Optisches Kabel, Koppler und Splitter
Es gibt viele verschiedene Arten von Glasfaserkabeln. Wie in 1 gezeigt, ist es möglich, mehrere Fasern in ein einzelnes Unibody-Kabel oder in eine Band- oder Reißverschlussstruktur zu packen. Faserbündel, deren Enden aneinander gebunden, geschliffen und poliert sind, können flexible Lichtleiter bilden. Natürlich ist es möglich, die Fasern so zu bündeln, dass keine feste Beziehung zwischen dem Ort einer Eingangsfaser und einer Ausgangsfaser besteht; Der Hauptzweck solcher Strukturen besteht darin, Licht von einem Ort zum anderen zu leiten, um es beispielsweise zu beleuchten. diese werden manchmal als inkother bezeichnet, um sie als Beispiel zu beleuchten; Diese werden manchmal als inkohärente Bündel bezeichnet, obwohl sie wenig mit der Theorie der optischen Kohärenz zu tun haben. Ein interessanter Fall ist, wenn die Fasern sorgfältig so angeordnet sind, dass sie an beiden Enden des Bündels die gleichen relativen Positionen einnehmen; solche Bündel sollen kohärent sein. Ein kohärentes Bündel aus Einmodenfasern ist in der Lage, ein Bild mit hoher Qualität zu erzeugen, selbst wenn das Bündel hochflexibel ist. Solche Faseranordnungen haben viele Anwendungen in Fernsichtsystemen und werden in faseroptischen Endoskopen für medizinische Anwendungen verwendet. Nicht alle Faserarrays sind flexibel gestaltet. verschmolzene, starre Bündel oder Mosaike können verwendet werden, um Glasscheiben mit niedriger Auflösung in Kathodenstrahlröhren zu ersetzen. Mosaike, die aus Hunderten bis Millionen von Einzelfasern bestehen, deren Ummantelungen miteinander verschmolzen sind, weisen mechanische Eigenschaften auf, die denen von homogenem Glas sehr ähnlich sind. Eine weitere häufige Anwendung von Mosaiken ist die Feldabflachung.
Wenn das von einem Linsensystem erzeugte Bild auf eine gekrümmte Oberfläche fällt, ist es häufig wünschenswert, es in eine Ebene umzuformen, beispielsweise um es an eine fotografische Filmplatte anzupassen. Ein Mosaik kann an einer Endfläche grundiert und poliert werden, um mit den Konturen des Bildes übereinzustimmen, und an der anderen Oberfläche, um mit der Konfiguration des Detektors übereinzustimmen. In ähnlicher Weise kann ein Blatt aus verschmolzenen, sich verjüngenden Fasern verwendet werden, um ein Bild entweder zu vergrößern oder zu verkleinern, je nachdem, ob das Licht in das kleinere oder größere Ende der Fasern eintritt.
Viele einfache Geräte wie Glasfaserteiler, Koppler und Kombinierer wurden hergestellt. Die gebräuchlichsten Techniken umfassen Fasertaaperingtapering. Andere Herstellungstechniken können ebenfalls verwendet werden, einschließlich Mikrooptik und integrierter optischer Komponenten; LWL-Geräte sind jedoch besonders nützlich, da sie als weiteres Kabelstück in vorhandene Netzwerke eingefügt werden können. Eines der am häufigsten verwendeten Geräte ist ein sich verjüngender Lichtwellenleiter-Leistungsteiler, der häufig in Singlemode-Lichtwellenleitern implementiert ist. Bei diesem Verfahren werden zwei Glasfasern mit entfernten Schutzmänteln nahe beieinander und parallel zueinander gebracht, dann unter Verwendung eines Brenners oder einer ähnlichen Wärmequelle verschmolzen und gedehnt. Licht, das anfänglich nur in eine Faser eingekoppelt wird, wird teilweise in die benachbarte Faser eingekoppelt, wenn es sich durch den sich verjüngenden Bereich ausbreitet. Licht, das sich in der Einmodenfaser ausbreitet, ist nicht auf den Kern beschränkt, sondern erstreckt sich in den umgebenden Mantel. Im Fall einer Faserverjüngung wurde gezeigt, dass Licht, das sich durch den Eingangsfaserkern ausbreitet, zunächst auf die Mantelschnittstelle übertragen wird, wenn es in den verjüngten Bereich eintritt, und dann auf den Kern-Mantel-Modus der benachbarten Faser. Das Licht wird beim Verlassen des sich verjüngenden Bereichs zurück in die Kernmoden übertragen. Dies ist als Umhüllungsmodus-Kopplungsvorrichtung bekannt. Licht, das auf einen Modus höherer Ordnung der Kern-Mantel-Struktur übertragen wird, wird durch den höheren Brechungsindex der Faserbeschichtung leicht abgestreift, was zu einer übermäßigen Dämpfung führt. Der einfachste Fall der Lichteinkopplung von der Ummantelung einer Faser in eine andere durch eine konische Verschmelzung kann durch die Skalarwellengleichung und die Störungstheorie erster Ordnung in guter Näherung beschrieben werden. breitet sich Licht entlang der Achse aus, so ist der Austausch der optischen Leistung p gegeben durch
Wo ist Ausbreitungsabstand und Mantel, Materialeigenschaften und der Überlappungsabstand zwischen den beiden Fasern. Obwohl dies nur eine Näherung ist und Terme höherer Ordnung vernachlässigt, spiegelt es die sinusförmige Abhängigkeit der gekoppelten Leistung von der Wellenlänge und die Abhängigkeit der Leistungsübertragung vom Plattendurchmesser und anderen Effekten wider. Konische Koppler können verwendet werden, um Wellenlängen unter Verwendung dieser Abhängigkeit zu trennen; Durch die richtige Wahl der Gerätelänge und des Verjüngungsverhältnisses können zwei Wellenlängen so eingestellt werden, dass sie aus zwei verschiedenen Ausgangsports austreten. Einige Anwendungen umfassen Filter für Wellenlängenmultiplexsysteme (WDM) oder das Multiplexen von Signal- und Pumpstrahlen in einem Erbium-dotierten Faserverstärker. In einigen Fällen, wie z. B. bei einem Fasersplicer, ist es wünschenswerter, die Abhängigkeit der gekoppelten Leistung von der Wellenlänge zu beseitigen. Akromatische Kuppler können unter Verwendung von zwei Fasern mit unterschiedlichen Ausbreitungskonstanten hergestellt werden. Diese sind als unterschiedliche Fasern bekannt; In den meisten Fällen werden Fasern durch Ändern ihrer Umhüllungsdurchmesser oder Umhüllungsindizes unterschiedlich gemacht. In diesem Fall muss die vorhergehende Gleichung für die gekoppelte Leistung modifiziert werden, und die Leistung gegenüber dem Abstand ist nicht einfach sinusförmig, sondern wird viel komplexer.
Es sind auch andere Ansätze möglich, wie das Verjüngen der Vorrichtung, so dass sich die Moden weit über die Mantelgrenzen hinaus ausdehnen, oder das Einkapseln der Fasern in ein drittes Material mit einem anderen Brechungsindex. Oft ist es wünschenswert, ein drittes Material mit einem anderen Brechungsindex zu verwenden. Oft ist es wünschenswert, mehrere Fasern zusammen zu verjüngen, so dass ein Eingangssignal zwischen vielen Ausgangsfasern aufgeteilt wird. In der Regel wird ein einzelner Eingang in Ausgänge aufgeteilt, wobei die Konfiguration der Fasern im verjüngten Bereich die Ausgangsleistungsverteilung beeinflusst. Es muss darauf geachtet werden, eine gleichmäßige optische Leistungsverteilung unter den Ausgangsfasern zu erreichen. Die optische Leistung, die von einer Faser in eine andere eingekoppelt wird, kann auch geändert werden, indem die sich verjüngende Vorrichtung an ihrem Mittelpunkt gebogen wird; in ein anderes kann auch durch Biegen der sich verjüngenden Vorrichtung an ihrem Mittelpunkt geändert werden; Dies vereitelt die gekoppelte Kraftübertragung. Wenn Sie beispielsweise ein Ende einer 1 cm langen Verjüngung um nur 1 mm verschieben, kann sich die gekoppelte Leistung um mehr als ändern. Anwendungen für diesen Effekt umfassen variable optische Dämpfungsglieder und optische Schalter.
