เทคโนโลยีไฟเบอร์ออปติกยังคงมีการพัฒนาอย่างรวดเร็ว โดยมีบทบาทสำคัญในยุคข้อมูลข่าวสาร นอกเหนือจากใยแก้วนำแสงแบบดั้งเดิมที่ใช้สำหรับการส่งสัญญาณแล้ว คลาสใหม่ที่เรียกว่า "ใยแก้วนำแสงแบบพิเศษ" กำลังกลายเป็นตัวเปลี่ยนเกม เส้นใยเหล่านี้ทำหน้าที่เป็นกองกำลังพิเศษในการสื่อสารด้วยแสง ทำหน้าที่เฉพาะและสำคัญในการประมวลผลสัญญาณ การเชื่อมต่อระหว่างอุปกรณ์ และการใช้งานเฉพาะทางอื่นๆ อะไรทำให้เส้นใยชนิดพิเศษเหล่านี้มีความโดดเด่นมาก และเส้นใยเหล่านี้จะกำหนดรูปแบบอนาคตของการสื่อสารด้วยแสงได้อย่างไร บทความนี้จะตรวจสอบเส้นใยชนิดพิเศษที่เป็นตัวแทนหลายรายการ โดยสำรวจหลักการทางเทคนิค การใช้งาน และความท้าทาย
ในระบบส่งผ่านแสงที่ถูกครอบงำโดยไฟเบอร์โหมดเดี่ยวมาตรฐาน (SMF) การกระจายตัวของสีถือเป็นความท้าทายที่สำคัญ การกระจายตัวทำให้พัลส์แสงกว้างขึ้น คุณภาพของสัญญาณลดลง และจำกัดระยะและความเร็วในการส่งสัญญาณ ไฟเบอร์ชดเชยการกระจายตัว (DCF) มอบแนวทางแก้ไขปัญหานี้อย่างมีประสิทธิภาพ ลักษณะสำคัญของ DCF คือค่าการกระจายตัวเป็นลบขนาดใหญ่ในหน้าต่างความยาวคลื่น 1550 นาโนเมตร ซึ่งชดเชยการกระจายตัวเชิงบวกที่เกิดขึ้นใน SMF มาตรฐาน
โดยเฉพาะอย่างยิ่ง DCF โดยทั่วไปจะมีค่าสัมประสิทธิ์การกระจายประมาณ D µ -95 ps/(nm·km) ซึ่งหมายความว่า DCF ประมาณ 14 กม. สามารถชดเชยการกระจายตัวใน 80 กม. ของ SMF มาตรฐานได้ ในการใช้งานจริง โดยปกติแล้ว DCF จะถูกบรรจุเป็นโมดูลการชดเชยการกระจาย (DCM) เพื่อให้การรวมระบบทำได้ง่ายขึ้น
เมื่อเปรียบเทียบกับเทคนิคการชดเชยการกระจายอื่นๆ เช่น ตะแกรงไฟเบอร์ Bragg (FBG) DCF มีข้อดีต่างๆ เช่น หน้าต่างความยาวคลื่นที่กว้าง ความน่าเชื่อถือสูง และการกระเพื่อมของการกระจายที่ต่ำมาก ทั้งหมดนี้มีความสำคัญสำหรับระบบมัลติเพล็กซ์ing ความยาวคลื่น (WDM) นอกจากนี้ DCF ยังสามารถออกแบบเพื่อชดเชยความชันในการกระจาย ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งาน WDM ที่มีความยาวคลื่นกว้าง
อย่างไรก็ตาม DCF มีข้อจำกัด เนื่องจากค่าการกระจายตัวที่จำกัดต่อความยาวหน่วย DCF จึงมีการลดทอนค่อนข้างสูงเมื่อต้องการการชดเชยการกระจายรวมจำนวนมาก นอกจากนี้ เพื่อให้เกิดการกระจายตัวเป็นลบในหน้าต่างความยาวคลื่น 1550 นาโนเมตร พื้นที่แกนกลางที่มีประสิทธิผลของ DCF โดยทั่วไปจะมีขนาดเล็ก (Aeff data 15 μm²) ประมาณหนึ่งในห้าของ SMF มาตรฐาน ซึ่งส่งผลให้เกิดผลกระทบแบบไม่เชิงเส้นที่ได้รับการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญใน DCF ซึ่งจะต้องพิจารณาเมื่อออกแบบอุปกรณ์การวัดที่รวม DCF เข้าด้วยกัน
