Волокна со ступенчатым профилем показателя преломления

Волокно со ступенчатым профилем состоит из стеклянного сердечника с постоянным показателем преломления на всем сечении, окруженного оболочкой с другим постоянным на всем сечении показателем преломления. Из-за скачкообразного изменения показателя преломления свет отражается от поверхности сердечник/оболочка и проходит внутри сердечника. Профиль показателя преломления этого вида волокна показан на рис. 3.18.

Рис. 5.18. Волокна со ступенчатым профилем показателя преломления

Показатель преломления сердечника (N₁) обычно 1,48, а оболочки (N₂) - примерно 1,46. Типичный угол приема (θ₁) около 14°.

У волокон со ступенчатым профилем значительная модовая дисперсия. Она составляет от 15 до 40 наносекунд на километр и ограничивает полосу пропускания примерно до 25 МГц/км. Это, в свою очередь, ограничивает скорость цифровой передачи до значений, не (превышающих 10 Мбит/с/км. Это приемлемо для многих промышленных приложений, где требуются лишь небольшие скорости передачи, но недостаточно для большинства (коммерческих телекоммуникационных приложений, для которых требуются значительно большие скорости передачи данных.

Волокна с плавным профилем показателя преломления

У многомодового волокна с плавным профилем показатель преломления сердечника постепенно меняется на протяжении его сечения. В центре сердечника показатель преломления максимальный; он постепенно снижается к краям сердечника. Из-за плавного изменения показателя преломления световые лучи по мере продвижения по сердечнику искривляются (а не отражаются, как в волокнах со ступенчатым профилем) и образуют в волокне набор синусоидальных световых волн. Это показано на рис. 3.19.

Рис. 5.19. Передача по многомодовому волокну с плавным профилем показателя преломления

Практическим результатом этого профиля переменного показателя преломления является то, что световые лучи, проходящие дальше от оси сердечника, проходят большее расстояние, но движутся через стекло с меньшим показателем преломления быстрее (в соответствии с законом Снелла). Световые лучи, движущиеся вблизи от центра сердечника, проходят меньшее расстояние, но движутся через стекло с большим показателем преломления и поэтому медленнее. В результате все лучи имеют тенденцию прибывать в центральную точку оси волокна в одно и то же время, что означает значительное снижение модовой дисперсии.

Показатель преломления центра сердечника равен приблизительно 1,48, по мере приближения к оболочке он постепенно снижается до 1,46. Угол приема θ₁ обычно около 12° (апертура приблизительно 0,2).

На практике у волокон с плавным профилем модовая дисперсия ниже 5 наносекунд, а полоса пропускания кабелей высокого качества достигает 2 ГГц/км (у стандартных доступных волокон - 600 МГц/км) для рабочих длин волн как 850 мкм, так и 1300 мкм. Это позволяет использовать скорости передачи данных до 2-300 Мбит/с для кабеля с 600 МГц/км и вплоть до 1 Гбит/с для волокна с параметрами лучше 2 ГГц/км (причем в последнем случае используются лазерные передающие устройства VCSEL). Этот тип волокон подходит практически для всех промышленных приложений и для ряда коммерческих коммуникационных приложений. Хотя модовая дисперсия волокон с плавным профилем по сравнению со ступенчатым профилем ниже, она все еще значительна и имеет ограничивающий эффект на полосу пропускания.

Некоторые волокна с плавным профилем изготавливают таким способом, что между показателями преломления сердечника и оболочки нет разницы, он просто постепенно снижается от. центра оси в сторону кожуха.