Światłowód to skrót oznaczający światłowód, włókno wykonane ze szkła lub tworzywa sztucznego, które może być używane jako narzędzie do transmisji światła. Zasada transmisji to'całkowite odbicie światła'. Byli prezydenci Chińskiego Uniwersytetu w Hongkongu Gao Kun i George A. Hockham jako pierwsi zaproponowali ideę wykorzystania światłowodu do transmisji komunikacji. Z tego powodu Gao Kun zdobył w 2009 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki.
wprowadzić
Maleńkie światłowód jest zamknięty w plastikowej osłonie, dzięki czemu można go zginać bez zrywania. Ogólnie rzecz biorąc, urządzenie nadawcze na jednym końcu światłowodu wykorzystuje diodę elektroluminescencyjną (LED) lub wiązkę laserową do przesyłania impulsów świetlnych do światłowodu, a urządzenie odbiorcze na drugim końcu światłowodu wykorzystuje element światłoczuły do wykryć impulsy.
W życiu codziennym, ponieważ straty transmisyjne światła w światłowodach są znacznie mniejsze niż strat energii elektrycznej w przewodach, światłowody są wykorzystywane do przesyłania informacji na duże odległości.
Zwykle mylone są dwa terminy światłowód i kabel optyczny. Większość światłowodów przed użyciem musi być pokryta kilkoma warstwami struktur ochronnych, a zakryte kable nazywane są kablami optycznymi. Warstwa ochronna i warstwa izolacyjna na zewnętrznej warstwie światłowodu mogą zapobiec uszkodzeniu światłowodu przez otaczające środowisko, takie jak woda, ogień i porażenie prądem. Kabel optyczny dzieli się na: światłowód, warstwę buforową i powłokę. Światłowód jest podobny do kabla koncentrycznego, z wyjątkiem tego, że nie ma ekranu siatkowego. W centrum znajduje się szklany rdzeń, przez który rozchodzi się światło.
We włóknie wielomodowym średnica rdzenia wynosi 50 μm i 62,5 μm, co w przybliżeniu odpowiada grubości ludzkiego włosa. Rdzeń światłowodu jednomodowego ma średnicę od 8 μm do 10 μm. Rdzeń jest otoczony szklaną bańką o niższym współczynniku załamania światła niż rdzeń, aby utrzymać światło wewnątrz rdzenia. Na zewnątrz znajduje się cienka plastikowa osłona chroniąca kopertę. Włókna światłowodowe są zwykle wiązane w wiązkę i chronione osłoną. Rdzeń włókienny jest zwykle dwuwarstwowym koncentrycznym cylindrem o małym przekroju wykonanym ze szkła kwarcowego. Jest kruchy i łatwy do złamania, dlatego potrzebna jest zewnętrzna warstwa ochronna.
zasada
Światło i jego właściwości
1. Światło jest falą elektromagnetyczną
Zakres długości fali światła widzialnego wynosi 390~760nm (nanometr). Część większa niż 760 nm to światło podczerwone, a część mniejsza niż 390 nm to światło ultrafioletowe. Światłowód jest używany w trzech typach: 850nm, 1310nm i 1550nm.
2. Załamanie, odbicie i całkowite odbicie światła.
Ponieważ prędkość propagacji światła w różnych substancjach jest różna, gdy światło jest emitowane z jednej substancji do drugiej, na granicy dwóch substancji zachodzi załamanie i odbicie. Ponadto kąt załamanego światła zmienia się wraz z kątem padającego światła. Gdy kąt padającego światła osiągnie lub przekroczy określony kąt, załamane światło zniknie, a całe padające światło zostanie odbite z powrotem, co jest całkowitym odbiciem światła. Różne materiały mają różne kąty załamania światła o tej samej długości fali (to znaczy różne materiały mają różne współczynniki załamania), a ten sam materiał ma różne kąty załamania światła o różnych długościach fal. Komunikacja światłowodowa jest tworzona w oparciu o powyższe zasady.
1. Struktura światłowodu:
Gołe włókno światłowodu jest generalnie podzielone na trzy warstwy: środkowy rdzeń szklany o wysokim współczynniku załamania światła (średnica rdzenia wynosi zwykle 50 lub 62,5 μm), środek to okładzina ze szkła krzemionkowego o niskim współczynniku załamania światła (średnica wynosi zwykle 125 μm), a najbardziej zewnętrzna powłoka z żywicy do wzmocnienia. Piętro.
2. Apertura numeryczna światłowodu:
Światło padające na czoło światłowodu nie może być w całości przekazywane przez światłowód, a jedynie światło padające w pewnym zakresie kątów. Ten kąt nazywa się aperturą numeryczną światłowodu. Większa apertura numeryczna światłowodu jest korzystna dla połączenia doczołowego światłowodu. Światłowody produkowane przez różnych producentów mają różne apertury numeryczne (AT&T CORNING).
3. Rodzaje światłowodów:
Istnieje wiele rodzajów światłowodów, a wymagane funkcje i parametry różnią się w zależności od różnych zastosowań. Jednak zasady projektowania i produkcji światłowodów dla telewizji kablowej i komunikacji są w zasadzie takie same, takie jak: ① małe straty; ② pewna przepustowość i mała dyspersja; ③ łatwe okablowanie; ④ łatwa integracja; ⑤ wysoka niezawodność; ⑥ porównanie produkcji Proste; ⑦Niedrogie i tak dalej. Klasyfikacja światłowodu jest głównie podsumowana na podstawie roboczej długości fali, rozkładu współczynnika załamania światła, trybu transmisji, surowca i metody produkcji. Oto przykłady różnych klasyfikacji, jak następuje.
