Optické vlákno je zkratka pro optické vlákno, vlákno vyrobené ze skla nebo plastu, které lze použít jako nástroj přenosu světla. Princip přenosu je'totální odraz světla'. Bývalí prezidenti Čínské univerzity v Hong Kongu Gao Kun a George A. Hockham jako první navrhli myšlenku, že optické vlákno lze použít pro přenos komunikace. Z tohoto důvodu Gao Kun získal v roce 2009 Nobelovu cenu za fyziku.
představit
Drobné optické vlákno je zapouzdřeno v plastovém pouzdře, takže jej lze ohýbat bez porušení. Obecně platí, že vysílací zařízení na jednom konci optického vlákna používá světelnou diodu (LED) nebo laserový paprsek k přenosu světelných impulzů do optického vlákna a přijímací zařízení na druhém konci optického vlákna používá fotocitlivý prvek k detekovat pulsy.
V každodenním životě, protože přenosová ztráta světla v optických vláknech je mnohem nižší než u elektřiny v drátech, se optická vlákna používají pro přenos informací na dlouhé vzdálenosti.
Obvykle se zaměňují dva pojmy optické vlákno a optický kabel. Většina optických vláken musí být před použitím pokryta několika vrstvami ochranných struktur a zakryté kabely se nazývají optické kabely. Ochranná vrstva a izolační vrstva na vnější vrstvě optického vlákna mohou zabránit poškození optického vlákna okolním prostředím, jako je voda, oheň a úraz elektrickým proudem. Optický kabel se dělí na: optické vlákno, vyrovnávací vrstvu a povlak. Optické vlákno je podobné koaxiálnímu kabelu, až na to, že nemá žádné stínění. Uprostřed je skleněné jádro, kterým se šíří světlo.
U vícevidového vlákna je průměr jádra 50 μm a 62,5 μm, což je zhruba ekvivalent tloušťky lidského vlasu. Jednovidové jádro vlákna má průměr 8 μm až 10 μm. Jádro je obklopeno skleněným obalem s nižším indexem lomu než jádro, aby se světlo udrželo uvnitř jádra. Na vnější straně je tenký plastový plášť, který chrání obálku. Optická vlákna jsou obvykle svázána a chráněna pouzdrem. Jádro vlákna je obvykle dvouvrstvý soustředný válec s malým průřezem vyrobený z křemenného skla. Je křehký a snadno se láme, proto je potřeba vnější ochranná vrstva.
zásada
Světlo a jeho vlastnosti
1. Světlo je elektromagnetické vlnění
Rozsah vlnových délek viditelného světla je 390~760nm (nanometr). Část větší než 760 nm je infračervené světlo a část menší než 390 nm je ultrafialové světlo. Optické vlákno se používá ve třech typech: 850nm, 1310nm a 1550nm.
2. Lom, odraz a úplný odraz světla.
Protože rychlost šíření světla v různých látkách je různá, dochází při vyzařování světla z jedné látky do druhé k lomu a odrazu na rozhraní obou látek. Navíc se úhel lomu světla mění s úhlem dopadajícího světla. Když úhel dopadajícího světla dosáhne nebo překročí určitý úhel, lomené světlo zmizí a veškeré dopadající světlo se odrazí zpět, což je úplný odraz světla. Různé materiály mají různé úhly lomu pro světlo stejné vlnové délky (to znamená, že různé materiály mají různé indexy lomu) a stejný materiál má různé úhly lomu pro světlo různých vlnových délek. Komunikace optických vláken je vytvořena na základě výše uvedených principů.
1. Struktura optického vlákna:
Holé vlákno optického vlákna je obecně rozděleno do tří vrstev: středové skleněné jádro s vysokým indexem lomu (průměr jádra je obecně 50 nebo 62,5 μm), uprostřed je plášť z křemičitého skla s nízkým indexem lomu (průměr je obecně 125 μm), a nejzevnější je pryskyřičný povlak pro vyztužení. Podlaha.
2. Numerická apertura optického vlákna:
Světlo dopadající na koncovou plochu optického vlákna nemůže být přenášeno optickým vláknem celé, ale pouze dopadající světlo v určitém rozsahu úhlu. Tento úhel se nazývá numerická apertura vlákna. Větší numerická apertura optického vlákna je výhodná pro tupé připojení optického vlákna. Optická vlákna vyráběná různými výrobci mají různé číselné apertury (AT&T CORNING).
3. Typy optických vláken:
Existuje mnoho typů optických vláken a požadované funkce a výkony se liší podle různých použití. Principy návrhu a výroby optického vlákna pro kabelovou televizi a komunikaci jsou však v zásadě stejné, jako například: ① malá ztráta; ② určitá šířka pásma a malý rozptyl; ③ snadné zapojení; ④ snadná integrace; ⑤ vysoká spolehlivost; ⑥ výrobní srovnání Jednoduché; ⑦ Levné a tak dále. Klasifikace optického vlákna je především shrnuta z pracovní vlnové délky, rozložení indexu lomu, režimu přenosu, suroviny a způsobu výroby. Níže jsou uvedeny příklady různých klasifikací.
(1) Pracovní vlnová délka: ultrafialové vlákno, pozorovatelné vlákno, blízké infračervené vlákno, infračervené vlákno (0,85 μm, 1,3 μm, 1,55 μm).
(2) Distribuce indexu lomu: vlákno typu step (SI), vlákno typu near-step, vlákno typu odstupňované (GI), jiné (jako je trojúhelníkový typ, typ W, zapuštěný typ atd.).
(3) Režim přenosu: jednovidové vlákno (včetně vlákna udržujícího polarizaci a vlákna neudržujícího polarizaci), vícevidové vlákno.
(4) Suroviny: křemenné optické vlákno, vícesložkové skleněné optické vlákno, plastové optické vlákno, kompozitní optické vlákno (jako je plastový plášť, tekuté jádro atd.), infračervené materiály atd. Podle potahového materiálu může se dělí na anorganické materiály (uhlík atd.), kovové materiály (měď, nikl atd.) a plasty.
(5) Výrobní metody: Předplastifikace zahrnuje axiální nanášení v parní fázi (VAD), chemické nanášení z plynné fáze (CVD) atd. a metody tažení drátu zahrnují metody s tyčovou trubicí a dvojitým kelímkem.
Křemičité optické vlákno
Silica Fiber je optické vlákno, ve kterém je oxid křemičitý (SiO2) hlavní surovinou a distribuce indexu lomu jádra a pláště je řízena podle různých dopingových množství. Optická vlákna řady Quartz (skleněná) se vyznačují nízkou spotřebou energie a širokopásmovým připojením a jsou nyní široce používána v kabelových televizních a komunikačních systémech.
Výhodou optického vlákna z křemenného skla je nízká ztráta. Když je vlnová délka světla 1,0 až 1,7 μm (kolem 1,4 μm), ztráta je pouze 1 dB/km a nejnižší při 1,55 μm je pouze 0,2 dB/km.
Fluorem dopované vlákno
Fluorem dopované vlákno je jedním z typických produktů křemičitých vláken. Obecně platí, že v komunikačním optickém vláknu s vlnovým pásmem 1,3 μm je dopant řídící jádro oxid germanitý (GeO2) a plášť je vyroben z SiO2. Většina jader vláken spojených s fluorem však používá SiO2, ale fluor je dopován v plášti. Protože ztráta Rayleighovým rozptylem je jev rozptylu světla způsobený změnami indexu lomu. Proto je žádoucí vytvářet příměsi fluktuačních faktorů indexu lomu a méně je lepší. Hlavním účinkem fluoru je snížení indexu lomu SIO2. Proto se často používá pro dotování obkladu.
Ve srovnání s optickými vlákny z jiných surovin má křemenné optické vlákno také široké spektrum propustnosti světla od ultrafialového světla po blízké infračervené světlo. Kromě komunikačních účelů jej lze využít také v oborech, jako je světlovod a přenos obrazu.
Infračervené vlákno
Vzhledem k tomu, že pracovní vlnová délka optického vlákna řady quartz se vyvinula v oblasti optické komunikace, i když se používá v kratší přenosové vzdálenosti, lze jej použít pouze ve 2μm. Z tohoto důvodu může pracovat v oblasti delších infračervených vlnových délek a vyvinuté optické vlákno se nazývá infračervené optické vlákno. Infračervené optické vlákno se používá hlavně pro přenos světelné energie. Například: měření teploty, přenos tepelného obrazu, lékařské ošetření laserovým skalpelem, zpracování tepelné energie atd. Míra průniku je stále nízká.
Kompozitní vlákno
Složené vlákno je vyrobeno ze suroviny SiO2 a následně vhodně smíchaných oxidů, jako je oxid sodný (Na2O), oxid boritý (B2O3), oxid draselný (K2O) a další oxidy, aby se vyrobilo vícesložkové skleněné vlákno, které se vyznačuje vícenásobným -komponentní sklo Má nižší bod měknutí než křemenné sklo a velký rozdíl v indexu lomu mezi jádrem a pláštěm. Endoskopy z optických vláken používané hlavně v lékařských službách.
CFC vlákno
Fluoridové vlákno Chloridové vlákno (fluoridové vlákno) je optické vlákno vyrobené z fluoridového skla. Tento materiál z optických vláken je také označován jako ZBLAN (tj. materiály z fluoridového skla, jako je ZrF2), fluorid barnatý (BaF2), fluorid lanthanitý (LaF3), fluorid hlinitý (AlF3) a fluorid sodný (NaF) jsou zjednodušeny na zkratka pro, pracuje hlavně ve službě optického přenosu vlnové délky 2～10μm. Protože ZBLAN má možnost ultra-nízkoztrátového vlákna, probíhá vývoj proveditelnosti pro dálkové komunikační vlákno, například: jeho teoretická nejnižší ztráta v roce Může dosáhnout 10-2～10-3dB/km při vlnové délce 3μm, zatímco křemenné vlákno je mezi 0,15-0,16dB/Km při 1,55μm. V současné době lze vlákno ZBLAN použít pouze při 2,4–2,7 kvůli obtížnosti snížení ztráty rozptylem. μm teplotní senzory a tepelný přenos obrazu se zatím příliš nepoužívají. V poslední době se za účelem použití ZBLAN pro přenos na dlouhé vzdálenosti vyvíjí 1,3 μm praseodymem dopovaný vláknový zesilovač (PDFA).
Optické vlákno potažené plastem
Plastic Clad Fiber (Plastic Clad Fiber) je vlákno stupňovitého typu, ve kterém je jako jádro použito vysoce čisté křemičité sklo a jako plášť je použit plast s indexem lomu mírně nižším než u oxidu křemičitého, jako je silikagel. . Ve srovnání s křemičitým vláknem má vlastnosti jádra a vysokou numerickou aperturu (NA). Proto je snadné jej kombinovat se světelným zdrojem LED s přisvětlovací diodou a ztráta je malá. Proto je velmi vhodný pro místní sítě (LAN) a komunikaci na krátkou vzdálenost.
Plastové optické vlákno
Jedná se o optické vlákno, ve kterém jsou jádro i plášť vyrobeny z plastu (polymeru). První produkty se používaly hlavně v optických komunikacích pro dekoraci a světlo naváděné osvětlení a obvody optických vazeb na krátkou vzdálenost. Surovinou jsou především organické sklo (PMMA), polystyren (PS) a polykarbonát (PC). Ztráty jsou omezeny vlastní kombinovanou strukturou CH plastů, obecně až desítky dB na km. Za účelem snížení ztrát se vyvíjejí a používají plasty řady fluor. Protože průměr jádra plastového optického vlákna je 1000 μm, což je 100krát větší než jednovidové křemenné vlákno, je spojení jednoduché a lze jej snadno ohýbat a konstruovat. V posledních letech, s pokrokem širokopásmového připojení, se společenské pozornosti dostalo vývoji vícevidových plastových optických vláken s odstupňovaným (GI) indexem lomu. V poslední době je aplikace relativně rychlá v interní LAN automobilu' a v budoucnu ji lze použít i v domácí LAN.
Jednovidové vlákno
Jednovidové vlákno Toto se týká vlákna, které může přenášet pouze jeden režim šíření v pracovní vlnové délce, obvykle označované jako jednovidové vlákno (SMF: Single Mode Fiber). V současnosti se jedná o nejpoužívanější optické vlákno v kabelové televizi a optických komunikacích. Protože jádro vlákna je velmi tenké (asi 10μm) a index lomu je ve stupňovitém rozložení, když je parametr normalizované frekvence V menší než 2,4, lze teoreticky vytvořit pouze jednovidový přenos. Navíc SMF nemá multimódovou disperzi. Nejen, že je přenosové frekvenční pásmo širší než vlákno s více módy, ale také se přidává a vyrovnává materiálová disperze a strukturální disperze SMF a její syntézní charakteristika vytváří charakteristiku nulové disperze, díky čemuž je přenosové frekvenční pásmo širší. . V SMF existuje mnoho typů kvůli rozdílům v příměsích a výrobních metodách. DePr-essed Clad Fiber (DePr-essed Clad Fiber), jeho plášť tvoří dvojitou strukturu a plášť přiléhající k jádru má nižší index lomu než vnější obrácený plášť.
Vícevidové vlákno
Vícevidové vlákno označuje vlákno, ve kterém je možným módem šíření vlákna více módů podle pracovní vlnové délky, nazývané vícevidové vlákno (MMF: MULti ModeFiber). Průměr jádra je 50 μm, a protože přenosový režim může dosáhnout několika stovek ve srovnání s SMF, převládá šířka přenosového pásma hlavně modální disperze. Historicky se používal pro přenos na krátkou vzdálenost v kabelové televizi a komunikačních systémech. Od vzniku vlákna SMF se zdá, že tvoří historický produkt. Ale ve skutečnosti, protože MMF má větší průměr jádra než SMF a je snadněji kombinovatelný se světelnými zdroji, jako jsou LED, má v mnoha sítích LAN více výhod. V oblasti komunikace na krátké vzdálenosti je proto MMF stále znovu věnována pozornost. Když je MMF klasifikován podle distribuce indexu lomu, existují dva typy: gradientový (GI) typ a stupňovitý (SI) typ. Index lomu typu GI je nejvyšší ve středu jádra a podél pláště postupně klesá. Vzhledem k tomu, že se světelná vlna typu SI odráží v optickém vláknu, vzniká časový rozdíl každé světelné dráhy, což způsobuje zkreslení emitované světelné vlny a velký barevný šok. V důsledku toho je přenosová šířka pásma zúžena a v současnosti je méně aplikací MMF typu SI.
Vlákno s posunutým rozptylem
Když je provozní vlnová délka jednovidového vlákna 1,3 μm, průměr modového pole je asi 9 μm a jeho přenosová ztráta je asi 0,3 dB/km. V tuto chvíli je vlnová délka s nulovou disperzí přesně ve 13:30. Mezi křemennými optickými vlákny je přenosová ztráta v úseku 13,55pm nejmenší (asi 0,2dB/km) ze surového materiálu. Vzhledem k tomu, že praktický erbiem dopovaný vláknový zesilovač (EDFA) pracuje v pásmu 13,55 pm, bude-li v tomto pásmu dosaženo nulové disperze, bude to vhodnější pro aplikaci dálkového přenosu v pásmu 13,55 pm. Chytrým použitím kompozitních offsetových charakteristik disperze křemenného materiálu ve vláknitém materiálu a disperze jádrové struktury tedy může být původní nulová disperze sekce 1,3 um posunuta do sekce 1,55 um, aby se vytvořila nulová disperze. Proto se nazývá Dispersion Shifted Fiber (DSF: DispersionShifted Fiber). Způsob zvýšení strukturální disperze spočívá hlavně ve zlepšení distribuce indexu lomu jádra. V dálkovém přenosu optické komunikace je nulový rozptyl vláken důležitý, ale ne jediný. Mezi další vlastnosti patří nízké ztráty, snadné spojování, tvorba kabelů nebo malé změny charakteristik během práce (včetně vlivů ohýbání, natahování a změn prostředí). DSF je navržen tak, aby tyto faktory komplexně zohlednil.
Disperzní ploché vlákno
Vlákno s posunem disperze (DSF) je jednovidové vlákno navržené s nulovou disperzí v pásmu 13,55 pm. Disperzní zploštělé vlákno (DFF: Dispersion Flattened Fiber) má široký rozsah vlnových délek od 1,3 pm do 1,55 pm. Disperze může být velmi nízká a vlákno, které dosahuje téměř nulové disperze, se nazývá DFF. Protože DFF musí snížit rozptyl v rozsahu 13:30 až 13:55. Je nutné provést složitý návrh rozložení indexu lomu optického vlákna. Tento druh vlákna je však velmi vhodný pro linky s vlnovou délkou multiplexování (WDM). Protože proces vlákna DFF je složitější, cena je dražší. V budoucnu, jak se bude zvyšovat produkce, budou klesat i ceny.
Vlákno pro kompenzaci disperze
Pro trunkové systémy využívající jednovidová vlákna je většina z nich konstruována pomocí vláken s nulovým rozptylem v pásmu 13,3pm. Nyní je však nejmenší ztráta 13:55. Vzhledem k praktickému využití EDFA by bylo velmi přínosné, kdyby vlnová délka 1,55pm mohla být provozována na 1,3pm vláknu s nulovým rozptylem. Protože u vlákna s nulovou disperzí 1,3 μm je disperze v pásmu 1,55 μm asi 16 ps/km/nm. Pokud je do tohoto vedení optického vlákna vložen úsek vlákna s opačným znaménkem disperze, může být disperze celého optického vedení nulová. Vlákno použité pro tento účel se nazývá Dispersion Compensation Fiber (DCF: DisPersion Compe-nsation Fiber). Ve srovnání se standardním vláknem s nulovou disperzí 1,3 pm má DCF tenčí průměr jádra a větší rozdíl v indexu lomu. DCF je také důležitou součástí optických linek WDM.
Vlákno udržující polarizaci
Světelné vlny šířící se v optickém vláknu mají vlastnosti elektromagnetických vln, takže kromě základního jednovidového světelného vlnění existují v podstatě dva ortogonální módy rozložení elektromagnetického pole (TE,TM). Obecně, protože struktura části vlákna je kruhově symetrická, konstanty šíření dvou polarizačních módů jsou stejné a dvě polarizovaná světla se navzájem neruší. Ve skutečnosti však vlákno není zcela kruhově symetrické. Kombinační faktory mezi polarizačními módy jsou nepravidelně rozmístěny na optické ose. Rozptyl způsobený touto změnou polarizovaného světla se nazývá disperze v polarizačním módu (PMD). U kabelové televize, která převážně distribuuje obraz, není dopad příliš velký, ale u některých služeb, které mají v budoucnu speciální požadavky na ultraširokopásmové připojení, jako například:
① Při použití heterodynní detekce v koherentní komunikaci, kdy je požadována stabilnější polarizace světelných vln;
②Když vstupní a výstupní charakteristiky optického zařízení souvisí s polarizací;
③Při vytváření polarizačních optických vazebních členů a polarizátorů nebo depolarizátorů atd.;
④ Vytvářejte senzory optických vláken, které využívají světelnou interferenci atd.,
Tam, kde je požadováno, aby polarizace byla udržována konstantní, vlákno, které bylo upraveno tak, aby se stav polarizace nezměnil, se nazývá vlákno udržující polarizaci (PMF: vlákno udržující polarizaci) nebo vlákno s pevnou polarizací.
Dvojlomné vlákno
Dvojlomné vlákno označuje jednovidové vlákno, které může přenášet dva vlastní polarizační režimy, které jsou navzájem ortogonální. Jev, že se index lomu mění se směrem výchylky, se nazývá dvojlom. Říká se mu také vlákno PANDA, tedy vlákno udržující polarizaci A snižující absorpci. Je uspořádána ve dvou příčných směrech jádra, se skleněnou částí s velkým koeficientem tepelné roztažnosti a kruhovým průřezem. Při vysokoteplotním procesu tažení vlákna se tyto části smršťují, což má za následek protažení ve směru y jádra a zároveň tlakové napětí ve směru x. To má za následek fotoelastický efekt vláknitého materiálu a rozdíl v indexu lomu ve směru X a ve směru y. Podle tohoto principu je dosaženo efektu udržení konstantní polarizace.
Vlákno proti špatnému prostředí
Normální teplota pracovního prostředí optického vlákna pro komunikaci může být mezi -40 ℃ a +60 ℃ a návrh je také založen na předpokladu, že není vystaveno velkému množství záření. Naproti tomu pro nižší nebo vyšší teplotu a drsné prostředí, které může být vystaveno vysokému tlaku nebo vnější síle a vystaveno záření, se vlákno, které může také pracovat, nazývá Hard Condition Resistant Fiber (Hard Condition Resistant Fiber). Obecně platí, že za účelem mechanické ochrany povrchu optického vlákna je potažena další vrstvou plastu. S rostoucí teplotou však ochranná funkce plastu klesá, což omezuje teplotu použití. Pokud přejdete na tepelně odolné plasty, jako je teflon (teflon) a další pryskyřice, můžete pracovat při 300 °C. Na povrchu křemenného skla jsou také kovy jako nikl (Ni) a hliník (Al). Tento druh vlákna se nazývá tepelně odolné vlákno (Heat Resistant Fiber). Navíc, když je optické vlákno ozářeno zářením, optická ztráta se zvýší. Je to proto, že když je křemenné sklo vystaveno záření, objeví se ve skle strukturální defekty (nazývané také barevný střed: Color Center) a ztráta se zvýší zejména při vlnové délce 0,4–0,7 pm. Preventivní metodou je přechod na křemenné sklo dopované OH nebo F prvkem, které dokáže potlačit ztrátové vady způsobené zářením. Tento druh vlákna se nazývá Radiation Resistant Fiber a většinou se používá v zrcadlech z optických vláken pro monitorování jaderných elektráren.
Hermeticky potažené vlákno
Aby byla zachována dlouhodobá stabilita mechanické pevnosti a ztráty optického vlákna, je povrch skla potažen anorganickými materiály, jako je karbid křemíku (SiC), karbid titanu (TiC) a uhlík (C), aby se zabránilo vodě. a vodík přicházející zvenčí. Difúze vyrobeného optického vlákna (HCF Hermetical Coated Fiber). V současnosti se běžně používá ve výrobním procesu chemické depozice z plynné fáze (CVD) k použití uhlíkové vrstvy k akumulaci vysokou rychlostí pro dosažení dostatečného těsnícího účinku. Toto uhlíkem potažené optické vlákno (CCF) dokáže účinně odříznout pronikání optického vlákna od vnějších molekul vodíku. Uvádí se, že může být udržován po dobu 20 let, aniž by došlo ke zvýšení ztrát v prostředí vodíku při pokojové teplotě. Samozřejmě, že jeho koeficient únavy (Fatigue Parameter) může dosáhnout více než 200 při zabránění pronikání vlhkosti a zpomalení procesu únavy mechanické pevnosti. Proto se HCF používá v systémech, které vyžadují vysokou spolehlivost v drsném prostředí, jako jsou podmořské optické kabely.
Vlákno potažené uhlíkem
Optické vlákno potažené uhlíkovým filmem na povrchu křemenného optického vlákna se nazývá Carbon Coated Fiber (CCF: Carbon Coated Fiber). Mechanismus spočívá v použití hustého uhlíkového filmu k izolaci povrchu optického vlákna od vnějšího světa, aby se zlepšila ztráta mechanické únavy optického vlákna a zvýšila se ztráta molekul vodíku. CCF je typ hermeticky potaženého optického vlákna (HCF).
Optické vlákno potažené kovem
Metal Coated Fiber (Metal Coated Fiber) je optické vlákno potažené kovovou vrstvou jako je Ni, Cu, Al atd. na povrchu optického vlákna. Na vnější straně kovové vrstvy jsou také plastové povlaky za účelem zlepšení tepelné odolnosti a dostupnosti pro napájení a svařování. Je to jedno z optických vláken proti špatnému prostředí a může být také použito jako součást elektronických obvodů. Rané výrobky byly vyráběny potahováním roztaveného kovu během procesu tažení. Protože tato metoda má příliš velký rozdíl v koeficientu roztažnosti mezi sklem a kovem, zvýší malé ztráty ohybem a praktická rychlost není vysoká. V poslední době se díky úspěchu metody nízkoztrátového neelektrolytického potahování na povrchu skleněného optického vlákna výrazně zlepšil výkon.
Vlákno dopované vzácnými zeminami
V jádru vlákna je vlákno dopováno prvky vzácných zemin, jako jsou Er, Nd a Pr. V roce 1985 Payne z University of Southampton ve Spojeném království poprvé objevil, že vlákno Rare Earth DoPed (Rare Earth DoPed Fiber) má fenomén laserové oscilace a zesílení světla. Proto byl od té doby odhalen závoj zesílení světla, jako je návnada. 13:55 EDFA, která je nyní praktická, spočívá v použití jednovidového vlákna dopovaného návnadou a použití 13,47 hodinového laseru pro buzení k získání 13,55 hodinového optického zesílení signálu. Kromě toho jsou ve vývoji chybově dopované zesilovače fluoridových vláken (PDFA).
Ramanské vlákno
Ramanův efekt znamená, že když je do látky promítáno monochromatické světlo o frekvenci f, v rozptýleném světle se objeví rozptýlené světlo o frekvenci f±fR a f±2fR jiné než frekvenci f. Tento jev se nazývá Ramanův efekt. . Protože se vyrábí výměnou energie mezi molekulárním pohybem látky a pohybem mřížky. Když látka absorbuje energii, počet vibrací světla se zmenší a rozptýlené světlo se nazývá stokesova čára. Naopak rozptýlené světlo, které získává energii z hmoty a zvyšuje počet vibrací, se nazývá anti-Stokesova linie. Proto odchylka FR vibračního čísla odráží energetickou hladinu a může ukazovat hodnotu vlastní látce. Vlákno vyrobené pomocí tohoto nelineárního média se nazývá Raman Fiber (RF: Raman Fiber). Aby se omezilo světlo v malém vláknovém jádru pro šíření na velkou vzdálenost, objeví se interakční efekt mezi světlem a hmotou, což může způsobit nezkreslení tvaru vlny signálu a realizovat přenos na dlouhé vzdálenosti. Když je vstupní světlo zesíleno, získá se koherentní indukované rozptýlené světlo. Ramanovy vláknové lasery se používají pro snímání Ramanova rozptýleného světla, které lze použít jako zdroje energie pro spektroskopická měření a testování disperze vláken. Kromě toho se jako optický zesilovač studuje indukovaný Ramanův rozptyl v komunikaci optického vlákna na dlouhé vzdálenosti.
