Charakterystyka światłowodów

Światłowód służy do przesyłania światła widzialnego, czyli przebiegu elektromagnetycznego o bardzo dużej częstotliwości. Ze względu na małą średnicę włókna szklanego, wejściowy promień światła powinien być możliwie jednorodny i precyzyjnie skierowany do światłowodu. Pojedynczy światłowód zawsze służy tylko do transmisji jednokierunkowej simplex. Zwykle światłowody prowadzone są parami, aby umożliwić łączność dwukierunkową duplex.

Elementy światłowodu:

• powłoka zewnętrzna,
• płaszcz,
• rdzeń.

W światłowodach istnieje pojęcie modu światłowodowego. Jest to tor ruchu promienia we włóknie. Ilość takich ruchów jest skończona i zależy od rodzaju światłowodu.

Rodzaje światłowodów

• jednomodowy (ang. single mode)- światłowód taki prowadzi tylko jeden mod, ponieważ rozmiar rdzenia zbliżony jest do długości prowadzonej fali. Światłowody jednomodowe mają średnicę włókna rzędu kilku mikrometrów. Zasilane są światłem spójnym, generowanym przez lasery. Wykazują bardzo małe tłumienie i mogą przewodzić sygnały na odległość rzędu setek kilometrów.
  

  Światłowód jednomodowy
  
  

  Dane techniczne światłowodu jednomodowego:

  • długość fali świetlnej- 1300 nm,
  • średnica wewnętrzna φ- 2-10 µm,
  • średnica zewnętrzna φ- 120 µm,
  • straty - 0,5 db/km,
  • zasięg - 3000 m.
• wielomodowy (ang. multi mode)- posiada średnicę włókna rzędu kilkudziesięciu mikro-metrów, może być zasilany za pomocą diody świecącej LED. Sygnał w takich światłowodach ulega silniejszemu tłumieniu, niż w światłowodach jednomodowych, dlatego też służą one do transmisji na odległość rzędu pojedynczych kilometrów.

  Światłowody wielomodowe dzielimy na:

  • skokowe- kąt odbicia światła na granicy rdzeń-płaszcz jest równy lub większy od kąta krytycznego. Pozwala to na całkowite wewnętrzne odbicie światła.
    

    Światłowód wielomodowy skokowy
    
    
  • gradientowe- promień światła nie ulega bezpośredniemu odbiciu na granicy rdzeń-płaszcz, lecz zakrzywia się faliście.
    

    Światłowód wielomodowy gradientowy

Dane techniczne światłowodu wielomodowego:

• długość fali świetlnej- 850 nm,
• średnica wewnętrzna φ- 50 µm lub 62,5µm,
• średnica zewnętrzna φ- 120 µm,
• straty- 1 db/km,
• zasięg- 2000 m.

Zalety światłowodów

• całkowita odporność na zewnętrzne zakłócenia elektromagnetyczne,
• brak emisji takich zakłóceń,
• możliwość transmisji na bardzo duże odległości,
• bardzo duża szerokość pasma,
• bardzo duża szybkość transmisji,
• praktyczna niemożliwość założenia podsłuchu.

Wady światłowodu:

• wysoka cena,
• skomplikowana i kosztowna instalacja,
• możliwość wykorzystania wyłącznie jako łącza od punktu do punktu (ang. point to point).

Materiały używane w produkcji światłowodów:

• szkło kwarcowe (krzemionkowe- minerał SiO₂ oraz kwarc)- dobre właściwości,
• polimer- gorsze właściwości.

Źródłami świetlnymi są diody lub lasery (droższe, lepsze, ale o krótszym działaniu niż diody).