Optiline kiud on optilise kiu lühend, klaasist või plastist valmistatud kiud, mida saab kasutada valguse läbilaskevahendina. Läbilaskepõhimõte on'valguse täielik peegeldus'. Hiina Hongkongi ülikooli endised presidendid Gao Kun ja George A. Hockham pakkusid esmakordselt välja idee, et optilist kiudu saab kasutada side edastamiseks. Sel põhjusel võitis Gao Kun 2009. aasta Nobeli füüsikaauhinna.
tutvustada
Pisike optiline kiud on kapseldatud plastümbrisesse, nii et seda saab painutada ilma purunemata. Üldiselt kasutab optilise kiu ühes otsas olev saateseade valguskiudude valgusimpulsside edastamiseks valgusdioodi (LED) või laserkiirt ning kiu teises otsas olev vastuvõtuseade kasutab valgustundlikku elementi, tuvastada impulsid.
Kuna igapäevaelus on valguse ülekandekadu optilistes kiududes palju väiksem kui elektril juhtmetes, kasutatakse optilisi kiude teabe kaugedastuseks.
Tavaliselt aetakse kaks terminit kiudoptiline ja optiline kaabel segi. Enamik valguskiude tuleb enne kasutamist katta mitme kihiga kaitsekonstruktsioonidega ja kaetud kaableid nimetatakse valguskaabliteks. Optilise kiu väliskihi kaitsekiht ja isoleerkiht võivad vältida valguskiu kahjustamist ümbritsevast keskkonnast, näiteks veest, tulekahjust ja elektrilöögist. Optiline kaabel jaguneb: optiline kiud, puhverkiht ja kate. Optiline kiud sarnaneb koaksiaalkaabliga, välja arvatud see, et sellel puudub võrkkilp. Keskel on klaasist südamik, mille kaudu valgus levib.
Mitmemoodilise kiu puhul on südamiku läbimõõt 50 μm ja 62,5 μm, mis on ligikaudu võrdne juuksekarva paksusega. Ühemoodilise kiudsüdamiku läbimõõt on 8 μm kuni 10 μm. Südamikku ümbritseb südamikust madalama murdumisnäitaja klaasist ümbris, et hoida valgust südamiku sees. Väljastpoolt on ümbriku kaitseks õhuke plastjope. Optilised kiud on tavaliselt kimpus ja kaitstud ümbrisega. Kiudude südamik on tavaliselt väikese ristlõikepinnaga kahekihiline kontsentriline kvartsklaasist silinder. See on rabe ja kergesti purunev, mistõttu on vaja välist kaitsekihti.
põhimõte
Valgus ja selle omadused
1. Valgus on elektromagnetlaine
Nähtava valguse lainepikkuste vahemik on 390–760 nm (nanomeeter). Osa, mis on suurem kui 760 nm, on infrapunavalgus ja väiksem kui 390 nm on ultraviolettvalgus. Optilist kiudu kasutatakse kolme tüüpi: 850 nm, 1310 nm ja 1550 nm.
2. Valguse murdumine, peegeldus ja täielik peegeldus.
Kuna valguse levimiskiirus erinevates ainetes on erinev, tekib valguse kiirgamisel ühest ainest teise nende kahe aine kokkupuutepinnal murdumine ja peegeldus. Pealegi muutub murdunud valguse nurk langeva valguse nurgaga. Kui langeva valguse nurk saavutab või ületab teatud nurga, kaob murdunud valgus ja kogu langev valgus peegeldub tagasi, mis on valguse kogupeegeldus. Erinevatel materjalidel on sama lainepikkusega valguse murdumisnurgad erinevad (st erinevatel materjalidel on erinevad murdumisnäitajad) ja samal materjalil on erinevad murdumisnurgad erineva lainepikkusega valguse jaoks. Kiudoptiline side moodustatakse ülaltoodud põhimõtete alusel.
1. Optilise kiu struktuur:
Optilise kiu tühi kiud jaguneb tavaliselt kolmeks kihiks: keskmine suure murdumisnäitajaga klaassüdamik (südamiku läbimõõt on tavaliselt 50 või 62,5 μm), keskmine on madala murdumisnäitajaga silikaatklaasist kattekiht (läbimõõt on tavaliselt 125 μm), ja kõige välimine on vaigukate tugevdamiseks. Põrand.
2. Optilise kiu numbriline ava:
Optilise kiu otsapinnale langevat valgust ei saa optiline kiud edastada, vaid ainult langev valgus teatud nurgavahemikus. Seda nurka nimetatakse kiu numbriliseks apertuuriks. Optilise kiu suurem numbriline ava on kasulik optilise kiu põkkühendusele. Erinevate tootjate toodetud optilistel kiududel on erinev numbriline ava (AT&T CORNING).
