En la comunicació òptica, la guia d'ones òptica necessària per a la transmissió a llarga-distància de senyals òptics és una guia d'ones dielèctrica cilíndrica anomenada fibra òptica (o simplementfibra òptica). La fibra òptica és una guia d'ones dielèctrica que funciona a freqüències òptiques, guiant l'energia de la llum perquè es propagui al llarg d'una direcció paral·lela al seu eix.
Estructura i classificació de les fibres òptiques
△El principi rector de la fibra òptica
Estructura de la fibra òptica:
La fibra òptica (OF) és una fibra dielèctrica transparent que s'utilitza per guiar la llum. Una fibra òptica pràctica es compon de múltiples capes dielèctriques transparents. L'estructura típica d'una fibra òptica, tal com es mostra a la figura 2-1, es pot dividir en tres capes: el nucli amb un índex de refracció més alt, el revestiment amb un índex de refracció més baix i el recobriment exterior. L'estructura del nucli i el revestiment compleix els requisits per a la guia de la llum, controlant la propagació de les ones de llum al llarg del nucli; el recobriment té principalment una funció protectora (com que no guia la llum, es pot tenyir de diversos colors).
(Figura 2-1 Estructura d'una fibra òptica típica)
(1) Nucli de fibra El nucli de fibra es troba al centre de la fibra òptica (diàmetre 5 ~ 80 µm). La seva composició és de diòxid de silici d'alta-puresa, amb traces de dopants com el diòxid de germani i el pentòxid de fòsfor. L'objectiu d'afegir aquestes petites quantitats de dopants és augmentar adequadament l'índex de refracció (n) del nucli de la fibra. Per a les fibres òptiques de comunicació, el diàmetre del nucli és de 5~10µm (fibra monomode-) o 50~80µm (fibra multimode).
(2) Revestiment: el revestiment es troba al voltant del nucli de la fibra (el seu diàmetre és d'aproximadament 125 μm) i la seva composició també és diòxid de silici d'alta -puresa que conté una quantitat molt petita de dopant. El paper del dopant (com el triòxid de bor) és reduir adequadament l'índex de refracció òptic (n2) del revestiment, fent-lo lleugerament inferior a l'índex de refracció del nucli de la fibra. Per satisfer els diferents requisits de guia de la llum, el revestiment es pot fer com una sola capa o múltiples capes.
(3) La capa més externa de la fibra òptica recoberta és un recobriment compost d'acrilat, cautxú de silicona i niló, que augmenta la resistència mecànica i la flexibilitat de la fibra òptica. El recobriment es divideix generalment en un recobriment primari i un recobriment secundari. El recobriment secundari és una capa addicional de material termoplàstic aplicat sobre el recobriment primari, per tant també s'anomena revestiment. El diàmetre exterior de la fibra òptica recoberta és generalment d'uns 1,5 cm.
El gruix del nucli de fibra, la distribució de l'índex de refracció del material del nucli i l'índex de refracció del material de revestiment tenen un paper decisiu en les característiques de transmissió de la fibra òptica. El material de revestiment sol ser un material homogeni amb un índex de refracció constant. Si hi ha diverses capes de revestiment, els índexs de refracció de cada capa de revestiment són diferents. L'índex de refracció del nucli de la fibra pot ser uniforme o pot variar al llarg del radi del nucli r. Per tant, la funció de distribució de l'índex de refracció n(r) al llarg del radi s'utilitza habitualment per caracteritzar el canvi en l'índex de refracció del nucli.
Classificació de les fibres òptiques:
Aquí teniu la traducció a l'anglès del text de la imatge:
"En l'actualitat, hi ha molts tipus de fibres òptiques, però els seus mètodes de classificació generalment es divideixen en 4 categories: classificació per distribució de l'índex de refracció de la fibra, classificació per mode de transmissió, classificació per longitud d'ona de treball i classificació per jaqueta i material de revestiment. A més, segons la composició dels components de la fibra òptica, a més de la fibra òptica més utilitzada, també hi ha fibra òptica fluorada i sílice òptica. fibra.
(1) Classificació per distribució de l'índex de refracció de la fibra: es pot dividir en Step Index Fiber (SIF) i Graded Index Fiber (GIF).
1.Fibra òptica d'índex de pas: es refereix al nucli de la fibra i a la regió del revestiment on la distribució de l'índex de refracció és uniforme, el valor és constant i la distribució de l'índex de refracció presenta una estructura en capes semblant a un pas-. La variació de l'índex de refracció és com un pas-. La distribució de l'índex de refracció de la fibra òptica d'índex de pas es mostra a la figura 2-2.
La seva expressió de distribució de l'índex de refracció és:
n(r) = {n₁(r Menor o igual a a₁)
{n₂ (a₁< r Menor o igual a a₂)
La fibra òptica d'índex de pas és una forma estructural primerenca de fibra òptica. Més tard, a la fibra òptica multimode, es va substituir gradualment per fibra òptica d'índex graduat (perquè la fibra òptica d'índex graduat pot reduir molt la dispersió de color modal que té la fibra òptica multimode). Tanmateix, encara és relativament comú utilitzar-lo per transmetre llum polsada en fibres òptiques. Actualment, quan la fibra òptica d'un -mode únic substitueix gradualment la fibra òptica multimode com a producte principal de la fibra òptica comercial, l'estructura de fibra òptica d'índex de pas s'ha convertit en l'única forma estructural de la fibra òptica d'un -mode -, ha de ser com un pas-.
2.Fibra òptica d'índex graduat: es refereix a la fibra òptica la distribució de l'índex de refracció de la qual varia amb el radi r. A mesura que la distància des del centre augmenta i disminueix gradualment, el radi es fa més petit. La seva regla de variació generalment s'ajusta a la regla exponencial de potència. En arribar al nucli de fibra i la interfície del revestiment, es trunca als valors corresponents al revestiment; a la regió del revestiment, la seva distribució de l'índex de refracció és uniforme, és a dir, n₂. La distribució de l'índex de refracció de la fibra òptica d'índex graduat es mostra a la figura 2-3".
La seva distribució de l'índex de refracció s'expressa de la següent manera:
"A l'equació, g és el nombre de distribució de l'índex de refracció; representa diferents valors en diferents distribucions d'índex de refracció; n₁ és l'índex de refracció al centre del nucli de la fibra; n₂ és l'índex de refracció del revestiment; a₁ és el radi del nucli; Δ és la diferència relativa de l'índex de refracció, Δ{1}{0}}} ({1}{0}}} n₂²)/2n₁²=(n₁ - n₂)/n₁.
La raó principal de la dispersió intermodal reduïda de la fibra òptica d'índex graduat és que redueix la dispersió modal, allarga la distància de transmissió i augmenta la capacitat de transmissió.
(2) Classificació per mode de transmissió:Es pot dividir en fibra multi-mode (MMF) i fibra en mode únic (SMF). Com el seu nom indica, la fibra òptica multimode pot transmetre diversos modes, mentre que la fibra òptica en mode únic-només pot transmetre modes fonamentals i modes de camp elèctric. En general, es creu que la nova generació de solucions de transmissió hauria d'estar dominada per la fibra òptica d'un-mode únic perquè pot transmetre molt més lluny que la fibra òptica multimode. Quan la pèrdua i la dispersió del mitjà de transmissió són les mateixes, la capacitat de transport d'informació després de la modulació d'un -mode únic és molt més gran que la de la modulació multimode.
En determinades condicions de longitud d'ona de treball, hi ha molts modes de transmissió en fibra òptica, i aquests modes de fibra són fibres òptiques multimode. L'índex de refracció modal de la fibra òptica multimode és aproximadament el mateix que l'índex de refracció del nucli de la fibra, i el nombre de modes és aproximadament proporcional al quadrat de V (freqüència normalitzada). Per tant, també s'anomena fibra òptica multimode graduada. Més tard, es va convertir gradualment en fibra òptica d'índex graduat.
En determinades condicions de longitud d'ona de treball, si només hi ha un mode de transmissió a la fibra òptica, s'anomena fibra òptica de mode -únic. La fibra òptica d'-mode únic només pot transmetre el mode fonamental (mode axial) i no hi ha dispersió intermodal quan es transmet en aquest mode. En comparació amb la fibra òptica multimode amb un gran nombre de modes d'ordre superior-, això és molt útil per als sistemes de comunicació de fibra òptica-d'alta velocitat.
(3) Classificació per longitud d'ona de treball: es pot dividir en fibra òptica de longitud d'ona curta-i fibra òptica de longitud d'ona llarga-.
1.Fibra òptica de -longitud d'ona curta: en l'etapa inicial del desenvolupament de la comunicació de fibra òptica, la longitud d'ona que s'utilitza habitualment era d'entre 0,6 ~ 0,9 μm. La raó principal en aquell moment era que les fonts de llum làser semiconductors i els detectors que operaven en aquesta banda de longitud d'ona eren relativament madurs, i la fibra òptica de longitud d'ona curta-era el producte principal. Actualment, s'utilitza poc.
2.Fibra òptica de llarg-longitud d'ona: a mesura que el treball de recerca continua, en entrar a les bandes de longitud d'ona d'1,31 μm i 1,55 μm, aquestes dues bandes de longitud d'ona han mostrat característiques de pèrdua baixa, dispersió zero i pèrdua de flexió mínima. Per tant, el treball de recerca s'ha anat desplaçant gradualment cap a aquestes dues bandes de longitud d'ona i han sorgit fibres òptiques amb un millor rendiment. Les pràctiques han demostrat que a longituds d'ona d'1,0 ~ 2,0 μm, les fibres òptiques tenen pèrdues menors en comparació amb les fibres òptiques de longitud d'ona curta-.
(4)Les fibres òptiques de llarg-longitud d'ona són especialment adequades per a comunicacions de fibra òptica de llarga-distància i gran-capacitat a causa dels seus avantatges com ara una baixa atenuació i una amplada de banda àmplia.
1.Fibra òptica convencional: es refereix a la fibra òptica el nucli de fibra de la qual està dopat amb germani, el revestiment i la distribució de l'índex de refracció del nucli es combinen en una proporció determinada. Com que aquest tipus de fibra òptica té bones característiques i és relativament fàcil de produir, ha superat diverses generacions de millores.
Això es deu a l'alt coeficient d'expansió del material amb germani com a matèria primera. A baixes temperatures, s'encongrà i s'esquerdarà. Es produirà birrefringència d'estrès, afegint asimetria a la fibra òptica.
2.Fibra òptica de dispersió-desplaçada: es refereix a la fibra òptica que se sotmet a un tractament tèrmic després de dopar-se amb germani, movent el punt de dispersió zero-en una longitud d'ona, no tres o tres vegades la longitud d'ona.
El procés de fabricació d'aquest tipus de fibra òptica és relativament complicat. Entre ells, el diàmetre del nucli ha de coincidir amb el grau de dopatge per optimitzar la fibra òptica. Per tant, encara no s'ha utilitzat àmpliament".