(1) Robocza długość fali: włókno ultrafioletowe, obserwowalne włókno, włókno bliskiej podczerwieni, włókno podczerwone (0,85 μm, 1,3 μm, 1,55 μm).
(2) Rozkład współczynnika załamania światła: włókno typu schodkowego (SI), włókno typu schodkowego, włókno typu stopniowanego (GI), inne (takie jak typu trójkątnego, typu W, typu wpuszczonego itp.).
(3) Tryb transmisji: włókno jednomodowe (w tym włókno zachowujące polaryzację i włókno nieutrzymujące polaryzacji), włókno wielomodowe.
(4) Surowce: światłowód kwarcowy, wieloskładnikowe światłowód szklany, światłowód z tworzywa sztucznego, włókno światłowodowe kompozytowe (takie jak powłoka z tworzywa sztucznego, płynny rdzeń itp.), materiały na podczerwień itp. Zgodnie z materiałem powlekającym może podzielić na materiały nieorganiczne (węgiel itp.), materiały metalowe (miedź, nikiel itp.) oraz tworzywa sztuczne.
(5) Metody wytwarzania: Wstępne uplastycznienie obejmuje osiowe osadzanie w fazie gazowej (VAD), chemiczne osadzanie z fazy gazowej (CVD) itp., a metody ciągnienia drutu obejmują metody wsuwania pręta i podwójnego tygla.
Światłowód krzemionkowy
Włókno krzemionkowe to światłowód, w którym dwutlenek krzemu (SiO2) jest głównym surowcem, a rozkład współczynnika załamania światła rdzenia i płaszcza jest kontrolowany w zależności od różnych ilości domieszek. Światłowody serii kwarcowej (szklanej) charakteryzują się niskim poborem mocy i są szerokopasmowe i są obecnie szeroko stosowane w telewizji kablowej i systemach komunikacyjnych.
Zaletą światłowodu ze szkła kwarcowego jest niska strata. Gdy długość fali światła wynosi 1,0～1,7μm (około 1,4μm), strata wynosi tylko 1dB/km, a najniższa przy 1,55μm to tylko 0,2dB/km.
Włókno domieszkowane fluorem
Włókno domieszkowane fluorem jest jednym z typowych produktów włókna krzemionkowego. Ogólnie rzecz biorąc, w światłowodzie komunikacyjnym o paśmie fal 1,3μm domieszką kontrolującą rdzeń jest dwutlenek germanu (GeO2), a płaszcz jest wykonany z SiO2. Jednak większość rdzeni włókien połączonych fluorem wykorzystuje SiO2, ale fluor jest domieszkowany w powłoce. Ponieważ utrata rozpraszania Rayleigha jest zjawiskiem rozpraszania światła spowodowanym zmianami współczynnika załamania światła. Dlatego pożądane jest tworzenie domieszek czynników fluktuacji współczynnika załamania, a im mniej tym lepiej. Głównym efektem fluoru jest zmniejszenie współczynnika załamania światła SIO2. Dlatego jest często używany do domieszkowania okładzin.
W porównaniu ze światłowodami z innych surowców, światłowód kwarcowy ma również szerokie spektrum transmisji światła od światła ultrafioletowego do światła bliskiej podczerwieni. Oprócz celów komunikacyjnych może być również stosowany w dziedzinach takich jak światłowód i transmisja obrazu.
Światłowód na podczerwień
Ponieważ robocza długość fali światłowodu serii kwarcowej została opracowana w dziedzinie komunikacji optycznej, chociaż jest używana na krótszą odległość transmisji, może być stosowana tylko w 2μm. Z tego powodu może pracować w zakresie dłuższych fal podczerwonych, a opracowany światłowód nazywa się światłowodem podczerwonym. Światłowód na podczerwień jest używany głównie do transmisji energii świetlnej. Na przykład: pomiar temperatury, transmisja obrazu termowizyjnego, leczenie skalpelem laserowym, przetwarzanie energii cieplnej itp. Szybkość penetracji jest nadal niska.
Włókno kompozytowe
Włókno złożone zbudowane jest z surowca SiO2, a następnie z odpowiednio wymieszanych tlenków takich jak tlenek sodu (Na2O), tlenek boru (B2O3), tlenek potasu (K2O) oraz inne tlenki, aby uzyskać wieloskładnikowe włókno szklane, które charakteryzuje się wieloskładnikowym szkło komponentowe Ma niższą temperaturę mięknienia niż szkło kwarcowe i dużą różnicę we współczynniku załamania światła między rdzeniem a okładziną. Endoskopy światłowodowe wykorzystywane głównie w usługach medycznych.
