ステップインデックスファイバーの定義
定義: ステップインデックスファイバーは、屈折率分布に基づいて分類される光ファイバの一種です。光波導体として、コア内とクラッド内のそれぞれに一定の屈折率を持っています。特に、コアの屈折率はクラッドよりもわずかに高く、コアとクラッドの境界で急激な変化が起こります—これが「ステップインデックス」と呼ばれる所以です。
ステップインデックスファイバーの屈折率プロファイルは以下の図に示されています：
ステップインデックスファイバーでの伝播
光線がステップインデックス光ファイバを通過するとき、コアとクラッドの界面での全反射によって直線から成るジグザグのパスをたどります。
数学的には、ステップインデックスファイバーの屈折率プロファイルは次のように表現されます：
aはコア半径；rは半径方向の距離
ステップインデックスファイバーのモード
ステップインデックスシングルモードファイバー
ステップインデックスシングルモードファイバーでは、コア直径が非常に小さく、一つの伝播モードのみを許容します。つまり、一つの光線だけがファイバを通ります。この特徴により、複数の光線間の遅延差による歪みが消えます。
ステップインデックスシングルモード光ファイバを通過する光線の伝播は以下の図に示されています：
ステップインデックスシングルモードファイバーの特性
ここでは、コア直径が非常に狭く、一つの伝播モードのみがファイバを通過することができます。通常、コアサイズは2〜15マイクロメートルの範囲です。
ステップインデックスマルチモードファイバー
ステップインデックスマルチモードファイバーでは、コア直径が十分に大きく、複数の伝播モードを許容します。つまり、複数の光線が同時にファイバを通過することができます。しかし、これらの複数の光線の同時伝播により、伝播遅延の違いによる歪みが発生します。
ステップインデックスマルチモード光ファイバを通過する光線の伝播は以下の図に示されています：
マルチモードファイバーのコア特性
上記の図は、コア直径が複数の伝播パスを許容するほど大きくなっていることを明確に示しています。通常、コアサイズは50〜1000マイクロメートルの範囲です。
ステップインデックスファイバーの屈折率の変動
ステップインデックスファイバーの屈折率プロファイルは以下のように特徴付けられます：
光源とステップインデックスファイバーの特性
これらファイバで主に使用される光源は、発光ダイオード（LED）です。
ステップインデックスファイバーの利点
ステップインデックスファイバーの欠点
ステップインデックスファイバーの応用
ステップインデックスファイバーは主に局所ネットワーク（LAN）接続に使用されます。これは、その情報伝送容量がグラデッドインデックスファイバーよりも低いからです。
