مد یا حالت در فیبر نوری

مد یا حالت در فیبر نوری، یک فیبر نوری می‌تواند از یک یا چند مد هدایت‌شده پشتیبانی نماید که توزیع شدت آنها در هسته فیبر و یا در اطراف آن قرار دارد، اگرچه ممکن است مقداری از شدت در داخل روکش فیبر منتشر شود. در آمار، مُد مقداری است که بیشترین تکرار را در یک مجموعه‌ای از داده‌ها دارد (مُد یا mode). مُد یک معیار گرایش مرکزی است، مانند میانگین و میانه، اگرچه برخلاف آنها، مُد را می‌توان هم در مورد داده‌های عددی و هم در داده‌های دسته‌بندی‌شده استفاده نمود. یک مجموعه داده می‌تواند یک مُد (تک‌وجهی)، بیش از یک مُد (دووجهی، سه‌وجهی یا چندوجهی) داشته باشد، یا اگر همه مقادیر با فراوانی یکسانی ظاهر شوند، اصلاً مُدی نداشته باشد.

در فیبر نوری مُد به حالت انتشار نور اشاره دارد، فیبر نوری بر اساس مُد یا حالت ها به انواع فیبر های نوری تک حالتی یا سینگل مُد و چند حالتی یا مالتی مُد تقسیم می شوند، برخی آنها را به اشتباه مود می نویسند و می خوانند که نشانه عدم شناخت کافی از دانش انتقال نور و فناوری فیبر نوری می باشد. علاوه بر این، تعداد زیادی مد در روکش کلد وجود دارد که به ناحیه هسته محدود نمی‌شوند. توان نوری در مدهای روکش کلد پس از طی مسافت متوسطی از انتشار از بین می‌رود، اما در برخی موارد می‌تواند در فواصل طولانی‌تری منتشر شود.

پوشش خارج از روکش کلد، به طور معمول یک پوشش پلیمری محافظ نازک با یک یا دو لایه است که به فیبر استحکام مکانیکی و محافظت در برابر رطوبت را می دهد. چنین پوشش‌هایی ممکن است به عنوان مثال از اکریلات، سیلیکون یا پلی‌آمید تشکیل شده باشند. (در سربندی فیبر، پوشش یا Coating باید جدا شود.) خواص نوری چنین پوشش‌هایی نیز گاهی اوقات مرتبط هستند، به عنوان مثال،  در برخی موارد افت مدهای که در پوشش ایجاد شده اند دیده شده است که بیشتر در مورد کابل های فیبر نوری بی کیفیت مشاهده می شود.

علاوه بر پوشش پلیمری، برخی از فیبرها به یک بافر بسیار ضخیم‌تر (پوشش ثانویه) نیز مجهز هستند، به عنوان مثال با قطر خارجی 900 میکرومتر. چنین فیبرهای بافر شده‌ای در کابل‌های فیبر داخلی (indoor) استفاده می‌شوند (تایت بافر Tight buffered). ساختار دیگر، فیبرهای در رها شده در تیوب (لوز تیوب loose tube) می باشد که آن هم با ژل چسبناک و یا بدون ژل و با مواد نگهدرانده پر شده است. این رویکرد برای کابل‌های خارجی (outdoor) رایج است.

مد یا حالت در فیبر نوری

فهرست مطالب:

1. مد یا حالت در فیبر نوری
   1. تعریف
   2. سینگل مد
   3. مالتی مد
   4. ساختار

فیبر نوری سینگل مد (تک حالت)

فیبرهای نوری تک حالته دارای هسته نسبتاً کوچک می باشند (با قطر تنها چند میکرومتر) و می‌توانند فقط یک حالت عرضی را هدایت نمایند (صرف نظر از این واقعیت که دو جهت قطبش متفاوت وجود دارد)، که پروفیل آن در بیشتر موارد تقریباً شکل توزیع گوسی یا توزیع نرمال دارد. تغییر شرایط پرتاب فقط بر توان پرتاب شده به حالت هدایت شده تأثیر می‌گذارد، در حالی که توزیع نور خروجی از فیبر ثابت است. پرتاب کارآمد نور به یک فیبر تک حالته نیاز به یک منبع لیزر با کیفیت پرتو بالا و تنظیم دقیق اپتیک‌های متمرکز کننده جهت دستیابی به تطبیق حالت دارد.

شعاع حالت یک فیبر تک حالته اغلب در حدود 5 میکرومتر است، اما فیبرهایی با ناحیه حالت بزرگ با هدایت تک حالته نیز وجود دارند. در حالت دوم، تلرانس‌های تنظیم از نظر موقعیت کمتر اما از نظر زاویه بیشتر هستند (که ممکن است مشکل کمتری ایجاد نماید).

