อะไรคือเส้นใยแบบ Step Index Fiber

คำนิยามของเส้นใยออปติคอลแบบ Step-Index

คำนิยาม: เส้นใยออปติคอลแบบ Step-Index เป็นประเภทหนึ่งของเส้นใยออปติคอลที่จำแนกตามการกระจายของดัชนีหักเห ซึ่งเป็นคลื่นนำแสงที่มีดัชนีหักเหคงที่ภายในแกนและอีกดัชนีหักเหคงที่ภายในชั้นเคลือบ โดยที่ดัชนีหักเหของแกนจะสูงกว่าชั้นเคลือบเล็กน้อย และมีการเปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลันที่ขอบระหว่างแกนและชั้นเคลือบ จึงเรียกว่า "Step-Index"

โปรไฟล์ดัชนีหักเหของเส้นใยออปติคอลแบบ Step-Index แสดงในรูปด้านล่าง:

การแพร่ผ่านของแสงในเส้นใยออปติคอลแบบ Step-Index

เมื่อรังสีแสงแพร่ผ่านเส้นใยออปติคอลแบบ Step-Index จะเดินทางเป็นเส้นตรงสลับซิกแซก ซึ่งเกิดจากปรากฏการณ์การสะท้อนภายในเต็มที่ที่ขอบระหว่างแกนและชั้นเคลือบ

ทางคณิตศาสตร์ โปรไฟล์ดัชนีหักเหของเส้นใยออปติคอลแบบ Step-Index สามารถเขียนได้ว่า:

a คือ รัศมีของแกน r คือ ระยะทางแนวรัศมี

โหมดของเส้นใยออปติคอลแบบ Step-Index

เส้นใยออปติคอลแบบ Step-Index Single-Mode

ในเส้นใยออปติคอลแบบ Step-Index Single-Mode ขนาดของแกนจะเล็กมากจนทำให้มีเพียงโหมดแพร่ผ่านเดียว หมายความว่ามีเพียงรังสีแสงเดียวที่เดินทางผ่านเส้นใย ลักษณะนี้ช่วยกำจัดการบิดเบือนที่เกิดจากความแตกต่างในการล่าช้าของรังสีหลายเส้น

การแพร่ผ่านของรังสีแสงในเส้นใยออปติคอลแบบ Step-Index Single-Mode แสดงในรูปด้านล่าง:

คุณสมบัติของเส้นใยออปติคอลแบบ Step-Index Single-Mode

ขนาดของแกนที่นี่มีขนาดแคบมาก ทำให้มีเพียงโหมดแพร่ผ่านเดียวที่เดินทางผ่านเส้นใย โดยปกติแล้ว ขนาดของแกนจะอยู่ระหว่าง 2 ถึง 15 ไมโครเมตร

เส้นใยออปติคอลแบบ Step-Index Multimode

ในเส้นใยออปติคอลแบบ Step-Index Multimode ขนาดของแกนใหญ่พอที่จะรองรับโหมดแพร่ผ่านหลายโหมด หมายความว่ารังสีแสงหลายเส้นสามารถเดินทางผ่านเส้นใยได้พร้อมกัน แต่การแพร่ผ่านพร้อมกันของรังสีหลายเส้นนี้ทำให้เกิดการบิดเบือนเนื่องจากความแตกต่างในการล่าช้าของการแพร่ผ่าน

การแพร่ผ่านของรังสีแสงในเส้นใยออปติคอลแบบ Step-Index Multimode แสดงในรูปด้านล่าง:

คุณสมบัติของแกนในเส้นใยออปติคอลแบบ Multimode

รูปด้านบนแสดงให้เห็นว่า ขนาดของแกนใหญ่พอที่จะรองรับเส้นทางการแพร่ผ่านหลายเส้น โดยปกติแล้ว ขนาดของแกนจะอยู่ระหว่าง 50 ถึง 1000 ไมโครเมตร

การเปลี่ยนแปลงของดัชนีหักเหในเส้นใยออปติคอลแบบ Step-Index

ควรทราบว่า โปรไฟล์ดัชนีหักเหของเส้นใยออปติคอลแบบ Step-Index มีลักษณะดังต่อไปนี้:

แหล่งกำเนิดแสงและคุณสมบัติของเส้นใยออปติคอลแบบ Step-Index

ไดโอดเปล่งแสง (LED) เป็นแหล่งกำเนิดแสงหลักที่ใช้ในเส้นใยเหล่านี้

ข้อดีของเส้นใยออปติคอลแบบ Step-Index

• กระบวนการผลิตที่ง่าย

• การผลิตที่ประหยัดค่าใช้จ่าย

• การแพร่ผ่านโดยการสะท้อนภายในเต็มที่

ข้อเสียของเส้นใยออปติคอลแบบ Step-Index

• การแพร่ผ่านแบบ Single-Mode จำกัดความสามารถในการขนส่งข้อมูล เนื่องจากจำกัดให้มีเพียงรังสีแสงเดียวที่ส่งผ่านได้ในเวลาเดียวกัน

• ความยากในการเชื่อมโยงแสง เนื่องจากขนาดของแกนที่เล็ก

การประยุกต์ใช้เส้นใยออปติคอลแบบ Step-Index

เส้นใยออปติคอลแบบ Step-Index ใช้หลักในการเชื่อมต่อเครือข่ายพื้นที่ท้องถิ่น (LAN) เนื่องจากความสามารถในการส่งข้อมูลของมันต่ำกว่าเส้นใยออปติคอลแบบ Graded-Index