Co je Step Index Fiber?

Definice step-index vlákna

Definice: Step-index vlákno je typ optického vlákna klasifikovaný podle svého rozdělení lomového indexu. Jako optický vlnovod má konstantní lomový index uvnitř jádra a jiný konstantní lomový index uvnitř obalu. Poznávacím znakem je, že lomový index jádra je mírně vyšší než lomový index obalu, s náhlou změnou na hranici jádro-obal – odtud termín „step-index“.

Profil lomového indexu step-index vlákna je znázorněn na následujícím obrázku:

Šíření ve step-index vlákně

Když se paprsek světla šíří skrz step-index optické vlákno, sleduje cestu tvořenou přímými čarami, což je možné díky úplnému vnitřnímu odrazu na hranici jádro-obal.

Matematicky je profil lomového indexu step-index vlákna vyjádřen jako:

a je poloměr jádra; r je radiální vzdálenost

Režimy step-index vlákna

Step-index jednorežimové vlákno

V step-index jednorežimovém vlákně je průměr jádra tak extrémně malý, že umožňuje pouze jeden režim šíření, což znamená, že jen jeden paprsek světla prochází vlákny. Tato unikátní charakteristika eliminuje zkreslení způsobené rozdíly v prodlevách mezi více paprsky.

Šíření paprsku světla skrz step-index jednorežimové optické vlákno je znázorněno na následujícím obrázku:

Charakteristiky step-index jednorežimového vlákna

Průměr jádra je zde velmi úzký, což umožňuje pouze jeden režim šíření procházet vlákny. Typicky se velikost jádra pohybuje mezi 2 a 15 mikrometry.

Step-index více-režimové vlákno

V step-index více-režimových vláknech je průměr jádra dostatečně velký, aby umožnil více režimů šíření, což znamená, že několik paprsků světla může procházet vlákny současně. Nicméně, toto současné šíření několika paprsků způsobuje zkreslení kvůli rozdílům v jejich prodlevách šíření.

Šíření paprsků světla skrz step-index více-režimové optické vlákno je znázorněno na následujícím obrázku:

Charakteristiky jádra více-režimového vlákna

Následující obrázek jasně ukazuje, že průměr jádra je dostatečně velký, aby umožnil několik cest šíření. Typicky se velikost jádra pohybuje mezi 50 a 1000 mikrometry.

Variace lomového indexu ve step-index vláknech

Je třeba poznamenat, že profil lomového indexu step-index vláken je charakterizován:

Zdroj světla a charakteristiky step-index vláken

Jednotlivé diody (LED) jsou hlavním zdrojem světla používaným v těchto vláknech.

Výhody step-index vláken

• Jednoduchý výrobní proces

• Ekonomická výroba

• Šíření pomocí úplného vnitřního odrazu

Nevýhody step-index vláken

• Jednorežimové šíření omezující kapacitu přenosu informací kvůli omezení, že lze přenášet pouze jeden paprsek světla najednou.

• Obtíže při spojení světla způsobené malým průměrem jádra.

Aplikace step-index vláken

Step-index vlákna jsou především používána v místních počítačových sítích (LAN). To je proto, že jejich kapacita přenosu informací je nižší než u gradientních vláken.