Es ist bekannt, dass bei zwei Medien mit Brechungsindizes Und , wenn Strahlen von Medium 1 kommen, werden sie total reflektiert, wenn ihr Einfallswinkel größer ist als der Grenzwinkel ( ).
Je größer also die Differenz zwischen den beiden Brechungsindizes ist, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit einer Totalreflexion von Strahlen, die aus unterschiedlichen Richtungen kommen (da der Grenzwinkel kleiner wird).
In Wikipedia heißt es jedoch (über Stufenindex-Lichtwellenleiter):
Der Wert von liegt typischerweise zwischen 1,44 und 1,46, und liegt typischerweise zwischen 0,001 und 0,02.
Solcher Wert von bedeutet, dass liegt zwischen 0,00144 und 0,0288.
Warum diese Wahl? Warum nicht wählen ?
Die Differenz zwischen den beiden Brechungsindexwerten bestimmt den Winkelbereich, der einer Totalreflexion unterzogen werden kann, und somit die numerische Apertur (Winkelbereich, der sich innerhalb der Faser ausbreiten kann) der Faser.
Wenn Sie den Unterschied groß machen, erhalten Sie eine Faser mit hoher NA, die manchmal für Dinge wie die Weiterleitung von LED-Licht von einer Quelle dorthin verwendet wird, wo es benötigt wird. Mit zunehmender NA steigt jedoch die V-Zahl der Faser, was bedeutet, dass der Kerndurchmesser kleiner und kleiner gemacht werden muss, um Singlemode zu bleiben. Wenn Sie eine Multimode-Faser möchten, ist das in Ordnung, und MM-Fasern haben normalerweise eine sehr hohe NA, sodass sie zum Weiterleiten von Dingen wie LED-Licht verwendet werden können.
Für Laser ist das jedoch normalerweise eine schlechte Sache. Da sich jeder Modus in der Faser mit einer anderen Geschwindigkeit bewegt, werden Sie feststellen, dass Ihre maximale Faserlänge sehr kurz ist, bevor Ihre Signale verschlüsselt werden, wenn Sie versuchen, eine MM-Faser für die Kommunikation zu verwenden. Alternativ können Sie den Kern sehr klein machen, um die V-Zahl niedrig zu halten, aber jetzt konzentrieren Sie Ihre Energie auf einen sehr kleinen Bereich, was bedeutet, dass nichtlineare Effekte wie Selbstphasenmodulation stark ansteigen, was wiederum Ihre Möglichkeiten einschränkt Senden Sie ein Signal durch die Faser, bevor es durch Nichtlinearität zerstört wird.
Für eine Glasfaser mit großer Reichweite und hoher Datenrate möchten Sie eigentlich die niedrigste NA, die Sie bekommen können, was einen sehr großen Kern und eine sehr geringe Nichtlinearität bedeutet, während es immer noch Singlemode ist. Fasern wie diese können verwendet werden, um Signale unter dem Ozean zu senden. Die Herausforderung besteht darin, dass sie nicht so stark gebogen werden können (aufgrund des sehr begrenzten Winkelbereichs) und dass eine sehr präzise Fertigung erforderlich ist, um einen so kleinen (aber konstanten) Unterschied im Brechungsindex zu gewährleisten. In der Praxis haben typische Singlemode-Fasern eine NA von etwa 0,1, während Fasern mit sehr geringer Nichtlinearität 0,06 oder weniger betragen können (und daher einen Modenfelddurchmesser von mehreren zehn Mikrometern haben), obwohl diese viel teurer sind. Das andere Extrem sind die dicken Plastikkabel, die für Dinge wie TOSLINK verwendet werden, bei denen die Entfernung einige Meter beträgt, sodass Sie
Tony Stewart EE75