3. Optiliste kiudude tüübid:
Optilisi kiude on mitut tüüpi ning nõutavad funktsioonid ja jõudlus varieeruvad olenevalt kasutusest. Kaabeltelevisiooni ja side jaoks mõeldud optiliste kiudude projekteerimise ja valmistamise põhimõtted on aga põhimõtteliselt samad, näiteks: ① väike kadu; ② teatud ribalaius ja väike dispersioon; ③ lihtne juhtmestik; ④ lihtne integreerimine; ⑤ kõrge töökindlus; ⑥ tootmise võrdlus Lihtne; ⑦ Odav ja nii edasi. Optiliste kiudude klassifikatsioon võetakse kokku peamiselt töölainepikkusest, murdumisnäitaja jaotusest, edastusrežiimist, toorainest ja tootmismeetodist. Siin on näited erinevatest klassifikatsioonidest.
(1) Töölainepikkus: ultraviolettkiud, jälgitav kiud, lähiinfrapunakiud, infrapunakiud (0,85 μm, 1,3 μm, 1,55 μm).
(2) Murdumisnäitaja jaotus: astmeline (SI) tüüpi kiud, peaaegu astmeline kiud, sorteeritud (GI) tüüpi kiud, muud (nt kolmnurktüüpi, W-tüüpi, süvistatud tüüpi kiud jne).
(3) Edastusrežiim: ühemoodiline kiud (sealhulgas polarisatsiooni säilitav ja mittepolarisatsiooni säilitav kiud), mitmemoodiline kiud.
(4) Toormaterjalid: kvartsoptiline kiud, mitmekomponentne klaasoptiline kiud, plastikust optiline kiud, komposiitoptiline kiud (nagu plastkate, vedel südamik jne), infrapunamaterjalid jne. Vastavalt kattematerjalile võib see jagada anorgaanilisteks materjalideks (süsinik jne), metallmaterjalideks (vask, nikkel jne) ja plastideks.
(5) Tootmismeetodid: Eelplastifitseerimine hõlmab aurufaasi aksiaalset sadestamist (VAD), keemilist aurustamise sadestamist (CVD) jne ning traadi tõmbamise meetodid hõlmavad varda sisendi ja topelttiigli meetodeid.
Räni optiline kiud
Silica Fiber on optiline kiud, mille peamiseks tooraineks on ränidioksiid (SiO2) ning südamiku ja katte murdumisnäitaja jaotust kontrollitakse vastavalt erinevatele dopingukogustele. Kvarts- (klaas-) seeria optilistel kiududel on madala energiatarbimise ja lairibaühenduse omadused ning neid kasutatakse nüüd laialdaselt kaabeltelevisioonis ja sidesüsteemides.
Kvartsklaasist optilise kiu eeliseks on väike kadu. Kui valguse lainepikkus on 1,0–1,7 μm (umbes 1,4 μm), on kadu ainult 1 dB/km ja madalaim 1,55 μm juures on ainult 0,2 dB/km.
Fluoriga legeeritud kiud
Fluoriga legeeritud kiud on üks tüüpilisi ränidioksiidi tooteid. Üldiselt on 1,3 μm laineribaga sideoptilise kiu puhul südamikku kontrollivaks lisandiks germaaniumdioksiid (GeO2) ja kattekiht on valmistatud SiO2-st. Enamikus fluoriga ühendatud kiudude südamikest kasutatakse aga SiO2, kuid kattes on fluori legeeritud. Kuna Rayleighi hajumise kadu on valguse hajumise nähtus, mis on põhjustatud murdumisnäitaja muutustest. Seetõttu on soovitav moodustada murdumisnäitaja kõikumisteguri lisandid ja vähem on parem. Fluori peamine toime on SIO2 murdumisnäitaja vähendamine. Seetõttu kasutatakse seda sageli katte dopinguks.
Võrreldes muude toorainete optiliste kiududega on kvartsist optilisel kiul ka lai valguse ülekandespekter ultraviolettvalgusest infrapunavalgusesse. Lisaks suhtluseesmärkidele saab seda kasutada ka sellistes valdkondades nagu valgusjuhtimine ja pildiedastus.
Infrapunakiud
Kuna kvartsi seeria optilise kiu töölainepikkus on välja töötatud optilise side valdkonnas, kuigi seda kasutatakse lühema edastuskauguse korral, saab seda kasutada ainult 2 μm. Sel põhjusel võib see töötada pikemate infrapuna-lainepikkuste valdkonnas ja väljatöötatud optilist kiudu nimetatakse infrapuna-optiliseks kiuks. Infrapuna-optilist kiudu kasutatakse peamiselt valgusenergia edastamiseks. Näiteks: temperatuuri mõõtmine, termopildi edastamine, laserskalpelliga ravi, soojusenergia töötlemine jne. Läbitungimismäär on endiselt madal.
Komposiitkiud
Liitkiud valmistatakse SiO2 toorainest ja seejärel sobivalt segatud oksiididest, nagu naatriumoksiid (Na2O), booroksiid (B2O3), kaaliumoksiid (K2O) ja muud oksiidid, et saada mitmekomponendiline klaaskiud, mida iseloomustab mitmekihilisus. -komponentklaas Sellel on madalam pehmenemispunkt kui kvartsklaasil ja suur murdumisnäitaja erinevus südamiku ja katte vahel. Kiudoptilised endoskoobid, mida kasutatakse peamiselt meditsiiniteenustes.
