Step-Index Multimode-Faser

Eine Step-Index-Faser in Lichtwellenleitern ist eine Faser, in der der Kern eine konstante Brechungsindex hat, während der Brechungsindex an der Grenze zwischen Kern und Mantel stark abnimmt, aufgrund des niedrigeren Brechungsindex im Mantel. In Step-Index-Multimode-Fasern bewegt sich das Licht entlang der Faserachse, indem es das Prinzip der Totalreflexion nutzt und dabei in zickzackförmigen Pfaden verläuft. Licht, das unter verschiedenen Einfallswinkeln in die Faser gelangt, durchläuft unterschiedliche Bahnen. Obwohl das einfallende Licht zu Beginn mit derselben Geschwindigkeit in die Faser gelangt, benötigt es unterschiedliche Zeiten, um den Faserausgang zu erreichen. Dies führt zu einer zeitlichen Dispersion, die als Modaldispersion bezeichnet wird.

Da digitale Kommunikation Lichtimpulse nutzt, um Signale über die Glasfaser zu übertragen, führt die modale Dispersion dazu, dass sich der Impuls stark ausdehnt und verbreitet, wenn er durch die Faser bewegt wird. Je mehr Übertragungsmodi die Faser unterstützt, desto mehr Impulse breiten sich aus. Dies beschränkt die Bandbreite erheblich, insbesondere bei Step-Index Multimode-Fasern. Darüber hinaus ist die modale Dispersion für die optische Kommunikation nicht ideal. In digitalen optischen Kommunikationssystemen führt eine starke Streuung dazu, dass sich die Impulse überlappen, was zu Interferenzen zwischen Symbolen führt und die Bitfehlerrate erhöht. Daher hat die Faserdispersion nicht nur Auswirkungen auf die Übertragungskapazität der Glasfaser, sondern begrenzt auch die Reichweite von Glasfaserkommunikationssystemen.

Aufgrund dieser Beschränkung werden Step-Index Multimode-Fasern in der Regel in Kommunikationssystemen mit kurzen Entfernungen (wenige Kilometer) und niedrigen Übertragungsraten (8 Mb/s oder weniger) eingesetzt, da sie kostengünstiger sind. Im Gegensatz dazu verhält es sich bei Step-Index Singlemode-Fasern anders. In einer Step-Index Singlemode-Faser kann nur ein Modus des Lichts übertragen werden, was zu einer sehr geringen modalen Dispersion führt und daher die Übertragungsdistanz weniger beeinträchtigt. Typischerweise handelt es sich bei Singlemode-Fasern um Step-Index-Fasern.