Fibra óptica es una abreviatura de fibra óptica, una fibra hecha de vidrio o plástico, que se puede utilizar como herramienta de transmisión de luz. El principio de transmisión es' reflexión total de la luz'. Los ex presidentes de la Universidad China de Hong Kong Gao Kun y George A. Hockham propusieron por primera vez la idea de que la fibra óptica se puede utilizar para la transmisión de comunicaciones. Por esta razón, Gao Kun ganó el Premio Nobel de Física en 2009.
introducir
La diminuta fibra óptica está encapsulada en una funda de plástico para que pueda doblarse sin romperse. Generalmente, el dispositivo de transmisión en un extremo de la fibra óptica usa un diodo emisor de luz (LED) o un rayo láser para transmitir pulsos de luz a la fibra óptica, y el dispositivo de recepción en el otro extremo de la fibra óptica usa un elemento fotosensible para detectar los pulsos.
En la vida diaria, dado que la pérdida de transmisión de luz en las fibras ópticas es mucho menor que la de la electricidad en los cables, las fibras ópticas se utilizan para la transmisión de información a larga distancia.
Por lo general, los dos términos fibra óptica y cable óptico se confunden. La mayoría de las fibras ópticas deben estar cubiertas por varias capas de estructuras protectoras antes de su uso, y los cables cubiertos se denominan cables ópticos. La capa protectora y la capa aislante en la capa exterior de la fibra óptica pueden evitar daños a la fibra óptica del entorno circundante, como agua, fuego y descargas eléctricas. El cable óptico se divide en: fibra óptica, capa amortiguadora y revestimiento. La fibra óptica es similar al cable coaxial, excepto que no tiene pantalla de malla. En el centro está el núcleo de vidrio a través del cual se propaga la luz.
En una fibra multimodo, el diámetro del núcleo es de 50 μm y 62,5 μm, que equivalen aproximadamente al grosor de un cabello humano. El núcleo de fibra monomodo tiene un diámetro de 8 μm a 10 μm. El núcleo está rodeado por una envoltura de vidrio con un índice de refracción más bajo que el núcleo para mantener la luz dentro del núcleo. En el exterior hay una fina funda de plástico para proteger el sobre. Las fibras ópticas suelen estar agrupadas y protegidas por una carcasa. El núcleo de fibra suele ser un cilindro concéntrico de doble capa con una pequeña sección transversal de vidrio de cuarzo. Es frágil y fácil de romper, por lo que se necesita una capa protectora externa.
principio
La luz y sus características
1. La luz es una onda electromagnética
El rango de longitud de onda de la luz visible es de 390 ~ 760 nm (nanómetros). La parte superior a 760 nm es luz infrarroja y la parte inferior a 390 nm es luz ultravioleta. La fibra óptica se utiliza en tres tipos: 850 nm, 1310 nm y 1550 nm.
2. Refracción, reflexión y reflexión total de la luz.
Debido a que la velocidad de propagación de la luz en diferentes sustancias es diferente, cuando la luz se emite de una sustancia a otra, la refracción y la reflexión se producen en la interfaz de las dos sustancias. Además, el ángulo de la luz refractada cambia con el ángulo de la luz incidente. Cuando el ángulo de la luz incidente alcanza o supera un cierto ángulo, la luz refractada desaparecerá y toda la luz incidente se reflejará, que es el reflejo total de la luz. Los diferentes materiales tienen diferentes ángulos de refracción para la luz de la misma longitud de onda (es decir, los diferentes materiales tienen diferentes índices de refracción) y el mismo material tiene diferentes ángulos de refracción para la luz de diferentes longitudes de onda. La comunicación de fibra óptica se forma en base a los principios anteriores.
1. Estructura de fibra óptica:
La fibra desnuda de fibra óptica generalmente se divide en tres capas: el centro del núcleo de vidrio de alto índice de refracción (el diámetro del núcleo es generalmente de 50 o 62,5 μm), el medio es el revestimiento de vidrio de sílice de bajo índice de refracción (el diámetro es generalmente de 125 μm), y el más externo es el revestimiento de resina para refuerzo. Suelo.
2. Apertura numérica de fibra óptica:
La luz que incide en el extremo de la fibra óptica no puede ser transmitida en su totalidad por la fibra óptica, sino solo la luz incidente dentro de un cierto rango de ángulos. Este ángulo se llama apertura numérica de la fibra. La mayor apertura numérica de la fibra óptica es beneficiosa para la conexión a tope de la fibra óptica. Las fibras ópticas producidas por diferentes fabricantes tienen diferentes aperturas numéricas (AT& T CORNING).
