Wat is Step Index Fiber?

Definitie van Step-Index Fiber

Definitie: Een step-index fiber is een type optische vezel dat is geclassificeerd op basis van de verdeling van de brekingsindex. Als optische golfleider heeft het een constante brekingsindex in de kern en een andere constante brekingsindex in de mantel. Merkwaardig is dat de brekingsindex van de kern licht hoger is dan die van de mantel, met een plotselinge verandering op de grens tussen kern en mantel - vandaar de term "step-index".

Het profiel van de brekingsindex van een step-index fiber wordt geïllustreerd in de onderstaande afbeelding:

Propagatie in Step-Index Fibers

Wanneer een lichtstraal door een step-index optische vezel propageert, volgt deze een zigzagpad bestaande uit rechte lijnen, een verschijnsel dat mogelijk wordt gemaakt door totale interne reflectie op de grens tussen kern en mantel.

Wiskundig wordt het profiel van de brekingsindex van een step-index fiber uitgedrukt als:

a is de kernstraal; r is de radiale afstand

Modi van Step-Index Vezel

Step-Index Single-Mode Vezel

In een step-index single-mode vezel is de kern doorsnede zo extreem klein dat er slechts één propagatiemodus toegestaan is, wat betekent dat slechts één lichtstraal door de vezel reist. Dit unieke kenmerk elimineert vervorming veroorzaakt door verschillen in voortplantingstijd tussen meerdere stralen.

De propagatie van een lichtstraal door een step-index single-mode optische vezel wordt geïllustreerd in de onderstaande afbeelding:

Kenmerken van Step-Index Single-Mode Vezel

De kern doorsnede is hier opmerkelijk smal, waardoor slechts één propagatiemodus door de vezel kan reizen. Meestal varieert de kern grootte van 2 tot 15 micrometer.

Step-Index Multimode Vezel

In step-index multimode vezels is de kern doorsnede groot genoeg om meerdere propagatiemodi toe te staan, wat betekent dat meerdere lichtstralen tegelijk door de vezel kunnen reizen. Echter, deze simultane voortplanting van meerdere stralen veroorzaakt vervorming wegens verschillen in hun voortplantingstijd.

De propagatie van lichtstralen door een step-index multimode optische vezel wordt getoond in de onderstaande afbeelding:

Kenmerken van Multimode Vezel Kern

De bovenstaande afbeelding illustreert duidelijk dat de kern doorsnede groot genoeg is om meerdere propagatiepaden toe te staan. Meestal varieert de kern grootte van 50 tot 1000 micrometer.

Variatie van Brekingsindex in Step-Index Vezels

Het moet worden opgemerkt dat het profiel van de brekingsindex van step-index vezels gekenmerkt wordt door:

Lichtbron en Kenmerken van Step-Index Vezels

Lichtgevende dioden (LED's) zijn de primaire lichtbronnen die in deze vezels worden gebruikt.

Voordelen van Step-Index Vezels

• Eenvoudige productieproces

• Kosteneffectieve productie

• Propagatie via totale interne reflectie

Nadelen van Step-Index Vezels

• Single-mode propagatie beperkt de informatie-overdrachtscapaciteit vanwege de restrictie dat slechts één lichtstraal tegelijk kan worden overgebracht.

• Moeilijkheden bij het koppelen van licht veroorzaakt door de kleine kern doorsnede.

Toepassingen van Step-Index Vezels

Step-index vezels worden voornamelijk toegepast in lokale netwerk (LAN) verbindingen. Dit komt doordat hun informatietransmissiecapaciteit lager is dan die van graduele-index vezels.