המבנה הבסיסי של סיב אופטי
הסיב החשוף של סיב אופטי מחולק בדרך כלל לשלוש שכבות: ליבה, חיפוי וציפוי.
ליבת הסיבים והחיפוי מורכבים מזכוכית בעלת מדדי שבירה שונים, המרכז היא ליבת זכוכית בעלת אינדקס שבירה גבוה (סיליקה מסוממת גרמניום), והאמצעי חיפוי זכוכית סיליקה עם מקדם שבירה נמוך (סיליקה טהורה). אור חודר לסיב בזווית פגיעה מסוימת, והפליטה הכוללת מתרחשת בין הסיב לחיפוי (מכיוון שמקדם השבירה של החיפוי מעט נמוך מהליבה), כך שהוא יכול להתפשט בסיב.
תפקידו העיקרי של הציפוי הוא להגן על הסיב האופטי מפני נזקים חיצוניים, תוך הגברת הגמישות של הסיב האופטי. כפי שהוזכר קודם לכן, הליבה והחיפוי עשויים מזכוכית ואינם ניתנים לכיפוף ושביר. השימוש בשכבת הציפוי מגן ומאריך את חיי הסיבים.
שכבה של נדן חיצוני מתווספת לסיב הלא חשוף. בנוסף להגנה עליו, ניתן להשתמש במעטפת החיצונית בצבעים שונים כדי להבחין בין סיבים אופטיים שונים.
סיבים אופטיים מתחלקים לסיבים במצב יחיד (Single Mode Fiber) וסיבים מולטי-מודים (Multi Mode Fiber) לפי מצב השידור. אור חודר לסיב בזווית פגיעה מסוימת, ומתרחשת פליטה מלאה בין הסיב לחיפוי. כאשר הקוטר קטן, רק כיוון אחד של אור מותר לעבור דרכו, כלומר, סיב חד-מוד; כאשר קוטר הסיבים גדול, ניתן לאפשר אור. להזריק ולהתפשט בכמה זוויות אירוע, הפעם זה נקרא סיב רב-מודים.
מאפייני העברת סיבים אופטיים
לסיבים אופטיים שני מאפייני שידור עיקריים: אובדן ופיזור. אובדן סיב אופטי מתייחס להנחתה ליחידת אורך של הסיב האופטי, ב-dB/km. רמת אובדן הסיבים האופטיים משפיעה ישירות על מרחק השידור של מערכת התקשורת בסיבים אופטיים או על המרחק בין תחנות הממסר. פיזור סיבים מתייחס לעובדה שהאות המשודר על ידי הסיב נישא על ידי רכיבי תדר שונים ורכיבי מצב שונים, ומהירויות השידור של רכיבי תדר שונים ורכיבי מצב שונים שונים, מה שמוביל לעיוות אות.
פיזור סיבים מתחלק לפיזור חומר, פיזור מוליך גל ופיזור מודאלי. שני סוגי הפיזור הראשונים נגרמים מכך שהאות אינו תדר בודד, והסוג האחרון של הפיזור נגרם מכך שהאות אינו מצב יחיד. האות אינו מצב יחיד יגרום לפיזור מצב.
לסיבים במצב יחיד יש רק מצב בסיסי אחד, כך שיש רק פיזור חומר ופיזור מוליך גל, ואין פיזור מודאלי. לסיב המולטי-מודים יש פיזור בין-מצבים. פיזור הסיב האופטי משפיע לא רק על יכולת השידור של הסיב האופטי, אלא גם מגביל את מרחק הממסר של מערכת התקשורת בסיבים אופטיים.
סיב מצב יחיד
סיב חד-מוד (Single Mode Fiber), אור חודר לסיב בזווית פגיעה מסוימת, ומתרחשת פליטה מלאה בין הסיב לחיפוי. כאשר הקוטר מתקצר, מותר לעבור דרכו רק כיוון אחד של אור, כלומר, סיב חד-מוד; ליבת הזכוכית המרכזית של סיב המצב דקה מאוד, קוטר הליבה הוא בדרך כלל 8.5 או 9.5 מיקרומטר, והיא פועלת באורכי גל של 1310 ו-1550 ננומטר.
סיבים מולטי-מודים
סיב רב-מצבי (סיבים מרובים) הוא סיב המאפשר שידור מצב מודרך מרובה. קוטר הליבה של סיב רב-מוד הוא בדרך כלל 50 מיקרומטר/62.5 מיקרומטר. מכיוון שקוטר הליבה של סיב רב-מודדי גדול יחסית, הוא יכול לאפשר העברת אופני אור על סיב אחד. אורכי הגל הסטנדרטיים של מולטימוד הם 850nm ו-1300nm בהתאמה. קיים גם תקן סיבים רב-מודדים חדש בשם WBMMF (Wideband Multimode Fiber), המשתמש באורכי גל בין 850 ננומטר ל-953 ננומטר.
גם סיבים חד-מצביים וגם סיבים מרובי-מצב הם בעלי קוטר חיפוי של 125 מיקרומטר.
סיב חד-מוד או סיב רב-מוד?
מרחק שידור
הקוטר הקטן יותר של הסיב החד-מוד הופך את ההשתקפות להדוק יותר, ומאפשר רק מצב אור אחד לנוע, כך שהאות האופטי יכול לנוע רחוק יותר. כשהאור עובר דרך הליבה, כמות החזרי האור פוחתת, מפחיתה את הנחתה וגורמת להתפשטות אות נוספת. מכיוון שאין לו פיזור בין-מצבים או פיזור קטן בין-מודים, סיבים במצב יחיד יכולים לשדר 40 קילומטרים או יותר מבלי להשפיע על האות. לכן, סיבים במצב יחיד משמש בדרך כלל להעברת נתונים למרחקים ארוכים ונמצא בשימוש נרחב בחברות תקשורת וספקי טלוויזיה בכבלים ואוניברסיטאות וכו'.
לסיבים מולטימודים יש ליבה בקוטר גדול יותר ויכולים להעביר אור במספר מצבים. בשידור רב-מצבי, בשל גודל הליבה הגדול יותר, הפיזור הבין-מצבי גדול יותר, כלומר האות האופטי "מתפשט" מהר יותר. איכות האות תופחת במהלך שידור למרחקים ארוכים, כך שבדרך כלל משתמשים בסיבים מרובים ליישומי אודיו/וידאו למרחקים קצרים ורשתות מקומיות (LAN), וסיבים מרובים במצב OM3/OM4/OM5 יכולים לתמוך ברמות גבוהות -העברת נתונים במהירות.
רוחב פס, קיבולת
רוחב פס מוגדר כיכולת לשאת מידע. הגורם העיקרי המשפיע על רוחב רצועת השידור של הסיבים האופטיים הוא פיזור שונות, שהפיזור המודאלי שבהם הוא החשוב ביותר. הפיזור של סיבים במצב יחיד קטן, ולכן הוא יכול להעביר אור בפס תדרים רחב למרחקים ארוכים. מכיוון שסיבי רב-מודים יפיקו הפרעות, הפרעות ובעיות מורכבות אחרות, הוא אינו טוב כמו סיבים במצב יחיד ברוחב הפס ובקיבולת. הדור האחרון של רוחב הפס של סיבים מרובי מצבים OM5 מוגדר ל-28000MHz/km, בעוד שרוחב הפס של הסיבים במצב יחיד גדול בהרבה.