เส้นใยโหมดเดี่ยวในอุดมคติมีส่วนตัดขวางเป็นวงกลมโดยมีโหมดเสื่อมโทรมสองโหมดซึ่งมีสถานะโพลาไรเซชันตั้งฉากซึ่งกันและกันและค่าคงที่การแพร่กระจายที่เหมือนกัน อย่างไรก็ตาม ความเครียดจากภายนอกสามารถกระตุ้นให้เกิดการสะท้อนกลับในเส้นใย ส่งผลให้โหมดการเสื่อมสภาพเหล่านี้พัฒนาค่าคงที่การแพร่กระจายที่แตกต่างกัน การกระจายสัญญาณแสงระหว่างโหมดโพลาไรเซชันทั้งสองนี้ไม่เพียงแต่ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขการเชื่อมต่อระหว่างแหล่งกำเนิดแสงและไฟเบอร์เท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับการเชื่อมต่อพลังงานระหว่างโหมดระหว่างการแพร่กระจาย ซึ่งเป็นกระบวนการที่โดยทั่วไปจะเป็นแบบสุ่ม ดังนั้น แม้หลังจากแพร่กระจายผ่านไฟเบอร์เพียงไม่กี่เมตร สถานะโพลาไรเซชันของสัญญาณเอาท์พุตก็มักจะกลายเป็นแบบสุ่ม โหมดคัปปลิ้งและสถานะโพลาไรเซชันเอาต์พุตมีความไวสูงต่อการรบกวนจากภายนอก เช่น การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ การเปลี่ยนแปลงความเค้นเชิงกล และการดัดงอระดับไมโครและระดับมหภาค
เพื่อลดการเชื่อมต่อพลังงานระหว่างโหมดโพลาไรเซชันแบบตั้งฉากสองโหมด ความแตกต่างในค่าคงที่การแพร่กระจายจะต้องมีขนาดใหญ่เพียงพอ ซึ่งสามารถทำได้โดยการผสมผสานองค์ประกอบเพิ่มเติมเข้ากับการหุ้มไฟเบอร์เพื่อใช้ความเค้นแบบไม่สมมาตรกับแกนกลาง เนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของวัสดุที่แตกต่างกัน จึงสามารถสร้างความเค้นในทิศทางเดียวในแกนกลางในระหว่างกระบวนการวาดเส้นใย ขึ้นอยู่กับรูปร่างของชิ้นส่วนที่รับแรงเค้น (SAP) เส้นใย PM จะถูกจัดประเภทเป็นประเภท "Panda" หรือ "Bowtie"
สิ่งสำคัญที่ควรทราบคือเส้นใย PM นั้นเป็นเส้นใยที่มีการหักเหของแสงสูง ซึ่งได้รับการออกแบบมาเพื่อลดการเชื่อมต่อระหว่างโหมดโพลาไรซ์แบบตั้งฉากให้เหลือน้อยที่สุด อย่างไรก็ตาม สำหรับไฟเบอร์ PM ที่จะรักษาสถานะโพลาไรเซชันของสัญญาณ โพลาไรซ์ของสัญญาณอินพุตจะต้องสอดคล้องกับแกนที่ช้าหรือเร็วของไฟเบอร์ มิฉะนั้น โหมดเสื่อมทั้งสองโหมดจะตื่นเต้น และถึงแม้จะมีพลังงานเชื่อมต่อกันน้อยที่สุด แต่เฟสแสงสัมพัทธ์จะยังคงได้รับผลกระทบจากการรบกวนของไฟเบอร์ ทำให้สถานะโพลาไรเซชันเอาต์พุตไม่สามารถคงไว้ได้
ดังนั้น เมื่อใช้ไฟเบอร์ PM ในระบบออปติก การจัดตำแหน่งโพลาไรเซชันของสัญญาณอินพุตอย่างระมัดระวังจึงเป็นสิ่งสำคัญ มิฉะนั้น เกี่ยวกับความเสถียรของโพลาไรซ์เอาต์พุต เส้นใย PM อาจทำงานได้แย่กว่าเส้นใยโหมดเดี่ยวมาตรฐาน ความท้าทายอีกประการหนึ่งของเส้นใย PM คือความยากในการเชื่อมต่อและต่อเข้าด้วยกัน เมื่อเชื่อมเส้นใย PM สองเส้นเข้าด้วยกัน แกนของไบรีฟริงเจนซ์จะต้องอยู่ในแนวเดียวกันอย่างสมบูรณ์ การจัดตำแหน่งที่ไม่ตรงทำให้เกิดปัญหาเช่นเดียวกับการจัดตำแหน่งที่ไม่ตรงของโพลาไรซ์อินพุต ตัวต่อไฟเบอร์ PM ซึ่งให้การหมุนและการวางแนวแกนที่แม่นยำ มีราคาสูงกว่าตัวต่อไฟเบอร์ทั่วไปถึงห้าเท่าเนื่องจากความซับซ้อน
