Step Index Fiber가 무엇인가요?

Step-Index Fiber의 정의

정의: Step-Index Fiber는 굴절률 분포에 따라 분류되는 광섬유의 한 유형입니다. 광파도가이드로서, 코어 내에서는 일정한 굴절률을, 클래딩 내에서는 또 다른 일정한 굴절률을 가집니다. 특히, 코어의 굴절률은 클래딩보다 약간 높으며, 코어와 클래딩 경계에서 갑작스러운 변화가 발생하기 때문에 "step-index"라는 용어가 사용됩니다.

Step-Index Fiber의 굴절률 프로필은 아래 그림에 나타나 있습니다:

Step-Index Fiber에서의 전파

빛선이 Step-Index 광섬유를 통과할 때, 코어-클래딩 경계에서의 완전내부반사에 의해 직선으로 구성된 지그재그 경로를 따릅니다.

수학적으로, Step-Index Fiber의 굴절률 프로필은 다음과 같이 표현됩니다:

a는 코어 반경이고, r은 방사 거리입니다

Step-Index Fiber의 모드

Step-Index Single-Mode Fiber

Step-Index Single-Mode Fiber에서, 코어 직경이 매우 작아서 단 하나의 전파 모드만 허용되며, 이는 단일 빛선만이 섬유를 통과한다는 것을 의미합니다. 이러한 고유한 특성은 여러 빛선 사이의 지연 차이로 인한 왜곡을 제거합니다.

Step-Index Single-Mode 광섬유를 통과하는 빛선의 전파는 아래 그림에 나타나 있습니다:

Step-Index Single-Mode Fiber의 특성

여기서 코어 직경은 매우 좁아서 단 하나의 전파 모드만이 섬유를 통과할 수 있습니다. 일반적으로 코어 크기는 2에서 15 마이크로미터 범위입니다.

Step-Index Multimode Fiber

Step-Index Multimode Fiber에서, 코어 직경이 충분히 커서 여러 전파 모드를 허용하므로, 여러 빛선이 동시에 섬유를 통과할 수 있습니다. 그러나 여러 빛선의 동시 전파는 각각의 전파 지연 차이로 인해 왜곡을 초래합니다.

Step-Index Multimode 광섬유를 통과하는 빛선의 전파는 아래 그림에 나타나 있습니다:

Multimode Fiber의 코어 특성

위 그림에서 명확히 볼 수 있듯이, 코어 직경은 여러 전파 경로를 허용할 정도로 충분히 큽니다. 일반적으로 코어 크기는 50에서 1000 마이크로미터 범위입니다.

Step-Index Fiber의 굴절률 변화

Step-Index Fiber의 굴절률 프로필은 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다:

Step-Index Fiber의 광원 및 특성

발광다이오드(LED)는 이러한 섬유에서 주로 사용되는 광원입니다.

Step-Index Fiber의 장점

• 단순한 제조 공정

• 비용 효율적인 생산

• 완전내부반사를 통한 전파

Step-Index Fiber의 단점

• 단일 모드 전파는 한 번에 하나의 빛선만 전송할 수 있기 때문에 정보 전송 용량이 제한적입니다.

• 작은 코어 직경으로 인한 빛 결합의 어려움

Step-Index Fiber의 응용

Step-Index Fiber는 주로 지역 네트워크(LAN) 연결에 사용됩니다. 이는 그들의 정보 전송 용량이 등급화된 인덱스 섬유보다 낮기 때문입니다.