Hvad er Step Index Fiber?

Definition af Step-Index Fiber

Definition: En step-index fiber er en type optisk fiber, der klassificeres ud fra dens fordeling af brydningsindeks. Som et optisk lederelement har den en konstant brydningsindeks i kernen og en anden konstant brydningsindeks i kladdingen. Mærkelsigt er brydningsindeksen i kernen lidt højere end i kladdingen, med en pludselig ændring ved grænsen mellem kerne og kladding - hvilket giver navnet "step-index".

Brydningsindeksprofilen for en step-index fiber vises på figuren nedenfor:

Forskydning i Step-Index Fibers

Når et lysstråle forskeles gennem en step-index optisk fiber, følger det en zigzag-bane bestående af rette linjer, et fænomen, der muliggøres ved total indre refleksion ved grænsen mellem kerne og kladding.

Matematisk udtrykt er brydningsindeksprofilen for en step-index fiber som følger:

a er kernens radius; r er den radiale afstand

Tilstande i step-index fiber

Step-Index Single-Mode Fiber

I en step-index single-mode fiber er kerne-diameteren så ekstremt lille, at den kun tillader én forskeletilstand, hvilket betyder, at kun ét lysstråle rejser gennem fibren. Dette unikke træk eliminere forvrængning, der skyldes forskelle i forsinkelse mellem flere stråler.

Forskydningen af et lysstråle gennem en step-index single-mode optisk fiber vises på figuren nedenfor:

Egenskaber for Step-Index Single-Mode Fiber

Her er kerne-diameteren bemærkelsesværdigt smal, hvilket gør, at kun én forskeletilstand kan rejse gennem fibren. Typisk ligger kerne-størrelsen mellem 2 og 15 mikrometer.

Step-Index Multimode Fiber

I step-index multimode fiberer er kerne-diameteren stor nok til at tillade flere forskeletilstande, hvilket betyder, at flere lysstråler kan rejse gennem fibren samtidigt. Dog forårsager denne samtidige forskele af flere stråler forvrængning pga. forskelle i deres forsinkelser.

Forskydningen af lysstråler gennem en step-index multimode optisk fiber vises på figuren nedenfor:

Kerneegenskaber for Multimode Fiber

Figuren ovenfor viser tydeligt, at kerne-diameteren er stor nok til at tillade flere forskeleveje. Typisk ligger kerne-størrelsen mellem 50 og 1000 mikrometer.

Variation i Brydningsindeks i Step-Index Fibers

Det skal bemærkes, at brydningsindeksprofilen for step-index fiberer karakteriseres ved:

Lyskilde og Egenskaber for Step-Index Fibers

Lysemittorer (LED'er) er de primære lyskilder, der bruges i disse fiberer.

Fordele ved Step-Index Fibers

• Enkel fremstillingsproces

• Kostnadseffektiv produktion

• Forskydning via total indre refleksion

Ulemper ved Step-Index Fibers

• Single-mode forskele begrænser informationskapaciteten, da kun ét lysstråle transmitterer ad gangen.

• Svært at kopople lys på grund af den lille kerne-diameter.

Anvendelser af Step-Index Fibers

Step-index fiberer anvendes hovedsageligt i lokale netværksforbindelser (LAN). Dette skyldes, at deres informationsoverførselskapacitet er lavere end for graduerede indeksfiberer.