..:: Co to są światłowody ? ::..

Światłowód to struktura prowadząca fale elektromagnetyczne o częstotliwościach optycznych. Ogólnie, światłowód możemy określić jako falowód optyczny. Popularne rodzaje światłowodów to światłowody włókniste (najczęściej - błędnie - określane po prostu jako światłowody), światłowody warstwowe i światłowody paskowe. Światłowody są wykorzystywane jako elementy urządzeń optoelektronicznych, składniki optycznych układów zintegrowanych lub do transmisji sygnałów na duże odległości, jak również do celów oświetleniowych.

Światłowody mogą być klasyfikowane ze względu na ich geometrię (planarne, paskowe lub włókniste), strukturę modową (jednomodowe, wielomodowe), rozkład współczynnika załamania (skokowe i gradientowe) i rodzaj stosowanego materiału (szklane, plastikowe, półprzewodnikowe).

Światłowód warstwowy (planarny)

Schemat światłowodu warstwowego składającego się z trzech warstw o różnych współczynnikach załamania

Najprostszy światłowód warstwowy składa się z trzech materiałów o różnych współczynnikach załamania. Światło jest uwięzione w środkowej warstwie na skutek całkowitego wewnętrznego odbicia fali świetlnej od powierzchni granicznych. Światłowód planarny ogranicza światło tylko w jednym kierunku – w płaszczyźnie warstwy fala może rozchodzić się bez ograniczeń.

Światłowód paskowy

Światłowód paskowy powstaje, kiedy propagacja wiązki w warstwie zostaje ograniczona w dwóch kierunkach. Światłowody paskowe są wykorzystywane w układach fotoniki zintegrowanej i w laserach półprzewodnikowych. W układach fotoniki zintegrowanej służą do prowadzenia światła, tworząc bardziej rozbudowane struktury jak np. interferometr Macha-Zehndera lub złożone przyrządy jak multipleksery długości fali dla systemów WDM.

Światłowód włóknisty

(inne nazwy: włókno światłowodowe, włókno optyczne)

Rys.Schemat ilustrujący rozchodzenie się światła w wielomodowym światłowodzie włóknistym

Światłowód włóknisty to, zazwyczaj, falowód dielektryczny o przekroju kołowym otoczony przez płaszcz z innego materiału dielektrycznego o mniejszym współczynniku załamania. Włókna światłowodowe wykonywane są najczęściej ze szkła krzemionkowego, czasem z innych szkieł lub z plastiku. Światłowody plastikowe są stosowane na krótkich odległościach.

Pod względem szybkości i jakości przepływu informacji światłowody stanęły wysoko ponad wszelką konkurencją. Transmisja światła jest niewrażliwa na zakłócające pola elektromagnetyczne, co jest szczególnie istotne środowisku przemysłowym. Innym powodem stosowania optycznej transmisji sygnału jest możliwość wykorzystania bardzo szerokiego pasma, dlatego nadaje się on szczególnie do telefonii, transmisji danych i sygnałów telewizyjnych w formie cyfrowej. W światłowodzie do transmisji danych, zamiast prądu elektrycznego, wykorzystywana jest odpowiednio modulowana wiązka światła. Rozwiązanie takie zapewnia większe pasmo przenoszenia - nawet do 3 Tb/s - , oraz większe odległości na jakie sygnał może być transmitowany bez potrzeby dodatkowego wzmacniania.

Światłowód zbudowany jest ze specjalnego rodzaju szkła kwarcowego. Główną jego częścią jest rdzeń, który okrywa płaszcz i warstwa ochronna. Czasami rdzeń składa się z wielu włókien.Zasada działania światłowodu polega na użyciu dwóch materiałów przewodzących światło o różnych współczynnikach załamania. Współczynnik załamania w rdzeniu jest nieco wyższy niż w płaszczu. Promień świetlny przemieszcza się cały czas w rdzeniu, ponieważ następuje całkowite wewnętrzne odbicie promień odbija się od płaszczyzny przejścia rdzenia do płaszcza. Wokół płaszcza znajduje się izolacja ochronna. Światłowody wykonuje się zasadniczo jako jednomodowe i wielomodowe. Światłowody wielomodowe, można podzielić na dwa typy: o współczynniku skokowym i gradientowym najczęściej spotykane są światłowody o płynnej zmianie współczynnika załamania pomiędzy rdzeniem a płaszczem, czyli gradientowe.

Transmisja światłowodowa polega na przekazaniu wiązki światła, którego źródłem może być laser lub dioda LED. Po drugiej stronie światłowodu jest ona odbierana przez element światłoczuły np. fotodiodę. Aby zapewnić prawidłową i szybką transmisję, wiązka światła jest modulowana. Zapobiega to mogącym pojawiać się zniekształceniom sygnału.