CFC kiud
Fluoride Fiber Chloride Fiber (fluoriidkiud) on fluoriidklaasist valmistatud optiline kiud. Seda optilist kiudmaterjali nimetatakse ka ZBLAN-iks (st fluoriidklaasmaterjalid, nagu ZrF2), baariumfluoriid (BaF2), lantaanfluoriid (LaF3), alumiiniumfluoriid (AlF3) ja naatriumfluoriid (NaF) on lihtsustatud. lühend, töötab peamiselt 2～10 μm lainepikkusega optilise ülekande teenuses. Kuna ZBLAN-il on ülimadala kaoga kiudude võimalus, on käimas kaugsidekiudude teostatavuse arendamine, näiteks: selle teoreetiline väikseim kadu, aastal See võib ulatuda 10-2～10-3dB/km 3 μm lainepikkusel, samas kui kvartskiud on vahemikus 0,15–0,16 dB/Km 1,55 μm juures. Praegu saab ZBLAN-kiudu kasutada ainult 2,4–2,7, kuna hajuvuskadu on keeruline vähendada. μm temperatuuriandureid ja termopildi edastamist pole veel laialdaselt kasutatud. Hiljuti töötatakse ZBLAN-i kasutamiseks kaugedastuseks välja 1,3 μm praseodüümiga legeeritud kiudvõimendi (PDFA).
Plastkattega optiline kiud
Plastic Clad Fiber (Plastic Clad Fiber) on astmeline kiud, mille südamikuna kasutatakse kõrge puhtusastmega silikaatklaasi ja kattekihina kasutatakse plastikut, mille murdumisnäitaja on veidi madalam kui ränidioksiidil, näiteks silikageeli. . Võrreldes ränidioksiidkiuga on sellel südamiku üüri ja kõrge numbrilise ava (NA) omadused. Seetõttu on seda lihtne kombineerida valgusdioodiga LED-valgusallikaga ja kadu on väike. Seetõttu sobib see väga hästi kohtvõrgu (LAN) ja lähiside jaoks.
Plastist optiline kiud
See on optiline kiud, mille südamik ja kate on valmistatud plastikust (polümeerist). Varasemaid tooteid kasutati peamiselt optilises sides dekoreerimiseks ning valgusjuhitava valgustuse ja lühimaa optiliste sideahelate jaoks. Tooraineks on peamiselt orgaaniline klaas (PMMA), polüstüreen (PS) ja polükarbonaat (PC). Kadu piirab plastidele omane CH kombineeritud struktuur, tavaliselt kuni kümneid dB km kohta. Kadude vähendamiseks töötatakse välja ja rakendatakse fluori seeria plastikuid. Kuna plastikust optilise kiu südamiku läbimõõt on 1000 μm, mis on 100 korda suurem kui ühemoodilise kvartskiu puhul, on ühendus lihtne ning seda on lihtne painutada ja konstrueerida. Viimastel aastatel on lairiba leviku edenedes sotsiaalset tähelepanu pälvinud astmelise (GI) murdumisnäitaja mitmemoodilise plastikust optilise kiu väljatöötamine. Viimasel ajal on rakendus suhteliselt kiire auto'siseses LAN-is ja seda võidakse tulevikus kasutada ka koduses LAN-is.
Ühemoodiline kiud
Ühemoodiline kiud See viitab kiule, mis suudab edastada ainult ühte levimisrežiimi töölainepikkusel, mida tavaliselt nimetatakse ühemoodiliseks kiuduks (SMF: Single Mode Fiber). Praegu on see kaabeltelevisioonis ja optilises sides kõige laialdasemalt kasutatav optiline kiud. Kuna kiu südamik on väga õhuke (umbes 10 μm) ja murdumisnäitaja on astmelises jaotuses, siis kui normaliseeritud sageduse V parameeter on väiksem kui 2,4, saab teoreetiliselt moodustada ainult ühemoodilise ülekande. Lisaks ei ole SMF-il mitmerežiimilist dispersiooni. Mitte ainult edastussagedusriba pole laiem kui rohkema režiimiga kiud, vaid lisatakse ja nihutatakse ka SMF-i materjali dispersioon ja struktuurne dispersioon ning selle sünteesikarakteristikud moodustavad nulldispersiooni karakteristiku, mis muudab edastussagedusriba laiemaks. . SMF-is on lisandite ja tootmismeetodite erinevuste tõttu palju tüüpe. DePr-essed Clad Fiber (DePr-essed Clad Fiber), selle kattekiht moodustab topeltstruktuuri ja südamikuga külgneval kattekihil on väiksem murdumisnäitaja kui välisel ümberpööratud voodril.
