Jak działa światłowód i czym jest prawo Snelliusa?

Światłowód to dość osobliwy przewód. Zamiast rdzenia wykonanego z miedzi lub aluminium, znajduje się w nim struktura, która jest praktycznie w 100% przezroczysta dla światła. Otacza ją płaszcz, który odgrywa niebagatelną rolę w trakcie transmisji sygnału optycznego. Jak zatem działa światłowód i gdzie tu miejsce dla tytułowego prawa Snelliusa?

Czym jest światłowód?

Jak działa światłowód? Od czysto praktycznej strony zasada, na której opiera się działanie światłowodu, jest bardzo prosta. Sygnał nadawany z jednego końca jest transmitowany w szklanym rdzeniu i dociera do drugiego końca przewodu w sposób praktycznie bezstratny.

Zjawisko to jest spowodowane przenikaniem strumienia fotonów przez rdzeń przewodu optycznego. Co ciekawe, nie przemieszczają się one wzdłuż osi rdzenia, lecz odbijają od wewnętrznej powierzchni okalającego ją płaszcza. I tu w grę wchodzi tytułowe prawo Snelliusa, które w sposób teoretyczny tłumaczy podstawowe działanie instalacji optycznych, w tym również samego światłowodu.

Na czym polega prawo Snella?

Gdy popatrzymy na obiekty zanurzone w wodzie, zauważymy pewnie, że są one w pewnym stopniu załamane względem ich wynurzonej części. Zjawisko to starał się wyjaśnić holenderski astronom oraz matematyk Willebrord Snell (którego zwano Snelliusem). Co ciekawe, udało się to w 1621 roku. Na marginesie warto dodać, że ludzkość poznała tą zależność znacznie szybciej, obserwując otaczający świat.

Prawo Snelliusa można sprowadzić do stwierdzenia, że promień świetlny odbity zawsze leży w tej samej płaszczyźnie co promień padający. Od strony matematycznej tłumaczy ono zależność kąta padającego do załamanego. Zgodnie z tym prawem, jeśli światło przechodzi z ośrodka, które charakteryzuje się mniejszym współczynnikiem załamania światła, do ośrodka o współczynniku wyższym, to kąt załamania jest mniejszy od kąta padania.

Kiedy obowiązuje prawo Snella?

Warto podkreślić, że prawo Snella obowiązuje jedynie w tych ośrodkach, które są jednorodne. Oznacza to, że jeśli w przewodzie optycznym są jakieś skazy, to promień świetlny może rozproszyć się w zupełnie nieprzewidywalnych kierunkach. Jeśli będzie to sygnał o określonej częstotliwości, to najprawdopodobniej ulegnie on zakłóceniu. Wiedzą o tym zwłaszcza te osoby, które wykonują pomiary sieci FTTH. Jeśli spawarka do światłowodów wykona niedokładne połączenie dwóch końcówek przewodów optycznych, to sygnał płynący przez nie może ulec zniekształceniu.

Jeśli zatem nadal zastanawiacie się, jak działa światłowód, to prawo Snella jest jednoznaczną odpowiedzią na Wasze pytanie.