La fibra ottica è un'abbreviazione di fibra ottica, una fibra di vetro o plastica, che può essere utilizzata come strumento di trasmissione della luce. Il principio di trasmissione è'riflessione totale della luce'. Gli ex presidenti dell'Università cinese di Hong Kong Gao Kun e George A. Hockham hanno proposto per primi l'idea che la fibra ottica possa essere utilizzata per la trasmissione delle comunicazioni. Per questo Gao Kun ha vinto nel 2009 il Premio Nobel per la Fisica.
introdurre
La minuscola fibra ottica è incapsulata in una guaina di plastica in modo che possa essere piegata senza rompersi. Generalmente, il dispositivo di trasmissione a un'estremità della fibra ottica utilizza un diodo a emissione di luce (LED) o un raggio laser per trasmettere impulsi luminosi alla fibra ottica e il dispositivo di ricezione all'altra estremità della fibra ottica utilizza un elemento fotosensibile per rilevare gli impulsi.
Nella vita quotidiana, poiché la perdita di trasmissione della luce nelle fibre ottiche è molto inferiore a quella dell'elettricità nei cavi, le fibre ottiche vengono utilizzate per la trasmissione di informazioni a lunga distanza.
Di solito i due termini fibra ottica e cavo ottico vengono confusi. La maggior parte delle fibre ottiche deve essere coperta da diversi strati di strutture protettive prima dell'uso e i cavi coperti sono chiamati cavi ottici. Lo strato protettivo e lo strato isolante sullo strato esterno della fibra ottica possono prevenire danni alla fibra ottica dall'ambiente circostante, come acqua, fuoco e scosse elettriche. Il cavo ottico è suddiviso in: fibra ottica, strato tampone e rivestimento. La fibra ottica è simile al cavo coassiale, tranne per il fatto che non è presente una schermatura a rete. Al centro c'è il nucleo di vetro attraverso il quale si propaga la luce.
In una fibra multimodale, il diametro del nucleo è di 50 μm e 62,5 μm, che sono all'incirca equivalenti allo spessore di un capello umano. Il nucleo della fibra monomodale ha un diametro compreso tra 8 μm e 10 μm. Il nucleo è circondato da un involucro di vetro con un indice di rifrazione inferiore rispetto al nucleo per mantenere la luce all'interno del nucleo. All'esterno c'è un sottile rivestimento di plastica per proteggere la busta. Le fibre ottiche sono solitamente impacchettate e protette da un involucro. Il nucleo della fibra è solitamente un cilindro concentrico a doppio strato con una piccola area della sezione trasversale in vetro di quarzo. È fragile e facile da rompere, quindi è necessario uno strato protettivo esterno.
principio
La luce e le sue caratteristiche
1. La luce è un'onda elettromagnetica
La gamma di lunghezze d'onda della luce visibile è 390~760nm (nanometro). La parte più grande di 760 nm è luce infrarossa e la parte più piccola di 390 nm è luce ultravioletta. La fibra ottica viene utilizzata in tre tipi: 850 nm, 1310 nm e 1550 nm.
2. Rifrazione, riflessione e riflessione totale della luce.
Poiché la velocità di propagazione della luce in diverse sostanze è diversa, quando la luce viene emessa da una sostanza all'altra, si verificano rifrazione e riflessione all'interfaccia delle due sostanze. Inoltre, l'angolo della luce rifratta cambia con l'angolo della luce incidente. Quando l'angolo della luce incidente raggiunge o supera un certo angolo, la luce rifratta scomparirà e tutta la luce incidente verrà riflessa indietro, che è la riflessione totale della luce. Materiali diversi hanno angoli di rifrazione diversi per la luce della stessa lunghezza d'onda (ovvero, materiali diversi hanno indici di rifrazione diversi) e lo stesso materiale ha angoli di rifrazione diversi per la luce di lunghezze d'onda diverse. La comunicazione in fibra ottica è formata in base ai principi di cui sopra.
1. Struttura in fibra ottica:
La fibra nuda della fibra ottica è generalmente divisa in tre strati: il nucleo centrale in vetro ad alto indice di rifrazione (il diametro del nucleo è generalmente 50 o 62,5 μm), il mezzo è il rivestimento in vetro di silice a basso indice di rifrazione (il diametro è generalmente 125 μm), e il più esterno è il rivestimento in resina per rinforzo. Pavimento.
2. Apertura numerica in fibra ottica:
La luce incidente sulla faccia terminale della fibra ottica non può essere trasmessa tutta dalla fibra ottica, ma solo la luce incidente entro un certo intervallo di angoli. Questo angolo è chiamato apertura numerica della fibra. La maggiore apertura numerica della fibra ottica è vantaggiosa per la connessione di testa della fibra ottica. Le fibre ottiche prodotte da diversi produttori hanno diverse aperture numeriche (AT&T CORNING).