ไฟเบอร์โฟโตนิกคริสตัล (PCF) หรือที่รู้จักในชื่อไฟเบอร์โฟโตนิกแบนด์แกป ถือเป็นไฟเบอร์ชนิดใหม่ที่มีกลไกการนำคลื่นที่แตกต่างจากไฟเบอร์ทั่วไปโดยพื้นฐาน โดยทั่วไปแล้ว PCF จะมีรูอากาศกระจายเป็นระยะๆ จำนวนมากในหน้าตัด ทำให้ได้รับฉายาว่าไฟเบอร์ "โฮลีย์" กลไกการนำทางแสงของ PCF ขึ้นอยู่กับเอฟเฟกต์เรโซแนนซ์ของ Bragg ในทิศทางตามขวางของไฟเบอร์ ซึ่งหมายความว่าหน้าต่างการส่งผ่านที่มีการสูญเสียต่ำนั้นขึ้นอยู่กับการออกแบบของโครงสร้าง bandgap เป็นส่วนใหญ่
PCF ในพื้นที่แกนกลางขนาดใหญ่ช่วยให้สามารถดำเนินการในโหมดเดียวผ่านหน้าต่างความยาวคลื่นที่กว้างเป็นพิเศษ (เช่น 750-1700 นาโนเมตร) ในขณะที่ยังคงรักษาพื้นที่แกนกลางขนาดใหญ่ไว้ เมื่อเปรียบเทียบกับ PCF แบบกลวง PCF แบบพื้นที่แกนกลางขนาดใหญ่มีหน้าต่างการสูญเสียต่ำที่กว้างกว่า แม้ว่าพารามิเตอร์แบบไม่เชิงเส้นจะต่ำกว่า SMF มาตรฐาน แต่โดยทั่วไปแล้วจะสูงกว่า PCF แบบกลวงมาก
PCF แบบไม่เชิงเส้นสูงซึ่งมีหน้าตัดแกนโซลิดที่เล็กมาก ทำให้มีความหนาแน่นของพลังงานในแกนสูงมาก ตัวอย่างเช่น PCF แบบไม่เชิงเส้นสูงที่มีความยาวคลื่นเป็นศูนย์กระจายที่ γ0 = 710 นาโนเมตร อาจมีเส้นผ่านศูนย์กลางแกนกลางเล็กเพียง 1.8 μm และพารามิเตอร์ไม่เชิงเส้น γ > 100 W−1 km−1—40 เท่าสูงกว่า SMF มาตรฐาน PCF ประเภทนี้มักใช้ในแอปพลิเคชันการประมวลผลสัญญาณแสงแบบไม่เชิงเส้น เช่น การขยายแบบพาราเมตริก และการสร้างความต่อเนื่องยิ่งยวด
PCF แบบแกนกลวงนำสัญญาณแสงผ่านแกนอากาศ ต่างจากท่อนำคลื่นแบบทั่วไปที่ต้องใช้วัสดุไดอิเล็กทริกของแข็งที่มีดัชนีการหักเหของแสงสูง โครงสร้างโฟโตนิกแบนด์แกปของ PCF ในการหุ้มทำหน้าที่เป็นกระจกเสมือนที่จำกัดการแพร่กระจายคลื่นแสงไปยังแกนอากาศ ใน PCF แบบแกนกลวงส่วนใหญ่ พลังงานแสงมากกว่า 95% เดินทางผ่านอากาศ ช่วยลดปฏิสัมพันธ์ระหว่างพลังงานสัญญาณและวัสดุแก้ว เนื่องจากความไม่เชิงเส้นของอากาศมีขนาดต่ำกว่าซิลิกาประมาณสามอันดับ PCF แบบแกนกลวงจึงสามารถแสดงความไม่เชิงเส้นที่ต่ำมาก ทำให้เหมาะสำหรับการส่งสัญญาณแสงกำลังสูง
อย่างไรก็ตาม PCF เผชิญกับความท้าทายหลักสองประการ: หน้าต่างการส่งสัญญาณที่ค่อนข้างแคบ (โดยเฉพาะสำหรับ PCF แบบแกนกลวง โดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ 200 นาโนเมตร) เนื่องจากผลกระทบจากการสั่นพ้องที่แข็งแกร่งของโครงสร้างคาบที่จำกัดพลังงานสัญญาณในแกนอากาศ และการลดทอนที่ค่อนข้างสูงส่วนใหญ่เกิดจากความไม่สมบูรณ์ของการผลิตที่นำไปสู่ความขรุขระของผนังรูอากาศ พื้นที่เชื่อมต่ออากาศ/กระจกขนาดใหญ่ใน PCF หมายความว่าพื้นผิวที่ขรุขระแม้เพียงเล็กน้อยก็อาจทำให้เกิดการสูญเสียการกระเจิงได้อย่างมาก ส่งผลให้ PCF ยังคงเป็นเส้นใยคุณภาพสูงที่มีราคาแพง โดยส่วนใหญ่ขายเป็นเมตร มากกว่าขายเป็นกิโลเมตร ความเปราะบางและความยากลำบากในการจัดการ—เกิดจากรูอากาศที่ทำให้การรักษาพื้นผิว การสิ้นสุด การเชื่อมต่อ และการต่อประกบมีความซับซ้อน—ยังจำกัดการยอมรับอย่างกว้างขวางอีกด้วย
