ประเภทของไฟเบอร์ออปติก

การทำความเข้าใจเกี่ยวกับลักษณะของผู้ช่วยเกี่ยวกับประเภทเส้นใยชนิดต่าง ๆ เพื่อให้เข้าใจถึงแอพพลิเคชันที่ใช้ การใช้งานระบบไฟเบอร์ออพติกจะต้องอาศัยการรู้ว่าใยชนิดใดถูกใช้และทำไม

ประเภทพื้นฐานของเส้นใยมี 2 ประเภท คือ multimode และ single-mode เส้นใยmultimode มีการออกแบบที่ดีที่สุดสำหรับระยะทางในการส่งสั้นและเหมาะสำหรับใช้ในระบบ LAN และวิดีโอ ไฟเบอร์แบบ single-modeได้รับการออกแบบมาเพื่อการรับส่งข้อมูลที่ไกลยิ่งขึ้นทำให้เหมาะสำหรับระบบโทรศัพท์และระบบออกอากาศทางไกลหลายทาง

Multimode Fiber
เส้นใยมัลติโพลเซสซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ที่ผลิตขึ้นและนำไปขายในเชิงพาณิชย์ก็หมายถึงการที่มีหลายโหมดหรือรังสีความร้อนมาพร้อมกันผ่าน waveguide โหมดเป็นผลมาจากข้อเท็จจริงที่ว่าแสงจะแพร่กระจายในแกนเส้นใยที่มุมที่ไม่ต่อเนื่องภายในกรวยของการยอมรับ ประเภทเส้นใยนี้มีเส้นผ่าศูนย์กลางแกนใหญ่กว่าเส้นใยโหมดเดี่ยวทำให้สามารถใช้โหมดได้หลายแบบและเส้นใยแบบมัลติจะง่ายต่อการจับคู่มากกว่าใยแก้วนำแสงแบบ single mode เส้นใยหลายเส้นอาจถูกจัดเป็นดัชนีขั้นหรือดัชนีเรียงตามลำดับ Multimode Step-index Fiber
แสดงให้เห็นว่าหลักการของการสะท้อนภายในทั้งหมดใช้กับเส้นใยดัชนีแบบหลายขั้นตอน เนื่องจากดัชนีการหักเหของแกนสูงกว่าดัชนีการหักเหของแสงทำให้แสงที่เข้ามาน้อยกว่ามุมที่สำคัญถูกนำไปตามเส้นใย

การสะท้อนภายในทั้งหมดในไฟเบอร์ออปติกแบบหลายขั้นตอนไฟเบอร์ที่แตกต่างกันสามดวงเดินทางไปตามเส้นใย โหมดหนึ่งเคลื่อนที่ตรงกลางแกน โหมดที่สองเดินทางไปที่มุมที่สูงชันและตีกลับไปมาด้วยการสะท้อนภายในทั้งหมด โหมดที่สามเกินกว่ามุมที่สำคัญและหดตัวลงในหุ้ม ในทางอ้อมจะเห็นได้ว่าโหมดที่สองเดินทางไกลกว่าโหมดแรกทำให้ทั้งสองโหมดมาถึงเวลาที่แยกกัน ความแตกต่างระหว่างเวลาที่มาถึงของรังสีความรากที่แตกต่างกันเรียกว่าการกระจายตัวและผลที่ได้คือสัญญาณที่โคลนที่ปลายรับสัญญาณ “Dispersion in Fiber Optic Systems” อย่างไรก็ตามควรสังเกตว่าการกระจายตัวสูงเป็นลักษณะหลีกเลี่ยงไม่ได้ของเส้นใยดัชนีแบบมัลติโหนด Multimode Graded-index Fiber
Graded index หมายถึงความจริงที่ว่าดัชนีการหักเหของแกนค่อยๆลดลงไกลจากศูนย์กลางของแกน การหักเหที่เพิ่มขึ้นในศูนย์กลางของแกนจะชะลอความเร็วของแสงบางส่วนทำให้แสงทั้งหมดสามารถเข้าถึงปลายรับได้ในเวลาเดียวกันลดการกระจายตัว ไฟเบอร์แบบมัลติเกรดเกรด