3. Tipi di fibra ottica:
Esistono molti tipi di fibre ottiche e le funzioni e le prestazioni richieste variano a seconda dei diversi utilizzi. Tuttavia, i principi di progettazione e produzione della fibra ottica per la TV via cavo e la comunicazione sono sostanzialmente gli stessi, come ad esempio: ① piccola perdita; ② certa larghezza di banda e piccola dispersione; ③ cablaggio semplice; ④ facile integrazione; ⑤ alta affidabilità; ⑥ confronto di produzione Semplice; ⑦Economico e così via. La classificazione della fibra ottica è riassunta principalmente dalla lunghezza d'onda di lavoro, dalla distribuzione dell'indice di rifrazione, dalla modalità di trasmissione, dalla materia prima e dal metodo di produzione. Di seguito sono riportati esempi di varie classificazioni.
(1) Lunghezza d'onda di lavoro: fibra ultravioletta, fibra osservabile, fibra nel vicino infrarosso, fibra infrarossa (0,85 μm, 1,3 μm, 1,55 μm).
(2) Distribuzione dell'indice di rifrazione: fibra di tipo a gradino (SI), fibra di tipo quasi a gradino, fibra di tipo graduato (GI), altre (come tipo a triangolo, tipo W, tipo incassato, ecc.).
(3) Modalità di trasmissione: fibra monomodale (inclusa la fibra a mantenimento della polarizzazione e la fibra a mantenimento della non polarizzazione), fibra multimodale.
(4) Materie prime: fibra ottica al quarzo, fibra ottica di vetro multicomponente, fibra ottica di plastica, fibra ottica composita (come rivestimento in plastica, nucleo liquido, ecc.), Materiali a infrarossi, ecc. Secondo il materiale di rivestimento, può essere suddivisi in materiali inorganici (carbonio, ecc.), materiali metallici (rame, nichel, ecc.) e materie plastiche.
(5) Metodi di produzione: la pre-plastificazione include la deposizione assiale in fase vapore (VAD), la deposizione chimica in fase vapore (CVD), ecc., e i metodi di trafilatura includono i metodi Rod intube e doppio crogiolo.
Fibra ottica di silice
La fibra di silice è una fibra ottica in cui il biossido di silicio (SiO2) è la principale materia prima e la distribuzione dell'indice di rifrazione del nucleo e del rivestimento è controllata in base a diverse quantità di drogaggio. Le fibre ottiche della serie al quarzo (vetro) hanno le caratteristiche di basso consumo energetico e banda larga e sono ora ampiamente utilizzate nella televisione via cavo e nei sistemi di comunicazione.
Il vantaggio della fibra ottica di vetro al quarzo è la bassa perdita. Quando la lunghezza d'onda della luce è 1.0～1.7μm (circa 1.4μm), la perdita è solo 1dB/km, e la più bassa a 1.55μm è solo 0.2dB/km.
Fibra drogata con fluoro
La fibra drogata con fluoro è uno dei prodotti tipici della fibra di silice. Generalmente, nella fibra ottica di comunicazione a banda d'onda da 1,3 μm, il drogante che controlla il nucleo è il biossido di germanio (GeO2) e il rivestimento è costituito da SiO2. Tuttavia, la maggior parte dei nuclei delle fibre connesse al fluoro utilizza SiO2, ma il fluoro è drogato nel rivestimento. Perché la perdita di diffusione di Rayleigh è un fenomeno di diffusione della luce causato da cambiamenti nell'indice di rifrazione. Pertanto, è desiderabile formare droganti di fattori di fluttuazione dell'indice di rifrazione, e meno è meglio. L'effetto principale del fluoro è quello di ridurre l'indice di rifrazione di SIO2. Pertanto, viene spesso utilizzato per il drogaggio del rivestimento.
Rispetto alle fibre ottiche di altre materie prime, la fibra ottica al quarzo ha anche un ampio spettro di trasmissione della luce dalla luce ultravioletta alla luce del vicino infrarosso. Oltre a scopi di comunicazione, può essere utilizzato anche in campi come la guida di luce e la trasmissione di immagini.
Fibra a infrarossi
Poiché la lunghezza d'onda di lavoro della fibra ottica della serie al quarzo si è sviluppata nel campo della comunicazione ottica, sebbene venga utilizzata in una distanza di trasmissione più breve, può essere utilizzata solo in 2μm. Per questo motivo può lavorare nel campo delle lunghezze d'onda infrarosse più lunghe e la fibra ottica sviluppata è chiamata fibra ottica infrarossa. La fibra ottica a infrarossi viene utilizzata principalmente per la trasmissione di energia luminosa. Ad esempio: misurazione della temperatura, trasmissione di immagini termiche, trattamento medico con bisturi laser, elaborazione dell'energia termica, ecc. Il tasso di penetrazione è ancora basso.
Fibra composita
La fibra composta è costituita da materia prima SiO2 e quindi ossidi opportunamente miscelati come ossido di sodio (Na2O), ossido di boro (B2O3), ossido di potassio (K2O) e altri ossidi per creare una fibra di vetro multicomponente, che è caratterizzata da multi vetro -componente Ha un punto di rammollimento inferiore rispetto al vetro al quarzo e una grande differenza di indice di rifrazione tra il nucleo e il rivestimento. Endoscopi a fibra ottica utilizzati principalmente nei servizi medici.
fibra CFC
Fibra di fluoruro La fibra di cloruro (fibra di fluoruro) è una fibra ottica in vetro al fluoro. Questo materiale in fibra ottica è indicato anche come ZBLAN (vale a dire, materiali in vetro al fluoruro come ZrF2), fluoruro di bario (BaF2), fluoruro di lantanio (LaF3), fluoruro di alluminio (AlF3) e fluoruro di sodio (NaF) sono semplificati in The abbreviazione di, lavora principalmente nel servizio di trasmissione ottica di lunghezza d'onda 2～10μm. Poiché ZBLAN ha la possibilità di fibra a bassissima perdita, è in corso lo sviluppo di fattibilità per la fibra di comunicazione a lunga distanza, ad esempio: la sua perdita teorica più bassa, in Può raggiungere 10-2～10-3dB/km a 3μm di lunghezza d'onda, mentre la fibra di quarzo è compresa tra 0,15-0,16 dB/Km a 1,55 μm. Al momento, la fibra ZBLAN può essere utilizzata solo a 2,4～2,7 a causa della difficoltà di ridurre la perdita di dispersione. I sensori di temperatura μm e la trasmissione di immagini termiche non sono ancora stati ampiamente utilizzati. Recentemente, al fine di utilizzare ZBLAN per la trasmissione a lunga distanza, è stato sviluppato un amplificatore in fibra drogata con praseodimio da 1,3 μm (PDFA).
Fibra ottica plastificata
Plastic Clad Fiber (Plastic Clad Fiber) è una fibra a gradini in cui il vetro di silice di elevata purezza viene utilizzato come nucleo e la plastica con un indice di rifrazione leggermente inferiore a quello della silice, come il gel di silice, viene utilizzata come rivestimento . Rispetto alla fibra di silice, ha le caratteristiche di core rent e di elevata apertura numerica (NA). Pertanto, è facile da combinare con la sorgente luminosa a LED a diodi emettitori di luce e la perdita è piccola. Pertanto, è molto adatto per la rete locale (LAN) e la comunicazione a breve distanza.
Fibra ottica di plastica
Questa è una fibra ottica in cui sia il nucleo che il rivestimento sono realizzati in plastica (polimero). I primi prodotti venivano utilizzati principalmente nelle comunicazioni ottiche per la decorazione e l'illuminazione guidata dalla luce e nei circuiti di collegamento ottico a breve distanza. Le materie prime sono principalmente vetro organico (PMMA), polistirene (PS) e policarbonato (PC). La perdita è limitata dalla struttura combinata CH intrinseca della plastica, generalmente fino a decine di dB per km. Al fine di ridurre la perdita, vengono sviluppate e applicate plastiche della serie fluoro. Poiché il diametro del nucleo della fibra ottica in plastica è di 1000 μm, che è 100 volte più grande della fibra di quarzo monomodale, la connessione è semplice ed è facile da piegare e costruire. Negli ultimi anni, con il progresso della banda larga, lo sviluppo della fibra ottica plastica multimodale con indice di rifrazione graduato (GI) ha ricevuto attenzione sociale. Recentemente, l'applicazione è relativamente veloce nella LAN interna dell'auto'e potrebbe essere utilizzata anche nella LAN domestica in futuro.
Fibra monomodale
Fibra monomodale Si riferisce alla fibra che può trasmettere solo una modalità di propagazione nella lunghezza d'onda di lavoro, solitamente indicata come fibra monomodale (SMF: Single Mode Fiber). Attualmente, è la fibra ottica più utilizzata nella televisione via cavo e nelle comunicazioni ottiche. Poiché il nucleo della fibra è molto sottile (circa 10 μm) e l'indice di rifrazione ha una distribuzione a gradini, quando il parametro V della frequenza normalizzata è inferiore a 2,4, teoricamente si può formare solo una trasmissione monomodale. Inoltre, SMF non ha dispersione multimodale. Non solo la banda di frequenza di trasmissione è più ampia della fibra con più modalità, ma anche la dispersione del materiale e la dispersione strutturale di SMF vengono aggiunte e compensate, e la sua caratteristica di sintesi sembra formare la caratteristica di dispersione zero, che rende la banda di frequenza di trasmissione più ampia . In SMF, ci sono molti tipi a causa delle differenze nei droganti e nei metodi di produzione. DePr-essed Clad Fiber (DePr-essed Clad Fiber), il suo rivestimento forma una doppia struttura e il rivestimento adiacente al nucleo ha un indice di rifrazione inferiore rispetto al rivestimento invertito esterno.
Fibra multimodale
Per fibra multimodale si intende la fibra in cui la possibile modalità di propagazione della fibra è più modalità in base alla lunghezza d'onda di lavoro, chiamata fibra multimodale (MMF: MULti ModeFiber). Il diametro del nucleo è di 50 μm e poiché la modalità di trasmissione può raggiungere diverse centinaia, rispetto a SMF, la larghezza di banda di trasmissione è principalmente dominata dalla dispersione modale. Storicamente, è stato utilizzato per la trasmissione a breve distanza nella televisione via cavo e nei sistemi di comunicazione. Dall'emergere della fibra SMF, sembra aver formato un prodotto storico. Ma in effetti, poiché MMF ha un diametro del nucleo maggiore di SMF ed è più facile da combinare con sorgenti luminose come i LED, presenta più vantaggi in molte LAN. Pertanto, MMF sta ancora ricevendo attenzione nel campo della comunicazione a breve distanza. Quando l'MMF è classificato in base alla distribuzione dell'indice di rifrazione, ci sono due tipi: tipo gradiente (GI) e tipo passo (SI). L'indice di rifrazione del tipo GI è il più alto al centro del nucleo e diminuisce gradualmente lungo il rivestimento. Poiché l'onda luminosa di tipo SI viene riflessa nella fibra ottica, viene generata la differenza di tempo di ciascun percorso luminoso, che provoca la distorsione dell'onda luminosa emessa e lo shock di colore è grande. Di conseguenza, la larghezza di banda di trasmissione è ridotta e attualmente ci sono meno applicazioni MMF di tipo SI.
Fibra spostata a dispersione
Quando la lunghezza d'onda operativa di una fibra monomodale è 1,3 pm, il diametro del campo modale è di circa 9 pm e la sua perdita di trasmissione è di circa 0,3 dB/km. In questo momento, la lunghezza d'onda a dispersione zero è esattamente alle 13:00. Tra le fibre ottiche al quarzo, la perdita di trasmissione nella sezione 1.55pm è la più piccola (circa 0.2dB/km) dalla materia prima. Poiché il pratico amplificatore in fibra drogata con erbio (EDFA) funziona nella banda delle 1.55pm, se la dispersione zero può essere ottenuta in questa banda, sarà più favorevole all'applicazione della trasmissione a lunga distanza nella banda delle 1.55pm. Pertanto, utilizzando abilmente le caratteristiche di offset composito della dispersione del materiale di quarzo nel materiale in fibra e la dispersione della struttura del nucleo, la dispersione zero originale della sezione 1.3Pm può essere spostata alla sezione 1.55pm per costituire una dispersione zero. Pertanto, si chiama Dispersion Shifted Fiber (DSF: DispersionShifted Fiber). Il metodo per aumentare la dispersione strutturale consiste principalmente nel migliorare le prestazioni di distribuzione dell'indice di rifrazione del nucleo. Nella trasmissione a lunga distanza della comunicazione ottica, la dispersione della fibra zero è importante, ma non l'unica. Altre proprietà includono basse perdite, facile connessione, formazione di cavi o piccoli cambiamenti nelle caratteristiche durante il lavoro (compresi gli effetti di piegatura, allungamento e cambiamenti ambientali). DSF è progettato per considerare questi fattori in modo completo.
Fibra piatta a dispersione
La fibra a dispersione spostata (DSF) è una fibra monomodale progettata con dispersione zero nella banda 1.55pm. La fibra appiattita a dispersione (DFF: Dispersion Flattened Fiber) ha un'ampia gamma di lunghezze d'onda da 1,3 pm a 1,55 pm. La dispersione può essere resa molto bassa e la fibra che raggiunge una dispersione quasi nulla è chiamata DFF. Perché DFF deve ridurre la dispersione nell'intervallo dalle 13:00 alle 13:55. È necessario eseguire un progetto complicato per la distribuzione dell'indice di rifrazione della fibra ottica. Tuttavia, questo tipo di fibra è molto adatto per le linee di multiplexing a divisione di lunghezza d'onda (WDM). Poiché il processo della fibra DFF è più complicato, il costo è più elevato. In futuro, all'aumentare della produzione, anche i prezzi diminuiranno.
Fibra di compensazione della dispersione
Per i sistemi trunk che utilizzano fibre monomodali, la maggior parte di essi è costruita utilizzando fibre con dispersione zero nella banda delle 13:00. Tuttavia, ora la perdita più piccola è alle 13:55. A causa dell'uso pratico dell'EDFA, sarebbe molto vantaggioso se la lunghezza d'onda di 1,55 pm può essere utilizzata su una fibra a dispersione zero di 1,3 pm. Perché, nella fibra a dispersione zero da 1,3 pm, la dispersione nella banda da 1,55 pm è di circa 16 ps/km/nm. Se in questa linea di fibre ottiche viene inserito un tratto di fibra con segno opposto alla dispersione, la dispersione dell'intera linea ottica può essere azzerata. La fibra utilizzata a tale scopo è denominata Dispersion Compensation Fiber (DCF: Dispersion Compensation Fiber). Rispetto alla fibra standard a dispersione zero da 1,3 pm, DCF ha un diametro del nucleo più sottile e una differenza di indice di rifrazione maggiore. DCF è anche una parte importante delle linee ottiche WDM.
Fibra di mantenimento della polarizzazione
Le onde luminose che si propagano nella fibra ottica hanno le proprietà delle onde elettromagnetiche, quindi oltre al singolo modo di base dell'onda luminosa, esistono essenzialmente due modi ortogonali di distribuzione del campo elettromagnetico (TE, TM). In genere, poiché la struttura della sezione della fibra è circolarmente simmetrica, le costanti di propagazione dei due modi di polarizzazione sono uguali e le due luci polarizzate non interferiscono tra loro. Tuttavia, in effetti, la fibra non è completamente simmetrica circolare. I fattori di combinazione tra i modi di polarizzazione sono distribuiti irregolarmente sull'asse ottico. La dispersione causata da questo cambiamento nella luce polarizzata è chiamata Polarization Mode Dispersion (PMD). Per la TV via cavo, che distribuisce principalmente immagini, l'impatto non è troppo grande, ma per alcuni servizi che in futuro avranno requisiti speciali per la banda ultralarga, come:
Quando il rilevamento dell'eterodina viene utilizzato nella comunicazione coerente, quando la polarizzazione dell'onda luminosa deve essere più stabile;
②Quando le caratteristiche di ingresso e uscita dell'apparecchiatura ottica sono correlate alla polarizzazione;
③Quando si realizzano accoppiatori ottici e polarizzatori o depolarizzatori che mantengono la polarizzazione, ecc.;
④ Realizza sensori in fibra ottica che utilizzano interferenze luminose, ecc.,
Laddove è necessario mantenere costante la polarizzazione, la fibra che è stata modificata per rendere invariato lo stato di polarizzazione è chiamata fibra a mantenimento della polarizzazione (PMF: fibra a mantenimento della polarizzazione) o fibra a polarizzazione fissa.
Fibra birifrangente
La fibra birifrangente si riferisce a una fibra monomodale che può trasmettere due modalità di polarizzazione intrinseche ortogonali tra loro. Il fenomeno per cui l'indice di rifrazione varia con la direzione della deflessione è chiamato birifrangenza. Viene anche chiamata fibra PANDA, cioè fibra che mantiene la polarizzazione e riduce l'assorbimento. È disposto in due direzioni trasversali del nucleo, con una parte in vetro con un elevato coefficiente di dilatazione termica e una sezione trasversale circolare. Nel processo di trafilatura della fibra ad alta temperatura, queste parti si restringono, con conseguente allungamento nella direzione y del nucleo e allo stesso tempo sollecitazione di compressione nella direzione x. Ciò si traduce in un effetto fotoelastico del materiale in fibra e una differenza nell'indice di rifrazione nella direzione X e nella direzione y. Secondo questo principio, si ottiene l'effetto di mantenere costante la polarizzazione.
Fibra anti-cattivo ambiente
La normale temperatura dell'ambiente di lavoro della fibra ottica per la comunicazione può essere compresa tra -40 e 60 e il design si basa anche sulla premessa che non è esposto a una grande quantità di radiazioni. Al contrario, per la temperatura più bassa o più alta e per l'ambiente difficile che può essere sottoposto ad alta pressione o forza esterna ed esposto a radiazioni, la fibra che può anche funzionare è chiamata fibra resistente alle condizioni difficili (Fibra resistente alle condizioni difficili). Generalmente, per proteggere meccanicamente la superficie della fibra ottica, viene rivestito un ulteriore strato di plastica. Tuttavia, all'aumentare della temperatura, la funzione protettiva della plastica diminuisce, il che limita la temperatura di utilizzo. Se passi a plastiche resistenti al calore, come Teflon (Teflon) e altre resine, puoi lavorare a 300°C. Ci sono anche metalli come nichel (Ni) e alluminio (Al) rivestiti sulla superficie del vetro al quarzo. Questo tipo di fibra è chiamato fibra resistente al calore (Fibra resistente al calore). Inoltre, quando la fibra ottica viene irradiata da radiazioni, la perdita ottica aumenterà. Questo perché quando il vetro al quarzo è esposto a radiazioni, nel vetro appariranno difetti strutturali (chiamati anche centro colore: centro colore) e la perdita aumenterà soprattutto alla lunghezza d'onda di 0,4~0,7 pm. Il metodo di prevenzione consiste nel passare al vetro al quarzo drogato con elementi OH o F, che possono sopprimere i difetti di perdita causati dalle radiazioni. Questo tipo di fibra è chiamata fibra resistente alle radiazioni ed è principalmente utilizzata negli specchi in fibra ottica per il monitoraggio delle centrali nucleari.