เมื่อเร็วๆ นี้ PCF แบบแกนกลวงชนิดพิเศษที่เรียกว่าเส้นใยแบบไม่มีโหนดแบบมีแกนกลวงแบบฝังแบบกลวง (HC-NANF) ได้แสดงให้เห็นแล้วว่ามีแนวโน้มในการส่งผ่านแสงความเร็วสูง โครงสร้างหลักของ HC-NANF ประกอบด้วยเส้นเลือดฝอยซิลิกาที่ซ้อนกันจำนวน 6 คู่ซึ่งจัดเรียงอยู่รอบแกนอากาศส่วนกลาง การออกแบบที่ซ้อนกันนี้ช่วยผลักดันฟิลด์โหมดไปยังบริเวณส่วนกลางของแกนอากาศ ลดการโต้ตอบกับวัสดุซิลิกา และอาจลดการลดทอนลงอย่างมาก ด้วยการออกแบบความหนา เส้นผ่านศูนย์กลาง และตำแหน่งที่เหมาะสมของเส้นเลือดฝอย แบนด์วิธที่สูญเสียต่ำของ HC-NANF สามารถครอบคลุมช่วงความยาวคลื่น 1100-1600 นาโนเมตรทั้งหมดได้ เทคนิคการผลิตที่ได้รับการปรับปรุงได้ลดการลดทอนของ HC-NANF ลงเหลือ 0.28 dB/กม. ท้ายที่สุดแล้ว เนื่องจากสนามแสงแพร่กระจายในแกนอากาศโดยมีปฏิกิริยาระหว่างซิลิกาน้อยที่สุด การสูญเสียจากภายในอาจต่ำกว่าเส้นใยโซลิดคอร์มาตรฐานมาก หากเทคนิคการผลิตได้รับการปรับปรุงเพิ่มเติม
เส้นใยแบบแกนกลวงให้ประโยชน์เพิ่มเติม: ความไม่เชิงเส้นเล็กน้อยทำให้มีกำลังสัญญาณสูงขึ้นโดยไม่ต้องกังวลเรื่องการสลายตัวแบบไม่เป็นเชิงเส้น และสัญญาณแสงแพร่กระจายได้เร็วกว่าเส้นใยโซลิดคอร์มาตรฐานประมาณ 30% เนื่องจากดัชนีการหักเหของแสงลดลงจาก nµs1.47 เป็น nµ1 ซึ่งช่วยลดเวลาแฝงในการส่งผ่าน การทดลองการส่งผ่าน WDM ความเร็วสูงแนะนำว่า HC-NANF อาจกลายเป็นทางเลือกที่มีแนวโน้มแทน SMF ปัจจุบันสำหรับระบบออปติคัลและเครือข่าย WDM
ใยแก้วนำแสงแบบพลาสติก (POF) เป็นทางเลือกที่มีต้นทุนต่ำและยังง่ายต่อการจัดการอีกด้วย โดยทั่วไปแกน POF จะทำจาก PMMA (โพลีเมทิลเมทาคริเลต) ซึ่งเป็นเรซินทั่วไป ในขณะที่การหุ้มมักจะประกอบด้วยโพลีเมอร์ฟลูออริเนตที่มีดัชนีการหักเหของแสงต่ำกว่าแกน การออกแบบหน้าตัดของ POF มีความยืดหยุ่นมากกว่าเส้นใยซิลิกา ทำให้มีขนาดแกนและอัตราส่วนแกน/การหุ้มที่หลากหลาย ตัวอย่างเช่น ใน POF ขนาดใหญ่ 95% ของหน้าตัดสามารถเป็นแกนหลักสำหรับการส่งผ่านแสงได้
การผลิต POF ไม่ต้องการกระบวนการ MOCVD ที่มีราคาแพงซึ่งจำเป็นสำหรับเส้นใยที่มีซิลิกา ซึ่งมีส่วนช่วยลดต้นทุน ในขณะที่เส้นใยซิลิกาครองโทรคมนาคม POF พบการใช้งานที่เพิ่มขึ้นในพื้นที่ที่มีความอ่อนไหวด้านต้นทุนเนื่องจากความสามารถในการจ่ายและความยืดหยุ่น ค่าใช้จ่ายในการเชื่อมต่อและการติดตั้ง POF ต่ำเป็นพิเศษ ทำให้มีความน่าสนใจสำหรับการใช้งานแบบไฟเบอร์ถึงบ้าน
อย่างไรก็ตาม การสูญเสียการส่งสัญญาณของ POF ประมาณ 0.25 dB/m นั้นสูงกว่าซิลิกาไฟเบอร์เกือบสามเท่า ไม่รวมการส่งผ่านแสงระยะไกล POF ส่วนใหญ่เป็นมัลติโหมด ซึ่งจำกัดไว้เฉพาะการใช้งานความเร็วต่ำในระยะสั้น เช่น เครือข่ายในบ้าน การเชื่อมต่อระหว่างกันแบบออปติก เครือข่ายยานยนต์ และโซลูชันระบบไฟ/เครื่องมือวัดที่ยืดหยุ่น