3. Tipos de fibra óptica:
Hay muchos tipos de fibras ópticas y las funciones y prestaciones necesarias varían según los diferentes usos. Sin embargo, los principios de diseño y fabricación de fibra óptica para televisión por cable y comunicaciones son básicamente los mismos, tales como: ① pequeña pérdida; ② cierto ancho de banda y pequeña dispersión; ③ cableado sencillo; ④ fácil integración; ⑤ alta fiabilidad; ⑥ comparación de fabricación Simple; ⑦Barato y así sucesivamente. La clasificación de la fibra óptica se resume principalmente en la longitud de onda de trabajo, la distribución del índice de refracción, el modo de transmisión, la materia prima y el método de fabricación. A continuación, se muestran ejemplos de varias clasificaciones.
(1) Longitud de onda de trabajo: fibra ultravioleta, fibra observable, fibra de infrarrojo cercano, fibra de infrarrojos (0,85 μm, 1,3 μm, 1,55 μm).
(2) Distribución del índice de refracción: fibra de tipo escalonado (SI), fibra de tipo casi escalonado, fibra de tipo graduada (GI), otras (como tipo triángulo, tipo W, tipo empotrado, etc.).
(3) Modo de transmisión: fibra monomodo (incluida la fibra que mantiene la polarización y la fibra que no mantiene la polarización), fibra multimodo.
(4) Materias primas: fibra óptica de cuarzo, fibra óptica de vidrio multicomponente, fibra óptica plástica, fibra óptica compuesta (como revestimiento de plástico, núcleo líquido, etc.), materiales infrarrojos, etc. Según el material de revestimiento, puede dividirse en materiales inorgánicos (carbono, etc.), materiales metálicos (cobre, níquel, etc.) y plásticos.
(5) Métodos de fabricación: La preplastificación incluye la deposición axial en fase de vapor (VAD), la deposición química de vapor (CVD), etc., y los métodos de trefilado incluyen los métodos de varilla intubo y doble crisol.
Fibra óptica de sílice
La fibra de sílice es una fibra óptica en la que el dióxido de silicio (SiO2) es la principal materia prima, y la distribución del índice de refracción del núcleo y el revestimiento se controla de acuerdo con diferentes cantidades de dopaje. Las fibras ópticas de la serie de cuarzo (vidrio) tienen las características de bajo consumo de energía y banda ancha, y ahora se utilizan ampliamente en sistemas de comunicación y televisión por cable.
La ventaja de la fibra óptica de vidrio de cuarzo es la baja pérdida. Cuando la longitud de onda de la luz es de 1,0 ～ 1,7 μm (alrededor de 1,4 μm), la pérdida es de solo 1 dB / km, y la más baja a 1,55 μm es de solo 0,2 dB / km.
Fibra dopada con flúor
La fibra dopada con flúor es uno de los productos típicos de la fibra de sílice. Generalmente, en la fibra óptica de comunicación de banda de ondas de 1,3 μm, el dopante que controla el núcleo es dióxido de germanio (GeO2) y el revestimiento está hecho de SiO2. Sin embargo, la mayoría de los núcleos de fibras conectadas con flúor utilizan SiO2, pero el flúor está dopado en el revestimiento. Porque la pérdida por dispersión de Rayleigh es un fenómeno de dispersión de la luz causada por cambios en el índice de refracción. Por lo tanto, es deseable formar dopantes de factores de fluctuación del índice de refracción, y menos es mejor. El principal efecto del flúor es reducir el índice de refracción del SIO2. Por lo tanto, se utiliza a menudo para el dopado del revestimiento.
En comparación con las fibras ópticas de otras materias primas, la fibra óptica de cuarzo también tiene un amplio espectro de transmisión de luz desde la luz ultravioleta hasta la luz del infrarrojo cercano. Además de los fines de comunicación, también se puede utilizar en campos como la guía de luz y la transmisión de imágenes.
Fibra infrarroja
Como la longitud de onda de trabajo de la fibra óptica de la serie de cuarzo se desarrolló en el campo de la comunicación óptica, aunque se usa en una distancia de transmisión más corta, solo se puede usar en 2μm. Por esta razón, puede funcionar en el campo de longitudes de onda infrarrojas más largas, y la fibra óptica desarrollada se denomina fibra óptica infrarroja. La fibra óptica infrarroja se utiliza principalmente para la transmisión de energía luminosa. Por ejemplo: medición de temperatura, transmisión de imágenes térmicas, tratamiento médico con bisturí láser, procesamiento de energía térmica, etc. La tasa de penetración sigue siendo baja.
Fibra compuesta
La fibra compuesta está hecha de materia prima de SiO2 y luego se mezclan adecuadamente óxidos como óxido de sodio (Na2O), óxido de boro (B2O3), óxido de potasio (K2O) y otros óxidos para hacer una fibra de vidrio de múltiples componentes, que se caracteriza por múltiples -Vidrio componente Tiene un punto de ablandamiento más bajo que el vidrio de cuarzo y una gran diferencia en el índice de refracción entre el núcleo y el revestimiento. Endoscopios de fibra óptica utilizados principalmente en servicios médicos.