Fibra rivestita ermetica
Al fine di mantenere la stabilità a lungo termine della resistenza meccanica e della perdita della fibra ottica, la superficie del vetro è rivestita con materiali inorganici come carburo di silicio (SiC), carburo di titanio (TiC) e carbonio (C) per evitare che l'acqua e l'idrogeno provenienti dall'esterno. Diffusione della fibra ottica prodotta (HCF Hermetically Coated Fiber). Attualmente, è comunemente usato nel processo di produzione della deposizione chimica da vapore (CVD) utilizzare uno strato di carbonio da accumulare ad alta velocità per ottenere un effetto sigillante sufficiente. Questa fibra ottica rivestita di carbonio (CCF) può tagliare efficacemente l'intrusione della fibra ottica da molecole di idrogeno esterne. È stato riferito che può essere mantenuto per 20 anni senza aumentare la perdita in un ambiente di idrogeno a temperatura ambiente. Naturalmente, il suo coefficiente di fatica (Fatigue Parameter) può raggiungere più di 200 nel prevenire l'intrusione di umidità e ritardare il processo di fatica della resistenza meccanica. Pertanto, l'HCF viene utilizzato in sistemi che richiedono un'elevata affidabilità in ambienti difficili, come i cavi ottici sottomarini.
Fibra rivestita di carbonio
Una fibra ottica rivestita con un film di carbonio sulla superficie di una fibra ottica al quarzo è chiamata fibra rivestita di carbonio (CCF: fibra rivestita di carbonio). Il meccanismo consiste nell'utilizzare un film di carbonio denso per isolare la superficie della fibra ottica dal mondo esterno per migliorare la perdita di fatica meccanica della fibra ottica e aumentare la perdita di molecole di idrogeno. CCF è un tipo di fibra ottica rivestita ermetica (HCF).
Fibra ottica rivestita di metallo
La fibra rivestita in metallo (fibra rivestita in metallo) è una fibra ottica rivestita con uno strato metallico come Ni, Cu, Al, ecc. Sulla superficie della fibra ottica. Esistono anche rivestimenti plastici all'esterno dello strato metallico allo scopo di migliorare la resistenza al calore ed essere disponibili per l'energizzazione e la saldatura. È una delle fibre ottiche anti-cattivo ambiente e può essere utilizzata anche come componente di circuiti elettronici. I primi prodotti venivano realizzati rivestendo il metallo fuso durante il processo di trafilatura. Poiché questo metodo ha troppa differenza nel coefficiente di espansione tra il vetro e il metallo, aumenterà la piccola perdita di piegatura e il tasso pratico non è elevato. Recentemente, grazie al successo del metodo di rivestimento non elettrolitico a bassa perdita sulla superficie della fibra ottica di vetro, le prestazioni sono state notevolmente migliorate.
Fibra drogata con terre rare
Nel nucleo della fibra, la fibra è drogata con elementi di terre rare come Er, Nd e Pr. Nel 1985, Payne dell'Università di Southampton nel Regno Unito ha scoperto per la prima volta che la Rare Earth DoPed Fiber (Rare Earth DoPed Fiber) aveva il fenomeno dell'oscillazione laser e dell'amplificazione della luce. Pertanto, da allora, è stato svelato il velo dell'amplificazione della luce come esca. L'EDFA delle 13:55 che ora è pratico consiste nell'utilizzare la fibra monomodale drogata con esca e utilizzare il laser delle 13:47 per l'eccitazione per ottenere l'amplificazione del segnale ottico delle 13:55. Inoltre, sono in fase di sviluppo amplificatori in fibra di fluoruro drogati in errore (PDFA).
Fibra Raman
Effetto Raman significa che quando la luce monocromatica di frequenza f viene proiettata in una sostanza, la luce diffusa di frequenza f±fR e f±2fR diversa dalla frequenza f apparirà nella luce diffusa. Questo fenomeno è chiamato effetto Raman. . Perché è prodotto dallo scambio di energia tra il moto molecolare della sostanza e il moto reticolare. Quando una sostanza assorbe energia, il numero di vibrazioni della luce diventa più piccolo e la luce diffusa è chiamata linea di stokes. Viceversa, la luce diffusa che ottiene energia dalla materia e aumenta il numero di vibrazioni è chiamata linea anti-Stokes. Pertanto, la deviazione FR del numero di vibrazione riflette il livello di energia e può mostrare il valore inerente alla sostanza. La fibra prodotta utilizzando questo mezzo non lineare è chiamata Raman Fiber (RF: Raman Fiber). Al fine di confinare la luce nel nucleo della piccola fibra per la propagazione a lunga distanza, apparirà l'effetto di interazione tra luce e materia, che può rendere la forma d'onda del segnale non distorta e realizzare la trasmissione a lunga distanza. Quando la luce in ingresso viene potenziata, si otterrà una luce diffusa indotta coerente. I laser a fibra Raman vengono utilizzati per rilevare la luce diffusa Raman, che può essere utilizzata come fonte di alimentazione per la misurazione spettroscopica e il test di dispersione delle fibre. Inoltre, lo scattering Raman indotto, nella comunicazione a lunga distanza della fibra ottica, è allo studio come amplificatore ottico.
