет», мы имеем в виду электромагнитную волну, которую видит большинство людей, — электромагнитную волну, которая стимулирует сетчатку.

Когда на глаз попадают все длины волн видимого света одновременно, воспринимается белый цвет. Белый — это сочетание всех цветов спектра.

Lumitex вдохновлен помочь вам с помощью ваших инновационных световых решений, которые адаптируются к вашей идее. У нас есть доступные осветительные приборы / решения, которые обеспечат равномерный свет для любого вашего проекта.

Видимый свет | Управление научной миссии

Что такое спектр видимого света?

Спектр видимого света — это сегмент электромагнитного спектра, который может видеть человеческий глаз.Проще говоря, этот диапазон длин волн называется видимым светом. Обычно человеческий глаз может определять длины волн от 380 до 700 нанометров.

ДЛИНА ВОЛНЫ ВИДИМОГО СВЕТА

Все электромагнитное излучение — это свет, но мы можем видеть только небольшую часть этого излучения — часть, которую мы называем видимым светом. Конусообразные клетки наших глаз действуют как приемники, настроенные на длины волн в этой узкой полосе спектра. Другие части спектра имеют длины волн, слишком большие или слишком маленькие и энергичные для биологических ограничений нашего восприятия.

Поскольку полный спектр видимого света проходит через призму, длины волн разделяются на цвета радуги, потому что каждый цвет имеет разную длину волны. Фиолетовый имеет самую короткую длину волны, около 380 нанометров, а красный — самую длинную волну, около 700 нанометров.

(слева) Эксперимент Исаака Ньютона в 1665 году показал, что призма изгибает видимый свет и что каждый цвет преломляется под немного другим углом в зависимости от длины волны цвета.Предоставлено: Трой Бенеш. (справа) Каждый цвет радуги соответствует разной длине волны электромагнитного спектра.

КОРОНА СОЛНЦА

Солнце является основным источником волн видимого света, которые воспринимаются нашими глазами. Самый внешний слой атмосферы Солнца, корона, можно увидеть в видимом свете. Но он настолько тусклый, что его нельзя увидеть, кроме как во время полного солнечного затмения, потому что яркая фотосфера подавляет его. Фотография ниже была сделана во время полного затмения Солнца, где фотосфера и хромосфера почти полностью заблокированы Луной.Сужающиеся узоры — корональные стримеры — вокруг Солнца формируются направленным наружу потоком плазмы, которая формируется силовыми линиями магнитного поля, простирающимися на миллионы миль в космос.

Кредит: © 2008 Милослав Друкмюллер, Мартин Дитцель, Петер Аниол, Войтех Рушин

ЦВЕТ И ТЕМПЕРАТУРА

По мере того, как объекты становятся горячее, они излучают энергию, в которой преобладают более короткие волны, меняя цвет на наших глазах. Пламя паяльной лампы переходит от красноватого к голубоватому по мере того, как оно становится более горячим.Точно так же цвет звезд сообщает ученым об их температуре.

Наше Солнце излучает больше желтого света, чем любой другой цвет, потому что температура его поверхности составляет 5 500 ° C. Если бы поверхность Солнца была холоднее, скажем, на 3000 ° C, она выглядела бы красноватой, как звезда Бетельгейзе. Если бы Солнце было горячее, скажем, 12000 ° C, оно выглядело бы синим, как звезда Ригель.

Эксперимент Исаака Ньютона в 1665 году показал, что призма изгибает видимый свет и что каждый цвет преломляется под немного другим углом в зависимости от длины волны цвета.

Кредит: Дженни Моттар; Изображение предоставлено SOHO / консорциум

Камера HiRISE на борту космического корабля MarsReconnaissance Orbiter (MRO) сделала это захватывающее изображение кратера Виктория в видимом свете Фото: НАСА / Лаборатория реактивного движения / Университет Аризоны

СПЕКТРЫ И СПЕКТРАЛЬНЫЕ ЗНАКИ

Тщательное изучение спектра видимого света от нашего Солнца и других звезд обнаруживает узор из темных линий, называемых линиями поглощения.Эти закономерности могут дать важные научные ключи к разгадке, раскрывающей скрытые свойства объектов во Вселенной. Определенные элементы в атмосфере Солнца поглощают свет определенных цветов. Эти образцы линий в спектре действуют как отпечатки пальцев для атомов и молекул. Например, глядя на спектр Солнца, можно увидеть отпечатки элементов, которые хорошо знакомы с этими закономерностями.

