MULTIMODALE:
La fibra con diametro del nucleo grande (maggiore di 10 micrometri) può essere analizzata mediante ottiche geometriche.
Tale fibra è chiamata fibra multimodale , dall’analisi elettromagnetica. In una fibra multimodale step-index, i raggi di luce sono guidati lungo il nucleo della fibra dalla riflessione interna totale. I raggi che incontrano il confine nucleo-rivestimento ad un angolo elevato (misurato rispetto a una linea normale al confine), maggiore dell’angolo critico per questo confine, vengono riflessi completamente.
L’angolo critico (angolo minimo per la riflessione interna totale) è determinato dalla differenza nell’indice di rifrazione tra il nucleo e i materiali di rivestimento. I raggi che incontrano il confine ad un angolo basso vengono rifratti dal nucleo nel rivestimento e non convogliano la luce e quindi le informazioni lungo la fibra. L’angolo critico determina l’ angolo di accettazione della fibra, spesso riportato come un’apertura numerica . Un’elevata apertura numerica consente alla luce di propagarsi lungo la fibra in raggi sia vicini all’asse che a vari angoli, consentendo un accoppiamento efficiente della luce nella fibra.
Tuttavia, questa elevata apertura numerica aumenta la quantità di dispersione poiché i raggi ad angoli differenti hanno lunghezze di percorso differenti e quindi impiegano tempi differenti per attraversare la fibra. Tipi di fibra ottica. Nella fibra a indice graduato, l’indice di rifrazione nel nucleo diminuisce continuamente tra l’asse e il rivestimento. Ciò fa sì che i raggi di luce si pieghino uniformemente mentre si avvicinano al rivestimento, invece di riflettersi bruscamente dal confine del rivestimento del nucleo.
I percorsi curvi risultanti riducono la dispersione di percorsi multipli perché i raggi ad alto angolo passano maggiormente attraverso la periferia a indice inferiore del nucleo, piuttosto che il centro ad alto indice. Il profilo dell’indice è scelto per minimizzare la differenza nelle velocità di propagazione assiale dei vari raggi nella fibra. Questo profilo di indice ideale è molto vicino a una relazione parabolica tra l’indice e la distanza dall’asse.
MONOMODALE:
La fibra con un diametro del nucleo inferiore a circa dieci volte la lunghezza d’ onda della luce che si propaga non può essere modellata utilizzando l’ottica geometrica.
Invece, deve essere analizzato come una struttura di guida d’onda elettromagnetica, risolvendo le equazioni di Maxwell come ridotte all’equazione delle onde elettromagnetiche . L’analisi elettromagnetica può anche essere richiesta per comprendere comportamenti come le macchie che si verificano quando la luce coerente si propaga nella fibra multimodale.
Come una guida d’onda ottica, la fibra supporta uno o più modi trasversali confinati mediante i quali la luce può propagarsi lungo la fibra. La fibra che supporta solo una modalità è chiamata fibra monomodale o monomodale . Il comportamento della fibra multimodale con nucleo più grande può anche essere modellato utilizzando l’equazione d’onda, che mostra che tale fibra supporta più di una modalità di propagazione (da cui il nome). I risultati di tale modellazione della fibra multimodale concordano approssimativamente con le previsioni dell’ottica geometrica, se il nucleo della fibra è abbastanza grande da supportare più di poche modalità.
L’analisi in guida d’onda mostra che l’energia luminosa nella fibra non è completamente confinata nel nucleo. Invece, specialmente nelle fibre monomodali, una frazione significativa dell’energia nella modalità legata viaggia nel rivestimento come un’onda evanescente . Il tipo più comune di fibra monomodale ha un diametro del nucleo di 8-10 micrometri ed è progettato per l’uso nel vicino infrarosso .
La struttura della modalità dipende dalla lunghezza d’onda della luce utilizzata, in modo che questa fibra supporti effettivamente un piccolo numero di modalità aggiuntive a lunghezze d’onda visibili.
La fibra multimodale, in confronto, è prodotta con diametri del nucleo piccoli come 50 micrometri e grandi come centinaia di micrometri. La frequenza normalizzata V per questa fibra dovrebbe essere inferiore al primo zero della funzione di Bessel J 0 (circa 2,405).