เทคโนโลยีไฟเบอร์ออปติกยังคงมีการพัฒนาอย่างรวดเร็ว โดยมีบทบาทสำคัญในยุคข้อมูลข่าวสาร นอกเหนือจากใยแก้วนำแสงแบบดั้งเดิมที่ใช้สำหรับการส่งสัญญาณแล้ว คลาสใหม่ที่เรียกว่า "ใยแก้วนำแสงแบบพิเศษ" กำลังกลายเป็นตัวเปลี่ยนเกม เส้นใยเหล่านี้ทำหน้าที่เป็นกองกำลังพิเศษในการสื่อสารด้วยแสง ทำหน้าที่เฉพาะและสำคัญในการประมวลผลสัญญาณ การเชื่อมต่อระหว่างอุปกรณ์ และการใช้งานเฉพาะทางอื่นๆ อะไรทำให้เส้นใยชนิดพิเศษเหล่านี้มีความโดดเด่นมาก และเส้นใยเหล่านี้จะกำหนดรูปแบบอนาคตของการสื่อสารด้วยแสงได้อย่างไร บทความนี้จะตรวจสอบเส้นใยชนิดพิเศษที่เป็นตัวแทนหลายรายการ โดยสำรวจหลักการทางเทคนิค การใช้งาน และความท้าทาย
ในระบบส่งผ่านแสงที่ถูกครอบงำโดยไฟเบอร์โหมดเดี่ยวมาตรฐาน (SMF) การกระจายตัวของสีถือเป็นความท้าทายที่สำคัญ การกระจายตัวทำให้พัลส์แสงกว้างขึ้น คุณภาพของสัญญาณลดลง และจำกัดระยะและความเร็วในการส่งสัญญาณ ไฟเบอร์ชดเชยการกระจายตัว (DCF) มอบแนวทางแก้ไขปัญหานี้อย่างมีประสิทธิภาพ ลักษณะสำคัญของ DCF คือค่าการกระจายตัวเป็นลบขนาดใหญ่ในหน้าต่างความยาวคลื่น 1550 นาโนเมตร ซึ่งชดเชยการกระจายตัวเชิงบวกที่เกิดขึ้นใน SMF มาตรฐาน
โดยเฉพาะอย่างยิ่ง DCF โดยทั่วไปจะมีค่าสัมประสิทธิ์การกระจายประมาณ D µ -95 ps/(nm·km) ซึ่งหมายความว่า DCF ประมาณ 14 กม. สามารถชดเชยการกระจายตัวใน 80 กม. ของ SMF มาตรฐานได้ ในการใช้งานจริง โดยปกติแล้ว DCF จะถูกบรรจุเป็นโมดูลการชดเชยการกระจาย (DCM) เพื่อให้การรวมระบบทำได้ง่ายขึ้น
เมื่อเปรียบเทียบกับเทคนิคการชดเชยการกระจายอื่นๆ เช่น ตะแกรงไฟเบอร์ Bragg (FBG) DCF มีข้อดีต่างๆ เช่น หน้าต่างความยาวคลื่นที่กว้าง ความน่าเชื่อถือสูง และการกระเพื่อมของการกระจายที่ต่ำมาก ทั้งหมดนี้มีความสำคัญสำหรับระบบมัลติเพล็กซ์ing ความยาวคลื่น (WDM) นอกจากนี้ DCF ยังสามารถออกแบบเพื่อชดเชยความชันในการกระจาย ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งาน WDM ที่มีความยาวคลื่นกว้าง
อย่างไรก็ตาม DCF มีข้อจำกัด เนื่องจากค่าการกระจายตัวที่จำกัดต่อความยาวหน่วย DCF จึงมีการลดทอนค่อนข้างสูงเมื่อต้องการการชดเชยการกระจายรวมจำนวนมาก นอกจากนี้ เพื่อให้เกิดการกระจายตัวเป็นลบในหน้าต่างความยาวคลื่น 1550 นาโนเมตร พื้นที่แกนกลางที่มีประสิทธิผลของ DCF โดยทั่วไปจะมีขนาดเล็ก (Aeff data 15 μm²) ประมาณหนึ่งในห้าของ SMF มาตรฐาน ซึ่งส่งผลให้เกิดผลกระทบแบบไม่เชิงเส้นที่ได้รับการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญใน DCF ซึ่งจะต้องพิจารณาเมื่อออกแบบอุปกรณ์การวัดที่รวม DCF เข้าด้วยกัน