Fibra CFC
Fibra de fluoruro La fibra de cloruro (fibra de fluoruro) es una fibra óptica hecha de vidrio de fluoruro. Este material de fibra óptica también se conoce como ZBLAN (es decir, materiales de vidrio con fluoruro como ZrF2), fluoruro de bario (BaF2), fluoruro de lantano (LaF3), fluoruro de aluminio (AlF3) y fluoruro de sodio (NaF) se simplifican en The abreviatura de, trabaja principalmente en el servicio de transmisión óptica de 2 ～ 10μm de longitud de onda. Debido a que ZBLAN tiene la posibilidad de fibra de pérdida ultrabaja, el desarrollo de viabilidad para la fibra de comunicación de larga distancia está en marcha, por ejemplo: su pérdida teórica más baja, en Puede alcanzar 10-2 ～ 10-3dB / km a una longitud de onda de 3μm, mientras La fibra de cuarzo está entre 0.15-0.16dB / Km a 1.55μm. En la actualidad, la fibra ZBLAN solo se puede utilizar a 2,4 ～ 2,7 debido a la dificultad de reducir la pérdida por dispersión. Los sensores de temperatura de μm y la transmisión de imágenes térmicas aún no se han utilizado ampliamente. Recientemente, con el fin de utilizar ZBLAN para la transmisión a larga distancia, se está desarrollando un amplificador de fibra dopada con praseodimio (PDFA) de 1,3 μm.
Fibra óptica recubierta de plástico
La fibra revestida de plástico (fibra revestida de plástico) es una fibra de tipo escalonado en la que se utiliza vidrio de sílice de alta pureza como núcleo, y como revestimiento se utiliza plástico con un índice de refracción ligeramente inferior al de la sílice, como el gel de sílice. . En comparación con la fibra de sílice, tiene las características de renta de núcleo y alta apertura numérica (NA). Por lo tanto, es fácil de combinar con la fuente de luz LED de diodo emisor de luz, y la pérdida es pequeña. Por lo tanto, es muy adecuado para redes de área local (LAN) y comunicaciones de corta distancia.
Fibra óptica plástica
Se trata de una fibra óptica en la que tanto el núcleo como el revestimiento están hechos de plástico (polímero). Los primeros productos se utilizaron principalmente en comunicaciones ópticas para decoración e iluminación guiada por luz y circuitos de enlace óptico de corta distancia. Las materias primas son principalmente vidrio orgánico (PMMA), poliestireno (PS) y policarbonato (PC). La pérdida está restringida por la estructura combinada de CH inherente de los plásticos, generalmente hasta decenas de dB por km. Para reducir la pérdida, se están desarrollando y aplicando plásticos de la serie flúor. Dado que el diámetro del núcleo de la fibra óptica plástica es de 1000 μm, que es 100 veces más grande que la fibra de cuarzo monomodo, la conexión es simple y fácil de doblar y construir. En los últimos años, con el progreso de la banda ancha, el desarrollo de fibra óptica plástica multimodo con índice de refracción graduado (GI) ha recibido atención social. Recientemente, la aplicación es relativamente rápida en la LAN interna del automóvil &, y también puede usarse en la LAN doméstica en el futuro.
Fibra monomodo
Fibra monomodo Se refiere a la fibra que solo puede transmitir un modo de propagación en la longitud de onda de trabajo, generalmente denominada fibra monomodo (SMF: fibra monomodo). En la actualidad, es la fibra óptica más utilizada en la televisión por cable y las comunicaciones ópticas. Debido a que el núcleo de la fibra es muy delgado (aproximadamente 10 μm) y el índice de refracción está en una distribución escalonada, cuando el parámetro V de frecuencia normalizada es menor que 2.4, en teoría, solo se puede formar una transmisión monomodo. Además, SMF no tiene dispersión multimodo. No solo la banda de frecuencia de transmisión es más ancha que la fibra con más modo, sino que también se agregan y compensan la dispersión del material y la dispersión estructural de SMF, y su característica de síntesis forma la característica de dispersión cero, lo que hace que la banda de frecuencia de transmisión sea más ancha. . En SMF, hay muchos tipos debido a las diferencias en los dopantes y métodos de fabricación. DePr-essed Clad Fiber (DePr-essed Clad Fiber), su revestimiento forma una estructura doble, y el revestimiento adyacente al núcleo tiene un índice de refracción más bajo que el revestimiento exterior invertido.