Fibra eccentrica
Il nucleo della fibra ottica standard è posizionato al centro del rivestimento e la forma della sezione trasversale del nucleo e del rivestimento è concentrica. Tuttavia, a causa di usi diversi, ci sono anche casi in cui la posizione del nucleo, la forma del nucleo e la forma del rivestimento vengono trasformate in stati diversi o il rivestimento viene perforato per formare una struttura di forma speciale. Rispetto alle fibre ottiche standard, queste fibre ottiche sono chiamate fibre ottiche di forma speciale. Excentric Core Fiber (Excentric Core Fiber), è un tipo di fibra a forma speciale. Il nucleo è decentrato e vicino alla posizione eccentrica della linea esterna del rivestimento. Poiché il nucleo è vicino alla superficie, parte del campo luminoso si diffonderà sul rivestimento (chiamato Onda Evanescente). Utilizzando questo fenomeno, è possibile rilevare la presenza o l'assenza di sostanze attaccate e le variazioni dell'indice di rifrazione. La fibra eccentrica (ECF) viene utilizzata principalmente come sensore a fibra ottica per il rilevamento di sostanze. In combinazione con il metodo di prova del riflettometro ottico nel dominio del tempo (OTDR), può essere utilizzato anche come sensore di distribuzione.
Fibra luminosa
Utilizzare fibra ottica in materiale fluorescente. Fa parte della fluorescenza generata quando viene irradiata da onde luminose come radiazioni, raggi ultravioletti, ecc., che possono essere trasmesse attraverso la fibra ottica chiudendo la fibra ottica. La fibra luminescente (Fibra luminescente) può essere utilizzata per rilevare radiazioni e raggi ultravioletti, nonché la conversione della lunghezza d'onda o come sensore di temperatura, sensore chimico. Viene anche chiamata Scintillation Fiber nella rilevazione delle radiazioni. Dal punto di vista dei materiali fluorescenti e del drogaggio, si stanno sviluppando fibre ottiche plastiche.
Fibra multipolare
Una normale fibra ottica è composta da una regione centrale e da una regione di rivestimento che la circonda. Tuttavia, Multi Core Fiber ha più nuclei in un'area di rivestimento comune. A causa della vicinanza dei nuclei tra loro, ci sono due funzioni. Uno è che la distanza tra i nuclei è grande, cioè non c'è una struttura di accoppiamento ottico. Questo tipo di fibra ottica può aumentare la densità di integrazione per unità di area della linea di trasmissione. Nelle comunicazioni ottiche, possono essere realizzati cavi a nastro con più nuclei, mentre nei campi non di comunicazione, come fasci di immagini in fibra ottica, vengono realizzati migliaia di nuclei. Il secondo è quello di avvicinare la distanza tra i nuclei, il che può produrre un accoppiamento di onde luminose. Utilizzando questo principio, è in fase di sviluppo un sensore dual-core o un dispositivo a circuito ottico.
Fibra cava
La fibra ottica viene trasformata in un nucleo cavo per formare uno spazio cilindrico. La fibra ottica utilizzata per la trasmissione della luce è chiamata fibra cava (Hollow Fiber). La fibra ottica cava viene utilizzata principalmente per la trasmissione di energia e può essere utilizzata per la trasmissione di energia a raggi X, ultravioletti e infrarossi lontani. Esistono due tipi di strutture in fibra cava: uno è quello di trasformare il vetro in una forma cilindrica, e i principi del nucleo e del rivestimento sono gli stessi di quelli del tipo a gradini. Usa il riflesso totale della luce tra l'aria e il vetro per diffonderlo. Poiché la maggior parte della luce può essere trasmessa nell'aria senza perdite, ha la funzione di diffondere una certa distanza. Il secondo è rendere la riflettanza della superficie interna del cilindro vicina a 1, per ridurre la perdita di riflessione. Per migliorare la riflettività, nella lampada viene inserito un dielettrico per ridurre la perdita nella gamma di lunghezze d'onda di lavoro. Ad esempio, la perdita di lunghezza d'onda 10,6 pm può raggiungere diversi dB/m.
Polimero
Secondo il materiale, ci sono fibra ottica inorganica e fibra ottica polimerica. Il primo è ampiamente utilizzato nell'industria. I materiali in fibra ottica inorganica si dividono in due tipologie: monocomponente e multicomponente. Il singolo componente è il quarzo e le principali materie prime sono il tetracloruro di silicio, l'ossicloruro di fosforo e il tribromuro di boro. La sua purezza richiede che il contenuto di impurità degli ioni dei metalli di transizione come rame, ferro, cobalto, nichel, manganese, cromo e vanadio sia inferiore a 10 ppb. Inoltre, il requisito di ioni OH è inferiore a 10 ppb. La fibra di quarzo è stata ampiamente utilizzata. Esistono molte materie prime multicomponente, principalmente biossido di silicio, triossido di boro, nitrato di sodio, ossido di tallio e così via. Questo materiale non è ancora popolare. La fibra ottica polimerica è una fibra ottica realizzata in polimero trasparente, che è composta da un materiale del nucleo in fibra e da un materiale di guaina. Il materiale del nucleo è una fibra fatta di polimetilmetacrilato o polistirene di elevata purezza e alta trasmissione e lo strato esterno è un polimero contenente fluoro o un polimero di silicio organico.
