光纤用于通过玻璃纤维制成的光学波导以光的形式传输信息。该灯以一系列可以翻译为二进制代码的脉冲发送，从而可以通过光纤传输信息。因为这样的脉冲可以减少衰减，并免疫电磁干扰，因此使用纤维代替传统的金属线，从而使数据传输在更长的距离和较高的带宽下。
什么是踏板纤维？
踩踏纤维是一种表现出的光纤步骤索引配置文件;折射率在整个纤维的核心中保持恒定，而在核心和外部覆盖物之间的界面或“覆层”之间的折射率突然下降。步骤索引配置文件可用于单模和多模式纤维。
单模与多模式波导
单模纤维比多模式纤维具有较小的芯（直径约10微米），它们之间的差异主要在于模态分散它们显示出可以传输的不同模式的数量。单模纤维具有较窄的模态分散剂，这意味着它们比多模式纤维更长的距离将每个光脉冲在更长的距离上传输。这就是为什么单模纤维，例如展示更高的带宽比多模式纤维。
分析单模单模式索引光纤
在下面您可以看到一个模拟踩踏纤维内核由纯二氧化硅玻璃（SIO2）制成，其折射率为1.445。覆层的折射率为1.4378。对于下面显示的仿真结果，在纤维的XY平面上进行了模式分析，其中波在z方向传播。可以从这种类型的特征值（或本本）分析纤维的横截面分析中得出许多信息。由于纤维横截面的对称性，最低的本征模是退化的，并且发送到纤维的光将以相同的速度传播到这两种传播模式中。如果我们用力挤压纤维或制造错误，会发生什么？然后可能会碰到玻璃在不同方向上带有不同折射率的双折射。然后，最低的本本元将分裂，而不再退化：对于每种模式，光将以不同的速度传播，从而导致信号分散。这只是一个非常基本的例子。现实世界的分析方案当然可以更加复杂。
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| 表面图和轮廓线分别可视化电场和磁场的Z组分。 | 左侧图的替代可视化，其中基于电场值的高度表达式已应用于表面图。 |
彻底改变光纤沟通
尽管自1800年代以来，光纤通信背后的概念就已经存在，但直到最近它们才在现代世界中实施。光通过纤维使用称为的原理传输总内部反思，这使得光通过（理论上）零损失向外部环境传播。但是，由于我们不生活在理论世界中，因此确实会发生信息损失。在1970年代之前，光纤容易出现大量传输损失，使其纯粹是一项学术努力。但是，在1970年，研究人员能够证明可以生产低损坏光纤。这些新的波导显示出每公里（dB/km）的低至20分贝的损失，而不是先前实验中显示的2,000 dB/km。由于多年的密集开发，今天的纤维损失的损失与给定材料和几何特征的给定组合的理论限制接近。
在1990年至2000年之间，商业光学市场爆炸了，几年内，全球实施了电缆。正如托马斯·艾伦（Thomas Allen）在他的国家地理文章 ”未来正在呼唤” 2001年，“用电线连接了十亿人花了一百年的时间。将接下来的十亿人联系起来只花了十年的时间。”光纤彻底改变了1990年代和当今的沟通，并且传输效率和生产成本的提高继续为发达国家带来更快，更有效的沟通。
其他光纤应用
尽管光纤电缆最广泛的使用是在通信技术中，但还有许多其他应用程序通过使用光学波导进行了革新。例如，在医疗领域，医生使用光纤在手术或探索期间看病人的身体内部。光纤允许医生使用微小的切口和内窥镜进行微创手术，以提供光线。它们还用于科学研究和制造业，以提供难以到达或危险区域的光线。光纤电缆也可以用作机器或真空室内的传感器，从而提供有关压力，温度或电压变化的信息。您认为光学波导还可以革新其他哪些类型的应用？
光学组件的分析
光纤并不是可以分析的唯一光学元件组件。所谓的光子设备将来，光电电路对仿真软件构成了挑战，通常是因为它们的细长形状意味着在传播方向上大量电磁波振荡。另外，2D模拟不会做 - 您需要完整的3D模拟。无论使用哪种数值方法以实现必要的准确性，都需要密集采样沿传播方向的每个振荡。即将到来的博客文章将描述我们在Comsol正在努力使这一简化的一些新的令人兴奋的技术。下面的图片方向分离器是如此充满挑战的光子学组成部分的一个很好的例子：
进一步阅读
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- 模型下载：应力光效应 - 具有广义平面应变和光子波导
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