Действие механизма преломления света в сердцевине градиентного волокна

Свет, вводимый под некоторым углом в градиентное волокно, проходит через несколько слоев сердцевины, в каждом из которых его скорость изменяется. Быстрее всего свет распространяется в стекле с наименьшим показателем преломления, т.е. в той области, которая находится дальше от оптической оси волокна. Поэтому, во-первых, свет преломляется назад к оси волокна, а, во-вторых, разность времен распространения света по осевому пути и по преломленному пути значительно снижается. В градиентном волокне тоже поддерживается несколько мод распространения и длины путей распространения различны так же, как в многомодовом волокне со ступенчатым профилем. Однако, в градиентном волокне время распространения моды при увеличении ее длины пути снижается за счет увеличения скорости при преломлении. Это снижение пропорционально длине моды, поэтому почти все моды приходят на выход волокна одновременно. В отличие от ступенчатого волокна в градиентном волокне граничная линия между оболочкой и сердцевиной отсутствует как таковая, а функцию ограничения области распространения света выполняет сама сердцевина. Градиентное волокно требует строгого контроля в процессе его производства. Внешний диаметр обычного градиентного волокна составляет около 125 мкм, а диаметр его сердцевины – около 50 мкм.
Сравним два типа волокна с точки зрения их качественных параметров. И в градиентном волокне, которое практически всегда является многомодовым, и в одномодовом волокне со ступенчатым профилем модовая дисперсия снижена, но в разной степени. Хотя ступенчатое волокно с большим диаметром сердцевины не используется в больших телекоммуникационных системах независимо, оно применяется в других случаях, когда расстояние передачи или скорость передачи или и то и другое ограничено. Как и в случае цифровой передачи на несущей частоте в кабельной системе, где средой передачи является металлический проводник, в волоконно-оптической системе передачи искажается длительность импульса, определяемая временем переключения источника (моментами подъемов и спадов импульса), но механизм искажения импульса в оптической системе совершенно иной.
В табл. 9.1 представлена сравнительная характеристика все трех типов волокна – градиентного, ступенчатого многомодового и ступенчатого одномодового.
Основными характеристиками оптического волокна являются рабочая длина волны, полоса пропускнания, потери передачи, дальность передачи, дисперсия и размеры волокна. Приблизительные характеристики различных волокон даны в табл. 9.2.