เส้นใยโหมดเดี่ยวในอุดมคติมีส่วนตัดขวางเป็นวงกลมโดยมีโหมดเสื่อมโทรมสองโหมดซึ่งมีสถานะโพลาไรเซชันตั้งฉากซึ่งกันและกันและค่าคงที่การแพร่กระจายที่เหมือนกัน อย่างไรก็ตาม ความเครียดจากภายนอกสามารถกระตุ้นให้เกิดการสะท้อนกลับในเส้นใย ส่งผลให้โหมดการเสื่อมสภาพเหล่านี้พัฒนาค่าคงที่การแพร่กระจายที่แตกต่างกัน การกระจายสัญญาณแสงระหว่างโหมดโพลาไรเซชันทั้งสองนี้ไม่เพียงแต่ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขการเชื่อมต่อระหว่างแหล่งกำเนิดแสงและไฟเบอร์เท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับการเชื่อมต่อพลังงานระหว่างโหมดระหว่างการแพร่กระจาย ซึ่งเป็นกระบวนการที่โดยทั่วไปจะเป็นแบบสุ่ม ดังนั้น แม้หลังจากแพร่กระจายผ่านไฟเบอร์เพียงไม่กี่เมตร สถานะโพลาไรเซชันของสัญญาณเอาท์พุตก็มักจะกลายเป็นแบบสุ่ม โหมดคัปปลิ้งและสถานะโพลาไรเซชันเอาต์พุตมีความไวสูงต่อการรบกวนจากภายนอก เช่น การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ การเปลี่ยนแปลงความเค้นเชิงกล และการดัดงอระดับไมโครและระดับมหภาค
เพื่อลดการเชื่อมต่อพลังงานระหว่างโหมดโพลาไรเซชันแบบตั้งฉากสองโหมด ความแตกต่างในค่าคงที่การแพร่กระจายจะต้องมีขนาดใหญ่เพียงพอ ซึ่งสามารถทำได้โดยการผสมผสานองค์ประกอบเพิ่มเติมเข้ากับการหุ้มไฟเบอร์เพื่อใช้ความเค้นแบบไม่สมมาตรกับแกนกลาง เนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของวัสดุที่แตกต่างกัน จึงสามารถสร้างความเค้นในทิศทางเดียวในแกนกลางในระหว่างกระบวนการวาดเส้นใย ขึ้นอยู่กับรูปร่างของชิ้นส่วนที่รับแรงเค้น (SAP) เส้นใย PM จะถูกจัดประเภทเป็นประเภท "Panda" หรือ "Bowtie"
สิ่งสำคัญที่ควรทราบคือเส้นใย PM นั้นเป็นเส้นใยที่มีการหักเหของแสงสูง ซึ่งได้รับการออกแบบมาเพื่อลดการเชื่อมต่อระหว่างโหมดโพลาไรซ์แบบตั้งฉากให้เหลือน้อยที่สุด อย่างไรก็ตาม สำหรับไฟเบอร์ PM ที่จะรักษาสถานะโพลาไรเซชันของสัญญาณ โพลาไรซ์ของสัญญาณอินพุตจะต้องสอดคล้องกับแกนที่ช้าหรือเร็วของไฟเบอร์ มิฉะนั้น โหมดเสื่อมทั้งสองโหมดจะตื่นเต้น และถึงแม้จะมีพลังงานเชื่อมต่อกันน้อยที่สุด แต่เฟสแสงสัมพัทธ์จะยังคงได้รับผลกระทบจากการรบกวนของไฟเบอร์ ทำให้สถานะโพลาไรเซชันเอาต์พุตไม่สามารถคงไว้ได้
ดังนั้น เมื่อใช้ไฟเบอร์ PM ในระบบออปติก การจัดตำแหน่งโพลาไรเซชันของสัญญาณอินพุตอย่างระมัดระวังจึงเป็นสิ่งสำคัญ มิฉะนั้น เกี่ยวกับความเสถียรของโพลาไรซ์เอาต์พุต เส้นใย PM อาจทำงานได้แย่กว่าเส้นใยโหมดเดี่ยวมาตรฐาน ความท้าทายอีกประการหนึ่งของเส้นใย PM คือความยากในการเชื่อมต่อและต่อเข้าด้วยกัน เมื่อเชื่อมเส้นใย PM สองเส้นเข้าด้วยกัน แกนของไบรีฟริงเจนซ์จะต้องอยู่ในแนวเดียวกันอย่างสมบูรณ์ การจัดตำแหน่งที่ไม่ตรงทำให้เกิดปัญหาเช่นเดียวกับการจัดตำแหน่งที่ไม่ตรงของโพลาไรซ์อินพุต ตัวต่อไฟเบอร์ PM ซึ่งให้การหมุนและการวางแนวแกนที่แม่นยำ มีราคาสูงกว่าตัวต่อไฟเบอร์ทั่วไปถึงห้าเท่าเนื่องจากความซับซ้อน
