Glasfaser ist eine Abkürzung für Glasfaser, eine Faser aus Glas oder Kunststoff, die als Lichtübertragungswerkzeug verwendet werden kann. Das Transmissionsprinzip ist'Totalreflexion des Lichts'. Die ehemaligen Präsidenten der Chinese University of Hong Kong Gao Kun und George A. Hockham schlugen zuerst die Idee vor, dass Glasfasern für die Kommunikationsübertragung verwendet werden können. Aus diesem Grund erhielt Gao Kun 2009 den Nobelpreis für Physik.
vorstellen
Der winzige Lichtwellenleiter ist in eine Kunststoffhülle eingekapselt, sodass er sich biegen lässt, ohne zu brechen. Im Allgemeinen verwendet die Sendevorrichtung an einem Ende der Lichtleitfaser eine Leuchtdiode (LED) oder einen Laserstrahl, um Lichtimpulse an die Lichtleitfaser zu übertragen, und die Empfangsvorrichtung am anderen Ende der Lichtleitfaser verwendet ein lichtempfindliches Element, um die Impulse erkennen.
Da der Übertragungsverlust von Licht in optischen Fasern viel geringer ist als der von Elektrizität in Drähten, werden im täglichen Leben optische Fasern für die Übertragung von Informationen über große Entfernungen verwendet.
Normalerweise werden die beiden Begriffe Glasfaser und optisches Kabel verwechselt. Die meisten Lichtwellenleiter müssen vor der Verwendung mit mehreren Schichten von Schutzstrukturen bedeckt werden, und die ummantelten Kabel werden optische Kabel genannt. Die Schutzschicht und die Isolierschicht auf der äußeren Schicht der Lichtleitfaser können eine Beschädigung der Lichtleitfaser durch die Umgebung, wie beispielsweise Wasser, Feuer und Stromschlag, verhindern. Optisches Kabel ist unterteilt in: Glasfaser, Pufferschicht und Beschichtung. Glasfaser ist ähnlich wie Koaxialkabel, außer dass es keine Netzabschirmung gibt. In der Mitte befindet sich der Glaskern, durch den sich das Licht ausbreitet.
Bei einer Multimode-Faser beträgt der Kerndurchmesser 50 µm und 62,5 µm, was in etwa der Dicke eines menschlichen Haares entspricht. Der Singlemode-Faserkern hat einen Durchmesser von 8 µm bis 10 µm. Der Kern ist von einer Glashülle mit einem niedrigeren Brechungsindex als der Kern umgeben, um das Licht im Kern zu halten. Auf der Außenseite befindet sich eine dünne Plastikhülle zum Schutz der Hülle. Optische Fasern werden normalerweise gebündelt und durch ein Gehäuse geschützt. Der Faserkern ist in der Regel ein doppellagiger konzentrischer Zylinder mit kleiner Querschnittsfläche aus Quarzglas. Es ist spröde und leicht zu brechen, daher ist eine äußere Schutzschicht erforderlich.
Prinzip
Licht und seine Eigenschaften
1. Licht ist eine elektromagnetische Welle
Der Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts beträgt 390~760 nm (Nanometer). Der Teil größer als 760 nm ist Infrarotlicht und der Teil kleiner als 390 nm ist ultraviolettes Licht. Die Glasfaser wird in drei Typen verwendet: 850 nm, 1310 nm und 1550 nm.
2. Lichtbrechung, Reflexion und Totalreflexion.
Da die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Licht in verschiedenen Substanzen unterschiedlich ist, treten bei der Emission von Licht von einer Substanz zur anderen Brechung und Reflexion an der Grenzfläche der beiden Substanzen auf. Außerdem ändert sich der Winkel des gebrochenen Lichts mit dem Winkel des einfallenden Lichts. Wenn der Winkel des einfallenden Lichts einen bestimmten Winkel erreicht oder überschreitet, verschwindet das gebrochene Licht und das gesamte einfallende Licht wird zurückreflektiert, was die Totalreflexion des Lichts ist. Unterschiedliche Materialien haben unterschiedliche Brechungswinkel für Licht derselben Wellenlänge (dh unterschiedliche Materialien haben unterschiedliche Brechungsindizes), und dasselbe Material hat unterschiedliche Brechungswinkel für Licht unterschiedlicher Wellenlängen. Die optische Faserkommunikation wird basierend auf den obigen Prinzipien gebildet.
