Hva er stegindeksfiber?

Definisjon av trinnindeksfiber

Definisjon: En trinnindeksfiber er en type lysfiber som er klassifisert basert på sin brytningsindexfordeling. Som et optisk ledeme kan den karakteriseres ved at den har et konstant brytningsindex i kjernen og et annet konstant brytningsindex i kladdingen. Merk at brytningsindexet i kjernen er litt høyere enn i kladdingen, med en brå forandring ved grensen mellom kjerne og kladding - derav navnet "trinnindeks".

Brytningsindexprofilen til en trinnindeksfiber er vist i figuren nedenfor:

Propagasjon i trinnindeksfibere

Når et lysstråle propagerer gjennom en trinnindekslysfiber, følger det en zigzagbane sammensatt av rette linjer, et fenomen som er mulig gjennom total intern refleksjon ved grensen mellom kjerne og kladding.

Matematisk uttrykt er brytningsindexprofilen til en trinnindeksfiber gitt ved:

a er kernens radius; r er radiell avstand

Modi i trinnindeksfiber

Trinnindeks enmodusfiber

I en trinnindeks enmodusfiber er kjernediameteren så ekstremt liten at den bare tillater én propagasjonsmodus, noe som betyr at kun ett lysstråle reiser gjennom fiberen. Dette unike trekket eliminerer forvrengning forårsaket av forskjeller i forsinkelse mellom flere stråler.

Propagasjonen av et lysstråle gjennom en trinnindeks enmodusoptisk fiber er vist i figuren nedenfor:

Karakteristika ved trinnindeks enmodusfiber

Her er kjernediameteren merkelig smal, noe som kun tillater én propagasjonsmodus å reise gjennom fiberen. Typisk ligger kjernestørrelsen mellom 2 og 15 mikrometer.

Trinnindeks flermodusfiber

I trinnindeks flermodusfibere er kjernediameteren stor nok til å tillate flere propagasjonsmoduser, noe som betyr at flere lysstråler kan reise gjennom fiberen samtidig. Dette simultane propageringen av flere stråler forårsaker imidlertid forvrengning grunnet forskjeller i deres propagasjonsforsinkelser.

Propagasjonen av lysstråler gjennom en trinnindeks flermodusoptisk fiber er vist i figuren nedenfor:

Karakteristika ved flermoduskjerner

Figuren over viser klart at kjernediameteren er stor nok til å tillate flere propagasjonsbaner. Typisk ligger kjernestørrelsen mellom 50 og 1000 mikrometer.

Variasjon i brytningsindex i trinnindeksfibere

Det bør merkes at brytningsindexprofilen til trinnindeksfibere er karakterisert ved:

Lyskilde og karakteristika ved trinnindeksfibere

Lysemitterende dioder (LED-er) er de primære lyskildene som brukes i disse fibrene.

Fordeler ved trinnindeksfibere

• Enkel produksjonsprosess

• Kostnadseffektiv produksjon

• Propagasjon gjennom total intern refleksjon

Ulemper ved trinnindeksfibere

• Enmoduspropagasjon begrenser informasjonskapasiteten grunnet begrensningen av kun ett lysstråle som transmitterer om gangen.

• Vanskeligheter med lyskopling grunnet den lille kjernediameteren.

Anvendelser av trinnindeksfibere

Trinnindeksfibere brukes hovedsakelig i lokale nettverk (LAN). Dette skyldes at deres informasjonskapasitet er lavere enn hos graderte indeksfibere.