Многомодовое градиентное волокно

За счет сложного легирования оптоволокна можно добиться плавного уменьшения показателя преломления от центра к оболочке волокна. Тогда моды, хотя и будут по-прежнему проходить разные пути, но делать это за одинаковое время. Полоса пропускания по сравнению со ступенчатым волокном заметно увеличивается, до 100-1000 МГц-км.

Показатель преломления градиентных волокон обычно имеет параболический профиль, который получают, вводя в однородную стеклянную нить специальные добавки. В результате, при прочих равных условиях, число распространяющихся мод уменьшается примерно в два раза в сравнении со ступенчатым волноводом.

Оптоволоконные линии связи на многомодовом волокне обладают интересным свойством: полоса пропускания линейно зависит от длины кабеля, поэтому ее измеряют не в абсолютных, а в удельных показателях, обычно в МГц-км (мегагерц-километр). Так, оптоволоконный кабель с характеристикой 100 МГц-км при длине 100 метров будет иметь полосу пропускания 1 ГГц.

Понять причину этого свойства нетрудно, рассмотрев, какое расстояние пройдет луч (мода) в зависимости от угла входа в световод.

Пусть в момент t=0 на входе оптического волокна подается световой импульс. Его лучи будут распространяться в разных направлениях. Заданное расстояние l быстрее всех пройдет луч, идущий вдоль оси (j=0). Последним придет луч, вошедший под критическим углом (j=j_кр). Величина запаздывания между ними определяется как

DТ = (n₁/ n₂) (l/c) Dn,

где с - скорость света в оптоволокне.

Лучи, вошедшие в волновод под углом 0<j<j_кр придут с запаздыванием в интервале 0... DТ. Таким образом, следующий импульс не может быть принят, пока не "утихнут" моды предыдущего, и удельная пропускная способность (от нее можно перейти к полосе пропускания) может быть вычислена так:

DТ/ l = (n₁/n₂) (Dn /c).

Эта формула не является точной, так как основана на предположении об идеальности источника света, световода и фотоприемника. С ее помощью можно давать только приблизительные оценки пропускной способности. Например, при n₁"n₂ и Dn=1% (реальное ступенчатое оптоволокно) пропускная способность составит DТ/ l=3,3х10^-8 мкс/км (или полоса пропускания 300 МГц-км)

Из-за сложного процесса изготовления, градиентное оптическое волокно относительно дорого (даже дороже, чем одномодовое волокно), но зато пассивные элементы для него - не такие дорогие, как для одномодового волокна. Поэтому кабели с градиентным волокном находят применение в небольших оптоволоконных системах, например в локальных сетях.