หลักการของเส้นใยแบบหลายระดับ ดัชนีหักเหกลางของแกนกลาง nA สูงกว่าดัชนีหักเหของแกนนอก nB ตามที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ดัชนีหักเหของแกนคือพาราโบลาซึ่งอยู่สูงกว่าจุดศูนย์กลาง ดังรูปที่ 3 แสดงว่ารังสีแสงไม่ทำตามเส้นตรงอีกต่อไป พวกเขาเดินตามเส้นทางคดเคี้ยวค่อยๆงอกลับไปยังจุดศูนย์กลางโดยดัชนีหักเหที่ลดลงอย่างต่อเนื่อง ซึ่งจะช่วยลดความแตกต่างของเวลาที่เดินทางมาถึงเนื่องจากทุกโหมดมาถึงในเวลาเดียวกัน โหมดที่เดินทางในแนวเส้นตรงมีค่าดัชนีหักเหสูงกว่าดังนั้นจึงเดินทางช้ากว่าโหมดพญานาค การเดินทางเหล่านี้ไกลออกไป แต่เคลื่อนที่ได้เร็วกว่าในดัชนีหักเหที่ต่ำกว่าของแกนหลักนอก

single-mode
เส้นใยโหมดเดี่ยวช่วยให้มีความสามารถในการส่งข้อมูลได้มากขึ้นเพราะสามารถรักษาความจงรักภักดีของชีพจรแสงในระยะทางไกล ๆ และแสดงให้เห็นว่าไม่มีการกระจายตัวที่เกิดจากหลายโหมด เส้นใยโหมดเดียวยังเพลิดเพลินกับการลดทอนเส้นใยต่ำกว่าเส้นใยมัลติ ดังนั้นข้อมูลเพิ่มเติมสามารถส่งต่อหน่วยของเวลา เช่นเดียวกับเส้นใยหลายแบบเส้นใยโหมดต้นเดียวโดยทั่วไปมีลักษณะเป็นเส้นใยดัชนีขั้นตอนซึ่งหมายถึงดัชนีการหักเหของเส้นใยแก้วเป็นขั้นตอนที่สูงกว่าการหุ้มฉนวนมากกว่าที่จะจบการศึกษาตามที่อยู่ในเส้นใยดัชนีเกรด เส้นใยโหมดโมเดิร์นสมัยใหม่มีวิวัฒนาการไปสู่การออกแบบที่ซับซ้อนมากขึ้นเช่นชุดเกราะที่ห่อหุ้มหดเกร็งและโครงสร้างที่แปลกใหม่

 

ใยไฟเบอร์แบบ Single Single mode มีข้อเสีย เส้นผ่าศูนย์กลางแกนเล็กลงทำให้แสงการจับคู่เข้ากับแกนยากขึ้น ความคลาดเคลื่อนสำหรับการเชื่อมต่อโหมดเดียวและ splices ยังมีความต้องการมากขึ้น เส้นใยโหมดเดี่ยวได้ผ่านการวิวัฒนาการอย่างต่อเนื่องเป็นเวลาหลายทศวรรษแล้ว เป็นผลให้มีสามชั้นพื้นฐานของใยโหมดเดียวที่ใช้ในระบบโทรคมนาคมที่ทันสมัย ชนิดที่ใช้งานกันอย่างแพร่หลายและเก่าแก่ที่สุดคือเส้นใยที่ไม่มีการกระจายตัว (NDSF) เส้นใยเหล่านี้มีจุดประสงค์เพื่อใช้ใกล้กับ 1310 นาโนเมตร ต่อมาระบบ 1550 นาโนเมตรทำให้เส้นใย NDSF ไม่พึงประสงค์เนื่องจากมีการกระจายตัวที่สูงมากในช่วงความยาวคลื่น 1550 nm เพื่อแก้ไขปัญหาข้อบกพร่องนี้