Włókno CFC
Włókno fluorowe Włókno chlorkowe (włókno fluorowe) to światłowód wykonany ze szkła fluorkowego. Ten materiał światłowodowy jest również określany jako ZBLAN (to znaczy materiały ze szkła fluorkowego, takie jak ZrF2), fluorek baru (BaF2), fluorek lantanu (LaF3), fluorek glinu (AlF3) i fluorek sodu (NaF) są uproszczone do skrót od, głównie działa w usłudze transmisji optycznej o długości fali 2～10μm. Ponieważ ZBLAN ma możliwość światłowodu o bardzo niskiej stratności, trwa opracowywanie wykonalności dla światłowodu komunikacyjnego na duże odległości, na przykład: jego teoretyczna najniższa strata, w Może osiągnąć 10-2～10-3dB/km przy długości fali 3μm, podczas gdy włókno kwarcowe wynosi od 0,15-0,16dB/Km przy 1,55μm. Obecnie światłowód ZBLAN może być używany tylko przy 2,4～2,7 ze względu na trudność w zmniejszeniu strat rozpraszania. Czujniki temperatury μm i transmisja obrazu termicznego nie były jeszcze szeroko stosowane. Ostatnio, w celu wykorzystania ZBLAN do transmisji na duże odległości, opracowywany jest wzmacniacz światłowodowy domieszkowany prazeodymem (PDFA) 1,3 μm.
Światłowód pokryty tworzywem sztucznym
Plastikowe włókno platerowane (plastikowe włókno platerowane) to włókno typu schodkowego, w którym jako rdzeń stosuje się szkło krzemionkowe o wysokiej czystości, a jako powłokę stosuje się tworzywo sztuczne o współczynniku załamania nieco niższym niż w przypadku krzemionki, takie jak żel krzemionkowy . W porównaniu z włóknem krzemionkowym, ma właściwości wiązania rdzenia i wysoką aperturę numeryczną (NA). Dzięki temu można łatwo łączyć ze źródłem światła dioda elektroluminescencyjna LED, a straty są niewielkie. Dzięki temu doskonale nadaje się do komunikacji w sieci lokalnej (LAN) i na krótkie odległości.
Plastikowe światłowód
Jest to światłowód, w którym zarówno rdzeń, jak i płaszcz wykonane są z tworzywa sztucznego (polimeru). Wczesne produkty były wykorzystywane głównie w komunikacji optycznej do dekoracji i oświetlenia kierowanego światłem oraz w obwodach wiązań optycznych na krótkie odległości. Surowce to głównie szkło organiczne (PMMA), polistyren (PS) i poliwęglan (PC). Straty są ograniczone przez nieodłączną strukturę CH tworzyw sztucznych, zwykle do kilkudziesięciu dB na km. W celu zmniejszenia strat, opracowywane i stosowane są tworzywa z serii fluorowej. Ponieważ średnica rdzenia plastikowego światłowodu wynosi 1000 μm, czyli jest 100 razy większa niż jednomodowe włókno kwarcowe, połączenie jest proste i łatwe do zginania i konstruowania. W ostatnich latach, wraz z postępem szerokopasmowego dostępu do Internetu, uwagę społeczeństwa przyciągnął rozwój wielomodowych światłowodów plastikowych o stopniowanym (GI) współczynniku załamania światła. Ostatnio aplikacja jest stosunkowo szybka w wewnętrznej sieci LAN samochodu', aw przyszłości może być również używana w domowej sieci LAN.
Światłowód jednomodowy
Światłowód jednomodowy Odnosi się to do światłowodu, który może transmitować tylko jeden tryb propagacji w roboczej długości fali, zwykle określany jako światłowód jednomodowy (SMF: światłowód jednomodowy). Obecnie jest to najszerzej stosowane światłowód w telewizji kablowej i komunikacji optycznej. Ponieważ rdzeń światłowodu jest bardzo cienki (około 10μm) a współczynnik załamania ma rozkład schodkowy, przy znormalizowanym parametrze częstotliwości V jest mniejszy niż 2,4, teoretycznie można uzyskać tylko transmisję jednomodową. Ponadto SMF nie ma dyspersji wielomodowej. Pasmo częstotliwości transmisji jest nie tylko szersze niż włókno z większą liczbą modów, ale także dodawana i przesunięta jest dyspersja materiałowa i dyspersja strukturalna SMF, a jej charakterystyka syntezy tworzy charakterystykę zerowej dyspersji, co sprawia, że pasmo częstotliwości transmisji jest szersze . W SMF istnieje wiele rodzajów ze względu na różnice w domieszkach i metodach wytwarzania. DePr-essed Clad Fibre (DePr-essed Clad Fibre), jego okładzina tworzy podwójną strukturę, a okładzina sąsiadująca z rdzeniem ma niższy współczynnik załamania niż zewnętrzna okładzina odwrócona.