1. Glasfaserstruktur:
Die blanke Faser einer Glasfaser ist im Allgemeinen in drei Schichten unterteilt: der mittlere Glaskern mit hohem Brechungsindex (der Kerndurchmesser beträgt im Allgemeinen 50 oder 62,5 μm), die Mitte ist der Quarzglasmantel mit niedrigem Brechungsindex (der Durchmesser beträgt im Allgemeinen 125 μm), und die äußerste ist die Harzbeschichtung zur Verstärkung. Boden.
2. Numerische Apertur der optischen Faser:
Das auf die Stirnseite der Lichtleitfaser einfallende Licht kann nicht vollständig von der Lichtleitfaser übertragen werden, sondern nur das einfallende Licht innerhalb eines bestimmten Winkelbereichs. Dieser Winkel wird als numerische Apertur der Faser bezeichnet. Die größere numerische Apertur des Lichtwellenleiters kommt der Stoßverbindung des Lichtwellenleiters zugute. Optische Fasern, die von verschiedenen Herstellern hergestellt werden, haben unterschiedliche numerische Aperturen (AT&Ampere; T CORNING).
3. Arten von Glasfasern:
Es gibt viele Arten von Lichtwellenleitern, und die erforderlichen Funktionen und Leistungen variieren je nach Verwendungszweck. Die Prinzipien des Designs und der Herstellung von Glasfasern für Kabelfernsehen und Kommunikation sind jedoch im Wesentlichen die gleichen, wie zum Beispiel: ① geringer Verlust; ② gewisse Bandbreite und geringe Streuung; ③ einfache Verdrahtung; ④ einfache Integration; ⑤ hohe Zuverlässigkeit; ⑥ Fertigungsvergleich Einfach; ⑦Günstig und so weiter. Die Klassifizierung von Lichtwellenleitern wird hauptsächlich aus der Arbeitswellenlänge, der Brechungsindexverteilung, dem Übertragungsmodus, dem Rohstoff und dem Herstellungsverfahren zusammengefasst. Hier sind Beispiele für verschiedene Klassifikationen wie folgt.
(1) Arbeitswellenlänge: Ultraviolettfaser, beobachtbare Faser, Nahinfrarotfaser, Infrarotfaser (0,85 μm, 1,3 μm, 1,55 μm).
(2) Brechungsindexverteilung: Faser des Stufentyps (SI), Faser des nahen Stufentyps, Faser des abgestuften (GI) Typs, andere (wie etwa Dreieckstyp, W-Typ, vertiefter Typ usw.).
(3) Übertragungsmodus: Singlemode-Faser (einschließlich polarisationserhaltender Faser und nicht polarisationserhaltender Faser), Multimode-Faser.
(4) Rohstoffe: Quarzglasfaser, Mehrkomponentenglasfaser, Kunststofflichtleitfaser, Verbundlichtleitfaser (wie Kunststoffmantel, flüssiger Kern usw.), Infrarotmaterialien usw. Je nach Beschichtungsmaterial kann es unterteilt werden in anorganische Materialien (Kohlenstoff etc.), metallische Materialien (Kupfer, Nickel etc.) und Kunststoffe.
(5) Herstellungsverfahren: Die Vorplastifizierung umfasst die axiale Dampfphasenabscheidung (VAD), die chemische Dampfabscheidung (CVD) usw. und die Drahtziehverfahren umfassen die Stab-in-Rohr- und Doppeltiegelverfahren.
Optische Silikatfaser
Silica Fiber ist eine optische Faser, bei der Siliziumdioxid (SiO2) der Hauptrohstoff ist und die Brechungsindexverteilung des Kerns und des Mantels entsprechend unterschiedlicher Dotierungsmengen gesteuert wird. Optische Fasern der Quarz-(Glas-)Serie haben die Eigenschaften eines geringen Energieverbrauchs und einer Breitbandigkeit und werden jetzt in weitem Umfang in Kabelfernseh- und Kommunikationssystemen verwendet.
Der Vorteil von Quarzglas-Lichtwellenleitern ist der geringe Verlust. Bei einer Lichtwellenlänge von 1,0 bis 1,7 μm (ca. 1,4 μm) beträgt der Verlust nur 1 dB/km und der niedrigste bei 1,55 μm nur 0,2 dB/km.
