Der Faserkern ist ein zweischichtiger konzentrischer Zylinder mit einer kleinen Querschnittsfläche aus Quarzglas. Es ist spröde, leicht zu brechen und benötigt eine Schutzschicht. Es kann in Mikrostruktur-Glasfasern und polarisationserhaltende Glasfasern unterteilt werden, die hauptsächlich Militär, Landesverteidigung, Luft- und Raumfahrt, Energie- und Umweltschutz, industrielle Kontrolle, Medizin und Gesundheit, Messung und Prüfung, Lebensmittelsicherheit, Haushaltsgeräte und viele andere Bereiche umfassen.
1966 schlug Herr Gao Kun erstmals die Verwendung einer dielektrischen optischen Faser zur Übertragung von Informationen mit einem optischen Träger in einem Artikel vor und legte damit die theoretische Grundlage für eine optische Faser als Medium zur Lichtübertragung. Nach mehrjähriger Forschung stellte Corning in den USA 1970 die erste optische Faser mit einem Verlust von 20 dB / km her, wodurch der Übertragungsverlust der optischen Faser erheblich verringert und die Entwicklung der Glasfaserkommunikationstechnologie ermöglicht wurde. In den letzten Jahren haben Forscher entdeckt, dass die Lichtwellenleiter-Sensortechnologie aufgrund ihrer hohen Empfindlichkeit, ihrer starken Fähigkeit zur elektromagnetischen Interferenz, ihrer geringen Größe und ihrer einfachen Integration zu einem der aktiven Zweige auf dem Gebiet der optoelektronischen Technologie geworden ist.
Die Lichtwellenleiter-Sensortechnologie deckt ein breites Spektrum von Bereichen ab, darunter Militär, Landesverteidigung, Luft- und Raumfahrt, Energie- und Umweltschutz, industrielle Kontrolle, Medizin und Gesundheit, Messung und Prüfung, Lebensmittelsicherheit, Haushaltsgeräte und viele andere Bereiche. Die wichtigsten beteiligten Sensoren umfassen hauptsächlich: Lichtleiterkreisel, Lichtwellenleiter-Hydrophone, Fasergitter-Temperatursensoren, Lichtwellenleiter-Stromwandler und andere Lichtwellenleiter-Sensortechnologien. Mikrostrukturierte Fasern und polarisationserhaltende Fasern sind aufgrund ihrer flexiblen Struktur und einzigartigen Eigenschaften zum Rückgrat des Bereichs der optischen Fasererfassung geworden.
Mikrostrukturfasern (Microstructure dfiber, MOF) können je nach Struktur und Übertragungsmechanismus in die folgenden zwei Kategorien unterteilt werden: Eine ist die Brechungsindex-geführte Mikrostrukturfaser; Das andere ist das Photon vom Bandlückentyp mit der Kristallfaser mit periodischer Luftlochanordnung. Die indexgeführte Mikrostrukturfaser umfasst entsprechend ihrer Struktur hauptsächlich Kapillarfasern, Parallel-Array-Kernfasern und Mehrkernfasern. Kapillarfasern wurden zuerst von Hidaka et al. Wie der Name schon sagt, ist die Kapillarfaser eine hohle Struktur in ihrem Kern, die zu vielen besonderen Eigenschaften führt. Im Bereich der Sensorik hat die Kapillarfaser ihre einzigartigen Vorteile bei der Messung von Flüssigkeiten und Gasen. 1997 verwendete die ITO.H-Forschungsgruppe optische Hohlkernfasern, um die Bewegung heißer Rubidiumatome zu steuern und ein tieferes Verständnis des Atomfeldes zu erreichen. Das Labor für intelligente Materialien und Struktur der Luft- und Raumfahrtwissenschaft und -technologie der Universität für Luft- und Raumfahrt in Nanjing realisiert die Diagnose und Reparatur von Verbundwerkstoffen durch Einspritzen von Klebstoff auf die Hohlfaser und realisiert so die Anwendung der speziellen Struktur der Kapillarfaser. Parallel-Array-Kernfaser bezieht sich auf eine Faser, in der mehrere Kerne nach einer bestimmten Regel angeordnet sind und denselben Mantel teilen. Dies erzeugt eine gegenseitige Kopplung zwischen den Kernen und erzeugt somit viele seltsame Eigenschaften. Das Optical Fiber Sensing Laboratory der Harbin Engineering University hat eine Reihe indexgesteuerter optischer Mehrkern-Mikrostrukturfasern hergestellt. Mehrkern-Lichtwellenleiter wurden Ende der 1970er Jahre vorgeschlagen. Sein Hauptzweck besteht darin, den Faserkern in eine einzelne optische Faser zu integrieren, so dass die Herstellungskosten für optische Fasern und Kabel stark reduziert und die Integration von optischen Fasern verbessert werden können. 1994 stellte France Telecom erstmals eine Single-Mode-Faser mit vier Kernen her. Im Jahr 2010 entwarfen und produzierten das amerikanische OFS-Unternehmen B. Zhu und andere eine 7-Kern-Mehrkern-Glasfaser, und die sieben Kerne waren in einem regelmäßigen Sechseck angeordnet. Im Jahr 2012 haben R. Ryf und S. Randel et al. verwendeten Wenig-Moden-Fasern zur Herstellung von Drei-Kern-Mikrostrukturfasern, wodurch das Kernübersprechen von Mehrkernfasern verringert wurde. Obwohl diese optischen Fasern mit Mikrostruktur vom Wellenleitertyp Probleme wie die optische Kopplung zwischen Kernen und Übersprechen bei der Fernkommunikation mit optischen Fasern aufweisen, liefert dies zweifellos eine neue Idee für den Bereich der optischen Fasermessung.
Es gibt zwei orthogonale> Polarisationszustände in einer Einmodenfaser. Im Idealfall, wenn die Faserstruktur streng symmetrisch ist, ist die Ausbreitung dieser beiden Moden gleich. Bei der tatsächlichen Herstellung und Anwendung besteht jedoch immer ein gewisses Maß an Elliptizität, Brechungsindexverteilung und Spannungsasymmetrie, da Singlemode-Fasern durch äußere Umgebungsbedingungen wie Temperatur und Spannung sowie durch die während der Herstellung erzeugten Spannungen beeinflusst werden. Da sich die Ausbreitungskonstante unterscheidet, tritt während der Ausbreitung eine zusätzliche Phasendifferenz auf, die in der Optik als Doppelbrechung bezeichnet wird. Diese Art der Doppelbrechung führt zwangsläufig zu einer Dispersion im Polarisationsmodus. Auf den Gebieten der optischen Fasermessung und der optischen Fasermetrologie ist es erforderlich, dass das sich in der optischen Faser ausbreitende Licht einen stabilen Polarisationszustand aufweist. In vielen integrierten optischen Geräten ist auch der Polarisationszustand des Eingangslichts selektiv. Aufgrund dieses Dispersionsphänomens im Polarisationsmodus begrenzen gewöhnliche optische Einmodenfasern die Entwicklung der optischen Fasererfassung und anderer Felder, und polarisationserhaltende optische Fasern werden erzeugt.
Gegenwärtig gibt es zwei Hauptverfahren, um das Problem der Instabilität des Polarisationszustands in einer Einmodenfaser zu lösen. Das erste ist: Versuchen Sie, die asymmetrischen Eigenschaften von Einmodenfasern zu reduzieren, versuchen Sie, den Einfluss der Elliptizität und der inneren Restspannung der Faser zu lösen, so dass der Doppelbrechungseffekt dieser Einmodenfaser auf zwei minimiert wird. Die beiden Moden kann gegenseitig entartet sein. Wenn die normalisierte Doppelbrechungsausbreitungskonstante B weniger als 10 ^ -6 beträgt, wird diese Art von Faser üblicherweise als Low Birefringent Fiber (LBF) bezeichnet. Das zweite Verfahren besteht darin, die Asymmetrie der Einmodenfaser zu erhöhen, ihre Doppelbrechungseigenschaften zu erhöhen und es schwierig zu machen, das Licht zwischen den beiden Moden miteinander zu koppeln. Wir nennen diese Art von polarisationserhaltender Faser hochdoppelbrechungspolarisationserhaltende Faser (High Birefringence Fiber, bezeichnet als HBF), und ihre normalisierte Doppelbrechungsausbreitungskonstante B ist größer als 10 ^ -5. Polarisationserhaltende Fasern mit hoher Doppelbrechung können gemäß ihren Ausbreitungseigenschaften in Fasern mit doppelter Polarisation und Fasern mit einfacher Polarisation unterteilt werden. Die Doppelpolarisationsfaser trennt die beiden Polarisationsmodi, so dass der Polarisationsmodus während des Übertragungsprozesses im Wesentlichen unverändert bleibt; während die einzelne Polarisationsfaser nur einen Modus der zwei orthogonalen Polarisationsmodi übertragen kann und der andere Modus unterdrückt wird und sich nicht ausbreiten kann. Wir nennen diese Faser eine Single-Polarisation-Faser oder eine absolute Single-Mode-Faser.
Entsprechend den verschiedenen Arten der Doppelbrechung in optischen Fasern können polarisationserhaltende Fasern in Fasern mit geometrischem Formeffekt und spannungsinduzierte Fasern unterteilt werden. Wie in der Figur gezeigt, gibt es mehrere übliche polarisationserhaltende Faserendflächenstrukturen. Unter diesen sind Fliege, Panda, innere elliptische Ummantelung und rechteckige spannungsummantelte polarisationserhaltende Fasern spannungsempfindliche Fasern; elliptischer Kern, Seitenschlitz, polarisationserhaltende Fasern wie der Seitentunneltyp sind Fasern vom Typ mit geometrischem Formeffekt. Gegenwärtig werden die meisten polarisationserhaltenden Fasern durch Verfahren hergestellt, die eine Restspannung in der Faser erzeugen.