1. Struktur optischer Fasern
Einoptische Faser(OF) ist eine transparente dielektrische Faser, die zur Lichtführung verwendet wird. Eine praktische optische Faser besteht aus mehreren Schichten transparenter Medien, die im Allgemeinen in drei Schichten unterteilt sind:
Kern: Befindet sich in der Mitte der Faser (Durchmesser 5–80 μm), besteht aus hochreinem Siliciumdioxid und ist mit einer geringen Menge an Dotierstoffen (z. B. Germaniumdioxid, Phosphorpentoxid) dotiert, um den Brechungsindex (n1) zu erhöhen. Bei Kommunikationsfasern beträgt der Kerndurchmesser 5–10 μm (Single---Mode-Faser) oder 50–80 μm (Multi---Mode-Faser).
Verkleidung: Umgibt den Kern (Durchmesser ~125 μm) und besteht aus hochreinem Siliciumdioxid mit einer geringen Menge an Dotierstoffen (z. B. Bortrioxid), um seinen Brechungsindex (n2) zu verringern (etwas niedriger als der Kern). Die Verkleidung kann einschichtig oder mehrschichtig sein.
Beschichtung: Die äußerste Schicht (aus Acrylat, Silikonkautschuk oder Nylon) mit Schutzfunktion. Es umfasst eine Primärbeschichtung und eine Sekundärbeschichtung (Mantel). Nach der Beschichtung beträgt der Außendurchmesser der Faser etwa 1,5 cm.
2. Klassifizierung optischer Fasern
Es gibt 4 Hauptklassifizierungsmethoden für optische Fasern; Sie können auch nach ihrer Zusammensetzung klassifiziert werden (z. B. Quarzfasern, fluoridhaltige Fasern, Kunststofffasern usw.).
(1) Klassifizierung nach Brechungsindexprofil des Faserquerschnitts-
Unterteilt inStufenindexfaser (SIF)UndGraded-Index-Faser (GIF).
Stufenindexfaser: Die Brechungsindizes von Kern und Mantel sind einheitlich (bezeichnet mit \\(n_1\\) bzw. \\(n_2\\)), mit einer stufenweisen Änderung an der Grenzfläche zwischen Kern und Mantel. Das Brechungsindexprofil wird ausgedrückt als:
Dabei handelte es sich um eine frühe Faserstruktur, die nach und nach durch Gradientenindexfasern in Multimode-Fasern ersetzt wurde, aber als gängige Struktur in Singlemode-Fasern wieder an Bedeutung gewonnen hat.
Faser mit abgestuftem Index: Der Brechungsindex an der Kernachse (n1) ist am größten, nimmt entlang der radialen Richtung allmählich ab (einem parabolischen Gesetz folgend) und fällt an der Kern-Mantel-Grenzfläche auf den Mantel-Brechungsindex (n2) ab; der Brechungsindex des Mantels ist einheitlich (n2)
Das Brechungsindexprofil wird ausgedrückt als:
Dabei ist: g der Exponent des Brechungsindexprofils; (a1) ist der Kernradius; (Delta) ist die relative Brechungsindexdifferenz
Funktion: Reduziert die Modendispersion in Multimode-Fasern und erhöht die Übertragungskapazität.
(2) Klassifizierung nach Anzahl der Ausbreitungsmodi
Unterteilt inMultimode-Faser (MMF)UndSinglemode-Faser (SMF).
Multimode-Faser: Für eine gegebene Betriebswellenlänge existieren in der Faser mehrere Übertragungsmodi. Das Brechungsindexprofil des Querschnitts kann einheitlich (Stufen--Index-Multi--Modus) oder nicht-einheitlich (Graded--Index-Multi---Modus) sein. Merkmale: Schlechte Übertragungseigenschaften, schmale Bandbreite, geringe Übertragungskapazität.
Singlemode-Faser: Für eine gegebene Betriebswellenlänge existiert in der Faser nur ein Übertragungsmodus (der Grundmodus), ohne intermodale Verzögerungsunterschiede. Merkmale: Viel größere Bandbreite als die von Multimode-Fasern, geeignet für Hochgeschwindigkeitsübertragung.
(3) Klassifizierung nach Betriebswellenlänge
Unterteilt inFasern mit kurzer-WellenlängeUndLangwellige -Fasern.
Fasern mit kurzer-Wellenlänge: Wellenlänge 0,6–0,9 μm (typischer Wert 0,85 μm), ein frühes Produkt, das heute nur noch selten verwendet wird.
Langwellige -Fasern: Wellenlänge 1,0–2,0 μm (typische Werte 1,31 μm, 1,55 μm). In diesem Band weisen Quarzfasern eine geringe Dämpfung und eine geringe Materialstreuung auf. Merkmale: Geringe Dämpfung, große Bandbreite, geeignet für die Kommunikation über große Entfernungen und mit großer Kapazität.
(4) Klassifizierung nach Ummantelungstyp
Unterteilt inEnge-gepufferte FasernUndLose-Röhrenfasern.
Enge-gepufferte Fasern: Die Sekundär- und Tertiärbeschichtungen sind fest mit der Primärbeschichtung, dem Kern und der Umhüllung verbunden. Nachteil: Die Temperatureigenschaften verschlechtern sich nach der Ummantelung (das Ummantelungsmaterial hat einen hohen Ausdehnungskoeffizienten; eine Schrumpfung bei niedrigen Temperaturen führt zu einer Mikrokrümmung der Faser und erhöht die Dämpfung).
Lose-Röhrenfasern: Die vor-beschichtete Faser wird lose in ein Kunststoffrohr gelegt, ohne Sekundär- oder Tertiärbeschichtung. Vorteile: Einfacher Herstellungsprozess; bessere Dämpfungs--Temperatureigenschaften und mechanische Eigenschaften als dicht-gepufferte Fasern, die immer häufiger verwendet werden.
