Μια οπτική ίνα αποτελείται από μία δέσμη γυάλινων νημάτων(fibers), κάθε μία
από τις οποίες είναι ικανή να μεταδίδει μηνύματα διαμορφωμένα σε κύματα φωτός.
Τα κύματα μεταφέρονται από τον πυρήνα της οπτικής ίνας. Όσο πιο στενός είναι
ο πυρήνας, τόσο πιο γρήγορα μεταφέρεται το κύμα φωτός. Η επικάλυψη (cladding),
η οποία περιβάλλει την οπτική ίνα κρατάει το φως στον πυρήνα, εμποδίζοντας το
σήμα να διασκορπιστεί και να χάσει την ισχύ του. Επιπλέον, υπάρχει μία ακόμη
επικάλυψη, η οποία προστατεύει την ίνα από τους περιβαντολογικούς κινδύνους,
όπως τη βροχή, τη σκόνη, τις γρατσουνιές και το χιόνι.
Οι οπτικές ίνες έχουν πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με τα παραδοσιακά τηλεπικοινωνιακά
μέσα:
Στην παρακάτω φωτογραφία διακρίνεται μία οπτική ίνα και ένα παραδοσιακό καλώδιο:
Η οπτική ίνα όπως είπαμε είναι ένα λεπτό νήμα γυαλιού, το οποίο συμπεριφέρεται ως κυματοδηγός. Ένας κυματοδηγός είναι ένα φυσικό μέσο ή μονοπάτι, το οποίο επιτρέπει τη διάδοση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, όπως το φως. Λόγω του φαινομένου της απόλυτης εσωτερικής ανάκλασης,(total internal reflection),, το φως μπορεί και διαδίδεται κατά μήκος της ίνας με πολύ μικρές απώλειες.
Είναι γνωστό ότι το φως ταξιδεύει στο κενό με ταχύτητα c=3X10^8 m/s. Το φως μπορεί επίσης να ταξιδεύει μέσα σε οποιοδήποτε διαφανές υλικό, αλλά η ταχύτητά του θα είναι μικρότερη από ότι στο κενό. Ο λόγος της ταχύτητας στο κενό προς την ταχύτητα στο μέσα το υλικό ονομάζεται δείκτης διάθλασης
Το μέγεθος της οπτικής ίνας είναι αυτό το οποίο καθορίζει πως ταξιδεύει μέσα σε αυτό το φως. Κάθε οπτικό σήμα μπορεί να δημιουργήσει πολλά διαφορετικά φωτεινά κύματα, τα οποία μπορούν να ταξιδεύουν μέσα στην οπτική ίνα ταυτόχρονα. Αυτό επιτρέπεται μόνο σε μια κατηγορία οπτικών ινών, τις οποίες τις ονομάζουμε πολύτροπες(multimode fibers). Στην περίπτωση αυτή μπορεί να δημιουργηθεί πρόβλημα, καθώς το κάθε κύμα φτάνει στο τέλος της ίνας με μια μικρή καθυστέρηση. Τα σύγχρονα οπτικά δίκτυα χρησιμοποιούν μονότροπη ίνα(singlemode fiber), η οποία έχει πολύ μικρότερο πυρήνα από την πολύτροπη(multimode fiber). Ο πυρήνας μιας τέτοια οπτικής ίνας έχει επαρκή διάμετρο ώστε να επιτρέπει στο φως να ταξιδεύει μέσα από αυτήν, αλλά εμποδίζει το σήμα φωτός από το να αναπηδάει κατά πλάτος της διαμέτρου του. Κατά συνέπεια, το φως ταξιδεύει σε ποιο ευθεία γραμμή, και το σήμα μπορεί να διαδοθεί σε μεγαλύτερες αποστάσεις. Άρα απαιτούνται λιγότεροι επαναλήπτες (repeaters) για τη διάδοσή του.
Παρακάτω βλέπουμε τα δύο αυτά είδη οπτικών ινών
Η άμβλυνση του σήματος μέσα στην οπτική ίνα οδηγεί σε μία μείωση της ισχύος του καθώς αυτό διαδίδεται σε κάποια απόσταση. Όταν υπολογίζουμε τη μεγίστη απόσταση στην οποία μπορεί να διαδοθεί ένα σήμα για μια δοσμένη ισχύ εκπομπής και για ορισμένη ευαισθησία του αποδέκτη, το φαινόμενο πρέπει να ληφθεί υπόψη.
Ονομάζουμε διασπορά τη διεύρυνση του χρόνου ενός παλμού καθώς αυτός ταξιδεύει μέσα στην ίνα. Καθώς ένας παλμός διευρύνεται, μπορεί να πλατύνει αρκετά και έτσι να προκαλεί παρεμβολές στους γειτονικούς παλμούς που βρίσκονται μέσα στην ίνα. Η διασπορά λοιπόν περιορίζει το διάστημα ανάμεσα στα bits και το μέγιστο ρυθμό μετάδοσης σε ένα οπτικό κανάλι.
Ένα είδος διασποράς είναι η intermodal dispersion, η οποία προκαλείται όταν πολλές καταστάσεις του ίδιου σήματος διαδίδονται με διαφορετικές ταχύτητες στην ίνα. Αυτό το είδος διασποράς δεν εμφανίζεται στις μονότροπες ίνες.
Ένα άλλο είδος διασποράς είναι η υλική ή χρωματική διασπορά. Επειδή σε ένα μέσο διασποράς, ο δείκτης διάθλασης είναι συνάρτηση του μήκους κύματος, αν το εκπεμπόμενο σήμα αποτελείται από παραπάνω από ένα μήκη κύματος, κάποια από αυτά διαδίδονται γρηγορότερα από άλλα. Επειδή κανένα laser δεν μπορεί να δημιουργήσει σήμα που να αποτελείται από ακριβώς ένα μήκος κύματος, αυτό το είδος διασποράς εμφανίζεται στα περισσότερα συστήματα.
Ένα τρίτο είδος διασποράς είναι η διασπορά του μήκους κύματος(waveguide dispersion), η οποία προκαλείται επειδή η διάδοση διαφορετικών μηκών κύματος εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά τους, τα οποία είναι το σχήμα του πυρήνα της ίνας και το περίβλημά της.
Πρόκειται για ανεπιθύμητα φαινόμενα τα οποία εμφανίζονται κατά τη μετάδοση του φωτός από την οπτική ίνα και οφείλονται στην εξάρτηση του δείκτη διάθλασης από την ένταση του εφαρμοζόμενου ηλεκτρικού πεδίου.