Η βασική δομή της οπτικής ίνας
Η γυμνή ίνα της οπτικής ίνας συνήθως χωρίζεται σε τρία στρώματα: πυρήνας, επένδυση και επίστρωση.
Ο πυρήνας και η επένδυση από ίνες αποτελούνται από γυαλί με διαφορετικούς δείκτες διάθλασης, το κέντρο είναι ένας πυρήνας γυαλιού υψηλού δείκτη διάθλασης (πυριτία με πρόσμειξη γερμανίου) και η μέση είναι μια επένδυση γυαλιού από πυρίτιο χαμηλού δείκτη διάθλασης (καθαρό πυρίτιο). Το φως εισέρχεται στην ίνα με μια συγκεκριμένη γωνία πρόσπτωσης και η συνολική εκπομπή εμφανίζεται μεταξύ της ίνας και της επένδυσης (επειδή ο δείκτης διάθλασης της επένδυσης είναι ελαφρώς χαμηλότερος από τον πυρήνα), επομένως μπορεί να διαδοθεί στην ίνα.
Η κύρια λειτουργία της επίστρωσης είναι να προστατεύει την οπτική ίνα από εξωτερικές βλάβες, αυξάνοντας παράλληλα την ευελιξία της οπτικής ίνας. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, ο πυρήνας και η επένδυση είναι κατασκευασμένα από γυαλί και δεν μπορούν να λυγίσουν και να είναι εύθραυστα. Η χρήση του στρώματος επικάλυψης προστατεύει και παρατείνει τη διάρκεια ζωής της ίνας.
Ένα στρώμα εξωτερικού περιβλήματος προστίθεται στη μη γυμνή ίνα. Εκτός από την προστασία του, το εξωτερικό περίβλημα διαφορετικών χρωμάτων μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για τη διάκριση διαφόρων οπτικών ινών.
Η οπτική ίνα χωρίζεται σε ίνα απλής λειτουργίας (Single Mode Fiber) και πολυτροπική ίνα (Multi Mode Fiber) ανάλογα με τον τρόπο μετάδοσης. Το φως εισέρχεται στην ίνα με μια συγκεκριμένη γωνία πρόσπτωσης και λαμβάνει χώρα πλήρης εκπομπή μεταξύ της ίνας και της επένδυσης. Όταν η διάμετρος είναι μικρή, επιτρέπεται να περάσει μόνο μία κατεύθυνση φωτός, δηλαδή μια ίνα μονής λειτουργίας. όταν η διάμετρος της ίνας είναι μεγάλη, μπορεί να επιτρέπεται το φως. Έγχυση και διάδοση σε πολλαπλές γωνίες πρόσπτωσης, αυτή τη φορά ονομάζεται πολύτροπη ίνα.
Χαρακτηριστικά μετάδοσης οπτικών ινών
Η οπτική ίνα έχει δύο κύρια χαρακτηριστικά μετάδοσης: απώλεια και διασπορά. Η απώλεια μιας οπτικής ίνας αναφέρεται στην εξασθένηση ανά μονάδα μήκους της οπτικής ίνας, σε dB/km. Το επίπεδο απώλειας οπτικών ινών επηρεάζει άμεσα την απόσταση μετάδοσης του συστήματος επικοινωνίας οπτικών ινών ή την απόσταση μεταξύ των σταθμών αναμετάδοσης. Η διασπορά ινών αναφέρεται στο γεγονός ότι το σήμα που εκπέμπεται από την ίνα μεταφέρεται από διαφορετικές συνιστώσες συχνότητας και διαφορετικούς τρόπους λειτουργίας και οι ταχύτητες μετάδοσης διαφορετικών στοιχείων συχνότητας και διαφορετικών στοιχείων τρόπου λειτουργίας είναι διαφορετικές, γεγονός που οδηγεί σε παραμόρφωση σήματος.
Η διασπορά ινών χωρίζεται σε διασπορά υλικού, διασπορά κυματοδηγού και τροπική διασπορά. Τα δύο πρώτα είδη διασποράς προκαλούνται από το γεγονός ότι το σήμα δεν είναι μια ενιαία συχνότητα, και το τελευταίο είδος διασποράς προκαλείται από το ότι το σήμα δεν είναι ενιαίος τρόπος λειτουργίας. Το σήμα δεν είναι μία λειτουργία θα προκαλέσει διασπορά λειτουργίας.
Η ίνα ενός τρόπου λειτουργίας έχει μόνο έναν θεμελιώδη τρόπο λειτουργίας, επομένως υπάρχει μόνο διασπορά υλικού και διασπορά κυματοδηγού, και καμία τροπική διασπορά. Η πολύτροπη ίνα έχει διασπορά μεταξύ των λειτουργιών. Η διασπορά της οπτικής ίνας όχι μόνο επηρεάζει την ικανότητα μετάδοσης της οπτικής ίνας, αλλά περιορίζει επίσης την απόσταση ρελέ του συστήματος επικοινωνίας οπτικών ινών.