ไฟเบอร์โฟโตนิกคริสตัล (PCF) หรือที่รู้จักในชื่อไฟเบอร์โฟโตนิกแบนด์แกป ถือเป็นไฟเบอร์ชนิดใหม่ที่มีกลไกการนำคลื่นที่แตกต่างจากไฟเบอร์ทั่วไปโดยพื้นฐาน โดยทั่วไปแล้ว PCF จะมีรูอากาศกระจายเป็นระยะๆ จำนวนมากในหน้าตัด ทำให้ได้รับฉายาว่าไฟเบอร์ "โฮลีย์" กลไกการนำทางแสงของ PCF ขึ้นอยู่กับเอฟเฟกต์เรโซแนนซ์ของ Bragg ในทิศทางตามขวางของไฟเบอร์ ซึ่งหมายความว่าหน้าต่างการส่งผ่านที่มีการสูญเสียต่ำนั้นขึ้นอยู่กับการออกแบบของโครงสร้าง bandgap เป็นส่วนใหญ่
PCF ในพื้นที่แกนกลางขนาดใหญ่ช่วยให้สามารถดำเนินการในโหมดเดียวผ่านหน้าต่างความยาวคลื่นที่กว้างเป็นพิเศษ (เช่น 750-1700 นาโนเมตร) ในขณะที่ยังคงรักษาพื้นที่แกนกลางขนาดใหญ่ไว้ เมื่อเปรียบเทียบกับ PCF แบบกลวง PCF แบบพื้นที่แกนกลางขนาดใหญ่มีหน้าต่างการสูญเสียต่ำที่กว้างกว่า แม้ว่าพารามิเตอร์แบบไม่เชิงเส้นจะต่ำกว่า SMF มาตรฐาน แต่โดยทั่วไปแล้วจะสูงกว่า PCF แบบกลวงมาก
PCF แบบไม่เชิงเส้นสูงซึ่งมีหน้าตัดแกนโซลิดที่เล็กมาก ทำให้มีความหนาแน่นของพลังงานในแกนสูงมาก ตัวอย่างเช่น PCF แบบไม่เชิงเส้นสูงที่มีความยาวคลื่นเป็นศูนย์กระจายที่ γ0 = 710 นาโนเมตร อาจมีเส้นผ่านศูนย์กลางแกนกลางเล็กเพียง 1.8 μm และพารามิเตอร์ไม่เชิงเส้น γ > 100 W−1 km−1—40 เท่าสูงกว่า SMF มาตรฐาน PCF ประเภทนี้มักใช้ในแอปพลิเคชันการประมวลผลสัญญาณแสงแบบไม่เชิงเส้น เช่น การขยายแบบพาราเมตริก และการสร้างความต่อเนื่องยิ่งยวด
PCF แบบแกนกลวงนำสัญญาณแสงผ่านแกนอากาศ ต่างจากท่อนำคลื่นแบบทั่วไปที่ต้องใช้วัสดุไดอิเล็กทริกของแข็งที่มีดัชนีการหักเหของแสงสูง โครงสร้างโฟโตนิกแบนด์แกปของ PCF ในการหุ้มทำหน้าที่เป็นกระจกเสมือนที่จำกัดการแพร่กระจายคลื่นแสงไปยังแกนอากาศ ใน PCF แบบแกนกลวงส่วนใหญ่ พลังงานแสงมากกว่า 95% เดินทางผ่านอากาศ ช่วยลดปฏิสัมพันธ์ระหว่างพลังงานสัญญาณและวัสดุแก้ว เนื่องจากความไม่เชิงเส้นของอากาศมีขนาดต่ำกว่าซิลิกาประมาณสามอันดับ PCF แบบแกนกลวงจึงสามารถแสดงความไม่เชิงเส้นที่ต่ำมาก ทำให้เหมาะสำหรับการส่งสัญญาณแสงกำลังสูง
อย่างไรก็ตาม PCF เผชิญกับความท้าทายหลักสองประการ: หน้าต่างการส่งสัญญาณที่ค่อนข้างแคบ (โดยเฉพาะสำหรับ PCF แบบแกนกลวง โดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ 200 นาโนเมตร) เนื่องจากผลกระทบจากการสั่นพ้องที่แข็งแกร่งของโครงสร้างคาบที่จำกัดพลังงานสัญญาณในแกนอากาศ และการลดทอนที่ค่อนข้างสูงส่วนใหญ่เกิดจากความไม่สมบูรณ์ของการผลิตที่นำไปสู่ความขรุขระของผนังรูอากาศ พื้นที่เชื่อมต่ออากาศ/กระจกขนาดใหญ่ใน PCF หมายความว่าพื้นผิวที่ขรุขระแม้เพียงเล็กน้อยก็อาจทำให้เกิดการสูญเสียการกระเจิงได้อย่างมาก ส่งผลให้ PCF ยังคงเป็นเส้นใยคุณภาพสูงที่มีราคาแพง โดยส่วนใหญ่ขายเป็นเมตร มากกว่าขายเป็นกิโลเมตร ความเปราะบางและความยากลำบากในการจัดการ—เกิดจากรูอากาศที่ทำให้การรักษาพื้นผิว การสิ้นสุด การเชื่อมต่อ และการต่อประกบมีความซับซ้อน—ยังจำกัดการยอมรับอย่างกว้างขวางอีกด้วย
