עקרון העבודה של סיבים אופטיים מבוסס על ההחזר הפנימי הכולל של האור, המאפשר לאותות אופטיים לעבור מרחקים ארוכים ללא אובדן. להלן הסבר מפורט כיצד פועלים סיבים אופטיים:
1. מבנה בסיסי של סיבים אופטיים
סיבים אופטיים מורכבים בדרך כלל משלוש שכבות:
ליבה: החלק המרכזי של הסיב, עשוי זכוכית או פלסטיק עם מקדם שבירה גבוה. האות האופטי מתפשט בעיקר דרך הליבה.
חיפוי: מקיף את הליבה ובעל מקדם שבירה נמוך יותר למניעת בריחת אור מהליבה.
שִׁכבָה: שכבת ההגנה מחוץ לחיפוי, המגנה בעיקר על הסיב מפני נזקים פיזיים וגורמים סביבתיים.
2. עקרון של רפלקציה פנימית מוחלטת
עקרון הליבה של העברת אותות אופטי בסיבים הוא השתקפות פנימית מוחלטת. כאשר אור עובר מהליבה עם מקדם שבירה גבוה יותר לתוך החיפוי עם מקדם שבירה נמוך יותר, אם זווית הפגיעה גדולה מזווית קריטית, האור לא יברח מהליבה. במקום זאת, הוא ישתקף לחלוטין בחזרה לליבה בממשק שבין הליבה לחיפוי. באמצעות סדרה של השתקפויות פנימיות מתמשכות, ניתן להעביר את האות האופטי למרחקים ארוכים בסיב.
3. אופני התפשטות האור
בהתאם לסוג הסיב, אותות אופטיים יכולים להתפשט בשני מצבים עיקריים:
סיבים במצב יחיד: בסיבים עם מצב יחיד, קוטר הליבה קטן מאוד (בדרך כלל 8-10 מיקרון), מה שמאפשר לאור להתפשט במצב יחיד (נתיב). לסיבים במצב יחיד יש פיזור מינימלי, מה שהופך אותם למתאימים להעברת נתונים למרחקים ארוכים ברוחב פס גבוה, כגון רשתות מטרופולין (MANs) ורשתות שטח רחבות (WANs).
סיבים מרובים: בסיבים מרובי מצבים, הליבה רחבה יותר (בדרך כלל 50 או 62.5 מיקרון), ומאפשרת לאור להתפשט במספר מצבים (נתיבים). סיבים מרובי מצבים מתאימים ליישומים למרחקים קצרים, אך מכיוון שאותות אור נעים לאורך נתיבים שונים, הם עשויים להגיע בזמנים שונים, ולהוביל לעיוות האות (פיזור מודאלי). לכן, סיבים מרובי מצבים משמשים בדרך כלל עבור רשתות מקומיות (LAN) או חיבורים פנימיים בתוך מרכזי נתונים.
4. הנחתה ופיזור אותות
בעוד שסיבים אופטיים יכולים להעביר אותות אור ביעילות, הם גם נתקלים בכמה בעיות הקשורות להנחתה ופיזור האות:
הנחתה: כאשר האור עובר דרך הסיבים, הוא נחלש בהדרגה, בעיקר עקב זיהומים והשפעות פיזור בסיבים. הנחתה מגבילה את מרחק השידור, ולכן בשידורים למרחקים ארוכים משתמשים בדרך כלל במגברים אופטיים (כגון מגברי סיבים מסוממים בארביום) כדי להגביר את האות.
פְּזִירָה: פיזור מתייחס למהירויות המשתנות שבהן עוברים אורכי גל שונים של אור דרך הסיב, מה שגורם לאות האור להתפשט במהלך השידור. פיזור משפיע על איכות האות, במיוחד בתקשורת במהירות גבוהה, ולכן יש צורך בטכניקות פיצוי פיזור כדי לטפל בבעיה זו.
סיבים אופטיים כולאים אותות אור בתוך הליבה באמצעות השתקפות פנימית מוחלטת, המאפשרים העברת נתונים יעילה למרחקים ארוכים. רוחב הפס הגבוה שלהם, ההנחתה הנמוכה והעמידות בפני הפרעות הופכים אותם לאמצעי השידור המרכזי ברשתות תקשורת מודרניות, בשימוש נרחב באינטרנט מהיר, תקשורת למרחקים ארוכים וחיבור בין מרכזי נתונים.
