Abhängig von der Anzahl der Wellen (Moden), die sich bei der Betriebsfrequenz ausbreiten, werden Lichtwellenleiter in Single und Multimode unterteilt. Die Anzahl der Moden hängt vom Verhältnis des Faserkerndurchmessers zur Wellenlänge ab und wird bei Lichtwellenleitern mit gestuftem Brechungsindexprofil nach der Formel berechnet.
- α * ist der Radius des Faserkerns,
-
λ * - Wellenlängen des Lichts,
Δ ist die relative Differenz der Brechungsindizes.
Da * n 1 * und * n 2 * sehr ähnliche Werte haben, liegt der Nennwert ∆ für die meisten Lichtwellenleiter im Bereich
Der Vorteil von Singlemode-Lichtwellenleitern ist die geringe Dispersion (Signalverzerrung), der hohe Informationsdurchsatz und die Kommunikationsreichweite. Singlemode-Systeme sind die sich am aktivsten entwickelnde und immer noch vielversprechende Richtung in der Entwicklung der Informationsübertragungstechnologie.
Bei Multimode-Lichtwellenleitern wird der Empfangsimpuls verbreitert und verzerrt, was das übertragene Frequenzband und die Übertragungsdistanz deutlich einschränkt. Multimode-Fasern werden nicht verwendet, um Informationen über große Entfernungen zu übertragen. Transceiver, die über Multimode-Fasern betrieben werden, sind in der Regel auf eine Reichweite von bis zu 500 Metern beschränkt.
Für die Leistung einer optischen Faser ist das Brechungsindexprofil des Querschnitts wichtig. Weist der Faserkern einen radial konstanten Brechungsindex auf, dann werden solche optischen Fasern Fasern mit einem gestuften Brechungsindexprofil genannt (an der Grenzfläche zwischen Kern und Mantel wird eine Brechungsindexstufe beobachtet).
Außerdem wurde zur Bekämpfung der Pulsverbreiterung (die insbesondere für Multimode-Fasern typisch ist) ein anderer Fasertyp entwickelt, der in der Fernkommunikation viel breitere Anwendung gefunden hat - dies sind optische Fasern mit einem Gradienten-Brechungsindexprofil . Bei Lichtwellenleitern mit einem Gradienten-Brechungsprofil ändert sich der Brechungsindex von der Mitte des Kerns zum Rand fließend.
Der Brechungsindex für gradierte optische Fasern wird durch die folgende Formel beschrieben
- r * - aktueller Radius,
- n 1 * - der größte Wert des Brechungsindex des Kerns,
- g * - Koeffizient, der das Profil des Brechungsindex bestimmt
Singlemode-Lichtwellenleiter lassen sich in folgende Kategorien einteilen:
- gewöhnliche oder dispersionsverschobene Fasern (SF), die für Geräte hergestellt werden, die bei einer Wellenlänge von 1,31 Mikrometer arbeiten;
- Dispersions-verschobene Fasern (DSF), die für den Betrieb bei einer Wellenlänge von 1,55 Mikrometer hergestellt werden;
- Non-Zero-Dispersion-Shifted-Fasern (NZDSF) zur Übertragung eines Multiplex-Wellensignals im Betriebsbereich von 1,53-1,56 Mikrometer
Sie unterscheiden außerdem zwischen optischen Fasern mit ausgerichtetem Mantel, deren Brechungsindex dem Brechungsindex von Fasern mit gestuftem Profil entspricht und an den Brechungsindex von reinem Quarz (n = 1,4585) angepasst ist, und eine vertiefte Verkleidung , deren Material aus zwei Zonen besteht.
Dispersionsverschobene Brechungsindexprofile:
a - mit einer ausgerichteten Schale, b - mit einer eingedrückten Schale
Bei dispersionsverschobenen Einmoden-Lichtwellenleitern für komplexe Brechungsindexprofile stellt die Bestimmung des Kerndurchmessers erhebliche Schwierigkeiten dar, daher wird das Konzept des Modenfelddurchmessers für solche Lichtwellenleiter eingeführt. Das Modenfeld bezieht sich auf den Bereich, in dem das Lichtsignal durch den Querschnitt des Lichtwellenleiters geht. In diesem Bereich weist das optische Signal eine minimale Dämpfung auf und läuft mit minimalem Leistungsverlust entlang der optischen Faser.
- ω 0 * - Radius des Modusfeldes
- 2ω 0 * - Modenfelddurchmesser