Узоры также видны на графике отражательной способности объекта. Элементы, молекулы и даже клеточные структуры обладают уникальными характеристиками отражательной способности.График отражательной способности объекта в спектре называется спектральной сигнатурой. Спектральные характеристики различных объектов Земли в видимом спектре света показаны ниже.

Кредит: Джинни Аллен

АКТИВНОЕ ДИСТАНЦИОННОЕ ОБНАРУЖЕНИЕ — АЛЬТИМЕТРИЯ

Лазерная альтиметрия — пример активного дистанционного зондирования с использованием видимого света. Прибор НАСА с помощью системы лазерного высотомера (GLAS) на борту спутника измерения высоты льда, облаков и суши (ICESat) позволил ученым рассчитать высоту полярных ледяных щитов Земли с помощью лазеров и дополнительных данных.Изменения высоты во времени помогают оценить изменения количества воды, хранящейся в виде льда на нашей планете. На изображении ниже показаны данные о высоте над ледниковыми потоками Западной Антарктики.

Лазерные высотомеры

также могут выполнять уникальные измерения высоты и характеристик облаков, а также поверхности и структуры растительного покрова леса. Они также могут определять распространение аэрозолей от таких источников, как пыльные бури и лесные пожары.

Авторы и права: НАСА / Центр космических полетов Годдарда

Начало страницы | Далее: Ультрафиолетовые волны


Цитирование
APA

Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства, Управление научных миссий.(2010). Видимый свет. Получено [укажите дату — например, 10 августа 2016 г.] , с веб-сайта NASA Science: http://science.nasa.gov/ems/09_visiblelight

MLA

Управление научной миссии. «Видимый свет» NASA Science . 2010. Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства. [укажите дату — например, 10 августа 2016 г.] http://science.nasa.gov/ems/09_visiblelight

Атомная спектроскопия — спектральные диапазоны длин волн, дисперсия в воздухе

15.Спектральные диапазоны длин волн, дисперсия воздуха

Диапазоны, представляющие наибольший интерес для оптической атомной спектроскопии:

~ 2-20 мкм средний инфракрасный (ик)
700-2000 нм рядом с ИК-датчиком
400-700 нм видимые
200-400 нм ближний ультрафиолет (УФ)
100-200 нм вакуумный уф или дальний уф
10-100 нм Extreme uv (euv или xuv)
<10 нм мягкий рентген, рентгеновский снимок

Приведенное выше соответствие имен диапазонам не следует воспринимать как точное; различия в степени охвата некоторых из названных диапазонов, встречающихся в литературе, весьма значительны.

Длины волн в стандартном воздухе часто приводятся в таблицах для области более 200 нм. Эти длины волн могут быть связаны с различиями уровней энергии путем преобразования в соответствующие (вакуумные) волновые числа или частоты [20].

16. Стандарты длины волны (частоты)

В 2001 году Международный комитет Poids et Mesures рекомендовал значения для оптических стандартов частоты для стабилизированных лазеров, использующих различные поглощающие атомы, атомарные ионы и молекулы [21]. Диапазон этих частот составляет 29 054 057 446 579 Гц (10.318 436 884 460 мкм, относительная стандартная неопределенность 1,4 × 10 -13 для перехода в OsO 4 к 1 267 402 452 889,92 кГц (236,540 853 549 75 нм; относительная стандартная неопределенность 3,6 × 10 -13 ) для переход в ионе 115 In + [21].

Обширные таблицы волновых чисел для молекулярных переходов в среднем ИК диапазоне от 2.3 до 20.5 мкм включены в калибровочный атлас, опубликованный в 1991 г. [22]. Волновые числа эмиссионных линий Ar I [23] и Ar II [24] с погрешностями до 0.0003 см -1 включены в таблицы для этих спектров, охватывающих широкий диапазон от 222 нм до 5,865 мкм. Измерения линий U и Th (575–692 нм), подходящие для калибровки волнового числа с уровнями неопределенности 0,0003 см –1 или 0,0004 см –1 , были представлены в работе. [25]. Подробные таблицы линий для U [26], Th [27] и I 2 [28] полезны для калибровки при уровнях неопределенности от 0,002 см -1 до 0,003 см -1 , атлас Th спектр простирается до 278 нм.

