Optiliste kiudude tööpõhimõte põhineb valguse täielikul sisemisel peegeldusel, võimaldades optilistel signaalidel ilma kadudeta läbida pikki vahemaid. Järgnevalt kirjeldatakse üksikasjalikult, kuidas optilised kiud töötavad.
1. Optilise kiu põhistruktuur
Optilised kiud koosnevad tavaliselt kolmest kihist:
Tuum: kiu keskosa, valmistatud suure murdumisnäitajaga klaasist või plastikust. Optiline signaal levib peamiselt läbi südamiku.
Vooderdus: Ümbritseb südamikku ja sellel on madalam murdumisnäitaja, et vältida valguse väljapääsu südamikust.
Katmine: Kaitsekiht väljaspool vooderdust, mis kaitseb peamiselt kiudu füüsiliste kahjustuste ja keskkonnategurite eest.
2. Täieliku sisemise peegelduse põhimõte
Kiududes optilise signaali edastamise põhiprintsiip on täielik sisepeegeldus. Kui valgus liigub suurema murdumisnäitajaga südamikust madalama murdumisnäitajaga kattekihti, siis kui langemisnurk on suurem kui kriitiline nurk, ei pääse valgus südamikust välja. Selle asemel peegeldub see südamiku ja katte vahelisel liidesel täielikult tagasi südamikusse. Pidevate sisemiste peegelduste seeria kaudu saab optilist signaali edastada kius pikkade vahemaade taha.
3. Valguse leviku viisid
Sõltuvalt kiu tüübist võivad optilised signaalid levida kahes põhirežiimis:
Ühemoodiline fiiber: Ühemoodiliste kiudude puhul on südamiku läbimõõt väga väike (tavaliselt 8-10 mikronit), võimaldades valgusel levida ühes režiimis (tee). Ühemoodilistel kiududel on minimaalne dispersioon, mistõttu need sobivad kaug- ja suure ribalaiusega andmeedastuseks, nagu suurlinnavõrgud (MAN) ja laivõrgud (WAN).
Mitmerežiimiline kiud: Mitmemoodiliste kiudude puhul on südamik laiem (tavaliselt 50 või 62,5 mikronit), võimaldades valgusel levida mitmes režiimis (teed). Mitmemoodilised kiud sobivad lähirakendusteks, kuid kuna valgussignaalid liiguvad mööda erinevaid teid, võivad need saabuda erinevatel aegadel, mis toob kaasa signaali moonutamise (modaalne hajumine). Seetõttu kasutatakse mitmerežiimilisi kiude tavaliselt kohtvõrkude (LAN) või andmekeskuste sisemiste ühenduste jaoks.
4. Signaali sumbumine ja hajumine
Kuigi optilised kiud suudavad valgussignaale tõhusalt edastada, puutuvad nad kokku ka mõningate signaali sumbumise ja hajutamisega seotud probleemidega:
Sumbumine: Kui valgus liigub läbi kiu, nõrgeneb see järk-järgult, peamiselt kius esinevate lisandite ja hajumise tõttu. Sumbumine piirab edastuskaugust, seetõttu kasutatakse kaugedastustes tavaliselt signaali võimendamiseks optilisi võimendeid (näiteks erbiumiga legeeritud kiudvõimendeid).
Dispersioon: Dispersioon viitab erinevatele kiirustele, millega valguse eri lainepikkused läbivad kiudu, põhjustades valgussignaali levimise ülekande ajal. Dispersioon mõjutab signaali kvaliteeti, eriti kiire side puhul, seega on selle probleemi lahendamiseks vaja hajutuse kompenseerimise tehnikaid.
Optilised kiud piiravad valgussignaale südamikus täieliku sisemise peegelduse kaudu, võimaldades tõhusat pikamaa andmeedastust. Nende suur ribalaius, madal sumbumine ja vastupidavus häiretele muudavad need tänapäevaste sidevõrkude põhiülekandemeediumiks, mida kasutatakse laialdaselt kiires Internetis, kaugsides ja andmekeskuste omavahelises ühenduses.