Mitmemoodiline kiud
Mitmemoodiline kiud viitab kiule, milles kiu võimalikuks levimisviisiks on mitu režiimi vastavalt töölainepikkusele, mida nimetatakse mitmemoodiliseks kiuduks (MMF: MULTi ModeFiber). Südamiku läbimõõt on 50 μm ja kuna edastusrežiim võib SMF-iga võrreldes ulatuda mitmesajani, domineerib edastusriba laiuses peamiselt modaalne dispersioon. Ajalooliselt on seda kasutatud kaabeltelevisiooni ja sidesüsteemide lähiedastuseks. Alates SMF-kiu tekkimisest näib, et see on moodustanud ajaloolise toote. Kuid kuna MMF-i südamiku läbimõõt on suurem kui SMF-il ja seda on kergem kombineerida valgusallikatega, näiteks LED-idega, on sellel paljudes kohtvõrkudes rohkem eeliseid. Seetõttu pälvib rahaturufondi lähiside valdkonnas endiselt tähelepanu. Kui rahaturufondid klassifitseeritakse murdumisnäitaja jaotuse järgi, on neid kahte tüüpi: gradiendi (GI) tüüp ja astme (SI) tüüp. GI-tüüpi murdumisnäitaja on kõrgeim südamiku keskel ja väheneb järk-järgult piki kattekihti. Kuna SI-tüüpi valguslaine peegeldub optilises kius, tekib iga valgustee ajavahe, mis põhjustab kiiratava valguslaine moonutamise ja värvišoki suure. Selle tulemusena kitseneb edastusriba ja praegu on vähem SI-tüüpi rahaturufondi rakendusi.
Dispersioon nihkunud kiud
Kui ühemoodilise kiu töölainepikkus on 1,3 µm, on režiimivälja läbimõõt umbes 9µm ja ülekandekadu umbes 0,3 dB/km. Sel ajal on nulldispersiooni lainepikkus täpselt kell 13.3. Kvartsist optiliste kiudude hulgas on ülekandekadu 1,55 pm lõigul toormaterjalist väikseim (umbes 0,2 dB/km). Kuna praktiline erbiumiga legeeritud kiudvõimendi (EDFA) töötab sagedusalas 1,55 pm, siis kui selles sagedusalas on võimalik saavutada nulldispersiooni, soodustab see kaugedastuse rakendamist sagedusalas 1,55 pm. Seetõttu saab kvartsmaterjali kiudmaterjalis dispersiooni ja südamiku struktuuri dispersiooni komposiit-nihkeomadusi nutikalt kasutades nihutada 1,3 µm sektsiooni algset nulldispersiooni 1,55 µm sektsioonile, et moodustada nulldispersioon. Seetõttu nimetatakse seda Dispersion Shifted Fiber (DSF: Dispersion Shifted Fiber). Struktuurse dispersiooni suurendamise meetodi eesmärk on peamiselt parandada südamiku murdumisnäitaja jaotust. Optilise side kaugedastuses on nullkiudude dispersioon oluline, kuid mitte ainus. Muudeks omadusteks on väike kadu, lihtne ühendamine, kaabli moodustumine või väikesed muutused töö käigus (sh painde, venitamise ja keskkonnamuutuste mõju). DSF on loodud neid tegureid igakülgselt arvesse võtma.
Dispersioon lamedad kiud
Dispersiooninihke kiud (DSF) on ühemoodiline kiud, mis on disainitud nulldispersiooniga sagedusalas 1,55 min. Dispersiooniga lamestatud kiud (DFF: Dispersion Flattened Fiber) on laia lainepikkuste vahemikuga 1,3–1,55 pm. Dispersiooni saab teha väga madalaks ja peaaegu nulli dispersiooni saavutavat kiudu nimetatakse DFF-ks. Kuna DFF peab vähendama dispersiooni vahemikus 13.3 kuni 13.55. Optilise kiu murdumisnäitaja jaotuse jaoks on vaja läbi viia keeruline projekt. Seda tüüpi kiud sobivad aga väga hästi lainepikkusjaotusega multipleksimiseks (WDM). Kuna DFF-kiu protsess on keerulisem, on maksumus kallim. Tulevikus toodangu kasvades alanevad ka hinnad.
Dispersioonikompensatsiooni kiud
Ühemoodilisi kiude kasutavate magistraalsüsteemide puhul kasutatakse enamik neist kiududest, mille dispersioon on nullvahemikus 1,3 pm. Praegu on aga väikseim kaotus 13.55. EDFA praktilise kasutamise tõttu oleks väga kasulik, kui 1,55 min lainepikkust saaks kasutada nulldispersiooniga kiududel, mille lainepikkus on 1,3 min. Kuna 1,3 µm nulldispersiooniga kiu puhul on dispersioon 1,55 µm ribas umbes 16 ps/km/nm. Kui sellesse optilise kiu liini sisestada dispersiooni vastupidise märgiga kiu osa, saab kogu optilise liini dispersiooni nullida. Sel eesmärgil kasutatavat kiudu nimetatakse dispersioonikompensatsioonikiuks (DCF: DisPersion Compe-nsation Fiber). Võrreldes standardse 1,3 pm nulldispersiooniga kiuga on DCF-l õhem südamiku läbimõõt ja suurem murdumisnäitaja erinevus. DCF on ka WDM-i optiliste liinide oluline osa.
Polarisatsiooni säilitav kiud
Optilises kius levivatel valguslainetel on elektromagnetlainete omadused, seega on lisaks põhilisele valguslainele ühemoodilisele elektromagnetvälja (TE, TM) jaotusel põhiliselt kaks ortogonaalset režiimi. Üldiselt, kuna kiu sektsiooni struktuur on ringsümmeetriline, on kahe polarisatsioonirežiimi levikonstandid võrdsed ja kaks polariseeritud valgust ei sega üksteist. Kuid tegelikult pole kiud täiesti ringsümmeetriline. Polarisatsioonirežiimide vahelised kombineerimistegurid on optilisel teljel ebakorrapäraselt jaotunud. Sellest polariseeritud valguse muutusest tingitud dispersiooni nimetatakse polarisatsioonirežiimi dispersiooniks (PMD). Kaabeltelevisiooni puhul, mis levitab peamiselt pilte, pole mõju liiga suur, kuid mõne teenuse puhul, millel on tulevikus ultralairibale erinõuded, näiteks:
① Kui heterodüüni tuvastamist kasutatakse koherentses suhtluses, kui valguslaine polarisatsioon peab olema stabiilsem;
②Kui optiliste seadmete sisend- ja väljundomadused on seotud polarisatsiooniga;
③ Polarisatsiooni säilitavate optiliste sidurite ja polarisaatorite või depolarisaatorite jms valmistamisel;
④ Tehke kiudoptilised andurid, mis kasutavad valgushäireid jne,
Kui polarisatsiooni tuleb hoida konstantsena, nimetatakse kiudu, mida on muudetud polarisatsiooni oleku muutmiseks muutmata, polarisatsiooni säilitavaks kiuks (PMF: polarisatsiooni säilitav kiud) või fikseeritud polarisatsiooni kiuks.
Kahtumurduv kiud
Kahemoodiline kiud viitab ühemoodilisele kiule, mis suudab edastada kahte omapärast polarisatsioonirežiimi, mis on üksteise suhtes ortogonaalsed. Nähtust, et murdumisnäitaja muutub sõltuvalt läbipainde suunast, nimetatakse kaksikmurdumiseks. Seda nimetatakse ka PANDA kiuks, st polarisatsiooni säilitavaks JA neeldumist vähendavaks kiuks. See on paigutatud südamiku kahes ristisuunas, suure soojuspaisumisteguriga ja ümmarguse ristlõikega klaasosaga. Kõrge temperatuuriga kiudude tõmbamise protsessis need osad kahanevad, mille tulemuseks on südamiku y-suunas venitamine ja samal ajal survepinge x-suunas. Selle tulemuseks on kiudmaterjali fotoelastne efekt ja murdumisnäitaja erinevus X- ja y-suunas. Selle põhimõtte kohaselt saavutatakse polarisatsiooni konstantsena hoidmise efekt.
Halva keskkonna kiud
Side jaoks kasutatava optilise kiu normaalne töökeskkonna temperatuur võib olla vahemikus -40 ℃ kuni +60 ℃ ning projekteerimisel lähtutakse ka eeldusest, et see ei puutu kokku suure hulga kiirgusega. Seevastu madalama temperatuuri või kõrgema temperatuuri ja karmi keskkonna puhul, mis võib olla allutatud kõrgele rõhule või välisele jõule ja kiirgusele, nimetatakse kiudu, mis võib samuti töötada, kõvade tingimuste suhtes vastupidavaks kiuks (Hard Condition Resistant Fiber). Üldiselt kaetakse optilise kiu pinna mehaaniliseks kaitsmiseks täiendav plastkiht. Temperatuuri tõustes aga plastiku kaitsefunktsioon väheneb, mis piirab kasutustemperatuuri. Kui lähete üle kuumakindlale plastile, nagu teflon (teflon) ja muud vaigud, saate töötada 300 °C juures. Kvartsklaasi pinnale on kaetud ka metallid nagu nikkel (Ni) ja alumiinium (Al). Seda tüüpi kiudu nimetatakse kuumakindlaks kiuks (kuumuskindel kiud). Lisaks suureneb optiline kadu, kui valguskiudu kiiritatakse kiirgusega. Selle põhjuseks on asjaolu, et kui kvartsklaas puutub kokku kiirgusega, tekivad klaasis struktuursed defektid (nimetatakse ka värvikeskuseks: värvikeskuseks) ja kadu suureneb eriti lainepikkusel 0,4–0,7 pm. Ennetusmeetodiks on üleminek OH- või F-elemendiga legeeritud kvartsklaasile, mis suudab summutada kiirgusest tingitud kadudeefekte. Seda tüüpi kiudu nimetatakse kiirguskindlaks kiuks ja seda kasutatakse enamasti tuumaelektrijaama seireks kiudoptilistes peeglites.
Hermeetilise kattega kiud
Optilise kiu mehaanilise tugevuse ja kaotuse pikaajalise stabiilsuse säilitamiseks kaetakse klaaspind vee vältimiseks anorgaaniliste materjalidega, nagu ränikarbiid (SiC), titaankarbiid (TiC) ja süsinik (C). ja vesinik, mis tuleb väljastpoolt. Valmistatud optilise kiu difusioon (HCF hermeetiliselt kaetud kiud). Praegu kasutatakse keemilise aurustamise-sadestamise (CVD) tootmisprotsessis tavaliselt süsinikukihi kasutamist, mis koguneb suurel kiirusel, et saavutada piisav tihendusefekt. See süsinikuga kaetud optiline kiud (CCF) suudab tõhusalt ära lõigata optilise kiu sissetungi välistest vesinikumolekulidest. On teatatud, et seda saab säilitada 20 aastat ilma kadu suurendamata vesiniku keskkonnas toatemperatuuril. Loomulikult võib selle väsimuskoefitsient (väsimusparameeter) ulatuda üle 200-ni, vältides niiskuse sissetungi ja aeglustades mehaanilise tugevuse väsimusprotsessi. Seetõttu kasutatakse HCF-i süsteemides, mis nõuavad suurt töökindlust karmides keskkondades, näiteks veealused optilised kaablid.
Süsinikkattega kiud
Kvartsist optilise kiu pinnal süsinikkilega kaetud optilist kiudu nimetatakse süsinikuga kaetud kiuduks (CCF: Carbon Coated Fiber). Mehhanismiks on kasutada tihedat süsinikkilet, et isoleerida optilise kiu pind välismaailmast, et parandada optilise kiu mehaanilist väsimuskadu ja suurendada vesiniku molekulide kadu. CCF on hermeetilise kattega optilise kiu (HCF) tüüp.
Metallkattega optiline kiud
Metal Coated Fiber (Metal Coated Fiber) on optiline kiud, mis on kaetud optilise kiu pinnal metallikihiga nagu Ni, Cu, Al jne. Metallikihi välisküljel on ka plastkatted, mille eesmärk on parandada kuumakindlust ning olla saadaval pingestamiseks ja keevitamiseks. See on üks halva keskkonna optilistest kiududest ja seda saab kasutada ka elektrooniliste vooluahelate komponendina. Varased tooted valmistati sulametalli katmisega tõmbamisprotsessi ajal. Kuna sellel meetodil on liiga suur erinevus klaasi ja metalli paisumisteguris, suurendab see väikest paindekadu ja praktiline kiirus ei ole kõrge. Hiljuti on klaasoptilise kiu pinnale madala kaoga mitteelektrolüütilise katmismeetodi edu tõttu jõudlus oluliselt paranenud.
Haruldaste muldmetallidega legeeritud kiud
Kiudude südamikus on kiud legeeritud haruldaste muldmetallide elementidega, nagu Er, Nd ja Pr. 1985. aastal avastas Payne Ühendkuningriigi Southamptoni ülikoolist esmakordselt, et haruldaste muldmetallide dopeeritud kiududel (Rare Earth DoPed Fiber) on laservõnkumise ja valguse võimenduse nähtus. Seetõttu on sellest ajast peale loor valguse võimenduse, nagu sööt, loor. Praegu praktiline EDFA 13:55 on kasutada söödaga legeeritud ühemoodilist kiudu ja kasutada ergastamiseks 1,47 min laserit, et saada optilise signaali võimendus 1,55 min. Lisaks on väljatöötamisel veaga legeeritud fluoriidkiudvõimendid (PDFA).
Ramani kiud
Ramani efekt tähendab, et kui ainesse projitseeritakse monokromaatiline valgus sagedusega f, ilmub hajutatud valgusesse hajutatud valgus sagedusega f±fR ja f±2fR, mis ei ole sagedus f. Seda nähtust nimetatakse Ramani efektiks. . Kuna see tekib energiavahetusel aine molekulaarse liikumise ja võre liikumise vahel. Kui aine neelab energiat, väheneb valguse vibratsioonide arv ja hajutatud valgust nimetatakse stokes'i jooneks. Ja vastupidi, hajutatud valgust, mis saab mateeriast energiat ja suurendab vibratsiooni arvu, nimetatakse Stokesi-vastaseks jooneks. Seetõttu peegeldab vibratsiooninumbri hälve FR energiataset ja võib näidata ainele omast väärtust. Selle mittelineaarse keskkonna abil valmistatud kiudu nimetatakse Raman Fiberiks (RF: Raman Fiber). Valguse piiramiseks väikesesse kiudude südamikusse kauglevi jaoks ilmneb valguse ja aine vaheline interaktsiooniefekt, mis võib muuta signaali lainekuju moonutamata ja realiseerida kaugülekande. Kui sisendvalgust suurendatakse, saadakse koherentne indutseeritud hajutatud valgus. Ramani kiudlasereid kasutatakse Ramani hajutatud valguse tuvastamiseks, mida saab kasutada toiteallikana spektroskoopiliseks mõõtmiseks ja kiudude dispersiooni testimiseks. Lisaks uuritakse optilise võimendina indutseeritud Ramani hajumist optilise kiu kaugsides.
