Що таке волокно з поступовим змінним індексом заломлення

Визначення ступінчастого волокна

Визначення: Ступінчасте волокно — це тип оптичного волокна, який класифікується за розподілом показника заломлення. Як оптичний хвильовод, воно має постійний показник заломлення в сердцевині та інший постійний показник заломлення у оболонці. Зверніть увагу, що показник заломлення сердцевини трохи вищий, ніж показник заломлення оболонки, зі стрімкою зміною на межі сердцевина-оболонка — отже, термін "ступінчастий".

Профіль показника заломлення ступінчастого волокна проілюстровано на нижньому малюнку:

Поширення світла в ступінчастих волокнах

Коли промінь світла проходить через ступінчасте оптичне волокно, він слідує зигзагоподібному шляху, складеному з прямих ліній, що забезпечується повним внутрішнім відбиттям на межі сердцевина-оболонка.

Математично, профіль показника заломлення ступінчастого волокна виражається так:

a — радіус сердцевини; r — радіальна відстань

Режими ступінчастого волокна

Ступінчасте одномодове волокно

У ступінчастому одномодовому волокні діаметр сердцевини настільки малий, що дозволяє лише один режим поширення, тобто лише один промінь світла проходить через волокно. Ця унікальна характеристика усуває спотворення, спричинене різницею у затримках між кількома променями.

Поширення променя світла через ступінчасте одномодове оптичне волокно проілюстровано на нижньому малюнку:

Характеристики ступінчастого одномодового волокна

Діаметр сердцевини тут надзвичайно вузький, що дозволяє лише одному режиму поширення проходити через волокно. Зазвичай, розмір сердцевини становить від 2 до 15 мікрометрів.

Ступінчасте багатомодове волокно

У ступінчастому багатомодовому волокні діаметр сердцевини достатньо великий, щоб дозволити декілька режимів поширення, тобто кілька променів світла можуть одночасно проходити через волокно. Однак, це одночасне поширення кількох променів призводить до спотворень через різницю у їхніх затримках.

Поширення променів світла через ступінчасте багатомодове оптичне волокно показано на нижньому малюнку:

Характеристики сердцевини багатомодового волокна

На верхньому малюнку чітко видно, що діаметр сердцевини достатньо великий, щоб дозволити кілька шляхів поширення. Зазвичай, розмір сердцевини становить від 50 до 1000 мікрометрів.

Варіації показника заломлення в ступінчастих волокнах

Слід зазначити, що профіль показника заломлення ступінчастих волокон характеризується:

Джерела світла та характеристики ступінчастих волокон

Основними джерелами світла в цих волокнах є світлодіоди (LED).

Переваги ступінчастих волокон

• Простий процес виробництва

• Економічне виробництво

• Поширення за допомогою повного внутрішнього відбиття

Недоліки ступінчастих волокон

• Одномодове поширення обмежує здатність передавати інформацію через обмеження лише одним променем світла, який передається одночасно.

• Складності в з'єднанні світла, спричинені малим діаметром сердцевини.

Застосування ступінчастих волокон

Ступінчасті волокна головним чином застосовуються для з'єднань місцевих мереж (LAN). Це тому, що їхня здатність передавати інформацію нижча, ніж у градуйованих волокон.