Fibra multimodo
La fibra multimodo se refiere a la fibra en la que el posible modo de propagación de la fibra es de múltiples modos según la longitud de onda de trabajo, denominada fibra multimodo (MMF: MULti ModeFiber). El diámetro del núcleo es de 50 μm, y debido a que el modo de transmisión puede alcanzar varios cientos, en comparación con SMF, el ancho de banda de transmisión está dominado principalmente por la dispersión modal. Históricamente, se ha utilizado para transmisiones de corta distancia en sistemas de comunicación y televisión por cable. Desde la aparición de la fibra SMF, parece haber formado un producto histórico. Pero, de hecho, debido a que MMF tiene un diámetro de núcleo más grande que SMF y es más fácil de combinar con fuentes de luz como LED, tiene más ventajas en muchas LAN. Por lo tanto, MMF sigue recibiendo atención nuevamente en el campo de la comunicación a corta distancia. Cuando el MMF se clasifica según la distribución del índice de refracción, hay dos tipos: tipo gradiente (GI) y tipo escalonado (SI). El índice de refracción del tipo GI es el más alto en el centro del núcleo y disminuye gradualmente a lo largo del revestimiento. Como la onda de luz de tipo SI se refleja en la fibra óptica, se genera la diferencia de tiempo de cada trayectoria de luz, lo que hace que la onda de luz emitida se distorsione y el choque de color sea grande. Como resultado, el ancho de banda de transmisión se reduce y actualmente hay menos aplicaciones MMF de tipo SI.
Fibra desplazada por dispersión
Cuando la longitud de onda operativa de una fibra monomodo es de 1,3 µm, el diámetro del campo del modo es de aproximadamente 9 µm y su pérdida de transmisión es de aproximadamente 0,3 dB / km. En este momento, la longitud de onda de dispersión cero es exactamente a las 13 h. Entre las fibras ópticas de cuarzo, la pérdida de transmisión en la sección de 1,55 pm es la más pequeña (alrededor de 0,2 dB / km) de la materia prima. Dado que el práctico amplificador de fibra dopada con erbio (EDFA) funciona en la banda de 1,55 pm, si se puede lograr una dispersión cero en esta banda, será más propicio para la aplicación de la transmisión de larga distancia en la banda de 1,55 pm. Por lo tanto, al usar inteligentemente las características de compensación compuesta de la dispersión del material de cuarzo en el material de fibra y la dispersión de la estructura del núcleo, la dispersión cero original de la sección de 1.3Pm se puede cambiar a la sección de 1.55pm para constituir una dispersión cero. Por lo tanto, se denomina Fibra desplazada por dispersión (DSF: Fibra desplazada por dispersión). El método para aumentar la dispersión estructural es principalmente para mejorar el rendimiento de distribución del índice de refracción del núcleo. En la transmisión de comunicaciones ópticas a larga distancia, la dispersión cero de la fibra es importante, pero no la única. Otras propiedades incluyen baja pérdida, fácil conexión, formación de cables o pequeños cambios en las características durante el trabajo (incluidos los efectos de flexión, estiramiento y cambios ambientales). DSF está diseñado para considerar estos factores de manera integral.
Fibra plana de dispersión
La fibra de dispersión desplazada (DSF) es una fibra monomodo diseñada con dispersión cero en la banda de 1,55 pm. La fibra de dispersión aplanada (DFF: dispersión de fibra aplanada) tiene un amplio rango de longitud de onda de 1.3 pm a 1.55 pm. La dispersión se puede hacer muy baja y la fibra que logra una dispersión casi nula se llama DFF. Porque DFF tiene que reducir la dispersión en el rango de 1.3pm a 1.55pm. Es necesario realizar un diseño complicado para la distribución del índice de refracción de la fibra óptica. Sin embargo, este tipo de fibra es muy adecuado para líneas de multiplexación por división de longitud de onda (WDM). Debido a que el proceso de la fibra DFF es más complicado, el costo es más caro. En el futuro, a medida que aumente la producción, los precios también disminuirán.
Fibra de compensación de dispersión
Para los sistemas troncales que utilizan fibras monomodo, la mayoría de ellas se construyen utilizando fibras con dispersión cero en la banda de 1,3 pm. Sin embargo, ahora la pérdida más pequeña es 1.55pm. Debido al uso práctico de EDFA, sería muy beneficioso si la longitud de onda de 1,55 pm se pudiera operar en una fibra de dispersión cero de 1,3 pm. Porque, en la fibra de dispersión cero de 1,3 µm, la dispersión en la banda de 1,55 µm es de aproximadamente 16 ps / km / nm. Si se inserta una sección de fibra con el signo opuesto de la dispersión en esta línea de fibra óptica, la dispersión de toda la línea óptica se puede hacer cero. La fibra utilizada para este propósito se llama Fibra de compensación de dispersión (DCF: Fibra de compensación de dispersión). En comparación con la fibra estándar de dispersión cero de 1,3 pm, el DCF tiene un diámetro de núcleo más delgado y una diferencia de índice de refracción más grande. DCF también es una parte importante de las líneas ópticas WDM.
Fibra que mantiene la polarización
Las ondas de luz que se propagan en la fibra óptica tienen las propiedades de las ondas electromagnéticas, por lo que además del modo sencillo de onda de luz básica, existen esencialmente dos modos ortogonales de distribución del campo electromagnético (TE, TM). Generalmente, debido a que la estructura de la sección de fibra es circularmente simétrica, las constantes de propagación de los dos modos de polarización son iguales y las dos luces polarizadas no interfieren entre sí. Sin embargo, de hecho, la fibra no es completamente simétrica circularmente. Los factores de combinación entre los modos de polarización están distribuidos irregularmente en el eje óptico. La dispersión causada por este cambio en la luz polarizada se llama Dispersión por modo de polarización (PMD). Para la televisión por cable, que distribuye principalmente imágenes, el impacto no es demasiado grande, pero para algunos servicios que tienen requisitos especiales para la banda ultraancha en el futuro, como:
① Cuando se utiliza la detección heterodina en una comunicación coherente, cuando se requiere que la polarización de la onda de luz sea más estable;
②Cuando las características de entrada y salida de los equipos ópticos están relacionadas con la polarización;
③Al fabricar acopladores ópticos que mantienen la polarización y polarizadores o despolarizadores, etc .;
④ Cree sensores de fibra óptica que utilicen interferencias de luz, etc.,
Cuando se requiere que la polarización se mantenga constante, la fibra que se ha modificado para que el estado de polarización no cambie se denomina fibra de mantenimiento de polarización (PMF: fibra de mantenimiento de polarización) o fibra de polarización fija.
Fibra birrefringente
La fibra birrefringente se refiere a una fibra monomodo que puede transmitir dos modos de polarización inherentes que son ortogonales entre sí. El fenómeno de que el índice de refracción varía con la dirección de la desviación se llama birrefringencia. También se le llama fibra PANDA, es decir, fibra que mantiene la polarización y reduce la absorción. Está dispuesto en dos direcciones transversales del núcleo, con una parte de vidrio con un gran coeficiente de expansión térmica y una sección transversal circular. En el proceso de estirado de fibras a alta temperatura, estas partes se encogen, lo que da como resultado un estiramiento en la dirección y del núcleo y, al mismo tiempo, una tensión de compresión en la dirección x. Esto da como resultado un efecto fotoelástico del material de fibra y una diferencia en el índice de refracción en la dirección X y la dirección y. De acuerdo con este principio, se logra el efecto de mantener constante la polarización.
Fibra anti-mal ambiente
La temperatura normal del entorno de trabajo de la fibra óptica para la comunicación puede estar entre -40 ℃ y +60 ℃, y el diseño también se basa en la premisa de que no está expuesta a una gran cantidad de radiación. Por el contrario, para la temperatura más baja o más alta y el entorno hostil que puede estar sujeto a alta presión o fuerza externa, y expuesto a la radiación, la fibra que también puede funcionar se llama fibra resistente a condiciones duras (fibra resistente a condiciones duras). Generalmente, para proteger mecánicamente la superficie de la fibra óptica, se recubre una capa extra de plástico. Sin embargo, a medida que aumenta la temperatura, la función protectora del plástico disminuye, lo que limita la temperatura de uso. Si cambia a plásticos resistentes al calor, como teflón (teflón) y otras resinas, puede trabajar a 300 ° C. También hay metales como el níquel (Ni) y el aluminio (Al) recubiertos en la superficie del vidrio de cuarzo. Este tipo de fibra se llama fibra resistente al calor (fibra resistente al calor). Además, cuando la fibra óptica es irradiada por radiación, la pérdida óptica aumentará. Esto se debe a que cuando el vidrio de cuarzo se expone a la radiación, aparecerán defectos estructurales (también llamados centro de color: Centro de color) en el vidrio, y la pérdida aumentará especialmente en la longitud de onda de 0.4 ～ 0.7pm. El método de prevención es cambiar a vidrio de cuarzo dopado con elemento OH o F, que puede suprimir los defectos de pérdida causados por la radiación. Este tipo de fibra se llama fibra resistente a la radiación y se utiliza principalmente en espejos de fibra óptica para el monitoreo de centrales nucleares.
Fibra con recubrimiento hermético
Para mantener la estabilidad a largo plazo de la resistencia mecánica y la pérdida de la fibra óptica, la superficie del vidrio se recubre con materiales inorgánicos como carburo de silicio (SiC), carburo de titanio (TiC) y carbono (C) para evitar el agua. e hidrógeno procedente del exterior. Difusión de la fibra óptica fabricada (HCF Hermetically Coated Fiber). En la actualidad, se usa comúnmente en el proceso de producción de deposición química en fase de vapor (CVD) usar una capa de carbono para que se acumule a alta velocidad para lograr un efecto de sellado suficiente. Esta fibra óptica recubierta de carbono (CCF) puede cortar eficazmente la intrusión de la fibra óptica de moléculas de hidrógeno externas. Se informa que se puede mantener durante 20 años sin aumentar la pérdida en un entorno de hidrógeno a temperatura ambiente. Por supuesto, su coeficiente de fatiga (Fatigue Parameter) puede llegar a más de 200 al prevenir la intrusión de humedad y retrasar el proceso de fatiga de la resistencia mecánica. Por lo tanto, HCF se utiliza en sistemas que requieren una alta confiabilidad en entornos hostiles, como los cables ópticos submarinos.
Fibra recubierta de carbono
Una fibra óptica recubierta con una película de carbono en la superficie de una fibra óptica de cuarzo se llama Fibra Recubierta de Carbono (CCF: Fibra Recubierta de Carbono). El mecanismo consiste en utilizar una película de carbono densa para aislar la superficie de la fibra óptica del mundo exterior para mejorar la pérdida por fatiga mecánica de la fibra óptica y aumentar la pérdida de moléculas de hidrógeno. CCF es un tipo de fibra óptica con recubrimiento hermético (HCF).
Fibra óptica recubierta de metal
La fibra recubierta de metal (fibra recubierta de metal) es una fibra óptica recubierta con una capa de metal como Ni, Cu, Al, etc. en la superficie de la fibra óptica. También hay recubrimientos de plástico en el exterior de la capa de metal con el fin de mejorar la resistencia al calor y estar disponibles para energización y soldadura. Es una de las fibras ópticas anti-mal ambiente y también se puede utilizar como componente de circuitos electrónicos. Los primeros productos se fabricaban recubriendo metal fundido durante el proceso de trefilado. Debido a que este método tiene demasiada diferencia en el coeficiente de expansión entre el vidrio y el metal, aumentará la pequeña pérdida por flexión y la tasa práctica no es alta. Recientemente, debido al éxito del método de revestimiento no electrolítico de baja pérdida en la superficie de la fibra óptica de vidrio, el rendimiento se ha mejorado enormemente.
Fibra dopada de tierras raras
En el núcleo de la fibra, la fibra está dopada con elementos de tierras raras como Er, Nd y Pr. En 1985, Payne de la Universidad de Southampton en el Reino Unido descubrió por primera vez que la fibra DoPed de tierras raras (fibra DoPed de tierras raras) tenía el fenómeno de la oscilación láser y la amplificación de la luz. Por lo tanto, desde entonces, se ha desvelado el velo de la amplificación de la luz como el cebo. El EDFA de 1.55pm que ahora es práctico es usar fibra monomodo dopada con cebo y usar un láser de 1.47pm para excitación para obtener una amplificación de señal óptica de 1.55pm. Además, se están desarrollando amplificadores de fibra de fluoruro dopados con errores (PDFA).
Fibra Raman
El efecto Raman significa que cuando se proyecta luz monocromática de frecuencia f en una sustancia, en la luz dispersa aparecerá luz dispersa de frecuencia f ± fR yf ± 2fR distinta de la frecuencia f. Este fenómeno se llama efecto Raman. . Porque se produce por el intercambio de energía entre el movimiento molecular de la sustancia y el movimiento reticular. Cuando una sustancia absorbe energía, el número de vibraciones de la luz se reduce y la luz dispersa se denomina línea de Stokes. Por el contrario, la luz dispersa que obtiene energía de la materia y aumenta el número de vibraciones se denomina línea anti-Stokes. Por lo tanto, la desviación FR del número de vibración refleja el nivel de energía y puede mostrar el valor inherente a la sustancia. La fibra fabricada con este medio no lineal se llama Fibra Raman (RF: Fibra Raman). Para confinar la luz en el núcleo de la fibra pequeña para la propagación a larga distancia, aparecerá el efecto de interacción entre la luz y la materia, que puede hacer que la forma de onda de la señal no se distorsione y realice una transmisión a larga distancia. Cuando se mejora la luz de entrada, se obtendrá una luz dispersa inducida coherente. Los láseres de fibra Raman se utilizan para detectar la luz dispersa Raman, que se puede utilizar como fuentes de energía para mediciones espectroscópicas y pruebas de dispersión de fibra. Además, la dispersión Raman inducida, en la comunicación a larga distancia de fibra óptica, está en estudio como amplificador óptico.
