Podstawowa budowa światłowodu
Gołe włókno światłowodowe dzieli się zwykle na trzy warstwy: rdzeń, płaszcz i powłokę.
Rdzeń światłowodu i płaszcz składają się ze szkła o różnych współczynnikach załamania światła, środek to rdzeń szklany o wysokim współczynniku załamania światła (krzemionka domieszkowana germanem), a środek to płaszcz ze szkła krzemionkowego o niskim współczynniku załamania światła (czysta krzemionka). Światło wpada do światłowodu pod określonym kątem padania, a całkowita emisja zachodzi pomiędzy włóknem a płaszczem (ponieważ współczynnik załamania płaszcza jest nieco niższy niż w rdzeniu), dzięki czemu może propagować się we włóknie.
Główną funkcją powłoki jest ochrona światłowodu przed uszkodzeniami zewnętrznymi, przy jednoczesnym zwiększeniu elastyczności światłowodu. Jak wspomniano wcześniej, rdzeń i okładziny wykonane są ze szkła, które nie może być wygięte i kruche. Zastosowanie warstwy powłokowej chroni i przedłuża żywotność włókna.
Do nieosłoniętego włókna dodawana jest warstwa zewnętrznej osłony. Oprócz ochrony, zewnętrzna powłoka w różnych kolorach może służyć również do rozróżniania różnych włókien optycznych.
Światłowód dzieli się na światłowód jednomodowy (włókno jednomodowe) i światłowód wielomodowy (włókno wielomodowe) w zależności od trybu transmisji. Światło dociera do światłowodu pod określonym kątem padania, a pełna emisja następuje pomiędzy włóknem a płaszczem. Gdy średnica jest mała, przepuszczany jest tylko jeden kierunek światła, czyli światłowód jednomodowy; gdy średnica włókna jest duża, światło może być dozwolone. Wstrzykuj i propaguj pod wieloma kątami padania, tym razem nazywa się to włóknem wielomodowym.
Charakterystyka transmisji światłowodu
Światłowód ma dwie główne charakterystyki transmisji: stratę i dyspersję. Strata światłowodu odnosi się do tłumienia na jednostkę długości światłowodu, w dB/km. Poziom strat w światłowodzie wpływa bezpośrednio na odległość transmisji systemu komunikacji światłowodowej lub odległość pomiędzy stacjami przekaźnikowymi. Dyspersja światłowodowa oznacza, że sygnał przesyłany przez włókno jest przenoszony przez różne składowe częstotliwości i różne składowe modów, a prędkości transmisji różnych składowych częstotliwości i różnych składowych modów są różne, co prowadzi do zniekształceń sygnału.
Dyspersja światłowodowa dzieli się na dyspersję materiałową, dyspersję falowodową i dyspersję modalną. Pierwsze dwa rodzaje dyspersji wynikają z tego, że sygnał nie jest pojedynczą częstotliwością, natomiast drugi rodzaj dyspersji jest spowodowany tym, że sygnał nie jest jednym modem. Sygnał nie jest pojedynczym trybem, co spowoduje rozproszenie trybu.
Światłowód jednomodowy ma tylko jeden mod podstawowy, więc występuje tylko dyspersja materiałowa i dyspersja falowodowa, a nie dyspersja modowa. Światłowód wielomodowy charakteryzuje się dyspersją międzymodową. Dyspersja światłowodu nie tylko wpływa na zdolność transmisyjną światłowodu, ale także ogranicza odległość przekaźnika systemu komunikacji światłowodowej.
Światłowód jednomodowy
Światłowód jednomodowy (Single Mode Fiber), światło wpada do światłowodu pod określonym kątem padania, a pełna emisja następuje pomiędzy włóknem a płaszczem. W przypadku zmniejszenia średnicy przepuszczany jest tylko jeden kierunek światła, czyli światłowód jednomodowy; Centralny rdzeń szklany światłowodu modowego jest bardzo cienki, średnica rdzenia wynosi zazwyczaj 8,5 lub 9,5 μm i działa przy długościach fal 1310 i 1550 nm.
Światłowód wielomodowy
Światłowód wielomodowy (Światłowód wielomodowy) to włókno umożliwiające transmisję w trybie wielokrotnym. Średnica rdzenia światłowodu wielomodowego wynosi zazwyczaj 50 μm/62,5 μm. Ponieważ średnica rdzenia światłowodu wielomodowego jest stosunkowo duża, może on umożliwiać przesyłanie różnych modów światła w jednym włóknie. Standardowe długości fal w trybie wielomodowym wynoszą odpowiednio 850 nm i 1300 nm. Istnieje również nowy standard światłowodów wielomodowych o nazwie WBMMF (Wideband Multimode Fibre), który wykorzystuje długości fal od 850 nm do 953 nm.
Zarówno światłowód jednomodowy, jak i wielomodowy mają średnicę płaszcza 125 μm.
Światłowód jednomodowy czy wielomodowy?
Odległość transmisji
Mniejsza średnica światłowodu jednomodowego sprawia, że odbicie jest mocniejsze, umożliwiając przepływ tylko jednego modu światła, dzięki czemu sygnał optyczny może podróżować dalej. Gdy światło przechodzi przez rdzeń, ilość odbić światła maleje, zmniejszając tłumienie i powodując dalszą propagację sygnału. Ponieważ nie ma dyspersji międzymodowej ani małej dyspersji międzymodowej, światłowód jednomodowy może przesyłać 40 kilometrów lub więcej bez wpływu na sygnał. Dlatego światłowód jednomodowy jest powszechnie stosowany do transmisji danych na duże odległości i jest szeroko stosowany w firmach telekomunikacyjnych, dostawcach telewizji kablowej, na uniwersytetach itp.
Światłowód wielomodowy ma rdzeń o większej średnicy i może przesyłać światło w wielu modach. W transmisji wielomodowej, ze względu na większy rozmiar rdzenia, dyspersja międzymodowa jest większa, czyli sygnał optyczny „rozchodzi się” szybciej. Jakość sygnału zostanie obniżona podczas transmisji na duże odległości, dlatego światłowód wielomodowy jest zwykle używany w zastosowaniach krótkodystansowych, audio/wideo i sieciach lokalnych (LAN), a światłowód wielomodowy OM3/OM4/OM5 może obsługiwać wysokie -szybka transmisja danych.
Szerokość pasma, pojemność
Przepustowość definiuje się jako zdolność do przenoszenia informacji. Głównym czynnikiem wpływającym na szerokość pasma transmisyjnego światłowodu są różne dyspersje, z których najważniejsza jest dyspersja modowa. Dyspersja światłowodu jednomodowego jest niewielka, dzięki czemu może przesyłać światło w szerokim paśmie częstotliwości na duże odległości. Ponieważ światłowód wielomodowy będzie powodować zakłócenia, zakłócenia i inne złożone problemy, nie jest tak dobry jak światłowód jednomodowy pod względem przepustowości i wydajności. Najnowsza generacja pasma światłowodu wielomodowego OM5 jest ustawiona na 28000 MHz/km, natomiast przepustowość światłowodu jednomodowego jest znacznie większa.