Basisprincipes van optische vezels en kabels

De transmissie van optische vezels is gebaseerd op het principe van totale interne reflectie, die optreedt wanneer licht het grensvlak tussen twee verschillende media tegenkomt. In een stap-index optische vezel-waarbij n1 de brekingsindex van het kernmedium vertegenwoordigt en n2 de brekingsindex van het bekledingsmedium vertegenwoordigt, waarbij n1 > n2-totale interne reflectie optreedt wanneer licht dat de kern binnenkomt het grensvlak tussen kern en bekleding raakt onder een invalshoek die groter is dan de kritische hoek (θc). Onder deze omstandigheden ontsnapt er geen lichtenergie aan de kern en kan het invallende licht zich via talloze interne reflecties door het grensvlak voortplanten.

Wanneer een optische vezel echter wordt gebogen, verschuift de normaal op het grensvlak van richting, wat resulteert in kleinere invalshoeken. Bijgevolg daalt de invalshoek voor een deel van de lichtstralen onder θc, waardoor wordt voorkomen dat ze totale interne reflectie ondergaan. Niettemin kunnen die stralen met aanvankelijk grotere invalshoeken nog steeds een totale interne reflectie ondergaan; de lichttransmissie blijft dus bestaan, zelfs als de vezel wordt gebogen, hoewel dit buigen wel tot energieverlies leidt. Wanneer de buigradius groter is dan 50 tot 100 millimeter, is het resulterende verlies doorgaans verwaarloosbaar. Omgekeerd kunnen minieme bochten ernstig ‘microbuigingsverlies’ veroorzaken.

Elektromagnetische golftheorie wordt vaak gebruikt om de mechanismen van optische vezeltransmissie verder te onderzoeken, met name door de golfvergelijkingen op te lossen die afhankelijk zijn van de randvoorwaarden van het golfgeleidermedium van optische vezels. Het licht dat zich binnen een optische vezel voortplant, omvat talrijke "modi", die elk een specifieke verdeling van het elektromagnetische veld vertegenwoordigen en overeenkomen met een bepaalde lichtstraal, zoals beschreven in de geometrische optica. De specifieke geleide modi die aanwezig zijn in een optische vezel zijn afhankelijk van de genormaliseerde frequentie van de vezel (V-getal).
In deze context duidt NA de numerieke opening aan, een parameter die verband houdt met de brekingsindices van de kern en de bekledingsmedia; *a* vertegenwoordigt de straal van de vezelkern; en λ vertegenwoordigt de golflengte van het doorgelaten licht. Wanneer een optische vezel wordt gebogen, vindt modekoppeling plaats; een deel van de energie verschuift van de geleide modi naar stralingsmodi, waardoor de kern ontsnapt en verloren gaat.
Prestatiekenmerken: De primaire parameters die een optische vezel kenmerken, zijn onder meer verzwakking, bandbreedte en andere.