Fluor-dotierte Faser
Fluor-dotierte Faser ist eines der typischen Produkte von Silica-Fasern. Im Allgemeinen ist in der optischen Kommunikationsfaser mit 1,3 μm Wellenband der Dotierstoff, der den Kern steuert, Germaniumdioxid (GeO2), und der Mantel besteht aus SiO2. Die meisten Kerne von mit Fluor verbundenen Fasern verwenden jedoch SiO2, aber der Mantel ist mit Fluor dotiert. Weil der Rayleigh-Streuverlust ein Phänomen der Lichtstreuung ist, die durch Änderungen des Brechungsindex verursacht wird. Daher ist es wünschenswert, Dotierstoffe mit Brechungsindex-Schwankungsfaktoren zu bilden, und weniger ist besser. Die Hauptwirkung von Fluor besteht darin, den Brechungsindex von SIO2 zu reduzieren. Daher wird es häufig zur Dotierung des Mantels verwendet.
Im Vergleich zu optischen Fasern aus anderen Rohstoffen weist die optische Quarzfaser auch ein breites Spektrum der Lichtdurchlässigkeit von ultraviolettem Licht bis hin zu nahem Infrarotlicht auf. Neben Kommunikationszwecken kann es auch in Bereichen wie Lichtleiter und Bildübertragung eingesetzt werden.
Infrarot-Faser
Als Arbeitswellenlänge der auf dem Gebiet der optischen Kommunikation entwickelten optischen Faser der Quarzserie kann sie, obwohl sie in einer kürzeren Übertragungsdistanz verwendet wird, nur in 2 μm verwendet werden. Aus diesem Grund kann es im Bereich längerer Infrarotwellenlängen arbeiten, und die entwickelte optische Faser wird als Infrarot-Lichtleitfaser bezeichnet. Infrarot-Lichtwellenleiter werden hauptsächlich für die Übertragung von Lichtenergie verwendet. Zum Beispiel: Temperaturmessung, Wärmebildübertragung, medizinische Behandlung mit Laserskalpell, thermische Energieverarbeitung usw. Die Penetrationsrate ist noch gering.
Verbundfaser
Verbundfaser wird aus SiO2-Rohmaterial und dann entsprechend gemischten Oxiden wie Natriumoxid (Na2O), Boroxid (B2O3), Kaliumoxid (K2O) und anderen Oxiden hergestellt, um eine Mehrkomponenten-Glasfaser herzustellen, die sich durch Multi -Komponentenglas Es hat einen niedrigeren Erweichungspunkt als Quarzglas und einen großen Brechungsindexunterschied zwischen Kern und Mantel. Faseroptische Endoskope, die hauptsächlich in medizinischen Dienstleistungen verwendet werden.
FCKW-Faser
Fluorid Fiber Chloride Fiber (Fluoride Fiber) ist eine optische Faser aus Fluoridglas. Dieses Glasfasermaterial wird auch als ZBLAN bezeichnet (d. h. Fluoridglasmaterialien wie ZrF2), Bariumfluorid (BaF2), Lanthanfluorid (LaF3), Aluminiumfluorid (AlF3) und Natriumfluorid (NaF) werden vereinfacht in The Abkürzung von, arbeitet hauptsächlich im optischen Übertragungsdienst von 2～10μm Wellenlänge. Da ZBLAN die Möglichkeit von Glasfasern mit extrem niedrigem Verlust bietet, ist die Machbarkeitsentwicklung für Langstreckenkommunikationsfasern beispielsweise im Gange: Der theoretisch niedrigste Verlust kann bei einer Wellenlänge von 3 μm 10-2～10-3dB/km erreichen, während Quarzfaser liegt zwischen 0,15-0,16dB/Km bei 1,55μm. Derzeit können ZBLAN-Fasern nur bei 2,4～2,7 verwendet werden, da es schwierig ist, den Streuverlust zu reduzieren. µm-Temperatursensoren und Wärmebildübertragung sind noch nicht weit verbreitet. Um ZBLAN für die Langstreckenübertragung zu nutzen, wird kürzlich ein 1,3 µm praseodymdotierter Faserverstärker (PDFA) entwickelt.
Kunststoffbeschichteter Lichtwellenleiter
Plastic Clad Fiber (Plastic Clad Fiber) ist eine Stufenfaser, bei der hochreines Quarzglas als Kern verwendet wird und Kunststoff mit einem Brechungsindex etwas niedriger als der von Siliziumdioxid, wie z. B. Kieselgel, als Mantel verwendet wird . Im Vergleich zu Quarzfasern weist es die Eigenschaften einer Kernrente und einer hohen numerischen Apertur (NA) auf. Daher ist es einfach, mit der Leuchtdioden-LED-Lichtquelle zu kombinieren, und der Verlust ist gering. Daher ist es sehr gut für lokale Netzwerke (LAN) und Kurzstreckenkommunikation geeignet.