Światłowód wielomodowy
Światłowód wielomodowy odnosi się do światłowodu, w którym możliwym trybem propagacji światłowodu jest wiele modów w zależności od roboczej długości fali, zwany włóknem wielomodowym (MMF: MULti ModeFiber). Średnica rdzenia wynosi 50μm, a ponieważ tryb transmisji może osiągnąć kilkaset, w porównaniu z SMF, przepustowość transmisji jest zdominowana przez dyspersję modalną. Historycznie był używany do transmisji na krótkie odległości w telewizji kablowej i systemach komunikacyjnych. Od czasu pojawienia się włókna SMF wydaje się, że jest to produkt historyczny. Ale w rzeczywistości, ponieważ MMF ma większą średnicę rdzenia niż SMF i łatwiej go łączyć ze źródłami światła, takimi jak diody LED, ma więcej zalet w wielu sieciach LAN. Dlatego też FRP nadal przyciąga uwagę w dziedzinie komunikacji na krótkich dystansach. Kiedy MMF jest klasyfikowany zgodnie z rozkładem współczynnika załamania światła, istnieją dwa typy: gradient (GI) i schodkowy (SI). Współczynnik załamania światła typu GI jest najwyższy w środku rdzenia i stopniowo maleje wzdłuż płaszcza. Ponieważ fala świetlna typu SI jest odbijana w światłowodzie, generowana jest różnica czasu każdej ścieżki świetlnej, co powoduje zniekształcenie emitowanej fali świetlnej i duży szok koloru. W rezultacie przepustowość transmisji jest zawężona, a zastosowań MMF typu SI jest obecnie mniej.
Włókno z przesuniętą dyspersją
Gdy robocza długość fali światłowodu jednomodowego wynosi 1,3 µm, średnica pola modowego wynosi około 9 µm, a tłumienie transmisji wynosi około 0,3 dB/km. W tej chwili długość fali zerowej dyspersji jest dokładnie o godzinie 13:30. Wśród światłowodów kwarcowych straty transmisji na odcinku 1.55pm są najmniejsze (około 0,2dB/km) od surowca. Ponieważ praktyczny wzmacniacz światłowodowy domieszkowany erbem (EDFA) działa w paśmie 13:55, jeśli w tym paśmie można osiągnąć zerową dyspersję, będzie bardziej sprzyjał zastosowaniu transmisji na duże odległości w paśmie 13:55. W związku z tym, sprytnie wykorzystując kompozytową charakterystykę przesunięcia dyspersji materiału kwarcowego w materiale włóknistym i dyspersji struktury rdzenia, pierwotną dyspersję zerową sekcji 1,3 µm można przesunąć do sekcji 1.55 pm, aby uzyskać dyspersję zerową. Dlatego nosi nazwę Dispersion Shifted Fibre (DSF: DispersionShifted Fibre). Metoda zwiększania dyspersji strukturalnej polega głównie na poprawie wydajności rozkładu współczynnika załamania światła rdzenia. W transmisji na duże odległości w komunikacji optycznej ważna jest zerowa dyspersja światłowodowa, ale nie jedyna. Inne właściwości to niskie straty, łatwość łączenia, formowanie kabli czy niewielkie zmiany charakterystyk podczas pracy (w tym skutki zginania, rozciągania i zmiany środowiska). DSF ma na celu kompleksowe rozważenie tych czynników.
Dyspersyjne płaskie włókno
Światłowód z przesuniętą dyspersją (DSF) to światłowód jednomodowy zaprojektowany z zerową dyspersją w paśmie 15:55. Włókno spłaszczone dyspersyjne (DFF: Dispersion Flattened Fiber) ma szeroki zakres długości fal od 1,3 µm do 15:55. Dyspersja może być bardzo niska, a światłowód, który osiąga prawie zerową dyspersję, nazywa się DFF. Ponieważ DFF musi zredukować dyspersję w zakresie od 13:30 do 15:55. Konieczne jest wykonanie skomplikowanego projektu rozkładu współczynnika załamania światła światłowodu. Jednak ten rodzaj światłowodu jest bardzo odpowiedni dla linii multipleksowania z podziałem długości fali (WDM). Ponieważ proces włókna DFF jest bardziej skomplikowany, koszt jest droższy. W przyszłości, wraz ze wzrostem produkcji, ceny również będą spadać.
Włókno kompensacyjne dyspersji
W przypadku systemów trunkingowych wykorzystujących światłowody jednomodowe większość z nich jest skonstruowana przy użyciu światłowodów o zerowej dyspersji w paśmie 13.30. Jednak teraz najmniejsza strata to 13.55. Ze względu na praktyczne zastosowanie EDFA, byłoby bardzo korzystne, gdyby długość fali 13,55 pm mogła być operowana na światłowodzie o zerowej dyspersji o długości 1,3 pm. Ponieważ w światłowodzie o zerowej dyspersji 1,3 μm dyspersja w paśmie 1,55 μm wynosi około 16 ps/km/nm. Jeżeli odcinek światłowodu o przeciwnym znaku dyspersji zostanie wstawiony w tę linię światłowodową, to dyspersja całej linii światłowodowej może być wyzerowana. Włókno używane do tego celu nosi nazwę Dispersion Compensation Fibre (DCF: DisPersion Compe-nsation Fibre). W porównaniu ze standardowym światłowodem o zerowej dyspersji 1,3 pm, DCF ma cieńszą średnicę rdzenia i większą różnicę współczynnika załamania światła. DCF jest również ważną częścią linii optycznych WDM.
