KWALIFIKACJA INF8 - STYCZEŃ 2018

PYTANIE NR 5.
Mod oznaczony na rysunku ncl jest nazywany modem
Ilustracja przedstawia schemat optyczny związany z propagacją światła w medium, najprawdopodobniej w kontekście technologii
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
Mod wyciekający występuje, gdy kąt padania na granicę rdzeń–płaszcz jest mniejszy od kąta granicznego (θx < θc), więc nie ma całkowitego wewnętrznego odbicia.
Wtedy część energii załamuje się do płaszcza (obszar ncl) i mod szybko się tłumi.

Pełne wyjaśnienie:

W światłowodzie światło może rozchodzić się w różnych modach propagacji. Kluczowe jest, czy na granicy rdzeń–płaszcz zachodzi całkowite wewnętrzne odbicie.

Warunek całkowitego wewnętrznego odbicia spełniony jest wtedy, gdy kąt padania θ jest co najmniej równy kątowi granicznemu θc (θ ≥ θc). Kąt graniczny zależy od współczynników załamania rdzenia i płaszcza; w uproszczeniu jest to granica między sytuacją "światło zostaje w rdzeniu" a sytuacją "światło ucieka do płaszcza".

Na rysunku widać, że θx jest mniejszy od θcx < θc). Oznacza to, że nie zachodzi pełne prowadzenie w rdzeniu: część energii załamuje się do obszaru płaszcza opisanego parametrem ncl. Taki sposób rozchodzenia się fali nazywa się modem wyciekającym, ponieważ moc optyczna "przecieka" z rdzenia do płaszcza i w rezultacie mod zanika na pewnej długości (ma większe tłumienie niż mody kierowane).

Odpowiedź "wyciekającym" jest więc właściwa, bo dokładnie opisuje przypadek, w którym fala nie spełnia warunku TIR i traci energię do płaszcza.

Pozostałe odpowiedzi są niepoprawne z następujących powodów:

  • "pochłanianym" sugeruje dominujące straty materiałowe (absorpcję), a rysunek przedstawia geometrię załamania/odbicia na granicy ośrodków, czyli mechanizm ucieczki energii, nie wprost pochłanianie.
  • "odbitym skokowo" i "odbitym gradientowo" koncentrują się na odbiciu; tymczasem kluczowy jest fakt, że przy θx < θc zachodzi załamanie do płaszcza, czyli utrata prowadzenia. Dodatkowo pojęcia "skokowo" i "gradientowo" odnoszą się raczej do profilu współczynnika załamania (skokowy/gradientowy) niż do nazwy modu w tej sytuacji.

W praktyce instalacyjnej i pomiarowej (sieci światłowodowe) mody wyciekające pojawiają się m.in. przy zbyt małym promieniu gięcia lub niejednorodnościach, co przekłada się na wzrost tłumienia i spadek budżetu mocy.

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
Mod wyciekający to sposób propagacji, w którym energia pola nie pozostaje w rdzeniu, tylko częściowo przenika do płaszcza i jest stopniowo tracona. Dzieje się tak, gdy nie jest spełniony warunek całkowitego wewnętrznego odbicia, więc fala "ucieka" z prowadzenia.
Gdy θ < θc, promień nie spełnia warunku całkowitego wewnętrznego odbicia na granicy rdzeń–płaszcz. Wtedy zamiast pozostawać w rdzeniu, część energii ulega załamaniu do ośrodka o współczynniku ncl, czyli do płaszcza, co powoduje dodatkowe straty.
nco oznacza współczynnik załamania rdzenia (core), a ncl współczynnik załamania płaszcza (cladding). Na rysunkach są to zwykle dwa obszary o różnych opisach; jeśli promień "wychodzi" do obszaru ncl, oznacza to ucieczkę energii do płaszcza.
Mody wyciekające mają większe tłumienie niż mody kierowane, bo część mocy nie jest prowadzona w rdzeniu i przenika do płaszcza, gdzie jest tracona. W praktyce może to obniżyć margines w budżecie mocy i pogorszyć parametry łącza, zwłaszcza na dłuższych odcinkach.
Często pojawiają się przy zbyt mocnym zgięciu włókna (zbyt mały promień gięcia), lokalnych naciskach, mikrozgięciach lub niejednorodnościach. Takie zjawiska zmieniają warunki odbicia na granicy rdzeń–płaszcz i mogą doprowadzić do ucieczki mocy do płaszcza.
Nie. Mod wyciekający "jeszcze" częściowo zachowuje związek z prowadzeniem w strukturze rdzeń–płaszcz, ale traci energię do płaszcza na pewnej długości. Mody promieniowania tracą energię szybciej i nie są prowadzone w rdzeniu; w uproszczeniu są mniej "związane" z włóknem.
Typowe pomyłki to: mylenie ncl (parametr płaszcza) z nazwą modu, automatyczne zakładanie całkowitego odbicia bez porównania θ z θc oraz wybór odpowiedzi sugerujących "odbicie", mimo że rysunek pokazuje istotne załamanie do płaszcza i ucieczkę energii.
W schematach zwykle porównuje się kąt padania θ z kątem granicznym θc. Gdy θ ≥ θc, promień nie przechodzi do płaszcza (brak promienia załamanego do obszaru ncl), a energia pozostaje w rdzeniu. Gdy widać promień w płaszczu, TIR nie jest spełnione.
Kąt graniczny θc wyznacza granicę między prowadzeniem a ucieczką energii. Jeśli warunek θ ≥ θc jest spełniony, światło jest skutecznie prowadzone w rdzeniu dzięki całkowitemu wewnętrznemu odbiciu. Gdy θ jest mniejszy, pojawia się załamanie do płaszcza i dodatkowe straty.
Skup się na: budowie rdzeń/płaszcz, pojęciach nco i ncl, warunku całkowitego wewnętrznego odbicia oraz skutkach zgięć włókna dla tłumienia. Trenuj interpretację prostych rysunków z θ i θc oraz łącz to z praktyką instalacyjną (promień gięcia, mikrozgięcia).
info

Około 33% zdających odpowiada poprawnie na to pytanie. bardzo trudne

Źródła:

  • Gerd Keiser, "Optical Fiber Communications", rozdziały o prowadzeniu światła, kącie granicznym i modach (leaky modes), wydania podręcznikowe (źródło książkowe).
  • Govind P. Agrawal, "Fiber-Optic Communication Systems", część dotycząca podstaw propagacji w światłowodzie i strat, wydania podręcznikowe (źródło książkowe).
  • Wikipedia: "Total internal reflection" (definicja kąta granicznego i warunku TIR) https://en.wikipedia.org/wiki/Total_internal_reflection - accessed 2026-03-02

Materiały:

  • Podręcznik/rozdziały z podstaw transmisji światłowodowej (mody, TIR, tłumienie)
  • Notatki z fizyki: prawo Snelliusa i kąt graniczny
  • Materiały szkolne do kwalifikacji związanych z sieciami: sekcje o medium światłowodowym

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego