โครงสร้างพื้นฐานของใยแก้วนำแสง
เส้นใยเปลือยของใยแก้วนำแสงมักจะแบ่งออกเป็นสามชั้น: แกน การหุ้ม และการเคลือบ
แกนไฟเบอร์และการหุ้มประกอบด้วยแก้วที่มีดัชนีการหักเหของแสงที่แตกต่างกัน ตรงกลางเป็นแกนแก้วที่มีการหักเหของแสงสูง (ซิลิกาเจือด้วยเจอร์เมเนียม) และตรงกลางเป็นกาบแก้วซิลิกาดัชนีการหักเหของแสงต่ำ (ซิลิกาบริสุทธิ์) แสงเข้าสู่เส้นใยที่มุมตกกระทบเฉพาะ และการปล่อยแสงทั้งหมดเกิดขึ้นระหว่างเส้นใยและการหุ้ม (เนื่องจากดัชนีการหักเหของการหุ้มต่ำกว่าแกนกลางเล็กน้อย) จึงสามารถแพร่กระจายในเส้นใยได้
หน้าที่หลักของการเคลือบคือการปกป้องใยแก้วนำแสงจากความเสียหายภายนอก ขณะเดียวกันก็เพิ่มความยืดหยุ่นของใยแก้วนำแสง ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้แกนและส่วนหุ้มทำจากแก้วและไม่สามารถโค้งงอและเปราะบางได้ การใช้ชั้นเคลือบช่วยปกป้องและยืดอายุการใช้งานของเส้นใย
ชั้นของเปลือกนอกถูกเพิ่มเข้าไปในเส้นใยที่ไม่เปลือย นอกจากการปกป้องแล้ว เปลือกด้านนอกที่มีสีต่างกันยังสามารถใช้เพื่อแยกแยะเส้นใยแก้วนำแสงต่างๆ ได้
ใยแก้วนำแสงแบ่งออกเป็นเส้นใยโหมดเดี่ยว (Single Mode Fiber) และเส้นใยมัลติโหมด (Multi Mode Fiber) ตามโหมดการส่งสัญญาณ แสงจะเข้าสู่เส้นใยที่มุมตกกระทบที่กำหนด และเกิดการปล่อยแสงเต็มที่ระหว่างเส้นใยและการหุ้ม เมื่อเส้นผ่านศูนย์กลางมีขนาดเล็ก แสงจะผ่านไปได้เพียงทิศทางเดียวเท่านั้น นั่นคือไฟเบอร์แบบโหมดเดียว เมื่อเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นใยมีขนาดใหญ่สามารถให้แสงได้ ฉีดและแพร่กระจายในมุมตกกระทบหลายมุม คราวนี้เรียกว่ามัลติโหมดไฟเบอร์
ลักษณะการส่งผ่านใยแก้วนำแสง
ใยแก้วนำแสงมีลักษณะการส่งผ่านหลักสองประการ: การสูญเสียและการกระจายตัว การสูญเสียใยแก้วนำแสงหมายถึงการลดทอนต่อความยาวของหน่วยของใยแก้วนำแสง มีหน่วยเป็น dB/กม. ระดับการสูญเสียใยแก้วนำแสงส่งผลโดยตรงต่อระยะการส่งสัญญาณของระบบสื่อสารใยแก้วนำแสงหรือระยะห่างระหว่างสถานีถ่ายทอด การกระจายตัวของไฟเบอร์หมายถึงความจริงที่ว่าสัญญาณที่ส่งโดยไฟเบอร์นั้นถูกขนส่งโดยส่วนประกอบความถี่ที่แตกต่างกันและส่วนประกอบของโหมดที่แตกต่างกัน และความเร็วในการส่งของส่วนประกอบความถี่ที่แตกต่างกันและส่วนประกอบของโหมดที่แตกต่างกันจะแตกต่างกัน ซึ่งนำไปสู่การบิดเบือนสัญญาณ
การกระจายตัวของเส้นใยแบ่งออกเป็นการกระจายตัวของวัสดุ การกระจายตัวของท่อนำคลื่น และการกระจายตัวแบบโมดอล การกระจายสองประเภทแรกเกิดจากสัญญาณไม่ใช่ความถี่เดียว และการกระจายประเภทหลังเกิดจากสัญญาณไม่ใช่โหมดเดียว สัญญาณไม่ใช่โหมดเดียวจะทำให้เกิดการกระจายตัวของโหมด
ไฟเบอร์โหมดเดี่ยวมีโหมดพื้นฐานเพียงโหมดเดียว ดังนั้นจึงมีเพียงการกระจายตัวของวัสดุและการกระจายตัวของท่อนำคลื่นเท่านั้น และไม่มีการกระจายตัวแบบโมดอล มัลติไฟเบอร์มีการกระจายระหว่างโหมด การกระจายตัวของใยแก้วนำแสงไม่เพียงส่งผลต่อความสามารถในการส่งผ่านของใยแก้วนำแสงเท่านั้น แต่ยังจำกัดระยะการถ่ายทอดของระบบสื่อสารใยแก้วนำแสงอีกด้วย
ไฟเบอร์โหมดเดี่ยว
ไฟเบอร์โหมดเดี่ยว (ไฟเบอร์โหมดเดี่ยว) แสงเข้าสู่ไฟเบอร์ที่มุมตกกระทบเฉพาะ และการปล่อยแสงเต็มที่เกิดขึ้นระหว่างไฟเบอร์และการหุ้ม เมื่อเส้นผ่านศูนย์กลางสั้นลง แสงจะผ่านไปได้เพียงทิศทางเดียวเท่านั้น นั่นคือไฟเบอร์แบบโหมดเดียว แกนแก้วตรงกลางของไฟเบอร์โหมดบางมาก โดยทั่วไปเส้นผ่านศูนย์กลางของแกนจะอยู่ที่ 8.5 หรือ 9.5 ไมโครเมตร และทำงานที่ความยาวคลื่น 1310 และ 1550 นาโนเมตร
มัลติไฟเบอร์
ไฟเบอร์มัลติโหมด (มัลติโหมดไฟเบอร์) คือไฟเบอร์ที่ช่วยให้สามารถส่งสัญญาณโหมดนำทางได้หลายแบบ เส้นผ่านศูนย์กลางแกนกลางของไฟเบอร์มัลติโหมดโดยทั่วไปคือ 50μm/62.5μm เนื่องจากเส้นผ่านศูนย์กลางแกนกลางของไฟเบอร์มัลติโหมดมีขนาดค่อนข้างใหญ่ จึงทำให้สามารถส่งผ่านโหมดแสงที่แตกต่างกันไปบนไฟเบอร์เส้นเดียวได้ ความยาวคลื่นมาตรฐานของมัลติโหมดคือ 850nm และ 1300nm ตามลำดับ นอกจากนี้ยังมีมาตรฐานไฟเบอร์มัลติโหมดใหม่ที่เรียกว่า WBMMF (Wideband Multimode Fiber) ซึ่งใช้ความยาวคลื่นระหว่าง 850nm ถึง 953nm
ทั้งไฟเบอร์โหมดเดี่ยวและไฟเบอร์หลายโหมดมีเส้นผ่านศูนย์กลางหุ้ม 125 μm
ไฟเบอร์โหมดเดี่ยวหรือไฟเบอร์หลายโหมด?
ระยะการส่งข้อมูล
เส้นผ่านศูนย์กลางที่เล็กกว่าของไฟเบอร์โหมดเดี่ยวทำให้การสะท้อนแน่นขึ้น ทำให้แสงเดินทางได้เพียงโหมดเดียวเท่านั้น เพื่อให้สัญญาณแสงสามารถเดินทางได้ไกลขึ้น เมื่อแสงผ่านแกนกลาง ปริมาณการสะท้อนของแสงจะลดลง การลดทอนลง และทำให้เกิดการแพร่กระจายของสัญญาณเพิ่มเติม เนื่องจากไม่มีการกระจายระหว่างโหมดหรือการกระจายระหว่างโหมดน้อย ไฟเบอร์โหมดเดี่ยวจึงสามารถส่งได้ไกล 40 กิโลเมตรหรือมากกว่านั้นโดยไม่กระทบต่อสัญญาณ ดังนั้นโดยทั่วไปแล้วไฟเบอร์โหมดเดียวจึงถูกใช้สำหรับการส่งข้อมูลทางไกลและมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในบริษัทโทรคมนาคม ผู้ให้บริการเคเบิลทีวี และมหาวิทยาลัย เป็นต้น
ไฟเบอร์มัลติโหมดมีแกนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่าและสามารถส่งแสงได้หลายโหมด ในการส่งสัญญาณแบบหลายโหมด เนื่องจากขนาดคอร์ที่ใหญ่กว่า การกระจายระหว่างโหมดจึงมีมากขึ้น นั่นคือสัญญาณออปติคัล "กระจาย" เร็วขึ้น คุณภาพของสัญญาณจะลดลงในระหว่างการส่งสัญญาณทางไกล ดังนั้นไฟเบอร์หลายโหมดจึงมักใช้สำหรับการใช้งานระยะสั้น เสียง/วิดีโอ และเครือข่ายท้องถิ่น (LAN) และไฟเบอร์มัลติโหมด OM3/OM4/OM5 สามารถรองรับสัญญาณคุณภาพสูงได้ - ความเร็วในการส่งข้อมูล
แบนด์วิธ, ความจุ
แบนด์วิธหมายถึงความสามารถในการส่งข้อมูล ปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อความกว้างของแถบการส่งผ่านใยแก้วนำแสงคือการกระจายตัวต่างๆ ซึ่งการกระจายแบบโมดัลมีความสำคัญที่สุด การกระจายตัวของไฟเบอร์โหมดเดี่ยวมีขนาดเล็ก จึงสามารถส่งแสงในย่านความถี่กว้างได้ในระยะไกล เนื่องจากไฟเบอร์แบบหลายโหมดจะทำให้เกิดการรบกวน การรบกวน และปัญหาที่ซับซ้อนอื่นๆ จึงไม่ดีเท่ากับไฟเบอร์โหมดเดี่ยวในด้านแบนด์วิธและความจุ แบนด์วิดท์ไฟเบอร์แบบหลายโหมด OM5 รุ่นล่าสุดถูกตั้งค่าไว้ที่ 28000MHz/กม. ในขณะที่แบนด์วิดท์ไฟเบอร์โหมดเดี่ยวมีขนาดใหญ่กว่ามาก