Włókno utrzymujące polaryzację
Fale świetlne rozchodzące się w światłowodzie mają właściwości fal elektromagnetycznych, więc oprócz podstawowego pojedynczego modu fali świetlnej istnieją zasadniczo dwa ortogonalne mody rozkładu pola elektromagnetycznego (TE, TM). Generalnie, ponieważ struktura odcinka włókna jest kołowo symetryczna, stałe propagacji dwóch modów polaryzacji są równe, a dwa spolaryzowane światła nie kolidują ze sobą. W rzeczywistości jednak włókno nie jest całkowicie symetryczne kołowo. Czynniki kombinacyjne pomiędzy modami polaryzacyjnymi są rozmieszczone nieregularnie na osi optycznej. Dyspersja spowodowana tą zmianą światła spolaryzowanego nazywana jest dyspersją trybu polaryzacji (PMD). W przypadku telewizji kablowej, która zajmuje się głównie dystrybucją obrazów, wpływ nie jest zbyt duży, ale w przypadku niektórych usług, które mają specjalne wymagania dotyczące ultraszerokopasmowego w przyszłości, takich jak:
① Gdy detekcja heterodynowa jest wykorzystywana w spójnej komunikacji, gdy wymagana jest stabilniejsza polaryzacja fal świetlnych;
②Gdy charakterystyka wejściowa i wyjściowa sprzętu optycznego jest związana z polaryzacją;
③Przy wykonywaniu sprzęgaczy optycznych zachowujących polaryzację i polaryzatorów lub depolaryzatorów itp.;
④ Wykonaj czujniki światłowodowe wykorzystujące interferencję światła itp.,
Tam, gdzie wymagana jest stała polaryzacja, włókno, które zostało zmodyfikowane, aby stan polaryzacji pozostał niezmieniony, nazywa się włóknem utrzymującym polaryzację (PMF: Polarization Maintaining fiber) lub włóknem o stałej polaryzacji.
Włókno dwójłomne
Włókno dwójłomne odnosi się do światłowodu jednomodowego, który może przekazywać dwa nieodłączne mody polaryzacji, które są do siebie ortogonalne. Zjawisko zmieniającego się współczynnika załamania wraz z kierunkiem ugięcia nazywamy dwójłomnością. Jest również nazywany włóknem PANDA, czyli włóknem utrzymującym polaryzację ORAZ włóknem redukującym absorpcję. Ułożona jest w dwóch poprzecznych kierunkach rdzenia, z częścią szklaną o dużym współczynniku rozszerzalności cieplnej i przekroju kołowym. W procesie wysokotemperaturowego ciągnienia włókien części te kurczą się, co powoduje rozciąganie w kierunku y rdzenia, a jednocześnie naprężenie ściskające w kierunku x. Powoduje to efekt fotoelastyczny materiału włóknistego i różnicę we współczynniku załamania w kierunku X i kierunku y. Zgodnie z tą zasadą uzyskuje się efekt utrzymania stałej polaryzacji.
Włókno chroniące przed złym środowiskiem
Normalna temperatura środowiska pracy światłowodu do komunikacji może wynosić od -40 ℃ do ~ 60 ℃, a projekt opiera się również na założeniu, że nie jest narażony na dużą ilość promieniowania. W przeciwieństwie do tego, w przypadku niższej lub wyższej temperatury i surowego środowiska, które może być poddane działaniu wysokiego ciśnienia lub siły zewnętrznej oraz wystawionemu na promieniowanie, włókno, które może również pracować, nazywa się włóknem odpornym na warunki twarde (włókno odporne na warunki twarde). Generalnie, w celu mechanicznego zabezpieczenia powierzchni światłowodu, powlekana jest dodatkowa warstwa tworzywa sztucznego. Jednak wraz ze wzrostem temperatury funkcja ochronna tworzywa maleje, co ogranicza temperaturę użytkowania. Jeśli przejdziesz na tworzywa żaroodporne, takie jak teflon (teflon) i inne żywice, możesz pracować w temperaturze 300°C. Na powierzchni szkła kwarcowego znajdują się również metale takie jak nikiel (Ni) i aluminium (Al). Ten rodzaj włókna nazywa się włóknem odpornym na ciepło (włóknem odpornym na ciepło). Ponadto, gdy światłowód zostanie napromieniowany promieniowaniem, strata optyczna wzrośnie. Dzieje się tak dlatego, że gdy szkło kwarcowe zostanie wystawione na promieniowanie, w szkle pojawią się defekty strukturalne (zwane również centrum koloru: Color Center), a ubytek wzrośnie szczególnie przy długości fali 0,4～0,7 pm. Metodą zapobiegania jest przejście na szkło kwarcowe domieszkowane pierwiastkiem OH lub F, które może tłumić defekty strat powodowane przez promieniowanie. Ten rodzaj światłowodu nazywa się włóknem odpornym na promieniowanie i jest najczęściej używany w lustrach światłowodowych do monitorowania elektrowni jądrowych.
Włókno powlekane hermetycznie
W celu utrzymania długoterminowej stabilności wytrzymałości mechanicznej i utraty światłowodu, szklana powierzchnia jest pokryta materiałami nieorganicznymi, takimi jak węglik krzemu (SiC), węglik tytanu (TiC) i węgiel (C), aby zapobiec wodzie i wodór pochodzący z zewnątrz. Dyfuzja wyprodukowanego światłowodu (włókno HCF Hermetical Coated Fibre). Obecnie powszechnie stosuje się w procesie produkcji chemicznego osadzania z fazy gazowej (CVD) wykorzystanie warstwy węgla do akumulacji z dużą prędkością w celu uzyskania wystarczającego efektu uszczelnienia. To włókno światłowodowe pokryte węglem (CCF) może skutecznie odciąć światłowód od zewnętrznych cząsteczek wodoru. Podaje się, że można go utrzymywać przez 20 lat bez zwiększania strat w środowisku wodorowym w temperaturze pokojowej. Oczywiście jego współczynnik zmęczenia (parametr zmęczenia) może osiągnąć ponad 200, zapobiegając wnikaniu wilgoci i opóźniając proces zmęczenia wytrzymałości mechanicznej. Dlatego HCF jest stosowany w systemach wymagających wysokiej niezawodności w trudnych warunkach, takich jak podmorskie kable optyczne.
