موج بر و تعداد حالت ها در شبکه فیبر نوری

موج بر و تعداد حالت ها در شبکه فیبر نوری، تار فیبر نوری از یک هسته بسیار شفاف با ضریب شکست n_core و یک روکش شفاف اطراف هسته با نام کلد با ضریب شکست n_cladd تشکیل شده است. همچنین یک پوشش نهایی Core و Cladd را احاطه نموده است تا اطمینان حاصل شود که پرتو نور وارد شده به فیبر می تواند در امتداد آن هدایت شود، جهت اینکه فرایند بازتابش کلی در طول مسیر فیبر نوری یکنواخت و بدون اشکال پیش رود موارد زیر بایستی درست باشد: n_core > n_cladding (شکل A)، به شکلی که چنانچه نور کمتر از یک زاویه معین ” θ_max“ وارد فیبر شود، حداکثر بازتاب کلی در سطح مشترک بین هسته و کلد رخ می دهد.

محیط اطراف بیرونی نیز هوا می باشد با ضریب شکست n₀≈1 است.

فهرست

1. موج بر و تعداد حالت ها در شبکه فیبر نوری
   1. موج برها
   2. حالت ها

شکل A هدایت موج در فیبر نوری

موج بر و تعداد حالت ها در شبکه فیبر نوری

پرتوهایی که با زاویه ای بیشتر از تتا ماکسیمیم  θ_max  به سطح انتهایی فیبر برخورد نمایند، دیگر به طور کامل در اینترفیس هسته/روکش منعکس نمی شوند. در عوض آنها تا حدی به داخل روکش شکسته می شوند تا دیگر به طور کامل جهت ارسال سیگنال در دسترس نباشند. مثال زیر نشان می‌دهد که چگونه حتی تفاوت‌های کوچک در اینجا می‌توانند اثرات بزرگی داشته باشند: با ضریب شکست هسته 1.56 و ضریب شکست پوششی 1.49، زاویه بحرانی بازتاب کل 72.77 درجه است. بنابراین، پرتوهای نور با حداکثر زاویه آلفا α_max = 17.23° درجه نسبت به محور فیبر، می توانند منتشر شوند.

چنانچه زاویه انتشار تنها 0.001 درجه از این مقدار بیشتر شود، ضریب بازتاب از 100% به 95% کاهش می یابد. با این زاویه 310 انعکاس در هر متر از فیبر نوری با قطر 1 میلی متر رخ خواهد داد. بنابراین توان خروجی نور باقیمانده برابر 0.95³¹⁰ = 1.2 · 10-7 خواهد بود که مربوط به افت 69 دسی بل است.

همانطور که سه مثال در شکل B نشان می دهد، اندازه موجبر می تواند بسیار متفاوت باشد. در سمت چپ یک فیبر شیشه ای تک حالته (سینگل مد) را مشاهده می فرمایید که امروزه به طور انحصاری در زمینه ارتباطات از راه دور و همچنین دیتا سنتر ها و شبکه های پر قدرت و با اطمینان بالا استفاده می شود. موجبر مسطح در وسط شکل و در سمت راست یک لیزر نیمه هادی به صورت مقطعی دیده می شود که با آن یک موجبر نوری نیز تشکیل شده است.

شکل B نمونه هایی از موجبرهای نوری

چنانچه موجبر در محدوده طول موج نور ابعاد بسیار کوچکی را دارا باشد، توان اپتیک نوری ضعیف می گردد. همانطور که در طبقه بندی های استاندارد می توانید مطالعه فرمایید، به عنوان مثال. در IEC 11801، تعداد زوایای انتشار احتمالی یا همان حالت‌ها با کاهش قطر فیبر نوری کاهش می‌یابد. یک حالت پر توان در نتیجه هدایت موج تک حالته است که در بخش بعدی معرفی خواهد شد.

موج برهای تک حالته و چند حالته

تعداد حالت ها در یک موجبر نوری توسط پارامتر V تعیین می شود. پارامترها در نتیجه شعاع هسته a، طول موج نور λ و دیافراگم عددی A_N تعیین می گردند.

تعداد حالت ها

تا زمانی که V کوچکتر از 2.405 باشد، تنها یک حالت نور می تواند منتشر شود که تحت ساختاری به نام فیبر نوری تک حالته (سینگل مد) طبقه بندی شده است. چنانچه پارامتر V بزرگتر از مقدار ذکر شده باشد شما یک فیبر چند حالته یا مالتی مد را شناسایی نموده اید. تعداد حالت ها به صورت تقریبی به صورت زیر می باشد:

به بیان دقیق، دو حالت انتشار نیز در یک فیبر تک حالته وجود دارد، یعنی دو جهت قطبش متعامد. تا زمانی که موجبر به شکل دقیق متقارن دورانی یا مربع باشد و ماده به طور یکدست همگن باشد، هر دو جهت پلاریزاسیون با سرعت یکسان منتشر می شوند.

تعداد حالت ها همیشه به طول موج بستگی دارد. بنابراین یک فیبر نوری تک حالته با طول موج مشخص (طول موج قطع cut-off) است. فیبرهایی پلاستیکی و مالتی مد، همیشه دارای تعداد زیادی حالت هستند که در جدول 1.1 نشان داده شده است. علاوه بر این، بایستی در نظر داشته باشید که در منابع طیفی وسیع، هر طول موجی که رخ می دهد حالت های خاص خود را دارا می باشد. در یک سیستم POF با منبع LED، شما نه تنها باید چندین میلیون حالت را در فیبر در نظر داشته باشید، بلکه باید تمام طول موج های ساطع شده را نیز در نظر داشته باشید (یک منبع را می توان به طور ایده آل تک رنگ در نظر گرفت، زمانی که زمان انسجام نسبت به تفاوت در زمان انتشار زیاد باشد).

جدول 1 تعداد حالت ها در فیبرهای نوری

کابل های فیبر نوری

تجهیزات فیبر نوری