סיב אופטי

 

סיב מחומר שקוף המאפשר העברת אור מקצהו האחד לאחר, ומבוסס על העיקרון הפיזיקאלי הנקרא "החזרה גמורה של קרן אור".

אפשר להעביר אותות חשמליים גם בכבלי נחושת, אולם הניחות בכבלי הנחושת גדלה ככל שהמרחק גדל.

בתקשורת אופטית האותות בסיב האופטי הם בתחום האינפרא אדום בשלושה תחומים עיקריים של אורכי גל: סביב 850 ננומטר, סביב 1310 ננומטר, או סביב 1550 ננומטר.

לסיב אופטי רמת ניחות נמוכה מאוד, עובדה המאפשרת מעבר מרחקים גדולים מאוד ללא צורך בהגברת האות.

לסיב אופטי רוחב פס גדול מאוד, עובדה המאפשרת העברת כמות רבה של מידע. משקל הסיב נמוך יותר. הסיב אינו פולט קרינה אלקטרו מגנטית, חסין כנגד הפרעות חיצוניות ולא רגיש למים/לחות.

הסיב מורכב מליבה ומעטפת ששתיהן שקופות. מקדם השבירה של הליבה גבוה מעט מזה של המעטפת החיצונית ובכך יוצר מצב בו קרני האור "לכודות" בתוך הסיב ונעות לאורכו גם בפניות או בפיתולים.

מקדם השבירה של הליבה n_{1} הוא גדול ממקדם השבירה n_{2} של המעטה. לכן, כאשר אור נכנס לסיב ופוגע בדופן בזווית שהיא בטווח הקריטי, הוא יישבר על ידי המעטה בזווית שתחזיר אותו במלואו לתוך הסיב. תופעה זו נקראה החזרה פנימית מלאה והיא מבוססת על חוק סנל. כאמור, קרן האור תוחזר החזרה פנימית מלאה רק אם הזווית שלה יחסית למעטה היא קטנה מערך מסוים הנקרא "הזווית הקריטית". את הזווית הקריטית של הסיב ניתן לחשב באמצעות חוק סנל ומקדמי השבירה של הסיב {\displaystyle \ n_{2}<n_{1}} על ידי

{\displaystyle \ \sin {\theta _{c}}={\frac {n_{2}}{n_{1}}}={\frac {n_{\mathrm {clad} }}{n_{\mathrm {core} }}}}

אור יתקדם בזווית הקטנה מזווית זו בסיב אם ורק אם הוא יכנס לסיב בזווית הקטנה מ"זווית הקליטה" {\displaystyle \ \theta _{a}}. זווית זו, הנמדדת ביחס לציר של הסיב, יוצרת את מה שנקרא "חרוט הקליטה". אור שנכנס אל הסיב דרך חרוט דמיוני זה ישאר בו, אור שיכנס לסיב לא דרך החרוט יזלוג החוצה דרך המעטה. את זווית הקליטה אפשר לחשב על ידי

{\displaystyle \ NA=\sin {\theta _{a}}=n_{1}\sin {\theta _{c}}={\sqrt {n_{1}^{2}-n_{2}^{2}}}}

הגודל NA נקרא מפתח נומרי והוא מדד ליכולת קליטת האור (או הצימוד) של הסיב.

FORJ – Fiber Optic Rotary Joint עושה שימוש בסיב אופטי ומעביר כמויות מידע גדולות במערכות מסתובבות.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

שרטוט המציג מבנה של סיב, עם חרוט הקליטה שלו. קרן שנכנסת לסיב דרך החרוט נשמרת בתוכו כתוצאה מהחזרה פנימית מלאה, קרן שלא נכנסת דרך החרוט זולגת החוצה.