Parametry światłowodu
- Adam Urbanek,
- 01.06.2001
Apertura numeryczna
Kąt akceptacji Θ i apertura numeryczna
NA = sin 952; = (n<sub>1</sub>178; – n<sub>2</sub>178;)<sup>189;</sup>
Przenikanie światła przez warsty o różnych współczynnikach
Mody światłowodu
Zasadniczą cechą włókna są mody światłowodowe, określające rozkład pola i kształt wiązki świetlnej układającej się w światłowodzie. Podwyższona wartość współczynnika załamania światła w osi rdzenia w stosunku do otaczającego go płaszcza powoduje, że wiązka świetlna prowadzona w światłowodzie ma tendencję do utrzymywania się bezpośrednio w rdzeniu, a nawet blisko jego osi.
Zgodnie z prawami optyki w przekroju światłowodu zachodzą równocześnie dwa przeciwstawne zjawiska. Z jednej strony szybkość światła w płaszczu jest większa niż w rdzeniu, co powoduje ogniskowanie wiązki wzdłuż osi włókna. Z drugiej zaś – zjawisko dyfrakcji (ugięcia) wiązki prowadzonej w rdzeniu powoduje jej rozpraszanie. Jeśli rozkład natężenia w prowadzonej wiązce światła osiąga wartość, przy której oba efekty całkowicie się znoszą, to wiązka ma charakterystyczne cechy modu światłowodowego. Taka wiązka promieni świetlnych ma stały kształt i charakterystyczną dla siebie prędkość fazową wzdłuż osi.
Profile i mody światłowodowe
Włókno światłowodu gradientowego (o płynnej zmianie współczynnika załamania) również spełnia warunki optyczne do powstawania i prowadzenia wielu modów świetlnych wzdłuż swojej osi. Jednak współczynnik załamania światła, malejący w miarę oddalania się od osi rdzenia, powoduje, że promień świetlny jest transmitowany drogą podobną do przebiegu sinusoidalnego, przy czym mody niższych rzędów przebiegają w pobliżu osi rdzenia (z mniejszą szybkością), a mody wyższego rzędu mają do przebycia dłuższą drogę (przy większej szybkości). W rezultacie różnica prędkości propagacji między różnymi modami światłowodu gradientowego jest mniejsza niż w światłowodzie skokowym, co zapewnia przesyłanie szerszego pasma w światłowodzie gradientowym.
W celu uzyskania transmisji jednomodowej stosuje się włókno optyczne z rdzeniem o odpowiednio małej średnicy – porównywalnej z długością fali świetlnej – eliminując możliwość powstawania modów wyższego rzędu. W praktyce oznacza to, że w rdzeniach o średnicy 4–10 µm możliwa jest propagacja tylko jednego modu dla promieni świetlnych w drugim (1310 nm) i trzecim (1550 nm) oknie. Pozwala to na przesyłanie sygnałów optycznych w pasmie o szerokości powyżej 100 GHz, głównie z przeznaczeniem do łączności długodystansowej.