Компиляция 1974 года дает эталонные длины волн для примерно 5400 линий из 38 элементов, охватывающих диапазон от 1,5 нм до 2,5 мкм, с наибольшей погрешностью между 10 -5 и 2 × 10 -4 нм [29]. Длины волн для некоторых 1100 линий Fe, выбранных из спектра полого катода Fe / Ne, были рекомендованы в качестве эталонных стандартов в диапазоне от 183 нм до 4,2 мкм с погрешностями волнового числа от 0,001 см -1 до 0,002 см -1 [30 ]. Длины волн около 3000 vuv- и uv-линий (от 110 до 400 нм) от Pt / Ne лампы с полым катодом были определены с погрешностью 0.0002 нм или меньше [31]. Более поздние высокоточные измерения ультрафиолетовых линий Fe I, Ge I, Kr II и Pt I, II включают некоторые длины волн с погрешностями менее 10 -5 нм [32]. Длины волн, приведенные в таблице для линий Kr и Pt в [32], простираются от 171 нм до 315 нм, и обсуждается точность более ранних измерений ряда спектров, полезных для калибровки длины волны.

Природа цвета

Электромагнитные волны имеют много разных длин волн и частот, которые охватывают диапазон, известный как электромагнитный спектр (рис.1.1). Свет — это узкий диапазон электромагнитных волн, которые может обнаружить глаз. Свет с разной длиной волны вызывает разное восприятие цвета. Самые длинные волны вызывают восприятие красного, а самые короткие — фиолетового. Видимая, ультрафиолетовая и инфракрасная области спектра классифицированы в таблице 1.1.

Рисунок 1.1 Электромагнитный спектр.

Таблица 1.1 Ультрафиолетовая, видимая и инфракрасная области электромагнитного спектра.

Спектральная область Диапазон длин волн в нм Субрегион
Ультрафиолетовый 100-280
280-315
315-380
UV-C
UV-A

UV-C
UV-A
Видимый 380-430
430-500
500-520
520-565
565-580
580-625
625-740
Фиолетовый
Синий
Голубой
Зеленый
Желтый
Оранжевый
Красный
Красный
Инфракрасный 740-1400
1400-10000
Ближний ИК-диапазон
Дальний ИК-диапазон

На протяжении многих веков люди очень интересовались цветом.Однако научное изучение цвета восходит к Ньютону только тогда, когда он провел свой классический эксперимент с призмой.

Ощущение цвета вызывается физической стимуляцией световых детекторов, называемых колбочками, в сетчатке глаза человека. Спектр цветов, создаваемых призмой, называется спектрально чистым или монохроматическим. Они связаны с длиной волны, как показано на рис. 1.2. Говорят, что разные спектрально чистые цвета имеют разный оттенок. Спектрально чистый или монохроматический цвет может быть получен с помощью одной длины волны.Например, оранжевый цвет соответствует длине волны 600 нм. Однако тот же цвет может быть получен с помощью комбинации двух световых лучей, один из которых является красным с длиной волны 700 нм, а другой — желтым с длиной волны 580 нм, без оранжевого компонента. В этой книге, когда мы говорим о спектрально чистом световом луче, это не означает, что он формируется из луча с одной длиной волны, как в традиционных книгах по физике или интерферометрии. Вместо этого это означает, что он имеет тот же цвет, что и световой луч с одной длиной волны, соответствующий его цвету.Только с помощью прибора, называемого спектроскопом, два или более компонента, используемых для получения цвета, могут быть идентифицированы глазом. По этой причине мы говорим, что глаз — это устройство-синтезатор. Напротив, когда ухо слушает оркестр, можно идентифицировать отдельные инструменты, производящие звук. Таким образом, мы говорим, что ухо — это анализатор.

Рис. 1.2 Видимый спектр со спектральными линиями водорода в качестве эталона.

Не все цвета в природе спектрально чисты, поскольку их можно смешивать с белым.Таким образом, смесь красного и белого дает розовый цвет, который изменяется от чисто красного (насыщенность 100%) до белого (насыщенность 0%), в зависимости от относительного количества красного и белого. Все эти цвета, полученные путем смешивания спектрально чистого цвета с белым, имеют одинаковый оттенок , но разную насыщенность .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *