Optisk fiber är en förkortning av optisk fiber, en fiber gjord av glas eller plast, som kan användas som ljustransmissionsverktyg. Transmissionsprincipen är'total reflektion av ljus'. De tidigare presidenterna för det kinesiska universitetet i Hong Kong Gao Kun och George A. Hockham föreslog först idén att optisk fiber kan användas för kommunikationsöverföring. Av denna anledning vann Gao Kun 2009 års Nobelpris i fysik.
införa
Den lilla optiska fibern är inkapslad i en plastmantel så att den kan böjas utan att gå sönder. I allmänhet använder sändningsanordningen i ena änden av den optiska fibern en lysdiod (LED) eller en laserstråle för att sända ljuspulser till den optiska fibern, och mottagningsanordningen i den andra änden av den optiska fibern använder ett ljuskänsligt element för att upptäcka pulserna.
I det dagliga livet, eftersom överföringsförlusten av ljus i optiska fibrer är mycket lägre än för elektricitet i ledningar, används optiska fibrer för långdistansinformationsöverföring.
Vanligtvis förväxlas de två termerna optisk fiber och optisk kabel. De flesta optiska fibrer måste täckas av flera lager av skyddande strukturer före användning, och de täckta kablarna kallas optiska kablar. Det skyddande skiktet och det isolerande skiktet på det yttre skiktet av den optiska fibern kan förhindra skador på den optiska fibern från den omgivande miljön, såsom vatten, eld och elektrisk stöt. Optisk kabel är indelad i: optisk fiber, buffertskikt och beläggning. Optisk fiber liknar koaxialkabel, förutom att det inte finns någon mesh-skärm. I mitten finns glaskärnan genom vilken ljuset fortplantar sig.
I en multimodfiber är kärndiametern 50 μm och 62,5 μm, vilket ungefär motsvarar tjockleken på ett människohår. Singelmodsfiberkärnan har en diameter på 8 μm till 10 μm. Kärnan är omgiven av ett glashölje med lägre brytningsindex än kärnan för att hålla ljuset inne i kärnan. På utsidan sitter en tunn plastjacka för att skydda kuvertet. Optiska fibrer är vanligtvis buntade och skyddade av ett hölje. Fiberkärnan är vanligtvis en dubbelskikts koncentrisk cylinder med en liten tvärsnittsarea gjord av kvartsglas. Den är spröd och lätt att bryta sönder, så ett yttre skyddande lager behövs.
princip
Ljus och dess egenskaper
1. Ljus är en elektromagnetisk våg
Våglängdsområdet för synligt ljus är 390~760nm (nanometer). Delen som är större än 760nm är infrarött ljus, och delen mindre än 390nm är ultraviolett ljus. Den optiska fibern används i tre typer: 850nm, 1310nm och 1550nm.
2. Refraktion, reflektion och total reflektion av ljus.
Eftersom ljusets utbredningshastighet i olika ämnen är olika, när ljus emitteras från ett ämne till ett annat sker brytning och reflektion vid gränsytan mellan de två ämnena. Dessutom ändras vinkeln för brytt ljus med vinkeln för infallande ljus. När vinkeln för det infallande ljuset når eller överstiger en viss vinkel kommer det brytande ljuset att försvinna och allt infallande ljus kommer att reflekteras tillbaka, vilket är den totala reflektionen av ljus. Olika material har olika brytningsvinklar för ljus med samma våglängd (det vill säga olika material har olika brytningsindex), och samma material har olika brytningsvinklar för ljus med olika våglängder. Optisk fiberkommunikation bildas utifrån ovanstående principer.
1. Optisk fiberstruktur:
Den nakna fibern av optisk fiber är i allmänhet uppdelad i tre lager: den centrala glaskärnan med högt brytningsindex (kärndiametern är vanligtvis 50 eller 62,5 μm), mitten är kiselglasbeklädnaden med lågt brytningsindex (diametern är vanligtvis 125 μm), och den yttersta är hartsbeläggningen för förstärkning. Golv.
2. Optisk fiber numerisk bländare:
Ljuset som infaller på den optiska fiberns ändyta kan inte allt överföras av den optiska fibern, utan endast det infallande ljuset inom ett visst vinkelområde. Denna vinkel kallas fiberns numeriska öppning. Den större numeriska öppningen hos den optiska fibern är fördelaktig för anslutningen av den optiska fibern. Optiska fibrer tillverkade av olika tillverkare har olika numeriska öppningar (AT&T CORNING).
3. Typer av optisk fiber:
Det finns många typer av optiska fibrer, och de nödvändiga funktionerna och prestandan varierar beroende på olika användningsområden. Men principerna för design och tillverkning av optisk fiber för kabel-TV och kommunikation är i princip desamma, såsom: ① liten förlust; ② viss bandbredd och liten spridning; ③ enkel kabeldragning; ④ enkel integration; ⑤ hög tillförlitlighet; ⑥ tillverkningsjämförelse Enkel; ⑦Billigt och så vidare. Klassificeringen av optisk fiber sammanfattas huvudsakligen från arbetsvåglängd, brytningsindexfördelning, transmissionsläge, råmaterial och tillverkningsmetod. Här är exempel på olika klassificeringar enligt följande.
(1) Arbetsvåglängd: ultraviolett fiber, observerbar fiber, nära-infraröd fiber, infraröd fiber (0,85μm, 1,3μm, 1,55μm).
(2) Brytningsindexfördelning: fiber av typen steg (SI), fiber av nästan stegtyp, fiber av graderad (GI) typ, andra (som triangeltyp, W-typ, försänkt typ, etc.).
(3) Överföringsläge: enkelmodsfiber (inklusive fiber som bibehåller polarisationen och fiber som inte bibehåller polarisationen), fiber med flera lägen.
(4) Råmaterial: optisk kvartsfiber, flerkomponentglasoptisk fiber, optisk plastfiber, optisk kompositfiber (som plastbeklädnad, flytande kärna etc.), infraröda material etc. Enligt beläggningsmaterialet kan det delas in i oorganiska material (kol etc.), metallmaterial (koppar, nickel etc.) och plaster.
(5) Tillverkningsmetoder: Förplasticering inkluderar axiell avsättning i ångfas (VAD), kemisk ångavsättning (CVD), etc., och metoder för tråddragning inkluderar metoder för stavrör och dubbeldegel.
Silica optisk fiber
Kiselfiber är en optisk fiber där kiseldioxid (SiO2) är den huvudsakliga råvaran, och brytningsindexfördelningen av kärnan och kapslingen styrs enligt olika dopningsmängder. Optiska fibrer i kvarts (glas) serien har egenskaperna för låg strömförbrukning och bredband, och används nu i stor utsträckning i kabel-tv och kommunikationssystem.
Fördelen med optisk fiber av kvartsglas är låg förlust. När ljusvåglängden är 1,0–1,7 μm (cirka 1,4 μm), är förlusten endast 1 dB/km, och den lägsta vid 1,55 μm är endast 0,2 dB/km.
Fluordopad fiber
Fluordopad fiber är en av de typiska produkterna av kiseldioxidfiber. I allmänhet, i den optiska fibern för 1,3 μm vågbandskommunikation, är dopämnet som styr kärnan germaniumdioxid (GeO2), och beklädnaden är gjord av SiO2. De flesta kärnor av fluoranslutna fibrer använder dock SiO2, men fluor är dopat i beklädnaden. Eftersom Rayleigh spridningsförlust är ett fenomen av ljusspridning som orsakas av förändringar i brytningsindex. Därför är det önskvärt att bilda dopämnen med brytningsindexfluktuationsfaktorer, och mindre är bättre. Den huvudsakliga effekten av fluor är att minska brytningsindexet för SIO2. Därför används det ofta för dopning av beklädnaden.
Jämfört med optiska fibrer av andra råmaterial har optisk kvartsfiber också ett brett spektrum av ljustransmission från ultraviolett ljus till nära-infrarött ljus. Förutom kommunikationsändamål kan den även användas inom områden som ljusledare och bildöverföring.
Infraröd fiber
Eftersom arbetsvåglängden för den optiska fibern i kvartsserien utvecklats inom området optisk kommunikation, även om den används på ett kortare överföringsavstånd, kan den endast användas i 2μm. Av denna anledning kan den fungera inom området för längre infraröda våglängder, och den utvecklade optiska fibern kallas infraröd optisk fiber. Infraröd optisk fiber används främst för ljusenergiöverföring. Till exempel: temperaturmätning, värmebildöverföring, medicinsk behandling med laserskalpell, värmeenergibearbetning etc. Penetrationshastigheten är fortfarande låg.
Kompositfiber
Sammansatta fibrer är gjorda av SiO2-råmaterial och sedan lämpligt blandade oxider som natriumoxid (Na2O), boroxid (B2O3), kaliumoxid (K2O) och andra oxider för att göra en flerkomponentglasfiber, som kännetecknas av flera -komponentglas Det har en lägre mjukningspunkt än kvartsglas och stor skillnad i brytningsindex mellan kärna och beklädnad. Fiberoptiska endoskop används främst inom medicinska tjänster.
CFC-fiber
Fluorid Fiber Klorid Fiber (Fluorid Fiber) är en optisk fiber gjord av fluorglas. Detta optiska fibermaterial kallas även ZBLAN (det vill säga fluoridglasmaterial som ZrF2), bariumfluorid (BaF2), lantanfluorid (LaF3), aluminiumfluorid (AlF3) och natriumfluorid (NaF) förenklas till förkortning av, fungerar huvudsakligen i den optiska överföringstjänsten på 2–10μm våglängd. Eftersom ZBLAN har möjligheten till fiber med ultralåg förlust, är genomförbarhetsutvecklingen för långdistanskommunikationsfiber på gång, till exempel: dess teoretiska lägsta förlust, i Den kan nå 10-2~10-3dB/km vid 3μm våglängd, medan kvartsfiber är mellan 0,15-0,16dB/Km vid 1,55μm. För närvarande kan ZBLAN-fiber endast användas vid 2,4–2,7 på grund av svårigheten att minska spridningsförluster. μm temperatursensorer och värmebildsöverföring har ännu inte använts i stor utsträckning. Nyligen, för att använda ZBLAN för långdistansöverföring, utvecklas en 1,3 μm praseodymiumdopad fiberförstärkare (PDFA).
Plastbelagd optisk fiber
Plastic Clad Fiber (Plastic Clad Fiber) är en fiber av stegtyp där kiseldioxidglas med hög renhet används som kärna och plast med ett brytningsindex som är något lägre än kiseldioxid, såsom kiselgel, används som beklädnad . Jämfört med kiselfiber har den egenskaperna hos kärnhyra och hög numerisk öppning (NA). Därför är det lätt att kombinera med LED-ljuskällan med lysdiod, och förlusten är liten. Därför är den mycket lämplig för lokalt nätverk (LAN) och kortdistanskommunikation.
Optisk fiber av plast
Detta är en optisk fiber där både kärnan och beklädnaden är gjorda av plast (polymer). Tidiga produkter användes huvudsakligen i optisk kommunikation för dekoration och ljusstyrd belysning och korta optiska bindningskretsar. Råvarorna är främst organiskt glas (PMMA), polystyren (PS) och polykarbonat (PC). Förlusten begränsas av plastens inneboende CH kombinerade struktur, vanligtvis upp till tiotals dB per km. För att minska förlusten utvecklas och appliceras plaster i fluorserien. Eftersom kärndiametern på den optiska plastfibern är 1000μm, vilket är 100 gånger större än singelmodskvartsfibern, är anslutningen enkel och den är lätt att böja och konstruera. Under de senaste åren, med bredbandsutvecklingen, har utvecklingen av multimode optisk plastfiber med graderat (GI) brytningsindex fått social uppmärksamhet. Nyligen är applikationen relativt snabb i bilens's interna LAN, och den kan även användas i hemnätverket i framtiden.
Single mode fiber
Singelmodsfiber Detta hänvisar till fibern som bara kan sända ett utbredningsläge i arbetsvåglängden, vanligen kallad singelmodsfiber (SMF: Single Mode Fiber). För närvarande är det den mest använda optiska fibern i kabel-tv och optisk kommunikation. Eftersom kärnan i fibern är mycket tunn (cirka 10μm) och brytningsindexet är i en stegliknande fördelning, när den normaliserade frekvensen V-parametern är mindre än 2,4, kan teoretiskt sett endast singelmodsöverföring bildas. Dessutom har SMF inte multi-mode dispersion. Inte bara är sändningsfrekvensbandet bredare än fibern med mer läge, utan även materialspridningen och strukturella spridningen av SMF läggs till och förskjuts, och dess synteskarakteristik råkar bilda karaktäristiken för nollspridning, vilket gör sändningsfrekvensbandet bredare . I SMF finns det många typer på grund av skillnader i dopningsmedel och tillverkningsmetoder. DePr-essed Clad Fiber (DePr-essed Clad Fiber), dess beklädnad bildar en dubbel struktur, och beklädnaden intill kärnan har ett lägre brytningsindex än den yttre inverterade beklädnaden.
Multimode fiber
Multimodefiber hänvisar till fibern där fiberns möjliga utbredningsläge är flera lägen enligt arbetsvåglängden, kallad multimodefiber (MMF: MULTi ModeFiber). Kärndiametern är 50μm, och eftersom överföringsläget kan nå flera hundra, jämfört med SMF, domineras överföringsbandbredden huvudsakligen av modal dispersion. Historiskt sett har den använts för kortdistansöverföring i kabel-tv och kommunikationssystem. Sedan uppkomsten av SMF-fiber verkar det ha bildat en historisk produkt. Men i själva verket, eftersom MMF har en större kärndiameter än SMF och är lättare att kombinera med ljuskällor som LED, har det fler fördelar i många LAN. Därför uppmärksammas MMF fortfarande igen inom området kortdistanskommunikation. När MMF klassificeras enligt brytningsindexfördelningen finns det två typer: gradienttyp (GI) och stegtyp (SI). Brytningsindex av GI-typ är det högsta i kärnans centrum och minskar gradvis längs beklädnaden. När ljusvågen av SI-typ reflekteras i den optiska fibern genereras tidsskillnaden för varje ljusväg, vilket gör att den emitterade ljusvågen förvrängs och färgchocken är stor. Som ett resultat är överföringsbandbredden smalare, och det finns för närvarande färre MMF-applikationer av SI-typ.
Dispersionsförskjuten fiber
När driftvåglängden för en enkelmodsfiber är 1,3 Pm, är modfältsdiametern cirka 9 Pm och dess överföringsförlust är cirka 0,3 dB/km. Vid denna tidpunkt är våglängden med nolldispersion exakt 13.3. Bland de optiska kvartsfibrerna är överföringsförlusten i 1.55pm-sektionen den minsta (cirka 0,2dB/km) från råmaterialet. Eftersom den praktiska erbiumdopade fiberförstärkaren (EDFA) fungerar i 1.55pm-bandet, om nollspridning kan uppnås i detta band, kommer det att vara mer gynnsamt för tillämpningen av långdistansöverföring i 1.55pm-bandet. Genom att på ett smart sätt använda kompositförskjutningsegenskaperna för dispersionen av kvartsmaterialet i fibermaterialet och dispersionen av kärnstrukturen, kan den ursprungliga nolldispersionen av 1,3 pm-sektionen skiftas till 1,55 pm-sektionen för att utgöra nolldispersion. Därför heter den Dispersion Shifted Fiber (DSF: DispersionShifted Fiber). Metoden för att öka den strukturella dispersionen är huvudsakligen att förbättra kärnans brytningsindexfördelningsprestanda. Vid långdistansöverföring av optisk kommunikation är noll fiberspridning viktig, men inte den enda. Andra egenskaper inkluderar låga förluster, enkel anslutning, kabelbildning eller små förändringar i egenskaper under arbetet (inklusive effekterna av böjning, sträckning och miljöförändringar). DSF är utformad för att överväga dessa faktorer heltäckande.
Dispersion Flat Fiber
Dispersion shifted fiber (DSF) är en enkelmodsfiber designad med noll spridning i 1.55pm-bandet. Den dispersionsplattade fibern (DFF: Dispersion Flattened Fiber) har ett brett våglängdsområde från 1,3 pm till 1,55 pm. Dispersionen kan göras mycket låg, och fibern som uppnår nästan noll dispersion kallas DFF. Eftersom DFF måste minska spridningen i intervallet 13.3 till 13.55. Det är nödvändigt att utföra en komplicerad konstruktion för brytningsindexfördelningen av den optiska fibern. Emellertid är denna typ av fiber mycket lämplig för våglängdsdelningsmultiplexeringslinjer (WDM). Eftersom processen med DFF-fiber är mer komplicerad är kostnaden dyrare. I framtiden, när produktionen ökar, kommer priserna också att sjunka.
Dispersionskompensationsfiber
För stamsystem som använder singelmodsfibrer är de flesta av dem konstruerade med fibrer med noll spridning i 1.3pm-bandet. Men nu är den minsta förlusten 13.55. På grund av den praktiska användningen av EDFA skulle det vara mycket fördelaktigt om våglängden 1.55 pm kan användas på en 1.3 pm nolldispersionsfiber. Eftersom, i 1.3Pm nolldispersionsfibern, är dispersionen i 1.55Pm-bandet cirka 16ps/km/nm. Om en fibersektion med dispersionens motsatta tecken sätts in i denna optiska fiberlinje kan spridningen av hela den optiska linjen göras noll. Fibern som används för detta ändamål kallas Dispersion Compensation Fiber (DCF: DisPersion Compensation Fiber). Jämfört med standard 1,3 pm noll-dispersion fiber, har DCF en tunnare kärndiameter och en större skillnad i brytningsindex. DCF är också en viktig del av WDM optiska linjer.
Polarisationsupprätthållande fiber
Ljusvågorna som utbreder sig i den optiska fibern har egenskaperna hos elektromagnetiska vågor, så förutom det grundläggande ljusvågssingelmoden finns det i huvudsak två ortogonala lägen för distribution av elektromagnetiskt fält (TE, TM). I allmänhet, eftersom strukturen hos fibersektionen är cirkulärt symmetrisk, är utbredningskonstanterna för de två polarisationsmoderna lika, och de två polariserade ljusen stör inte varandra. Men i själva verket är fibern inte helt cirkulärt symmetrisk. Kombinationsfaktorerna mellan polarisationsmoden är oregelbundet fördelade på den optiska axeln. Dispersionen som orsakas av denna förändring i polariserat ljus kallas Polarization Mode Dispersion (PMD). För kabel-tv, som främst distribuerar bilder, är påverkan inte alltför stor, men för vissa tjänster som har särskilda krav på ultrabredband i framtiden, som t.ex.
① När heterodyndetektering används i koherent kommunikation, när ljusvågspolarisering krävs för att vara mer stabil;
②När in- och utgångsegenskaperna för optisk utrustning är relaterade till polarisering;
③När man gör polarisationsupprätthållande optiska kopplare och polarisatorer eller depolarisatorer, etc.;
④ Gör optiska fibersensorer som använder ljusstörningar etc.,
Där polarisationen måste hållas konstant kallas fibern som har modifierats för att göra polarisationstillståndet oförändrat polarisationsupprätthållande fiber (PMF: Polarization Maintaining fiber), eller fiber med fast polarisation.
Dubbelbrytande fiber
Dubbelbrytande fiber hänvisar till en enkelmodsfiber som kan överföra två inneboende polarisationsmoder som är ortogonala mot varandra. Fenomenet att brytningsindex varierar med avböjningsriktningen kallas dubbelbrytning. Den kallas även PANDA-fiber, det vill säga polarisationsbevarande OCH Absorptionsreducerande fiber. Den är anordnad i två tvärgående riktningar av kärnan, med en glasdel med en stor värmeutvidgningskoefficient och ett cirkulärt tvärsnitt. I fiberdragningsprocessen med hög temperatur krymper dessa delar, vilket resulterar i sträckning i kärnans y-riktning, och samtidigt tryckspänning i x-riktningen. Detta resulterar i en fotoelastisk effekt av fibermaterialet och en skillnad i brytningsindex i X-riktningen och y-riktningen. Enligt denna princip uppnås effekten av att hålla polarisationen konstant.
Fiber mot dålig miljö
Den normala arbetsmiljötemperaturen för optisk fiber för kommunikation kan vara mellan -40℃ och +60℃, och designen bygger också på antagandet att den inte utsätts för en stor mängd strålning. Däremot, för den lägre temperaturen eller högre temperaturen och den hårda miljön som kan utsättas för högt tryck eller yttre kraft, och utsättas för strålning, kallas fibern som också kan fungera Hard Condition Resistant Fiber (Hard Condition Resistant Fiber). I allmänhet, för att mekaniskt skydda ytan på den optiska fibern, beläggs ett extra lager av plast. Men när temperaturen ökar minskar plastens skyddande funktion, vilket begränsar användningstemperaturen. Om du byter till värmebeständig plast, som teflon (Teflon) och andra hartser, kan du arbeta i 300°C. Det finns även metaller som nickel (Ni) och aluminium (Al) belagda på ytan av kvartsglas. Denna typ av fiber kallas för värmebeständig fiber (Heat Resistant Fiber). Dessutom, när den optiska fibern bestrålas av strålning, kommer den optiska förlusten att öka. Detta beror på att när kvartsglas utsätts för strålning kommer strukturella defekter (även kallat färgcentrum: Color Center) att uppstå i glaset, och förlusten kommer att öka speciellt vid våglängden 0,4–0,7 pm. Den förebyggande metoden är att byta till kvartsglas dopat med OH- eller F-element, vilket kan dämpa förlustdefekter orsakade av strålning. Denna typ av fiber kallas strålningsbeständig fiber, och den används mest i optiska fiberspeglar för övervakning av kärnkraftverk.
Hermetisk belagd fiber
För att bibehålla den långsiktiga stabiliteten av den mekaniska styrkan och förlusten av den optiska fibern, är glasytan belagd med oorganiska material som kiselkarbid (SiC), titankarbid (TiC) och kol (C) för att förhindra vatten och väte kommer från utsidan. Diffusion av den tillverkade optiska fibern (HCF Hermetically Coated Fiber). För närvarande används det vanligtvis i produktionsprocessen för kemisk ångavsättning (CVD) att använda ett kolskikt för att ackumuleras med hög hastighet för att uppnå en tillräcklig tätningseffekt. Denna kolbelagda optiska fiber (CCF) kan effektivt skära av intrånget av den optiska fibern från externa vätemolekyler. Det rapporteras att det kan bibehållas i 20 år utan att öka förlusten i en vätemiljö vid rumstemperatur. Naturligtvis kan dess utmattningskoefficient (Fatigue Parameter) nå mer än 200 för att förhindra inträngning av fukt och fördröja utmattningsprocessen av mekanisk styrka. Därför används HCF i system som kräver hög tillförlitlighet i tuffa miljöer, såsom optiska undervattenskablar.
Kolbelagd fiber
En optisk fiber belagd med en kolfilm på ytan av en optisk kvartsfiber kallas Carbon Coated Fiber (CCF: Carbon Coated Fiber). Mekanismen är att använda en tät kolfilm för att isolera den optiska fiberns yta från omvärlden för att förbättra den mekaniska utmattningsförlusten hos den optiska fibern och öka förlusten av vätemolekyler. CCF är en typ av hermetisk belagd optisk fiber (HCF).
Metallbelagd optisk fiber
Metal Coated Fiber (Metal Coated Fiber) är en optisk fiber belagd med ett metallskikt såsom Ni, Cu, Al, etc. på ytan av den optiska fibern. Det finns även plastbeläggningar på utsidan av metallskiktet i syfte att förbättra värmebeständigheten och vara tillgängliga för strömmatning och svetsning. Det är en av de optiska fibrerna mot dålig miljö och kan också användas som en komponent i elektroniska kretsar. Tidiga produkter tillverkades genom att belägga smält metall under dragningsprocessen. Eftersom denna metod har för stor skillnad i expansionskoefficient mellan glaset och metallen, kommer den att öka den lilla böjningsförlusten, och den praktiska hastigheten är inte hög. Nyligen, på grund av framgången med den icke-elektrolytiska beläggningsmetoden med låg förlust på ytan av den optiska glasfibern, har prestandan förbättrats avsevärt.
Sällsynt jordartsdopad fiber
I fiberkärnan är fibern dopad med sällsynta jordartsmetaller som Er, Nd och Pr. 1985 upptäckte Payne vid University of Southampton i Storbritannien för första gången att Rare Earth DoPed Fiber (Rare Earth DoPed Fiber) hade fenomenet laseroscillation och ljusförstärkning. Därför, sedan dess, har slöjan av ljusförstärkning som bete avtäckts. Den 1.55pm EDFA som nu är praktisk är att använda betesdopad singelmodsfiber och använda 1.47pm laser för excitation för att erhålla 1.55pm optisk signalförstärkning. Dessutom är feldopade fluoridfiberförstärkare (PDFA) under utveckling.
Raman fiber
Ramaneffekt innebär att när monokromatiskt ljus med frekvensen f projiceras in i ett ämne, kommer spritt ljus med frekvensen f±fR och f±2fR annan än frekvensen f att uppträda i det spridda ljuset. Detta fenomen kallas Raman-effekten. . Eftersom det produceras av energiutbytet mellan ämnets molekylära rörelse och gitterrörelsen. När ett ämne absorberar energi blir antalet ljusvibrationer mindre, och det spridda ljuset kallas för stokesline. Omvänt kallas det spridda ljuset som får energi från materia och ökar antalet vibrationer anti-Stokes-linje. Därför speglar vibrationstalets avvikelse FR energinivån och kan visa värdet som är inneboende i ämnet. Fibern som tillverkas genom att använda detta olinjära medium kallas Raman Fiber (RF: Raman Fiber). För att begränsa ljuset i den lilla fiberkärnan för långdistansutbredning kommer interaktionseffekten mellan ljus och materia att uppstå, vilket kan göra signalvågformen oförvrängd och realisera långdistansöverföring. När ingångsljuset förstärks kommer koherent inducerat spritt ljus att erhållas. Ramanfiberlasrar används för att känna av spritt Ramanljus, som kan användas som kraftkällor för spektroskopisk mätning och fiberspridningstestning. Dessutom studeras inducerad Raman-spridning, i långdistanskommunikation av optisk fiber, som en optisk förstärkare.