Fibra excéntrica
El núcleo de la fibra óptica estándar se coloca en el centro del revestimiento, y la forma de la sección transversal del núcleo y el revestimiento es concéntrica. Sin embargo, debido a los diferentes usos, también hay casos en los que la posición del núcleo, la forma del núcleo y la forma del revestimiento se hacen en diferentes estados o el revestimiento se perfora para formar una estructura de forma especial. En comparación con las fibras ópticas estándar, estas fibras ópticas se denominan fibras ópticas de forma especial. Fibra de núcleo excéntrico (fibra de núcleo excéntrico), es un tipo de fibra de forma especial. El núcleo está descentrado y cerca de la posición excéntrica de la línea exterior del revestimiento. Dado que el núcleo está cerca de la superficie, parte del campo de luz se esparcirá sobre el revestimiento (llamado esto como Onda Evanescente). Usando este fenómeno, se puede detectar la presencia o ausencia de sustancias adheridas y cambios en el índice de refracción. La fibra excéntrica (ECF) se utiliza principalmente como sensor de fibra óptica para detectar sustancias. Combinado con el método de prueba del reflectómetro óptico en el dominio del tiempo (OTDR), también se puede utilizar como sensor de distribución.
Fibra luminosa
Utilice fibra óptica de material fluorescente. Forma parte de la fluorescencia que se genera cuando es irradiada por ondas de luz como radiación, rayos ultravioleta, etc., que pueden transmitirse a través de la fibra óptica cerrando la fibra óptica. La fibra luminiscente (fibra luminiscente) se puede utilizar para detectar radiación y rayos ultravioleta, así como conversión de longitud de onda, o como sensor de temperatura, sensor químico. También se le llama fibra de centelleo en la detección de radiación. Desde la perspectiva de los materiales fluorescentes y el dopaje, se están desarrollando fibras ópticas de plástico.
Fibra multinúcleo
Una fibra óptica normal se compone de una región central y una región de revestimiento que la rodea. Sin embargo, Multi Core Fiber tiene varios núcleos en un área de revestimiento común. Debido a la cercanía de los núcleos entre sí, hay dos funciones. Una es que el espaciamiento del núcleo es grande, es decir, no hay una estructura de acoplamiento óptico. Este tipo de fibra óptica puede aumentar la densidad de integración por unidad de área de la línea de transmisión. En las comunicaciones ópticas, se pueden fabricar cables planos con múltiples núcleos, mientras que en los campos de no comunicación, como haces de imágenes de fibra óptica, se fabrican miles de núcleos. El segundo es hacer que la distancia entre los núcleos se cierre, lo que puede producir un acoplamiento de ondas de luz. Utilizando este principio, se está desarrollando un sensor de doble núcleo o un dispositivo de circuito óptico.
Fibra hueca
La fibra óptica se convierte en un núcleo hueco para formar un espacio cilíndrico. La fibra óptica utilizada para la transmisión de luz se llama fibra hueca (fibra hueca). La fibra óptica hueca se utiliza principalmente para la transmisión de energía y se puede utilizar para la transmisión de energía de luz de rayos X, ultravioleta e infrarrojo lejano. Hay dos tipos de estructuras de fibra hueca: una es hacer vidrio en una forma cilíndrica, y los principios de núcleo y revestimiento son los mismos que los del tipo escalonado. Utilice el reflejo total de la luz entre el aire y el vidrio para esparcirse. Dado que la mayor parte de la luz se puede transmitir en el aire sin pérdida, tiene la función de extenderse una cierta distancia. El segundo es hacer que la reflectancia de la superficie interior del cilindro sea cercana a 1, para reducir la pérdida por reflexión. Para mejorar la reflectividad, se coloca un dieléctrico en la lámpara para reducir la pérdida en el rango de longitud de onda de trabajo. Por ejemplo, la pérdida de longitud de onda de 10,6 pm puede alcanzar varios dB / m.
Polímero
Según el material, hay fibra óptica inorgánica y fibra óptica polimérica. El primero se usa ampliamente en la industria. Los materiales de fibra óptica inorgánica se dividen en dos tipos: monocomponente y multicomponente. El único componente es el cuarzo y las principales materias primas son el tetracloruro de silicio, el oxicloruro de fósforo y el tribromuro de boro. Su pureza requiere que el contenido de impurezas de los iones de metales de transición como cobre, hierro, cobalto, níquel, manganeso, cromo y vanadio sea inferior a 10 ppb. Además, el requisito de iones OH es inferior a 10 ppb. La fibra de cuarzo se ha utilizado ampliamente. Hay muchas materias primas de componentes múltiples, principalmente dióxido de silicio, trióxido de boro, nitrato de sodio, óxido de talio, etc. Este material aún no es popular. La fibra óptica de polímero es una fibra óptica hecha de polímero transparente, que se compone de un material de núcleo de fibra y un material de cubierta. El material del núcleo es una fibra hecha de polimetilmetacrilato o poliestireno de alta pureza y alta transmisión, y la capa exterior es un polímero que contiene flúor o un polímero de silicio orgánico.