فیبر نوری مالتی مد (چند حالت)

فیبرهای چند حالته هسته بزرگتر و/یا اختلاف ضریب شکست بزرگتری بین هسته و روکش دارند، به طوری که از چندین حالت (احتمالاً صدها حالت دیگر) با توزیع شدت متفاوت پشتیبانی می نمایند (شکل A). در این حالت، مشخصات مکانی نور خروجی از هسته فیبر به شرایط پرتاب بستگی دارد که توزیع توان بین حالت‌های مکانی را تعیین می نماید.

شکل A: پروفایل‌های دامنه میدان نزدیک الکتریکی برای تمام مدهای هدایت‌شده یک فیبر با پروفایل ضریب شکست Step Index (→ فیبر با ضریب شکست پله‌ای). دو رنگ، علامت‌های مختلف مقادیر میدان الکتریکی را نشان می‌دهند.

مد با کمترین مرتبه (l = 0، m = 1، که حالت LP01 نامیده می‌شود) دارای پروفایل شدتی است که مشابه پرتو توزیع گاوسی است. به طور کلی، نوری که به یک فیبر چند حالته تابیده می‌شود، برهم‌نهی از مدهای مختلف را تحریک می نماید که می‌تواند شکل پیچیده‌ای داشته باشد.

شکل B: دامنه‌های میدان دور برای همان فیبر مطابق شکل A.

اطلاعات بیشتر:

1. شعاع خمش کابل FO
2. افت خمش کابل FO
3. کابل های FO غیر حساس به خمش

ساختار حالت های در فیبر نوری

سیستم‌های ارتباطی فیبر نوری با برد طولانی به طور معمول از فیبرهای شیشه‌ای تک حالته ساخته شده اند، پهنای باند های مختلف در گروه های متفاوت و در حالت‌های مختلف، سیگنال را در نرخ‌های داده بالا انتقال می دهند (→ پراکندگی بین حالت‌ها). با این حال، برای فواصل کوتاه‌تر، فیبرهای چند حالته راحت‌تر هستند چراکه تقاضا برای منابع نور و ترازبندی اجزا کمتر است. بنابراین، شبکه‌های LAN، به جز شبکه‌هایی که پهنای باند بالایی دارند، به طور معمول از فیبر چند حالته استفاده می نمایند. گرچه توسعه فناوری و توصیه صنعت همواره استفاده از فیبر نوری سینگل مد یا تک حالته می باشد.

فیبر نوری تک حالته یا سینگل مد C.1

فیبر نوری چند حالته یا مالتی مد با شاخص پله ای (OM1, OM2) C.2

فیبر نوری چند حالته یا مالتی مد با شاخص درجه ای (OM2,OM3,OM4,OM5) C.3

شکل C مد ها یا حالت ها در فیبر نوری

فیبرهای نوری تک حالته با استفاده از فناوری لیزر و تقویت‌کننده‌ها فعال می گردند. فیبرهای چند حالته نیز امروزه با تکنیک های مشابهی مورد استفاده قرار می‌گیرند، به عنوان مثال، جهت انتقال نور از منبع لیزر به انتهای فیبر، به ویژه هنگامی که منبع نور کیفیت پرتو ضعیفی دارد و/یا توان نوری بالا به ناحیه مد بزرگی نیاز دارد.

مدهای مختلف یک فیبر نوری را می‌توان از طریق اثرات مختلف، برای مثال خمش و یا اغلب با بی‌نظمی در پروفیل ضریب شکست، ادقام نمود. این موارد ممکن است ناخواسته و یا عمداً ایجاد شوند. نظریه موجبر نشان می‌دهد که یک عامل مهم جهت به هم پیوستن مدهای مختلف فیبر، تفاوت در عدد موج آنها است که جهت پیوستن کارآمد باید با فرکانس مکانی یک اختلال ترکیب شده مطابقت داشته باشد.

شکل D پرتو نور در فیبر نوری

اطلاعات بیشتر (لینک های مرتبط):

1. کابل فیبر نوری
2. انتخاب کابل فیبر
3. تفاوت فیبر مالتی مد و سینگل مد
4. تار فیبر نوری
5. کل بازتاب داخلی نور
6. تولید فیبر نوری
7. شعاع خمش کابل فیبر
8. آشنایی با فناوری فیبر نوری
9. انتخاب کابل فیبر نوری
10. ویژگی ها و مشخصات سینگل مد
11. ویژگی ها و مشخصات مالتی مد

a>

کابل فیبر

کابل های فیبر نوری

تجهیزات فیبر نوری