Włókno powlekane węglem
Włókno światłowodowe pokryte filmem węglowym na powierzchni światłowodu kwarcowego nazywa się włóknem węglowym (CCF: Carbon Coated Fibre). Mechanizm polega na użyciu gęstej folii węglowej do izolowania powierzchni światłowodu od świata zewnętrznego w celu poprawy mechanicznej utraty zmęczenia światłowodu i zwiększenia utraty cząsteczek wodoru. CCF to rodzaj hermetycznie powlekanego światłowodu (HCF).
Światłowód pokryty metalem
Włókno powlekane metalem (włókno powlekane metalem) to światłowód pokryty warstwą metalu, takiego jak Ni, Cu, Al, itp. na powierzchni światłowodu. Na zewnętrznej stronie warstwy metalowej znajdują się również powłoki z tworzywa sztucznego w celu poprawy odporności na ciepło i są dostępne do energetyzowania i spawania. Jest to jeden ze światłowodów chroniących przed złym środowiskiem, a także może być stosowany jako element obwodów elektronicznych. Wczesne produkty były wytwarzane przez powlekanie stopionego metalu podczas procesu ciągnienia. Ponieważ ta metoda ma zbyt dużą różnicę we współczynniku rozszerzalności między szkłem a metalem, zwiększy małe straty zginania, a praktyczna szybkość nie jest wysoka. Ostatnio, ze względu na sukces metody niskostratnego, nieelektrolitycznego powlekania powierzchni światłowodu szklanego, wydajność została znacznie poprawiona.
Włókno domieszkowane ziem rzadkich
W rdzeniu światłowodu światłowód jest domieszkowany pierwiastkami ziem rzadkich, takimi jak Er, Nd i Pr. W 1985 roku Payne z University of Southampton w Wielkiej Brytanii po raz pierwszy odkrył, że światłowód Rare Earth DoPed (Rare Earth DoPed Fibre) ma zjawisko oscylacji lasera i wzmocnienia światła. Dlatego od tego czasu odsłonięto zasłonę wzmocnienia światła, takiego jak przynęta. EDFA o godzinie 13:55, która jest obecnie praktyczna, polega na użyciu światłowodu jednomodowego domieszkowanego przynętą i użyciu lasera o godzinie 13:47 do wzbudzenia w celu uzyskania wzmocnienia sygnału optycznego o godzinie 13:55. Ponadto opracowywane są wzmacniacze światłowodowe z domieszką błędów (PDFA).
Włókno Ramana
Efekt Ramana oznacza, że gdy na substancję rzuci się monochromatyczne światło o częstotliwości f, w rozproszonym świetle pojawi się światło rozproszone o częstotliwości f±fR i f±2fR innej niż częstotliwość f. Zjawisko to nazywa się efektem Ramana. . Ponieważ powstaje w wyniku wymiany energii między ruchem molekularnym substancji a ruchem sieciowym. Gdy substancja pochłania energię, liczba drgań światła staje się mniejsza, a rozproszone światło nazywane jest linią stokesa. Odwrotnie, światło rozproszone, które pozyskuje energię z materii i zwiększa ilość drgań nazywamy linią antystokesowską. Dlatego odchylenie FR liczby drgań odzwierciedla poziom energii i może pokazać wartość właściwą substancji. Włókno wytworzone przy użyciu tego nieliniowego medium nazywa się włóknem ramanowskim (RF: włókno ramanowskie). Aby ograniczyć światło w małym rdzeniu światłowodowym w celu propagacji na duże odległości, pojawi się efekt interakcji między światłem a materią, co może sprawić, że przebieg sygnału nie będzie zniekształcony i zapewni transmisję na duże odległości. Gdy światło wejściowe zostanie wzmocnione, zostanie uzyskane spójne indukowane światło rozproszone. Lasery światłowodowe Ramana są wykorzystywane do wykrywania rozproszonego światła Ramana, które może być wykorzystywane jako źródło zasilania do pomiarów spektroskopowych i testowania dyspersji włókien. Ponadto indukowane rozpraszanie Ramana w komunikacji światłowodowej na duże odległości jest badane jako wzmacniacz optyczny.
