III.Что такое одномодовые и многомодовые оптические световоды

Мода – это тип оптического луча распространяющегося в волоконном световоде. Возможность существования конкретной моды, и количество мод волоконного световода определяются решениями системы уравнений Максвелла и зависят от геометрических свойств и оптических характеристик материала волокна.

Различают два основных типа оптических волокон:

-многомодовые (ММ)

-одномодовые (SM)

Оптоволокно, в котором в идеальном случае может существовать только одна мода (луч), получило название одномодовое оптоволокно(single-mode fiber). Такой эффект достигается за счет использования источников когерентного излучения (лазеров) и диаметра сердцевины оптоволокна, соизмеримого с длиной волны (d/λ< 10) - для одномодового волокна диаметр сердцевины составляет 8 - 10 мкм. В характеристиках одномодовых оптических волокон вместо термина "диаметр сердцевины" часто используют термин "диаметр поля моды". Внешний диаметр оболочки одномодовых оптических волокон идентичен внешнему диаметру оболочки многомодовых оптических волокон - 125 мкм.

Цилиндрический волновод будет одномодовым, когда V = ka(n12-n22)1/2< 2,405.Мода распространяющаяся по одномодовуму оптоволоконному световоду – основная мода.

Многомодовый оптоволоконный кабель(multi-mode fiber) - оптоволоконный кабель, допускающий распространение световых волн нескольких частот (несколько мод) за счет того, что у него диаметр сердцевины на порядок превышает длину волны луча.

Многогодовые световоды бывают ступенчатыми и градиентными. Если в ступенчатом световоде траектория распространения имеет вид ломанной, зигзагообразной линии, то в градиентном траектория распространения близка к синусоиде. В ступенчатом световоде показатель преломления сердечника не меняется с радиусом, что вызывает модовую дисперсию, существенно снизить модовую дисперсию удалось в градиентном световоде, где показатель преломления сердечника в центре максимален и плавно уменьшается с ростом радиуса сердечника.

Количество мод в ступенчатом световоде определяется соотношением:

В градиентном световоде определяется соотношением:

- волновое число, d – диаметр сердечника, n₁ – показатель преломления сердечника, n₂ – оболочки. Моды, распространяющиеся вблизи оси световода называются – низшими, в окрестности наибольшего радиуса и вблизи границы раздела сердечник-оболочка – высшими. Центральная мода – основная. Низшие моды имеют минимальное время распространения, высшие – максимальное. В многомодовом световоде есть задержка высшей моды относительно осевой.