Vad är Step Index Fiber?

Definition av Step-Index Fiber

Definition: En step-index fiber är en typ av optisk fiber som klassificeras baserat på sitt refraktivitetsindexfördelning. Som en optisk vågguide har den en konstant refraktivitet inuti kärnan och en annan konstant refraktivitet inuti manteln. Noterbart är att kärnans refraktivitet är något högre än mantelns, med en plötslig förändring vid gränsen mellan kärna och mantel - därför termen "step-index".

Refraktivitetsindexprofilen för en step-index fiber illustreras i figuren nedan:

Propagation i Step-Index Fibers

När ett ljusstråle propagerar genom en step-index optisk fiber följer det en zick-zackbana bestående av raka linjer, ett fenomen möjligt tack vare total intern reflektion vid gränsen mellan kärna och mantel.

Matematiskt uttrycks refraktivitetsindexprofilen för en step-index fiber som:

a är kärnradie; r är radiell avstånd

Läge för Step-Index Fiber

Step-Index Single-Mode Fiber

I en step-index single-mode fiber är kärnens diameter så extremt liten att den endast tillåter ett propagationsläge, vilket innebär att endast en enskild ljusstråle passerar genom fibrern. Denna unika egenskap eliminerar distorsion orsakad av tidsforskiljningar mellan flera strålar.

Propagationen av en ljusstråle genom en step-index single-mode optisk fiber illustreras i figuren nedan:

Egenskaper hos Step-Index Single-Mode Fiber

Kärnens diameter är här anmärkningsvärt smal, vilket gör att endast ett propagationsläge kan passera genom fibrern. Vanligtvis ligger kärnstorleken mellan 2 och 15 mikrometer.

Step-Index Multimode Fiber

I step-index multimode fibrer är kärnens diameter tillräckligt stor för att tillåta flera propagationslägen, vilket betyder att flera ljusstrålar kan passera genom fibrern samtidigt. Detta samtidiga propagerande av flera strålar orsakar dock distorsion på grund av skillnader i deras propagationsfördröjningar.

Propagationen av ljusstrålar genom en step-index multimode optisk fiber visas i figuren nedan:

Egenskaper hos Multimode Fiber Kärna

Figuren ovan visar tydligt att kärnens diameter är tillräckligt stor för att tillåta flera propagationsvägar. Vanligtvis ligger kärnstorleken mellan 50 och 1000 mikrometer.

Variation av Refraktivitet i Step-Index Fibers

Det bör noteras att refraktivitetsindexprofilen för step-index fibrer kännetecknas av:

Ljuskälla och Egenskaper hos Step-Index Fibers

Ljusskyttande dioder (LED) är de primära ljuskällorna som används i dessa fibrer.

Fördelar med Step-Index Fibers

• Enkel tillverkningsprocess

• Kostnadseffektiv produktion

• Propagation via total intern reflektion

Nackdelar med Step-Index Fibers

• Single-mode propagation begränsar informationsöverföringskapaciteten eftersom endast en ljusstråle kan sändas åt gången.

• Svårigheter med ljuskoppling orsakade av den lilla kärnens diameter.

Användningsområden för Step-Index Fibers

Step-index fibrer används huvudsakligen i lokala nätverksanslutningar (LAN). Detta beror på att deras informationsöverföringskapacitet är lägre än för gradierade indexfibrer.