Włókno ekscentryczne
Rdzeń światłowodu standardowego osadzony jest w środku płaszcza, a kształt przekroju poprzecznego rdzenia i płaszcza jest koncentryczny. Jednak ze względu na różne zastosowania istnieją również przypadki, w których położenie rdzenia, kształt rdzenia i kształt okładziny są ustawiane w różnych stanach lub okładzina jest perforowana w celu utworzenia struktury o specjalnym kształcie. W porównaniu ze standardowymi światłowodami, te światłowody nazywane są światłowodami o specjalnym kształcie. Excentric Core Fibre (Excentric Core Fibre), jest rodzajem włókna o specjalnym kształcie. Rdzeń jest przesunięty względem środka i blisko mimośrodowego położenia zewnętrznej linii okładziny. Ponieważ rdzeń znajduje się blisko powierzchni, część pola światła rozchodzi się po płaszczu (nazywa się to falą zanikającą). Wykorzystując to zjawisko można wykryć obecność lub brak przyłączonych substancji oraz zmiany współczynnika załamania światła. Włókno ekscentryczne (ECF) jest używane głównie jako czujnik światłowodowy do wykrywania substancji. W połączeniu z metodą badania optycznego reflektometru w dziedzinie czasu (OTDR), może być również używany jako czujnik dystrybucji.
Włókno świecące
Użyj światłowodu wykonanego z materiału fluorescencyjnego. Jest to część fluorescencji generowanej podczas naświetlania falami świetlnymi, takimi jak promieniowanie, promienie ultrafioletowe itp., które mogą być transmitowane przez światłowód poprzez zamknięcie światłowodu. Światłowód luminescencyjny (światłowód luminescencyjny) może być używany do wykrywania promieniowania i promieni ultrafioletowych, a także konwersji długości fali lub jako czujnik temperatury, czujnik chemiczny. Jest również nazywany włóknem scyntylacyjnym w wykrywaniu promieniowania. Z punktu widzenia materiałów fluorescencyjnych i domieszkowania opracowywane są plastikowe światłowody.
Włókno wielordzeniowe
Normalne światłowód składa się z obszaru rdzenia i otaczającego go obszaru płaszcza. Jednak światłowód wielordzeniowy ma wiele rdzeni we wspólnym obszarze okładziny. Ze względu na bliskość rdzeni są dwie funkcje. Jednym z nich jest to, że odstęp między rdzeniami jest duży, to znaczy nie ma optycznej struktury sprzęgającej. Ten rodzaj światłowodu może zwiększyć gęstość integracji na jednostkę powierzchni linii transmisyjnej. W komunikacji optycznej można wykonać kable taśmowe z wieloma rdzeniami, podczas gdy w dziedzinach niezwiązanych z komunikacją, jako wiązki obrazów światłowodów, wykonuje się tysiące rdzeni. Drugim jest zmniejszenie odległości między rdzeniami, co może spowodować sprzężenie fal świetlnych. Korzystając z tej zasady, opracowywany jest czujnik dwurdzeniowy lub urządzenie z układem optycznym.
Puste włókno
Światłowód jest wykonany w pustym rdzeniu, tworząc cylindryczną przestrzeń. Światłowód używany do transmisji światła nazywany jest włóknem pustym (Hollow Fibre). Puste światłowód jest używany głównie do transmisji energii i może być używany do transmisji energii promieniowania rentgenowskiego, ultrafioletowego i dalekiej podczerwieni. Istnieją dwa rodzaje struktur z pustych włókien: jednym jest wykonanie ze szkła kształtu cylindrycznego, a zasady rdzenia i okładziny są takie same jak w przypadku typu schodkowego. Użyj całkowitego odbicia światła między powietrzem a szkłem, aby się rozprowadzić. Ponieważ większość światła może być przepuszczana w powietrzu bez strat, pełni funkcję rozchodzenia się na pewną odległość. Drugim jest sprawienie, aby współczynnik odbicia wewnętrznej powierzchni cylindra był bliski 1, aby zmniejszyć straty odbicia. W celu poprawienia współczynnika odbicia w lampie osadzony jest dielektryk, który zmniejsza straty w zakresie długości fal roboczych. Na przykład utrata długości fali 10.6pm może osiągnąć kilka dB/m.
Polimer
Zgodnie z materiałem, istnieją światłowody nieorganiczne i światłowody polimerowe. Ten pierwszy jest szeroko stosowany w przemyśle. Nieorganiczne materiały światłowodowe dzielą się na dwa rodzaje: jednoskładnikowe i wieloskładnikowe. Pojedynczym składnikiem jest kwarc, a głównymi surowcami są tetrachlorek krzemu, tlenochlorek fosforu i tribromek boru. Jego czystość wymaga, aby zawartość zanieczyszczeń w jonach metali przejściowych, takich jak miedź, żelazo, kobalt, nikiel, mangan, chrom i wanad była mniejsza niż 10 ppb. Ponadto zapotrzebowanie na jon OH jest mniejsze niż 10 ppb. Włókno kwarcowe jest szeroko stosowane. Istnieje wiele surowców wieloskładnikowych, głównie dwutlenek krzemu, trójtlenek boru, azotan sodu, tlenek talu i tak dalej. Ten materiał nie jest jeszcze popularny. Światłowód polimerowy to światłowód wykonany z przezroczystego polimeru, który składa się z materiału rdzenia włókna i materiału osłony. Materiałem rdzenia jest włókno wykonane z polimetakrylanu metylu lub polistyrenu o wysokiej czystości i wysokiej przepuszczalności, a warstwa zewnętrzna to polimer zawierający fluor lub organiczny polimer silikonowy.