Ίνα μονής λειτουργίας
Μονότροπη ίνα (Single Mode Fiber), το φως εισέρχεται στην ίνα με μια συγκεκριμένη γωνία πρόσπτωσης και λαμβάνει χώρα πλήρης εκπομπή μεταξύ της ίνας και της επένδυσης. Όταν η διάμετρος μειώνεται, επιτρέπεται να περάσει μόνο μία κατεύθυνση φωτός, δηλαδή μια ίνα μονής λειτουργίας. Ο κεντρικός γυάλινος πυρήνας της ίνας λειτουργίας είναι πολύ λεπτός, η διάμετρος του πυρήνα είναι γενικά 8,5 ή 9,5 μm και λειτουργεί σε μήκη κύματος 1310 και 1550 nm.
Πολύτροπη ίνα
ίνα πολλαπλών λειτουργιών (Multi Mode Fiber) είναι μια ίνα που επιτρέπει τη μετάδοση πολλαπλών καθοδηγούμενων τρόπων. Η διάμετρος του πυρήνα μιας πολύτροπης ίνας είναι γενικά 50μm/62,5μm. Επειδή η διάμετρος του πυρήνα μιας πολύτροπης ίνας είναι σχετικά μεγάλη, μπορεί να επιτρέψει τη μετάδοση διαφορετικών τρόπων φωτός σε μία ίνα. Τα τυπικά μήκη κύματος του multimode είναι 850nm και 1300nm αντίστοιχα. Υπάρχει επίσης ένα νέο πρότυπο πολυτροπικών ινών που ονομάζεται WBMMF (Wideband Multimode Fiber), το οποίο χρησιμοποιεί μήκη κύματος μεταξύ 850nm και 953nm.
Τόσο η ίνα μονής λειτουργίας όσο και η ίνα πολλαπλής λειτουργίας έχουν διάμετρο επένδυσης 125 μm.
Μονότροπη ίνα ή πολλαπλή ίνα;
Απόσταση μετάδοσης
Η μικρότερη διάμετρος της ίνας μονής λειτουργίας καθιστά την ανάκλαση πιο σφιχτή, επιτρέποντας μόνο σε μία λειτουργία φωτός να ταξιδεύει, έτσι ώστε το οπτικό σήμα να μπορεί να ταξιδέψει μακρύτερα. Καθώς το φως διέρχεται από τον πυρήνα, η ποσότητα των ανακλάσεων του φωτός μειώνεται, μειώνοντας την εξασθένηση και προκαλώντας περαιτέρω διάδοση του σήματος. Επειδή δεν έχει διασπορά inter-mode ή μικρή διασπορά inter-mode, η single-mode ίνα μπορεί να μεταδώσει 40 χιλιόμετρα ή περισσότερα χωρίς να επηρεάσει το σήμα. Ως εκ τούτου, η ίνα μονής λειτουργίας χρησιμοποιείται γενικά για μετάδοση δεδομένων σε μεγάλες αποστάσεις και χρησιμοποιείται ευρέως σε εταιρείες τηλεπικοινωνιών και παρόχους καλωδιακής τηλεόρασης και πανεπιστήμια κ.λπ.
Η πολύτροπη ίνα έχει πυρήνα μεγαλύτερης διαμέτρου και μπορεί να μεταδώσει φως σε πολλαπλούς τρόπους λειτουργίας. Στη μετάδοση πολλαπλών λειτουργιών, λόγω του μεγαλύτερου μεγέθους του πυρήνα, η διασπορά μεταξύ των λειτουργιών είναι μεγαλύτερη, δηλαδή το οπτικό σήμα "διαδίδεται" πιο γρήγορα. Η ποιότητα του σήματος θα μειωθεί κατά τη μετάδοση σε μεγάλες αποστάσεις, επομένως η οπτική ίνα πολλαπλών λειτουργιών χρησιμοποιείται συνήθως για εφαρμογές ήχου/εικόνας και τοπικών δικτύων (LAN) σε μικρές αποστάσεις, και η οπτική ίνα πολλαπλών λειτουργιών OM3/OM4/OM5 μπορεί να υποστηρίξει υψηλή -ταχύτητα μετάδοσης δεδομένων.
Εύρος ζώνης, χωρητικότητα
Το εύρος ζώνης ορίζεται ως η ικανότητα μεταφοράς πληροφοριών. Ο κύριος παράγοντας που επηρεάζει το πλάτος της ζώνης μετάδοσης οπτικών ινών είναι οι διάφορες διασπορές, από τις οποίες η τροπική διασπορά είναι η πιο σημαντική. Η διασπορά της ίνας μονής λειτουργίας είναι μικρή, επομένως μπορεί να μεταδώσει φως σε μια ευρεία ζώνη συχνοτήτων για μεγάλη απόσταση. Δεδομένου ότι η οπτική ίνα πολλαπλών λειτουργιών θα προκαλέσει παρεμβολές, παρεμβολές και άλλα πολύπλοκα προβλήματα, δεν είναι τόσο καλή όσο η οπτική ίνα μονής λειτουργίας σε εύρος ζώνης και χωρητικότητα. Η τελευταία γενιά εύρους ζώνης οπτικών ινών πολλαπλών λειτουργιών OM5 έχει ρυθμιστεί στα 28000 MHz/km, ενώ το εύρος ζώνης οπτικής ίνας μίας λειτουργίας είναι πολύ μεγαλύτερο.