Excentrisk fiber
Kärnan i den optiska standardfibern är placerad i mitten av beklädnaden, och tvärsnittsformen på kärnan och beklädnaden är koncentrisk. Men på grund av olika användningsområden finns det också fall där kärnpositionen, kärnformen och beklädnadens form görs i olika tillstånd eller beklädnaden är perforerad för att bilda en specialformad struktur. Jämfört med vanliga optiska fibrer kallas dessa optiska fibrer specialformade optiska fibrer. Excentric Core Fiber (Excentric Core Fiber), det är en slags specialformad fiber. Kärnan är placerad utanför mitten och nära det excentriska läget för beklädnadens yttre linje. Eftersom kärnan ligger nära ytan kommer en del av ljusfältet att spridas över beklädnaden (kallad detta som Evanescent Wave). Genom att använda detta fenomen kan närvaron eller frånvaron av vidhäftade substanser och förändringar i brytningsindex detekteras. Excentrisk fiber (ECF) används främst som en optisk fibersensor för att detektera ämnen. I kombination med testmetoden för optisk tidsdomänreflektometer (OTDR) kan den också användas som en distributionssensor.
Ljusfiber
Använd optisk fiber gjord av fluorescerande material. Det är en del av den fluorescens som genereras när den bestrålas av ljusvågor såsom strålning, ultravioletta strålar, etc., som kan sändas genom den optiska fibern genom att stänga den optiska fibern. Luminescent Fiber (Luminescent Fiber) kan användas för att detektera strålning och ultravioletta strålar, såväl som våglängdsomvandling, eller som temperatursensor, kemisk sensor. Det kallas även scintillationsfiber vid detektering av strålning. Ur perspektivet av fluorescerande material och dopning utvecklas optiska plastfibrer.
Flerkärnig fiber
En normal optisk fiber är sammansatt av ett kärnområde och ett beklädnadsområde som omger den. Multi Core Fiber har dock flera kärnor i ett gemensamt beklädnadsområde. På grund av kärnornas närhet till varandra finns det två funktioner. En är att kärnavståndet är stort, det vill säga att det inte finns någon optisk kopplingsstruktur. Denna typ av optisk fiber kan öka integrationstätheten per ytenhet av transmissionsledningen. Inom optisk kommunikation kan bandkablar med flera kärnor tillverkas, medan det i icke-kommunikationsfält, som bildbuntar för optiska fibrer, tillverkas tusentals kärnor. Det andra är att få avståndet mellan kärnorna att stängas, vilket kan producera ljusvågskoppling. Med hjälp av denna princip utvecklas en dubbelkärnig sensor eller optisk kretsenhet.
Hålfiber
Den optiska fibern görs till en ihålig kärna för att bilda ett cylindriskt utrymme. Den optiska fibern som används för ljustransmission kallas en ihålig fiber (Hollow Fiber). Ihålig optisk fiber används huvudsakligen för energiöverföring och kan användas för röntgen, ultraviolett och långt infrarött ljusenergiöverföring. Det finns två typer av ihåliga fiberstrukturer: en är att göra glas till en cylindrisk form, och kärnan och beklädnadsprinciperna är desamma som för stegtypen. Använd den totala reflektionen av ljus mellan luften och glaset för att spridas. Eftersom det mesta av ljuset kan sändas ut i luften utan förlust har det funktionen att sprida ett visst avstånd. Den andra är att göra reflektansen på cylinderns inre yta nära 1, för att minska reflektionsförlusten. För att förbättra reflektionsförmågan sätts ett dielektrikum i lampan för att minska förlusten i arbetsvåglängdsområdet. Till exempel kan förlusten av våglängden 22.6pm nå flera dB/m.
Polymer
Beroende på materialet finns det oorganisk optisk fiber och polymeroptisk fiber. Den förra används flitigt inom industrin. Oorganiska optiska fibermaterial är indelade i två typer: enkomponent och multikomponent. Den enda komponenten är kvarts, och de huvudsakliga råvarorna är kiseltetraklorid, fosforoxiklorid och bortribromid. Dess renhet kräver att föroreningshalten i övergångsmetalljoner såsom koppar, järn, kobolt, nickel, mangan, krom och vanadin är mindre än 10 ppb. Dessutom är OH-jonkravet mindre än 10ppb. Kvartsfiber har använts i stor utsträckning. Det finns många flerkomponentsråvaror, främst kiseldioxid, bortrioxid, natriumnitrat, talliumoxid och så vidare. Detta material är ännu inte populärt. Den optiska polymerfibern är en optisk fiber gjord av transparent polymer, som är sammansatt av ett fiberkärnmaterial och ett mantelmaterial. Kärnmaterialet är en fiber gjord av högrenhet och högtransmitterande polymetylmetakrylat eller polystyren, och det yttre skiktet är en fluorhaltig polymer eller organisk kiselpolymer.
Den optiska förlusten av polymeroptisk fiber är relativt hög. 1982 använde Japan Telegraph and Telegraph Company deutererad metylmetakrylatpolymerfilament som kärnmaterial, och den optiska förlusthastigheten reducerades till 20dB/km. Karakteristiken för polymeroptisk fiber är dock att den kan göra optisk fiber med stor storlek, stor numerisk öppning, hög kopplingseffektivitet för ljuskällan, god flexibilitet, lätt böjning påverkar inte ljusstyrningsförmågan, enkelt arrangemang och bindning, lätt att använda , och låg kostnad. Den optiska förlusten är dock stor, och den kan endast användas på korta avstånd. Optisk fiber med optisk förlust på 10～100dB/km kan sända hundratals meter
Polarisationsupprätthållande fiber
Polarisationsupprätthållande fiber: Polarisationsupprätthållande fiber sänder linjärt polariserat ljus, som används i stor utsträckning inom olika områden av den nationella ekonomin som flyg, flyg, navigering, industriell tillverkningsteknik och kommunikation. I den interferometriska fibersensorn baserad på optisk koherent detektering kan användningen av polarisationsupprätthållande fiber säkerställa att den linjära polarisationsriktningen förblir oförändrad, förbättra det koherenta signal-brusförhållandet och uppnå högprecisionsmätning av fysiska kvantiteter. Som en speciell typ av optisk fiber används polarisationsupprätthållande fiber huvudsakligen i sensorer som fiberoptiska gyroskop, fiberoptiska hydrofoner och fiberoptiska kommunikationssystem som DWDM och EDFA. Eftersom fiberoptiska gyroskop och fiberoptiska hydrofoner kan användas i militär tröghetsnavigering och ekolod, är de högteknologiska produkter och polarisationsupprätthållande fiber är dess kärnkomponent, så polarisationsupprätthållande fiber har inkluderats i listan över embargon mot Kina av västliga utvecklade länder. I ritningsprocessen för polarisationsupprätthållande fiber, på grund av strukturella defekter som genereras inuti fibern, kommer polarisationsupprätthållande prestanda att minska. Det vill säga, när linjärt polariserat ljus sänds längs en karakteristisk axel hos fibern, kommer en del av den optiska signalen att kopplas till en annan. Denna defekt påverkar dubbelbrytningseffekten i fibern. I en polarisationsupprätthållande fiber, ju starkare dubbelbrytningseffekten är och ju kortare våglängden är, desto bättre är det att upprätthålla polarisationstillståndet för det transmitterade ljuset.
Applikation och framtida utvecklingsriktning för polarisationsupprätthållande fiber
Polarisationsupprätthållande optisk fiber kommer att ha större efterfrågan på marknaden under de närmaste åren. Med den snabba utvecklingen av ny teknik i världen och den kontinuerliga utvecklingen av nya produkter kommer polarisationsupprätthållande optiska fibrer att utvecklas i följande riktningar:
(1) Använd den nya tekniken för fotonisk kristallfiber för att tillverka en ny typ av högpresterande polarisationsupprätthållande fiber;
(2) Utveckla temperaturadaptiv polarisationsupprätthållande optisk fiber för att möta kraven inom rymd och andra områden;
(3) Utveckla olika sällsynta jordartsmetalldopade polarisationsupprätthållande fibrer för att möta behoven hos optiska förstärkare och andra enhetstillämpningar;
(4) Utveckla fluoridpolarisationsupprätthållande fiber för att främja utvecklingen av fiberoptisk interferensteknik inom området för infraröd astronomiteknik;
(5) Lågdämpande polarisationsupprätthållande fiber: Med den kontinuerliga förbättringen av singelmodsfiberteknologi är förlust, materialspridning och vågledardispersion inte längre de huvudsakliga faktorerna som påverkar fiberkommunikation, och polarisationsmodsdispersionen (PMD) för enkel- lägesfiber har gradvis blivit en begränsning. Den allvarligaste flaskhalsen för optisk fiberkommunikationskvalitet är särskilt framträdande i höghastighetsoptiska fiberkommunikationssystem på 10 Gbit/s och över.
(6) Använd Kerr-effekt och Faraday-rotationseffekt för att tillverka enheter med polariserat ljus.
Dessutom finns det enligt de olika fiberhuvudena: C-Lens. G-lins. Grön lins
Vikning vanliga specifikationer för optisk fiber
Enkelläge: 8/125μm, 9/125μm, 10/125μm
Multimode: 50/125μm, europeisk standard
62,5/125μm, amerikansk standard
Industriella, medicinska och låghastighetsnät: 100/140μm, 200/230μm
Plast: 98/1000μm, används för bilstyrning
