Przy budowie światłowodu wykorzystano zasadę prowadzenia fal świetlnych. Najczęściej światłowody buduje się z dwutlenku krzemu, i tu wykorzystuje się całkowite odbicie na granicy ośrodków o różnych współczynnikach załamania (światłowód skokowy) lub zakrzywienie promieni świetlnych (światłowód gradientowy). Warunkiem propagacji fali elektromagnetycznej jest to, aby jej promienie odbiły się na granicy rdzenia i płaszcza pod kątem mniejszym od kąta krytycznego (prawo Snelliussa).
- Pierwszy rodzaj światłowodu ma najczęściej trzy warstwy: wewnętrzny rdzeń R, koncentryczny płaszcz P oraz osłonę zabezpieczającą O. Wytwarza się też światłowody bez zewnętrznego płaszcza i osłony (włókna światłowodowe jako źródło światła). Dzięki zastosowani płaszcza można uzyskać wymagane mody światła, a także wzmocnić rdzeń. Osłonę stosuje się do zmniejszenia oddziaływań między poszczególnymi włóknami w kablach wielomodowych.
-
Drugi rodzaj światłowodów składa się w zasadzie z dwóch warstw: centralny rdzeń o gradientowym współczynniku załamania i osłonę zabezpieczającą.
Wytwarzanie światłowodów
Światłowody są wytwarzane z bardzo czystego szkła kwarcowego. Płaszcz jest wykonywany z czystego szkła, podczas gdy do szkła, z którego jest wykonany rdzeń, dodaje się odpowiednią ilość domieszek – zwykle dodaje się german lub ołów – zwiększających współczynnik załamania w stosunku do współczynnika załamania w płaszczu.
- Wyciąganie nici szklanych z wieloskładnikowej masy szklanej za pomocą cieplnej plastycznej obróbki mas lub kształtek szklanych. Do najbardziej rozpowszechnionych metod należą:
- metoda dwutyglowa (podwójnej dyszy) polegająca na jednoczesnym wyciąganiu niskotopliwej masy szklanej rdzenia i płaszcza z dwóch współosiowo umieszczonych tygli. Wymagane jest wcześniejsze oczyszczenie składników z jonów OH, homogenizacji masy szklanej i uformowania prętów szklanych (średnica 3 – 10 mm, długość 1 – 2 m) zasilających tygiel rdzeniowy i płaszczowy;
- metoda pręt-rura polegająca na przygotowaniu kształtki szklanej w postaci pręta i współosiowo umieszczonej rurki, podgrzaniu kształtki do temperatury mięknienia szkła i wyciąganiu cienkich nici.
- Wyciąganie nici z kształtek kwarcowych mających na powierzchni inne rodzaje szkła naniesione metodą reakcji chemicznych. Najbardziej znane są metody CVD (Chemical Vapour Deposition) i MCVD (Modified CVD), polegające na osadzeniu z fazy gazowej na wewnętrznej powierzchni kwarcowej związków dwutlenku krzemu domieszkowanego innymi tlenkami bez udziału wodoru (możliwość osadzenia wielu warstw – nawet kilkuset, o różnych współczynnikach załamania).
- Przeciąganie pręta kwarcowego do średnicy rdzenia z jednoczesnym powlekaniem jego powierzchni organicznymi związkami polimeryzującym.