La perdita ottica della fibra ottica polimerica è relativamente elevata. Nel 1982, la Japan Telegraph and Telegraph Company ha utilizzato il filamento di polimero metilmetacrilato deuterato come materiale di base e il tasso di perdita ottica è stato ridotto a 20 dB/km. Tuttavia, la caratteristica della fibra ottica polimerica è che può realizzare fibre ottiche di grandi dimensioni, di grande apertura numerica, elevata efficienza di accoppiamento della sorgente luminosa, buona flessibilità, leggera flessione non influisce sulla capacità di guida della luce, facile disposizione e incollaggio, facile da usare , e basso costo. Tuttavia, la perdita ottica è grande e può essere utilizzata solo su brevi distanze. La fibra ottica con perdita ottica di 10～100dB/km può trasmettere centinaia di metri
Fibra di mantenimento della polarizzazione
Fibra di mantenimento della polarizzazione: La fibra di mantenimento della polarizzazione trasmette luce polarizzata linearmente, che è ampiamente utilizzata in vari campi dell'economia nazionale come aerospaziale, aviazione, navigazione, tecnologia di produzione industriale e comunicazioni. Nel sensore a fibra interferometrico basato sul rilevamento ottico coerente, l'uso della fibra a mantenimento della polarizzazione può garantire che la direzione di polarizzazione lineare rimanga invariata, migliorare il rapporto segnale-rumore coerente e ottenere misurazioni ad alta precisione delle grandezze fisiche. Come tipo speciale di fibra ottica, la fibra di mantenimento della polarizzazione viene utilizzata principalmente in sensori come giroscopi in fibra ottica, idrofoni in fibra ottica e sistemi di comunicazione in fibra ottica come DWDM e EDFA. Poiché i giroscopi in fibra ottica e gli idrofoni in fibra ottica possono essere utilizzati nella navigazione inerziale militare e nel sonar, sono prodotti ad alta tecnologia e la fibra a mantenimento della polarizzazione è il suo componente principale, quindi la fibra a mantenimento della polarizzazione è stata inclusa nell'elenco degli embarghi contro la Cina dai paesi sviluppati occidentali. Nel processo di trafilatura della fibra a mantenimento della polarizzazione, a causa di difetti strutturali generati all'interno della fibra, le prestazioni di mantenimento della polarizzazione diminuiranno. Cioè, quando la luce polarizzata linearmente viene trasmessa lungo un asse caratteristico della fibra, parte del segnale ottico sarà accoppiato in un altro. L'asse caratteristico determina in definitiva una diminuzione del rapporto di estinzione della polarizzazione del segnale di luce polarizzata in uscita. Questo difetto influisce sull'effetto di birifrangenza nella fibra. In una fibra che mantiene la polarizzazione, più forte è l'effetto di birifrangenza e più corta è la lunghezza d'onda, meglio è mantenere lo stato di polarizzazione della luce trasmessa.
Applicazione e direzione di sviluppo futuro della fibra di mantenimento della polarizzazione
La fibra ottica che mantiene la polarizzazione avrà una maggiore domanda di mercato nei prossimi anni. Con il rapido sviluppo di nuove tecnologie nel mondo e il continuo sviluppo di nuovi prodotti, le fibre ottiche a mantenimento della polarizzazione si svilupperanno nelle seguenti direzioni:
(1) Utilizzare la nuova tecnologia della fibra a cristalli fotonici per produrre un nuovo tipo di fibra ad alte prestazioni che mantiene la polarizzazione;
(2) Sviluppare la fibra ottica che mantiene la polarizzazione adattativa alla temperatura per soddisfare i requisiti del settore aerospaziale e di altri campi;
(3) Sviluppare varie fibre di mantenimento della polarizzazione drogate con terre rare per soddisfare le esigenze di amplificatori ottici e altre applicazioni di dispositivi;
(4) Sviluppare la fibra che mantiene la polarizzazione del fluoro per promuovere lo sviluppo della tecnologia di interferenza in fibra ottica nel campo della tecnologia dell'astronomia a infrarossi;
(5) Fibra a mantenimento di polarizzazione a bassa attenuazione: con il continuo miglioramento della tecnologia della fibra monomodale, la perdita, la dispersione del materiale e la dispersione della guida d'onda non sono più i principali fattori che influenzano la comunicazione in fibra e la dispersione della modalità di polarizzazione (PMD) di single- la fibra in modalità è diventata gradualmente una limitazione Il collo di bottiglia più grave della qualità della comunicazione in fibra ottica è particolarmente evidente nei sistemi di comunicazione in fibra ottica ad alta velocità di 10 Gbit/s e oltre.
(6) Utilizzare l'effetto Kerr e l'effetto di rotazione di Faraday per produrre dispositivi a luce polarizzata.
Inoltre, a seconda delle diverse teste in fibra, ci sono: C-Lens. Lente G. Lente verde
Specifiche comuni delle fibre ottiche pieghevoli
Modalità singola: 8/125μm, 9/125μm, 10/125μm
Multimodale: 50/125μm, standard europeo
62,5/125 μm, standard americano
Reti industriali, mediche e a bassa velocità: 100/140μm, 200/230μm
Plastica: 98/1000μm, utilizzata per il controllo dell'automobile