Excentrické vlákno
Jádro standardního optického vlákna je zasazeno do středu pláště a tvar průřezu jádra a pláště je soustředný. V důsledku různého použití však existují také případy, kdy poloha jádra, tvar jádra a tvar pláště jsou provedeny do různých stavů nebo je plášť perforován pro vytvoření struktury speciálního tvaru. Ve srovnání se standardními optickými vlákny se tato optická vlákna nazývají optická vlákna speciálního tvaru. Excentric Core Fiber (Excentric Core Fiber), je to druh vlákna speciálního tvaru. Jádro je odsazeno mimo střed a blízko k excentrické poloze vnější linie opláštění. Vzhledem k tomu, že jádro je blízko povrchu, část světelného pole se rozšíří po plášti (tzv. Evanescentní vlna). Pomocí tohoto jevu lze detekovat přítomnost nebo nepřítomnost navázaných látek a změny indexu lomu. Excentrické vlákno (ECF) se používá hlavně jako optický vláknový senzor pro detekci látek. V kombinaci s testovací metodou optického reflektometru v časové oblasti (OTDR) může být také použit jako distribuční senzor.
Světelné vlákno
Použijte optické vlákno vyrobené z fluorescenčního materiálu. Je to část fluorescence vznikající při ozáření světelnými vlnami jako je záření, ultrafialové paprsky atd., které mohou být přenášeny optickým vláknem uzavřením optického vlákna. Luminiscenční vlákno (Luminiscent Fiber) lze použít k detekci záření a ultrafialových paprsků, stejně jako ke konverzi vlnové délky, nebo jako teplotní senzor, chemický senzor. Při detekci záření se mu také říká scintilační vlákno. Z pohledu fluorescenčních materiálů a dopingu se vyvíjejí plastová optická vlákna.
Vícejádrové vlákno
Normální optické vlákno se skládá z oblasti jádra a oblasti pláště, která ji obklopuje. Nicméně, Multi Core Fiber má více jader ve společné oblasti pláště. Vzhledem k blízkosti jader k sobě existují dvě funkce. Jedním z nich je, že vzdálenost mezi jádry je velká, to znamená, že zde není žádná optická spojovací struktura. Tento druh optického vlákna může zvýšit hustotu integrace na jednotku plochy přenosového vedení. V optických komunikacích lze vyrobit ploché kabely s více jádry, zatímco v nekomunikačních oborech, jako jsou obrazové svazky optických vláken, jsou vyrobeny tisíce jader. Druhým je, aby se vzdálenost mezi jádry přiblížila, což může vytvářet spojení světelných vln. Na tomto principu je vyvíjen dvoujádrový snímač nebo zařízení s optickým obvodem.
Duté vlákno
Z optického vlákna je vytvořeno duté jádro, které tvoří válcový prostor. Optické vlákno používané pro přenos světla se nazývá duté vlákno (Hollow Fiber). Duté optické vlákno se používá hlavně pro přenos energie a může být použito pro přenos energie rentgenového, ultrafialového a vzdáleného infračerveného světla. Existují dva typy struktur z dutých vláken: jedním je výroba skla do válcového tvaru a principy jádra a pláště jsou stejné jako u stupňovitého typu. K šíření využijte totální odraz světla mezi vzduchem a sklem. Protože většina světla může být přenášena vzduchem beze ztrát, má funkci šíření na určitou vzdálenost. Druhým je, aby se odrazivost vnitřního povrchu válce blížila 1, aby se snížily ztráty odrazem. Aby se zlepšila odrazivost, je v lampě nastaveno dielektrikum, které snižuje ztráty v rozsahu pracovních vlnových délek. Například ztráta vlnové délky 10,6pm může dosáhnout několika dB/m.
Polymer
Podle materiálu existují anorganické optické vlákno a polymerní optické vlákno. První z nich je široce používán v průmyslu. Anorganické materiály z optických vláken se dělí na dva typy: jednosložkové a vícesložkové. Jedinou složkou je křemen a hlavními surovinami jsou chlorid křemičitý, oxychlorid fosforečný a bromid boritý. Jeho čistota vyžaduje, aby obsah nečistot v iontech přechodných kovů, jako je měď, železo, kobalt, nikl, mangan, chrom a vanad, byl menší než 10 ppb. Kromě toho je požadavek na OH-ionty menší než 10 ppb. Křemenné vlákno bylo široce používáno. Existuje mnoho vícesložkových surovin, především oxid křemičitý, oxid boritý, dusičnan sodný, oxid thalia a tak dále. Tento materiál zatím není populární. Polymerní optické vlákno je optické vlákno vyrobené z průhledného polymeru, který se skládá z materiálu jádra vlákna a materiálu pláště. Materiál jádra je vlákno vyrobené z vysoce čistého a vysoce propustného polymethylmethakrylátu nebo polystyrenu a vnější vrstva je polymer obsahující fluor nebo organický silikonový polymer.
