Światłowód jednomodowy – rodzaj światłowodu służący do przesyłania jednego modu światła , nazywanego modem podstawowym. Największą zaletą tego typu światłowodów jest możliwość przesyłania danych na duże odległości, bez znaczącego zniekształcenia i tłumienia sygnału. Pozwala to na budowę systemów transmisyjnych dalekiego zasięgu, osiągających znaczne przepływności. Światłowody jednomodowe są zwykle nieco tańsze od światłowodów wielomodowych, jednak koszt sprzętu aktywnego (nadajniki, odbiorniki) współpracującego ze światłowodami jednomodowymi jest wyższy.

Transmisja światłowodowa na duże odległości jest ograniczona przez dwie cechy materiałów użytych do budowy rdzenia; są to:

• dyspersja sygnału (różne składowe sygnału poruszają się z różnymi prędkościami)
• tłumienie sygnału (amplituda sygnału stopniowo zanika wzdłuż światłowodu)

Użycie światłowodów jednomodowych pozwala w dużym stopniu wyeliminować powyższe ograniczenia.

Zmniejszenie wpływu dyspersji

W każdym znanym materiale współczynnik załamania , n, fali elektromagnetycznej zależy od jej długości , λ . Zależność ta nosi nazwę dyspersji . Za sprawą dyspersji, każdy zmodulowany sygnał świetlny (tzn. inny, niż ściśle monochromatyczna fala o amplitudzie stałej w czasie) ulega zniekształceniom, ponieważ jego składowe o różnych częstotliwościach (a co za tym idzie, różnych długościach fali) poruszają się z różnymi prędkościami ( prędkość rozchodzenia się światła w ośrodku jest odwrotnie proporcjonalna do współczynnika załamania ). W światłowodzie jednomodowym szerokość spektralna sygnału jest na tyle mała, że jest możliwe takie dobranie długości fali do rodzaju ośrodka, przy którym zależność współczynnika załamania nie zawiera wyrazu liniowego, a zatem w rozwinięciu:

dla odpowiednio dobranej λ₀, współczynnik n₁ = 0. W małym przedziale długości fali wokół λ₀ (odpowiadającym szerokości spektralnej zmodulowanego sygnału) światło porusza się praktycznie ze stałą prędkością, co ogranicza wpływ dyspersji do minimum. W przypadku światłowodu wielomodowego wykorzystanie takiego okna bezdyspersyjnego byłoby niemożliwe, ponieważ każdemu modowi odpowiada inna długość fali.

Zmniejszenie wpływu tłumienia

Nawet w najbardziej przezroczystym materiale tłumienie amplitudy fali jest niezerowe i zależne od długości fali. W niektórych materiałach (np. kwarc ) tłumienie dla wybranych przedziałów długości fali jest szczególnie małe. Światłowody jednomodowe przeznaczone do transmisji sygnałów na duże odległości pracują z długościami fali w obrębie tych przedziałów. Ponadto, istnieje względnie prosty sposób wzmocnienia sygnału w takim światłowodzie bez przetwarzania sygnału na postać elektryczną. Wzmocnienie uzyskuje się dzięki modyfikacji światłowodu na pewnym odcinku długości w taki sposób, by dla długości światła odpowiadających sygnałowi następowała akcja laserowa . Najczęściej modyfikacja ta polega na domieszkowaniu materiału światłowodu pierwiastkami ziem rzadkich (np. erbem ) i oświetleniu domieszkowanej sekcji światłowodu światłem lasera pompującego. Laser ten wzbudza atomy domieszek ( erbu ), umożliwiając akcję laserową, indukowaną falą przenoszącą sygnał – w praktyce stała absorpcji ośrodka tworzącego sekcję wzmacniającą staje się ujemna; sygnał przechodzący przez sekcję nie jest tłumiony, lecz ulega wzmocnieniu. Taka technika optycznego wzmacniania sygnałów nazywana jest wzmacniaczem optycznym , zaś wzmocnienie w oparciu o włókna światłowodowe domieszkowane erbem określa się skrótem EDFA .

Światłowody jednomodowe w telekomunikacji

W telekomunikacji stosuje się najczęściej światłowody jednomodowe o średnicy rdzenia od 8 do 10 mikrometrów , i standardowej średnicy płaszcza 125 mikrometrów. Wykonuje się je ze szkła krzemionkowego z domieszką dwutlenku germanu. Z uwagi na minimum tłumienności w zastosowaniach telekomunikacyjnych używa się długości fali w przedziale 1530-1565 nm (długość średnia fali ok. 1550 nm), jest to III okno transmisyjne, ale także używa się II okna transmisyjnego, fali o długości ok. 1310 nm , odpowiadającej podczerwieni . Światłowody jednomodowe umożliwiają transmisję w technologi x WDM , która opiera się na zwielokrotnianiu sygnału. Co za tym idzie, do osiągania prędkości rzędu Tb/s.

Oznaczenia typów produkowanych światłowodów

Producenci transmisyjnych kabli światłowodowych używają zazwyczaj następujących oznaczeń:^[]

Włókno jednomodowe: 9/125 ; SM ; G.652 ; G.657.A ; G.657.B; G.655 ; G.656.

Włókna wielomodowe: 50/125 ; 62,5/125 ; MM ; OM1 ; OM2 ; OM2+ ; OM3 ; OM4.

Zobacz też

• falowód
• światłowód włóknisty
• światłowody wielomodowe
• kable światłowodowe