เมื่อเร็วๆ นี้ PCF แบบแกนกลวงชนิดพิเศษที่เรียกว่าเส้นใยแบบไม่มีโหนดแบบมีแกนกลวงแบบฝังแบบกลวง (HC-NANF) ได้แสดงให้เห็นแล้วว่ามีแนวโน้มในการส่งผ่านแสงความเร็วสูง โครงสร้างหลักของ HC-NANF ประกอบด้วยเส้นเลือดฝอยซิลิกาที่ซ้อนกันจำนวน 6 คู่ซึ่งจัดเรียงอยู่รอบแกนอากาศส่วนกลาง การออกแบบที่ซ้อนกันนี้ช่วยผลักดันฟิลด์โหมดไปยังบริเวณส่วนกลางของแกนอากาศ ลดการโต้ตอบกับวัสดุซิลิกา และอาจลดการลดทอนลงอย่างมาก ด้วยการออกแบบความหนา เส้นผ่านศูนย์กลาง และตำแหน่งที่เหมาะสมของเส้นเลือดฝอย แบนด์วิธที่สูญเสียต่ำของ HC-NANF สามารถครอบคลุมช่วงความยาวคลื่น 1100-1600 นาโนเมตรทั้งหมดได้ เทคนิคการผลิตที่ได้รับการปรับปรุงได้ลดการลดทอนของ HC-NANF ลงเหลือ 0.28 dB/กม. ท้ายที่สุดแล้ว เนื่องจากสนามแสงแพร่กระจายในแกนอากาศโดยมีปฏิกิริยาระหว่างซิลิกาน้อยที่สุด การสูญเสียจากภายในอาจต่ำกว่าเส้นใยโซลิดคอร์มาตรฐานมาก หากเทคนิคการผลิตได้รับการปรับปรุงเพิ่มเติม
เส้นใยแบบแกนกลวงให้ประโยชน์เพิ่มเติม: ความไม่เชิงเส้นเล็กน้อยทำให้มีกำลังสัญญาณสูงขึ้นโดยไม่ต้องกังวลเรื่องการสลายตัวแบบไม่เป็นเชิงเส้น และสัญญาณแสงแพร่กระจายได้เร็วกว่าเส้นใยโซลิดคอร์มาตรฐานประมาณ 30% เนื่องจากดัชนีการหักเหของแสงลดลงจาก nµs1.47 เป็น nµ1 ซึ่งช่วยลดเวลาแฝงในการส่งผ่าน การทดลองการส่งผ่าน WDM ความเร็วสูงแนะนำว่า HC-NANF อาจกลายเป็นทางเลือกที่มีแนวโน้มแทน SMF ปัจจุบันสำหรับระบบออปติคัลและเครือข่าย WDM
ใยแก้วนำแสงแบบพลาสติก (POF) เป็นทางเลือกที่มีต้นทุนต่ำและยังง่ายต่อการจัดการอีกด้วย โดยทั่วไปแกน POF จะทำจาก PMMA (โพลีเมทิลเมทาคริเลต) ซึ่งเป็นเรซินทั่วไป ในขณะที่การหุ้มมักจะประกอบด้วยโพลีเมอร์ฟลูออริเนตที่มีดัชนีการหักเหของแสงต่ำกว่าแกน การออกแบบหน้าตัดของ POF มีความยืดหยุ่นมากกว่าเส้นใยซิลิกา ทำให้มีขนาดแกนและอัตราส่วนแกน/การหุ้มที่หลากหลาย ตัวอย่างเช่น ใน POF ขนาดใหญ่ 95% ของหน้าตัดสามารถเป็นแกนหลักสำหรับการส่งผ่านแสงได้
การผลิต POF ไม่ต้องการกระบวนการ MOCVD ที่มีราคาแพงซึ่งจำเป็นสำหรับเส้นใยที่มีซิลิกา ซึ่งมีส่วนช่วยลดต้นทุน ในขณะที่เส้นใยซิลิกาครองโทรคมนาคม POF พบการใช้งานที่เพิ่มขึ้นในพื้นที่ที่มีความอ่อนไหวด้านต้นทุนเนื่องจากความสามารถในการจ่ายและความยืดหยุ่น ค่าใช้จ่ายในการเชื่อมต่อและการติดตั้ง POF ต่ำเป็นพิเศษ ทำให้มีความน่าสนใจสำหรับการใช้งานแบบไฟเบอร์ถึงบ้าน
อย่างไรก็ตาม การสูญเสียการส่งสัญญาณของ POF ประมาณ 0.25 dB/m นั้นสูงกว่าซิลิกาไฟเบอร์เกือบสามเท่า ไม่รวมการส่งผ่านแสงระยะไกล POF ส่วนใหญ่เป็นมัลติโหมด ซึ่งจำกัดไว้เฉพาะการใช้งานความเร็วต่ำในระยะสั้น เช่น เครือข่ายในบ้าน การเชื่อมต่อระหว่างกันแบบออปติก เครือข่ายยานยนต์ และโซลูชันระบบไฟ/เครื่องมือวัดที่ยืดหยุ่น
