Sirkulært Tverrsnitt

4.3 Multimode Optiske Fibre

hvis vi konstruerer en lang, glatt, smal (men stor sammenlignet med lysets bølgelengde), sirkulær tverrsnittstang av glass og skinner lys i den ene enden, vil noe av lyset reise langs lengden av stangen og gå ut av den fjerne enden. Det vil være sant selv om baren ikke er helt rett. Årsaken kan ses i Figur 4.3.

Figur 4.3. Lysoverføring gjennom en bøyd glassstang.

siden brytningsindeksen til glass er større enn luftens, vil lys som kommer inn i stangen i en tilstrekkelig grunne vinkel bli fullstendig reflektert i glass-til-luft-grensesnittet og vil forbli i stangen, bare hoppe langs fra side til side og til slutt gå ut av den fjerne enden. Lys som kommer inn i en større vinkel vil miste noe av sin energi ved hver refleksjon og vil raskt bli spredt. Den maksimale vinkelen der all energi reflekteres internt, definerer den tredimensjonale kjeglen for aksept for stangen.

hvis stangen er buet sakte (igjen, i forhold til lysets bølgelengde), vil lyset fortsatt bli helt reflektert og vil følge krumningen. Hvis den er buet for tett, vil noe av lyset imidlertid slå den ytre overflaten i vinkler over den kritiske vinkelen, og en prosentandel av energien vil bli diffraktert ut av stangen. Det er denne effekten som fører til minimum bøyeradius spesifikasjoner for kommunikasjonsfibre.

utførelsen av denne enkle overføringslinjen kan forbedres (selv om akseptkeglen vil bli mye mindre) hvis vi belegger utsiden med et andre lag av glass som har en litt lavere brytningsindeks enn kjernen. Så lenge dette belegget er tilstrekkelig tykt, kan vi nå håndtere stangen eller plassere den ved siden av andre gjenstander uten å forstyrre lysoverføringsegenskapene.

hvis inngangslyset er ufullstendig kollimert (dvs., det går inn i mer enn en vinkel), kan det lett forstås at lyset som reiser rett ned i kjernen, vil gå mindre avstand enn lys som er nær den kritiske vinkelen og spretter ofte. Forskjellen i overføringsbanelengde vil avhenge av lengden på stangen og forårsaker en annen form for dispersjon (kjent som modal dispersjon) som er ekstremt viktig for signaloverføring.hvis vi endrer brytningsindeksen slik at den avtar radialt fra midten, vil lys som beveger seg i en liten vinkel med hensyn til aksen sakte bøyes tilbake mot kjernen når den beveger seg lenger fra midten. Det vil imidlertid ha reist raskere enn lys overført rett ned i kjernen, fordi det vil ha brukt en prosentandel av reisetiden i et medium med mindre n og derfor større hastighet. Ved å variere brytningsindeksen riktig, kan variasjonen i overføringstid med hensyn til vinkel reduseres.

forestill Deg nå at «baren» av glass er rund, med en kjerne hvis brytningsindeks er 1,49, hvis diameter bare er 50 × 10-6 eller 62,5 × 10-6 m (50 eller 62,5 µ eller» mikron») og hvis lengde er opp til tusenvis av fot, og du har en typisk «multimode» optisk fiber. Den foregående analysen, med noen få unntak, forklarer hvordan signaler overføres i en slik kabel. Fibre laget med bare et enkelt belegg er kjent som trinnindeksfibre, mens de med en gradert brytningsindeks er kjent som graderte indeksfibre.hvor den forenklede analysen bryter ned er at når kjernen i en fiber ikke er veldig stor sammenlignet med den optiske bølgelengden, støttes bare visse overføringsbaner, mens under den forenklede analysen vil lys introdusert i hvilken som helst vinkel i akseptkjeglen overføres. De vanligste bølgelengdene som overføres via multimodefiber er 850 og 1310 nm. I glass med n = 1,49 forkortes disse bølgelengdene til henholdsvis 537 og 879 nm. Diameteren på en 62,5-µ fiberkjerne er således 116 eller 71 bølgelengder-stor, men ikke uendelig.Lite eller ingen multimode fiber brukes for kabel-tv langdistanse signaloverføring på grunn av modal spredning. Hvordan dispersjon pavirker signaler er illustrert Av Figur 4.4. Hvis en kort utbrudd av ufullstendig kollimert monokromatisk (alle ved en enkelt frekvens) lys blir introdusert i multimodefiber ved tid T0, vil signalet bli introdusert i fiberen i en rekke vinkler (i forhold til fiberaksen) og dermed reise forskjellige totale avstander. Hvis pulsen undersøkes etter at den har passert gjennom en lengde av fiber, vil vi «se» først et lite lys fra signalet som går parallelt med kjernen, deretter fra de neste raskeste modusene, og så videre, til vi endelig mottar lys fra de høyeste vinklene. På samme måte, på slutten av pulsen, vil lyset fra de raskeste modusene forsvinne først, og så vil alt lyset gradvis forsvinne.

Figur 4.4. Puls nedbrytning gjennom multimode fiber.

effekten er å forkorte toppen av pulsen og utvide bunnen (T1). Hvis pulsen er tilstrekkelig kort, eller fiberen tilstrekkelig lang, vil toppen forsvinne helt (T2). For fortsatt lengre fibre vil de ledende og bakre kantene av pulsen overlappe, og vi vil se en lengre, lavere amplitudepuls (T3). Hvis vi sender en serie pulser (som for eksempel representerer et digitalt kodet signal), vil maksimal pulsfrekvens bestemmes av når restvirkningene fra en puls forstyrrer starten på neste puls. En måte å uttrykke dette maksimumet på er båndbredden til fiberen. Hvis vi driver fiberen med lys som har blitt amplitudemodulert med varierende priser, er båndbredden det punktet hvor amplituden til det demodulerte signalet faller med 3 dB i forhold til verdien ved lavmoduleringsfrekvenser. Alternativt er båndbredden omtrent lik 0,35 / tr, hvor tr er den tilsynelatende stigningstiden for den detekterte puls når inngangspulsen har null stigningstid.

Multimodefibre er vurdert i henhold til mengden av denne lengdeavhengige båndbredden. Typiske fibre med en 62.5-mikron kjernediameter viser et båndbreddelengde produkt på 300 MHz-km ved 1310 nm og 160 MHz-km ved 850 nm. Fibre med en mindre, 50 mikron kjerne kan nå 400 MHz-km. Hva dette betyr er at en 50 mikron kjernefiber som er 1 km lang, vil ha en båndbredde på 400 MHz, mens en som er 10 km lang, vil ha en båndbredde på bare 40 MHz.

Klart er slike fibre ikke egnet for transport av 870 MHz kabel – tv-spektrum over lange avstander som kreves i moderne nettverk.

Legg igjen en kommentar

Din e-postadresse vil ikke bli publisert. Obligatoriske felt er merket med *