Strata optyczna światłowodu polimerowego jest stosunkowo wysoka. W 1982 r. firma Japan Telegraph and Telegraph Company zastosowała jako materiał rdzenia włókno polimerowe z deuterowanego metakrylanu metylu, a współczynnik strat optycznych zmniejszono do 20 dB/km. Jednak cechą światłowodu polimerowego jest to, że może on wytwarzać światłowód o dużych rozmiarach, dużej aperturze numerycznej, wysokiej wydajności sprzężenia źródła światła, dobrej elastyczności, niewielkie zginanie nie wpływa na zdolność prowadzenia światła, łatwe układanie i łączenie, łatwe w użyciu i niski koszt. Jednak strata optyczna jest duża i może być używana tylko na krótkich dystansach. Światłowód o tłumienności optycznej 10-100dB/km może przesyłać setki metrów
Włókno utrzymujące polaryzację
Włókno utrzymujące polaryzację: Włókno utrzymujące polaryzację przesyła światło spolaryzowane liniowo, które jest szeroko stosowane w różnych dziedzinach gospodarki narodowej, takich jak lotnictwo, lotnictwo, nawigacja, technologia produkcji przemysłowej i komunikacja. W interferometrycznym czujniku światłowodowym opartym na optycznej detekcji koherentnej zastosowanie światłowodu utrzymującego polaryzację może zapewnić, że liniowy kierunek polaryzacji pozostanie niezmieniony, poprawić spójny stosunek sygnału do szumu i osiągnąć wysoką precyzję pomiaru wielkości fizycznych. Jako specjalny rodzaj światłowodu, włókno utrzymujące polaryzację jest stosowane głównie w czujnikach, takich jak żyroskopy światłowodowe, hydrofony światłowodowe i systemy komunikacji światłowodowej, takie jak DWDM i EDFA. Ponieważ żyroskopy światłowodowe i hydrofony światłowodowe mogą być używane w wojskowej nawigacji bezwładnościowej i sonarze, są to produkty zaawansowane technologicznie, a światłowód utrzymujący polaryzację jest ich podstawowym elementem, więc światłowody utrzymujące polaryzację zostały umieszczone na liście embarg nałożonych na Chiny przez zachodnie kraje rozwinięte. W procesie ciągnienia włókna zachowującego polaryzację, ze względu na defekty strukturalne powstające wewnątrz włókna, wydajność utrzymywania polaryzacji ulegnie zmniejszeniu. Oznacza to, że gdy światło spolaryzowane liniowo jest transmitowane wzdłuż charakterystycznej osi światłowodu, część sygnału optycznego zostanie połączona z inną. Charakterystyczna oś ostatecznie skutkuje spadkiem współczynnika ekstynkcji polaryzacji wyjściowego spolaryzowanego sygnału świetlnego. Ta wada wpływa na efekt dwójłomności we włóknie. W światłowodzie utrzymującym polaryzację, im silniejszy efekt dwójłomności i im krótsza długość fali, tym lepiej utrzymać stan polaryzacji przepuszczanego światła.
Zastosowanie i przyszły kierunek rozwoju włókna utrzymującego polaryzację
Światłowód utrzymujący polaryzację będzie cieszył się większym popytem rynkowym w ciągu najbliższych kilku lat. Wraz z szybkim rozwojem nowych technologii na świecie i ciągłym rozwojem nowych produktów, światłowody zachowujące polaryzację będą rozwijać się w następujących kierunkach:
(1) Użyj nowej technologii światłowodu fotonicznego do produkcji nowego typu wysokowydajnego włókna utrzymującego polaryzację;
(2) Opracowanie dostosowującej się do temperatury światłowodu utrzymującego polaryzację, aby spełnić wymagania przemysłu lotniczego i innych dziedzin;
(3) Opracowanie różnych włókien utrzymujących polaryzację domieszkowanych pierwiastkami ziem rzadkich w celu zaspokojenia potrzeb wzmacniaczy optycznych i innych zastosowań urządzeń;
(4) Opracowanie włókna utrzymującego polaryzację fluoru w celu promowania rozwoju technologii interferencji światłowodowej w dziedzinie technologii astronomii w podczerwieni;
(5) Włókno zachowujące polaryzację o niskim tłumieniu: Wraz z ciągłym ulepszaniem technologii światłowodów jednomodowych straty, dyspersja materiału i dyspersja falowodu nie są już głównymi czynnikami wpływającymi na komunikację światłowodową, a dyspersja trybu polaryzacji (PMD) pojedynczego światłowód modowy stopniowo stał się ograniczeniem Najpoważniejsze wąskie gardło jakości komunikacji światłowodowej jest szczególnie widoczne w szybkich systemach komunikacji światłowodowej o przepustowości 10 Gbit/s i wyższych.
(6) Użyj efektu Kerra i efektu rotacji Faradaya do produkcji urządzeń ze światłem spolaryzowanym.
Ponadto, w zależności od różnych głowic światłowodowych, dostępne są: C-Lens. Obiektyw G. Zielony obiektyw
Składanie wspólnych specyfikacji światłowodów
Tryb pojedynczy: 8/125μm, 9/125μm, 10/125μm
Tryb wielomodowy: 50/125μm, standard europejski
62.5/125μm, standard amerykański
Sieci przemysłowe, medyczne i wolnoobrotowe: 100/140μm, 200/230μm
Plastik: 98/1000μm, używany do sterowania samochodami