La pérdida óptica de la fibra óptica polimérica es relativamente alta. En 1982, Japan Telegraph and Telegraph Company utilizó filamento de polímero de metacrilato de metilo deuterado como material del núcleo, y la tasa de pérdida óptica se redujo a 20 dB / km. Sin embargo, la característica de la fibra óptica de polímero es que puede fabricar fibra óptica de gran tamaño, gran apertura numérica, alta eficiencia de acoplamiento de la fuente de luz, buena flexibilidad, una ligera flexión no afecta la capacidad de guía de la luz, fácil disposición y unión, fácil de usar y bajo costo. Sin embargo, la pérdida óptica es grande y solo se puede utilizar en distancias cortas. La fibra óptica con pérdida óptica de 10 ～ 100dB / km puede transmitir cientos de metros
Fibra que mantiene la polarización
Fibra de mantenimiento de polarización: la fibra de mantenimiento de polarización transmite luz polarizada linealmente, que se utiliza ampliamente en varios campos de la economía nacional, como el aeroespacial, la aviación, la navegación, la tecnología de fabricación industrial y las comunicaciones. En el sensor de fibra interferométrica basado en la detección óptica coherente, el uso de fibra que mantiene la polarización puede garantizar que la dirección de polarización lineal permanezca sin cambios, mejorar la relación señal-ruido coherente y lograr una medición de alta precisión de cantidades físicas. Como tipo especial de fibra óptica, la fibra de mantenimiento de polarización se utiliza principalmente en sensores como giroscopios de fibra óptica, hidrófonos de fibra óptica y sistemas de comunicación de fibra óptica como DWDM y EDFA. Debido a que los giroscopios de fibra óptica y los hidrófonos de fibra óptica se pueden usar en sonar y navegación inercial militar, son productos de alta tecnología, y la fibra que mantiene la polarización es su componente principal, por lo que la fibra que mantiene la polarización se ha incluido en la lista de embargos contra China. por los países desarrollados occidentales. En el proceso de estirado de la fibra que mantiene la polarización, debido a los defectos estructurales generados dentro de la fibra, el rendimiento que mantiene la polarización disminuirá. Es decir, cuando se transmite luz linealmente polarizada a lo largo de un eje característico de la fibra, parte de la señal óptica se acoplará a otro. El eje característico finalmente da como resultado una disminución en la relación de extinción de polarización de la señal de luz polarizada de salida. Este defecto afecta el efecto de birrefringencia en la fibra. En una fibra que mantiene la polarización, cuanto más fuerte es el efecto de birrefringencia y más corta la longitud de onda, mejor se mantiene el estado de polarización de la luz transmitida.
Dirección de aplicación y desarrollo futuro de la fibra que mantiene la polarización
La fibra óptica que mantiene la polarización tendrá una mayor demanda en el mercado en los próximos años. Con el rápido desarrollo de nuevas tecnologías en el mundo y el desarrollo continuo de nuevos productos, las fibras ópticas que mantienen la polarización se desarrollarán en las siguientes direcciones:
(1) Utilizar la nueva tecnología de fibra de cristal fotónico para fabricar un nuevo tipo de fibra de alto rendimiento que mantiene la polarización;
(2) Desarrollar fibra óptica de mantenimiento de polarización adaptable a la temperatura para cumplir con los requisitos de los campos aeroespacial y otros;
(3) Desarrollar varias fibras de mantenimiento de polarización dopadas con tierras raras para satisfacer las necesidades de los amplificadores ópticos y otras aplicaciones de dispositivos;
(4) Desarrollar fibra de fluoruro que mantenga la polarización para promover el desarrollo de tecnología de interferencia de fibra óptica en el campo de la tecnología de astronomía infrarroja;
(5) Fibra que mantiene la polarización de baja atenuación: con la mejora continua de la tecnología de fibra monomodo, la pérdida, la dispersión del material y la dispersión de la guía de ondas ya no son los factores principales que afectan la comunicación de la fibra y la dispersión del modo de polarización (PMD) de una sola fibra. La fibra óptica se ha convertido gradualmente en una limitación El cuello de botella más grave de la calidad de la comunicación por fibra óptica es particularmente importante en los sistemas de comunicación por fibra óptica de alta velocidad de 10 Gbit / sy superiores.
(6) Utilice el efecto Kerr y el efecto de rotación de Faraday para fabricar dispositivos de luz polarizada.
Además, según los diferentes cabezales de fibra, existen: C-Lens. G-Lens. Lente verde
Especificaciones plegables de fibra óptica común
Modo único: 8/125 μm, 9/125 μm, 10/125 μm
Multimodo: 50/125 μm, estándar europeo
62,5 / 125 μm, estándar americano
Redes industriales, médicas y de baja velocidad: 100 / 140μm, 200 / 230μm
Plástico: 98 / 1000μm, utilizado para control de automóviles
