Co to jest włókno o skokowej zmianie indeksu ugięcia?

Definicja światłowodu o skokowej zmianie współczynnika załamania

Definicja: Światłowód o skokowej zmianie współczynnika załamania to rodzaj światłowodu klasyfikowany na podstawie rozkładu współczynnika załamania. Jako przewodnik światłowy ma stały współczynnik załamania w rdzeniu i inny stały współczynnik załamania w otoczce. Warto zauważyć, że współczynnik załamania rdzenia jest nieco wyższy niż współczynnik załamania otoczki, z nagłą zmianą na granicy między rdzeniem a otoczką - stąd pochodzi termin „skokowa”.

Profil współczynnika załamania światłowodu o skokowej zmianie współczynnika załamania przedstawiony jest na poniższym rysunku:

Propagacja w światłowodach o skokowej zmianie współczynnika załamania

Gdy promień światła propaguje się przez światłowód o skokowej zmianie współczynnika załamania, porusza się on ścieżką złożoną z linii prostych, co jest możliwe dzięki całkowitemu wewnętrznemu odbiciu na granicy między rdzeniem a otoczką.

Matematycznie, profil współczynnika załamania światłowodu o skokowej zmianie współczynnika załamania wyraża się wzorem:

a to promień rdzenia; r to odległość promieniowa

Tryby światłowodów o skokowej zmianie współczynnika załamania

Jednomodowy światłowód o skokowej zmianie współczynnika załamania

W jednomodowym światłowodzie o skokowej zmianie współczynnika załamania średnica rdzenia jest tak niewielka, że pozwala tylko na jeden tryb propagacji, co oznacza, że tylko jeden promień światła przechodzi przez światłowód. Ta unikalna cecha eliminuje zniekształcenia spowodowane różnicami opóźnienia między wieloma promieniami.

Propagacja promienia światła przez jednomodowy światłowód o skokowej zmianie współczynnika załamania przedstawiona jest na poniższym rysunku:

Charakterystyka jednomodowego światłowodu o skokowej zmianie współczynnika załamania

Średnica rdzenia tutaj jest niezwykle wąska, umożliwiając tylko jeden tryb propagacji przez światłowód. Zazwyczaj rozmiar rdzenia mieści się w zakresie od 2 do 15 mikrometrów.

Wielomodowy światłowód o skokowej zmianie współczynnika załamania

W wielomodowych światłowodach o skokowej zmianie współczynnika załamania średnica rdzenia jest wystarczająco duża, aby umożliwić wiele trybów propagacji, co oznacza, że kilka promieni świetlnych może jednocześnie przechodzić przez światłowód. Jednak jednoczesna propagacja wielu promieni powoduje zniekształcenia ze względu na różnice w ich opóźnieniach propagacji.

Propagacja promieni świetlnych przez wielomodowy światłowód o skokowej zmianie współczynnika załamania przedstawiona jest na poniższym rysunku:

Charakterystyka rdzenia wielomodowego światłowodu

Powyższy rysunek jasno pokazuje, że średnica rdzenia jest wystarczająco duża, aby umożliwić wiele ścieżek propagacji. Zazwyczaj rozmiar rdzenia mieści się w zakresie od 50 do 1000 mikrometrów.

Zmiana współczynnika załamania w światłowodach o skokowej zmianie współczynnika załamania

Warto zauważyć, że profil współczynnika załamania światłowodów o skokowej zmianie współczynnika załamania charakteryzuje się:

Źródło światła i charakterystyka światłowodów o skokowej zmianie współczynnika załamania

Diody elektroluminescencyjne (LED) są głównymi źródłami światła używanymi w tych światłowodach.

Zalety światłowodów o skokowej zmianie współczynnika załamania

• Proces produkcji jest prosty

• Produkcja jest kosztosprawna

• Propagacja poprzez całkowite wewnętrzne odbicie

Wady światłowodów o skokowej zmianie współczynnika załamania

• Jednomodowa propagacja ogranicza zdolność przesyłania informacji z powodu ograniczenia do przesyłania jednego promienia świetlnego na raz

• Trudności w sprzęganiu światła spowodowane małą średnicą rdzenia

Zastosowania światłowodów o skokowej zmianie współczynnika załamania

Światłowody o skokowej zmianie współczynnika załamania są głównie stosowane w połączeniach lokalnych sieci komputerowych (LAN). Jest to spowodowane tym, że ich zdolność przesyłania informacji jest mniejsza niż u światłowodów gradientowych.