Ekstsentriline kiud
Standardse optilise kiu südamik on asetatud voodri keskele ning südamiku ja katte ristlõike kuju on kontsentriline. Erinevate kasutusviiside tõttu on aga ka juhtumeid, kus südamiku asend, südamiku kuju ja katte kuju muudetakse eri olekutesse või kattekiht perforeeritakse, et moodustada erikujuline struktuur. Võrreldes tavaliste optiliste kiududega nimetatakse neid optilisi kiude erikujulisteks optilisteks kiududeks. Excentric Core Fiber (Excentric Core Fiber), see on omamoodi erikujuline kiud. Südamik on paigutatud tsentrist välja ja katte välisjoone ekstsentrilise positsiooni lähedal. Kuna tuum on pinna lähedal, levib osa valgusväljast üle katte (seda nimetatakse kaduvaks laineks). Seda nähtust kasutades saab tuvastada kinnitunud ainete olemasolu või puudumist ning murdumisnäitaja muutusi. Ekstsentrilist kiudu (ECF) kasutatakse peamiselt optilise kiu andurina ainete tuvastamiseks. Koos optilise ajadomeeni reflektomeetri (OTDR) katsemeetodiga saab seda kasutada ka jaotussensorina.
Helendav kiud
Kasutage fluorestseeruvast materjalist optilist kiudu. See on osa fluorestsentsist, mis tekib, kui seda kiiritatakse valguslainetega, nagu kiirgus, ultraviolettkiired jne, mida saab optilise kiu sulgemise teel edastada. Luminescent Fiber (Luminescent Fiber) saab kasutada kiirguse ja ultraviolettkiirte tuvastamiseks, samuti lainepikkuse muundamiseks või temperatuurianduri, keemilise andurina. Seda nimetatakse kiirguse tuvastamisel ka stsintillatsioonikiuks. Fluorestseeruvate materjalide ja dopingu seisukohast töötatakse välja plastikust optilisi kiude.
Mitmetuumaline kiud
Tavaline optiline kiud koosneb südamikupiirkonnast ja seda ümbritsevast kattepiirkonnast. Multi Core Fiberil on aga ühises kattepiirkonnas mitu südamikku. Tuumade läheduse tõttu üksteisele on kaks funktsiooni. Üks on see, et südamiku vahekaugus on suur, see tähendab, et puudub optiline sidestusstruktuur. Selline optiline kiud võib suurendada integratsioonitihedust ülekandeliini pindalaühiku kohta. Optilises sides saab valmistada mitme südamikuga lintkaableid, samas kui sidevälistes valdkondades tehakse kiudoptilise kujutise kimpudena tuhandeid südamikke. Teine eesmärk on muuta südamike vaheline kaugus tihedaks, mis võib tekitada valguslainete sidestuse. Seda põhimõtet kasutades töötatakse välja kahetuumaline andur või optilise ahela seade.
Õõneskiud
Optilisest kiust tehakse silindrilise ruumi moodustamiseks õõnes südamik. Valguse edastamiseks kasutatavat optilist kiudu nimetatakse õõneskiuks (Hollow Fiber). Õõnest optilist kiudu kasutatakse peamiselt energia edastamiseks ning seda saab kasutada röntgen-, ultraviolett- ja infrapunakiirguse energia edastamiseks. Õõneskiudkonstruktsioone on kahte tüüpi: üks on klaasist silindriline kuju ning südamiku ja katte põhimõtted on samad, mis astmelisel konstruktsioonil. Kasutage levimiseks valguse täielikku peegeldust õhu ja klaasi vahel. Kuna suurem osa valgusest saab õhus kadudeta edasi kanduda, on selle funktsioon teatud kaugusele hajutada. Teine eesmärk on muuta silindri sisepinna peegeldusvõime 1 lähedale, et vähendada peegelduskadu. Peegeldusvõime parandamiseks seatakse lampi dielektrik, mis vähendab kadu töölainepikkuste vahemikus. Näiteks võib lainepikkuse kadu 10,6 pm ulatuda mitme dB/m-ni.
Polümeer
Vastavalt materjalile on anorgaaniline optiline kiud ja polümeersed optilised kiud. Esimest kasutatakse laialdaselt tööstuses. Anorgaanilised optilised kiudmaterjalid jagunevad kahte tüüpi: ühekomponendilised ja mitmekomponendilised. Üksikkomponent on kvarts ja peamised toorained on ränitetrakloriid, fosforoksükloriid ja boortribromiid. Selle puhtus eeldab, et siirdemetalliioonide, nagu vask, raud, koobalt, nikkel, mangaan, kroom ja vanaadium, lisandite sisaldus oleks alla 10 ppb. Lisaks on OH-ioonide vajadus alla 10 ppb. Kvartskiudu on laialdaselt kasutatud. Seal on palju mitmekomponentseid tooraineid, peamiselt ränidioksiid, boortrioksiid, naatriumnitraat, talliumoksiid ja nii edasi. See materjal pole veel populaarne. Polümeerne optiline kiud on läbipaistvast polümeerist valmistatud optiline kiud, mis koosneb kiudude südamiku materjalist ja ümbrise materjalist. Südamiku materjal on kõrge puhtusastmega ja suure läbilaskvusega polümetüülmetakrülaadist või polüstüreenist valmistatud kiud ning väliskiht on fluori sisaldav polümeer või orgaaniline ränipolümeer.
Polümeersete optiliste kiudude optiline kadu on suhteliselt kõrge. 1982. aastal kasutas Japan Telegraph and Telegraph Company südamiku materjalina deutereeritud metüülmetakrülaatpolümeerfilamenti ja optilise kadu määra vähendati 20 dB/km-ni. Polümeersete optiliste kiudude omadus on aga see, et see võib valmistada suure suurusega, suure arvulise avaga optilist kiudu, valgusallika suurt sidumistõhusust, head paindlikkust, kerge painutamine ei mõjuta valguse juhtimisvõimet, lihtne paigutus ja sidumine, lihtne kasutada. ja madalate kuludega. Optiline kadu on aga suur ja seda saab kasutada vaid lühikestel vahemaadel. Optiline kiud, mille optiline kadu on 10–100 dB/km, suudab edastada sadu meetreid
Polarisatsiooni säilitav kiud
Polarisatsiooni säilitav kiud: Polarisatsiooni säilitav kiud edastab lineaarselt polariseeritud valgust, mida kasutatakse laialdaselt erinevates rahvamajanduse valdkondades, nagu lennundus, lennundus, navigatsioon, tööstuslik tootmistehnoloogia ja side. Optilisel koherentsel tuvastamisel põhinevas interferomeetrilises kiudanduris võib polarisatsiooni säilitava kiu kasutamine tagada, et lineaarne polarisatsioonisuund jääb muutumatuks, parandada koherentset signaali-müra suhet ja saavutada füüsikaliste suuruste ülitäpse mõõtmine. Spetsiaalse optilise kiu tüübina kasutatakse polarisatsiooni säilitavat kiudu peamiselt andurites, nagu fiiberoptilised güroskoobid, fiiberoptilised hüdrofonid ja fiiberoptilised sidesüsteemid, nagu DWDM ja EDFA. Kuna kiudoptilisi güroskoope ja fiiberoptilisi hüdrofone saab kasutada sõjalises inertsiaalses navigatsioonis ja sonaris, on need kõrgtehnoloogilised tooted ja polarisatsiooni säilitav kiud on selle põhikomponent, mistõttu polarisatsiooni säilitav kiud on kantud Hiina-vastaste embargode nimekirja. lääne arenenud riikide poolt. Polarisatsiooni säilitava kiu tõmbamisprotsessis väheneb kiu sees tekkivate struktuursete defektide tõttu polarisatsiooni säilitav jõudlus. See tähendab, et kui lineaarselt polariseeritud valgus edastatakse piki kiu iseloomulikku telge, seotakse osa optilisest signaalist teise karakteristikuga teljega, mille tulemuseks on lõppkokkuvõttes polariseeritud valguse väljundsignaali polarisatsiooni hääbumissuhte vähenemine. See defekt mõjutab kiu kaksikmurdmisefekti. Polarisatsiooni säilitavas kius, mida tugevam on kaksikmurdmise efekt ja mida lühem on lainepikkus, seda parem on säilitada läbiva valguse polarisatsiooni olek.
Polarisatsiooni säilitava kiu rakendus ja edasine arendussuund
Polarisatsiooni säilitava optilise kiu järele on lähiaastatel suurem turunõudlus. Uute tehnoloogiate kiire arenguga maailmas ja uute toodete pideva arenguga arenevad polarisatsiooni säilitavad optilised kiud järgmistes suundades:
(1) Kasutage uut fotoonilise kristallkiu tehnoloogiat uut tüüpi suure jõudlusega polarisatsiooni säilitava kiu tootmiseks;
(2) Töötada välja temperatuuriga kohanduv polarisatsiooni säilitav optiline kiud, mis vastab kosmose- ja muude valdkondade nõuetele;
(3) arendada erinevaid haruldaste muldmetallidega legeeritud polarisatsiooni säilitavaid kiude, et rahuldada optiliste võimendite ja muude seadmete rakendusi;
(4) arendada fluoriidi polarisatsiooni säilitavat kiudu, et edendada kiudoptiliste häirete tehnoloogia arendamist infrapuna-astronoomia tehnoloogia valdkonnas;
(5) Madala sumbumisega polarisatsiooni säilitav kiud: ühemoodilise kiutehnoloogia pideva täiustamisega ei ole kadu, materjali hajumine ja lainejuhi dispersioon enam peamised kiu sidet mõjutavad tegurid ning ühemoodilise kiu polarisatsioonirežiimi dispersioon (PMD). režiimi kiud on järk-järgult muutunud piiranguks. Kõige tõsisem kiudoptilise side kvaliteedi kitsaskoht on eriti silmatorkav kiiretes kiudoptilistes sidesüsteemides kiirusega 10 Gbit/s ja rohkem.
(6) Kasutage polariseeritud valgusseadmete tootmiseks Kerri efekti ja Faraday pöörlemisefekti.
Lisaks on erinevate kiudpeade järgi: C-Lens. G-objektiiv. Roheline objektiiv
Kokkupandavad tavalised optilise kiu spetsifikatsioonid
Üksikrežiim: 8/125 μm, 9/125 μm, 10/125 μm
Multirežiim: 50/125μm, Euroopa standard
62,5/125μm, Ameerika standard
Tööstuslikud, meditsiinilised ja väikese kiirusega võrgud: 100/140 μm, 200/230 μm
Plastik: 98/1000μm, kasutatakse auto juhtimiseks