Основні принципи оптичних волокон і кабелів

Передача через оптичне волокно заснована на принципі повного внутрішнього відбиття, яке виникає, коли світло стикається з поверхнею розділу між двома різними середовищами. У ступінчастому-оптичному волокні-, де n1 представляє показник заломлення середовища серцевини, а n2 представляє показник заломлення середовища оболонки, з n1 > n2-повне внутрішнє відбиття відбувається, коли світло, що входить у серцевину, потрапляє на межу серцевини та оболонки під кутом, більшим за критичний кут (θc). За цих умов світлова енергія не виходить із ядра, і падаюче світло здатне поширюватися вперед через межу розділу через незліченну кількість повних внутрішніх відображень.

Однак, коли оптичне волокно згинається, нормаль до межі розділу змінює напрямок, що призводить до менших кутів падіння. Отже, кут падіння для частини світлових променів падає нижче θc, запобігаючи їх повному внутрішньому відбиванню. Тим не менш, ті промені з спочатку більшими кутами падіння все ще можуть зазнавати повного внутрішнього відбиття; таким чином, пропускання світла зберігається, навіть коли волокно зігнуте, хоча це згинання призводить до втрати енергії. Як правило, коли радіус вигину перевищує 50-100 міліметрів, результуючі втрати незначні. І навпаки, незначні вигини можуть спричинити серйозні «втрати на мікровигини».

Теорія електромагнітних хвиль часто використовується для подальшого дослідження механізмів передачі через оптичне волокно, зокрема шляхом розв’язання хвильових рівнянь, що підлягають граничним умовам хвилеводного середовища оптичного волокна. Світло, що поширюється в оптичному волокні, містить численні «моди», кожна з яких представляє певний розподіл електромагнітного поля та відповідає певному світловому променю, як описано в геометричній оптиці. Конкретні спрямовані моди, присутні в оптичному волокні, залежать від нормалізованої частоти волокна (число V-).
У цьому контексті NA позначає числову апертуру, параметр, пов’язаний з показниками заломлення серцевини та оболонки; *a* представляє радіус серцевини волокна; і λ представляє довжину хвилі світла, що проходить. Коли оптичне волокно згинається, виникає зв'язок мод; частина енергії переходить із спрямованих режимів у режими випромінювання, тим самим виходячи з ядра та втрачаючись.
Експлуатаційні характеристики: основні параметри, що характеризують оптичне волокно, включають загасання, пропускну здатність та інші.