Optická ztráta polymerního optického vlákna je relativně vysoká. V roce 1982 použila společnost Japan Telegraph and Telegraph Company jako materiál jádra vlákno z deuterovaného methylmethakrylátového polymeru a rychlost optické ztráty byla snížena na 20 dB/km. Charakteristikou polymerního optického vlákna je však to, že může vytvořit optické vlákno velké velikosti, velké numerické apertury, vysokou vazebnou účinnost světelného zdroje, dobrou flexibilitu, mírné ohýbání neovlivňuje schopnost vedení světla, snadné uspořádání a lepení, snadné použití a nízké náklady. Optická ztráta je však velká a lze ji použít pouze na krátké vzdálenosti. Optické vlákno s optickou ztrátou 10–100 dB/km může přenášet stovky metrů
Vlákno udržující polarizaci
Vlákno udržující polarizaci: Vlákno udržující polarizaci přenáší lineárně polarizované světlo, které je široce používáno v různých oblastech národního hospodářství, jako je letectví, letectví, navigace, průmyslové výrobní technologie a komunikace. V interferometrickém vláknovém senzoru založeném na optické koherentní detekci může použití vlákna udržujícího polarizaci zajistit, že směr lineární polarizace zůstane nezměněn, zlepšit koherentní poměr signálu k šumu a dosáhnout vysoce přesného měření fyzikálních veličin. Jako speciální typ optického vlákna se vlákno udržující polarizaci používá hlavně v senzorech, jako jsou gyroskopy s optickými vlákny, hydrofony s optickými vlákny a komunikační systémy z optických vláken, jako jsou DWDM a EDFA. Vzhledem k tomu, že gyroskopy s optickými vlákny a hydrofony s optickými vlákny lze použít ve vojenské inerciální navigaci a sonaru, jedná se o high-tech produkty a jejich základní složkou je vlákno udržující polarizaci, takže vlákno udržující polarizaci bylo zařazeno na seznam embarg vůči Číně. ze strany západních vyspělých zemí. V procesu tažení vlákna udržujícího polarizaci se v důsledku strukturálních defektů generovaných uvnitř vlákna výkon udržující polarizaci sníží. To znamená, že když je lineárně polarizované světlo přenášeno podél charakteristické osy vlákna, část optického signálu bude spojena do jiného. Tato vada ovlivňuje efekt dvojlomu ve vláknu. U vlákna udržujícího polarizaci platí, že čím silnější je efekt dvojlomu a čím kratší je vlnová délka, tím lépe se udržuje polarizační stav procházejícího světla.
Aplikace a budoucí směr vývoje vlákna udržujícího polarizaci
Optické vlákno udržující polarizaci bude mít v příštích několika letech na trhu větší poptávku. S rychlým vývojem nových technologií ve světě a neustálým vývojem nových produktů se optická vlákna udržující polarizaci budou vyvíjet v následujících směrech:
(1) Použijte novou technologii vlákna fotonického krystalu k výrobě nového typu vysoce výkonného vlákna udržujícího polarizaci;
(2) Vyvinout teplotně adaptivní, polarizaci udržující optické vlákno, aby splňovalo požadavky letectví a dalších oborů;
(3) Vyvinout různá vlákna udržující polarizaci dopovaná vzácnými zeminami, aby vyhovovala potřebám optických zesilovačů a dalších aplikací zařízení;
(4) Vyvinout vlákno udržující fluoridovou polarizaci na podporu rozvoje technologie rušení optických vláken v oblasti infračervené astronomické technologie;
(5) Vlákno udržující polarizaci s nízkým útlumem: S neustálým zlepšováním technologie jednovidových vláken již nejsou ztráta, rozptyl materiálu a rozptyl vlnovodu hlavními faktory ovlivňujícími komunikaci vláken a rozptyl polarizačních vidů (PMD) jednovidových vláken. Mode vlákno se postupně stalo omezením Nejzávažnější překážka kvality komunikace optických vláken je zvláště výrazná u vysokorychlostních komunikačních systémů s optickými vlákny o rychlosti 10 Gbit/s a více.
(6) K výrobě zařízení s polarizovaným světlem použijte Kerrův efekt a Faradayův rotační efekt.
Navíc podle různých hlav vláken existují: C-Lens. G-Lens. Zelená čočka
Skládání běžných specifikací optických vláken
Jediný režim: 8/125 μm, 9/125 μm, 10/125 μm
Multimode: 50/125μm, evropský standard
62,5/125μm, americký standard
Průmyslové, lékařské a nízkorychlostní sítě: 100/140μm, 200/230μm
Plast: 98/1000μm, používá se pro ovládání automobilů