Sendu inn spurningu

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=

Hvað er ljósleiðari?

Þegar talað er um ljósleiðara er oftast átt við granna þræði úr gleri eða plasti sem eru búnir þeim eiginleikum að geta leitt ljós frá einum stað til annars. Tilkoma ljósleiðara hefur valdið byltingu í samskiptatækni, en ljósleiðarar eru einnig notaðir í öðrum tilgangi, til dæmis í lækningatækjum.

Til að skilja hvernig ljós helst inni í ljósleiðara yfir langar vegalengdir þurfum við að skoða lögmál Snells um ljósbrot.

Þegar ljósgeisli ferðast úr efni með brotstuðul n1 yfir í efni með brotstuðul n2 þá breytir ljósið um stefnu. (Brotstuðull efnis segir til um hver hraði ljóssins er í viðkomandi efni eins og lesa má í svari við spurningunni Er hraði ljóssins breytilegur?) Þægilegt er að skilgreina stefnu ljóssins í hvoru efni fyrir sig með hornunum f1 og f2 útfrá línu sem dregin er hornrétt á skilflöt efnanna eins og sýnt er á mynd 1. Samband brotstuðuls og innfalls-/útfallshorns er gefið með jöfnunni

n1 sin(f1) = n2 sin(f2).

Þessi jafna kallast lögmál Snells. Setjum sem svo að annað efnið sé loft (n1 ~ 1) og hitt vatn (n2 ~ 1.33). Ljósgeisli sem kemur upp úr vatninu „brotnar“ við yfirborðið og heldur áfram í aðra stefnu (f1 > f2). Horfi maður til dæmis á stöng sem dýft er í vatnið sýnist stöngin þess vegna styttri en hún er í raun (sbr. strikalínu á mynd 1).

Verði hornið f2 nú stærra kemur að því að stefna ljóssins í efni 1 verður samsíða skilfletinum milli efnanna (strikalína á mynd 2). Hornið f2 kallast þá markhorn. Sé f2 stærra en markhornið þá speglast ljósið algerlega af skilfleti efnanna. Þetta fyrirbæri kallast alspeglun (e. total internal reflection).



Hið sama gildir ef við sendum ljós inn í grannan glerþráð (mynd 3). Ljósið endurkastast að fullu af skilfleti glers og lofts, svo framarlega sem innfallshorn geislans er alltaf stærra en markhornið. Sé ljósleiðarinn til dæmis sveigður of mikið getur ljósið hins vegar sloppið út. Þegar um miðja 19. öld hafði verið sýnt fram á að ljós gæti á þennan hátt ferðast inni í mjórri vatnsbunu eða í bognum glerstaut. Meira en hundrað ár liðu þó þar til ljósleiðarar urðu nægilega góðir til að leiða ljós langar vegalengdir.




Nútíma ljósleiðari (mynd 4) samanstendur af kjarna og klæðningu, oftast úr gleri. Alspeglunin á sér stað á skilum þessara tveggja efna og klæðningin hefur því örlítið lægri brotstuðul en kjarninn. Með þessum hætti má verja speglunaryfirborðið fyrir umhverfinu. Þessi tvískipti glerþráður, sem er eilítið breiðari en mannshár, er síðan styrktur og varinn með plastklæðningu. Til að senda ljós langar vegalengdir þarf glerið í ljósleiðaranum einnig að vera mjög hreint. Óhreinindi í glerinu geta gleypt í sig eða tvístrað ljósinu sem ferðast eftir ljósleiðaranum. Ísog og tvístrun eru háð bylgjulengd ljóssins og í flestum tilfellum er það innrautt ljós með bylgjulengd á bilinu 1300-1600 nm sem ferðast lengst og er það því oftast notað til að senda upplýsingar gegnum ljósleiðara.

Ljósleiðarar eru oft lagðir margir saman í sæstreng til að flytja mikið magn af gögnum milli landa og heimsálfa. Um 90% af talsíma-, farsíma- og Internetumferð milli landa fer í dag um ljósleiðara – aðeins 10% eru enn flutt með hjálp gervihnatta, mest í vanþróaðri löndum og til einangraðra staða. Afkastamestu sæstrengir flytja 1000-3000 Gb/s. CANTAT-3 sæstrengurinn til Íslands, sem tengdur var árið 1994, hefur 2.5 Gb/s flutningsgetu til Evrópu og annað eins til Bandaríkjanna. Á fyrri hluta árs 2002 notuðu Íslendingar aðeins um 15% af þessari flutningsgetu á háannatíma. Fyrirhugað er að tengja nýjan sæstreng (FARICE) milli Íslands, Færeyja og Skotlands í lok árs 2003, fáist nægileg fjármögnun til verkefnisins. Flutningsgeta strengsins verður um 1200 Gb/s en áætlaður kostnaður (í júní 2001) við að leggja hann er um 6-7 milljarðar króna.

Ljósleiðara má einnig framleiða á kísilflögum sem hafa þunnt glerlag á yfirborðinu (mynd 5). Með þessari tækni má búa til nokkurs konar ljósrásir, sambærilegar við rafrásir (sjá Hvers vegna er ekki farið að smíða móðurborð í tölvur úr ljósleiðurum?). Ljósleiðararnir eru þó enn þeim takmörkunum háðir að beygi þeir of skarpt þá tapast ljósið úr þeim og ljósrásir eru því almennt mun stærri en örrásir fyrir rafstraum.

Útgáfudagur

26.7.2002

Spyrjandi

Guðfinna Steingrímsdóttir
Sigrún Guðjónsdóttir, f. 1983

Höfundur

Kristján Leósson

eðlisverkfræðingur

Tilvísun

Kristján Leósson. „Hvað er ljósleiðari?“ Vísindavefurinn, 26. júlí 2002. Sótt 19. nóvember 2017. http://visindavefur.is/svar.php?id=2610.

Kristján Leósson. (2002, 26. júlí). Hvað er ljósleiðari? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=2610

Kristján Leósson. „Hvað er ljósleiðari?“ Vísindavefurinn. 26. júl. 2002. Vefsíða. 19. nóv. 2017. <http://visindavefur.is/svar.php?id=2610>.

Chicago | APA | MLA

Sendu inn spurningu
eða

Vísindadagatalið

Mikki mús

Almenningur fékk fyrst að líta Mikka mús augum 18. nóvember 1928 í myndinni Steamboat Willie eða Gufubáturinn Villi. Steamboat Willie er þekkt fyrir að vera ein fyrsta hljóðteiknimyndin. Mína mús, kærasta Mikka, kom einnig fram á sjónarsviðið í myndinni.