Optische Faser aus Kunststoff
Dies ist eine optische Faser, bei der sowohl der Kern als auch der Mantel aus Kunststoff (Polymer) bestehen. Frühe Produkte wurden hauptsächlich in der optischen Kommunikation für Dekoration und lichtgeführte Beleuchtung sowie optische Kurzstrecken-Bondschaltungen verwendet. Die Rohstoffe sind hauptsächlich organisches Glas (PMMA), Polystyrol (PS) und Polycarbonat (PC). Der Verlust wird durch die inhärente CH-kombinierte Struktur von Kunststoffen begrenzt, im Allgemeinen bis zu mehreren zehn dB pro km. Um den Verlust zu reduzieren, werden Kunststoffe der Fluor-Reihe entwickelt und eingesetzt. Da der Kerndurchmesser der optischen Kunststofffaser 1000 μm beträgt, was 100-mal größer ist als bei der Singlemode-Quarzfaser, ist die Verbindung einfach und lässt sich leicht biegen und konstruieren. In den letzten Jahren hat die Entwicklung von Multimode-Kunststoff-Lichtwellenleitern mit abgestuftem (GI) Brechungsindex mit dem Fortschritt der Breitbandisierung gesellschaftliche Aufmerksamkeit erregt. In letzter Zeit ist die Anwendung im internen LAN des Autos relativ schnell und kann in Zukunft auch im Heim-LAN verwendet werden.
Singlemode-Faser
Singlemode-Faser Darunter versteht man die Faser, die nur eine Ausbreitungsmode in der Arbeitswellenlänge übertragen kann, üblicherweise als Singlemode-Faser (SMF: Single Mode Fiber) bezeichnet. Gegenwärtig ist sie die am weitesten verbreitete optische Faser im Kabelfernsehen und in der optischen Kommunikation. Da der Kern der Faser sehr dünn ist (etwa 10 µm) und der Brechungsindex eine stufenförmige Verteilung aufweist, kann theoretisch nur eine Einmodenübertragung gebildet werden, wenn der normierte Frequenzparameter V kleiner als 2,4 ist. Außerdem hat SMF keine Multimode-Dispersion. Das Übertragungsfrequenzband ist nicht nur breiter als das der Faser mit mehr Mode, sondern auch die Materialdispersion und die strukturelle Dispersion von SMF werden hinzugefügt und ausgeglichen, und seine Synthesecharakteristik bildet zufällig die Eigenschaft der Nulldispersion, was das Übertragungsfrequenzband breiter macht . Bei SMF gibt es viele Typen aufgrund von Unterschieden in Dotierstoffen und Herstellungsverfahren. DePr-essed Clad Fiber (DePr-essed Clad Fiber), ihr Mantel bildet eine Doppelstruktur, und der an den Kern angrenzende Mantel hat einen niedrigeren Brechungsindex als der äußere invertierte Mantel.
Multimode-Faser
Multimode-Faser bezieht sich auf die Faser, bei der die mögliche Ausbreitungsmode der Faser gemäß der Arbeitswellenlänge mehrere Moden ist, die als Multimode-Faser (MMF: MULti ModeFiber) bezeichnet wird. Der Kerndurchmesser beträgt 50μm, und da der Übertragungsmodus im Vergleich zu SMF mehrere Hundert erreichen kann, wird die Übertragungsbandbreite hauptsächlich von der modalen Dispersion dominiert. Historisch wurde es für die Kurzstreckenübertragung in Kabelfernseh- und Kommunikationssystemen verwendet. Seit dem Aufkommen der SMF-Faser scheint sie ein historisches Produkt zu sein. Da MMF jedoch einen größeren Kerndurchmesser als SMF hat und sich leichter mit Lichtquellen wie LEDs kombinieren lässt, hat es in vielen LANs mehr Vorteile. Daher erfährt MMF auch im Bereich der Kurzstreckenkommunikation wieder Aufmerksamkeit. Wenn MMF nach der Brechungsindexverteilung klassifiziert wird, gibt es zwei Typen: den Gradienten-(GI)-Typ und den Stufen-(SI)-Typ. Der Brechungsindex des GI-Typs ist in der Mitte des Kerns am höchsten und nimmt entlang des Mantels allmählich ab. Da die Lichtwelle vom SI-Typ in der optischen Faser reflektiert wird, wird die Zeitdifferenz jedes Lichtwegs erzeugt, was bewirkt, dass die emittierte Lichtwelle verzerrt wird und der Farbschock groß ist. Als Ergebnis wird die Übertragungsbandbreite verengt, und es gibt derzeit weniger MMF-Anwendungen vom SI-Typ.
Dispersionsverschobene Faser
Wenn die Betriebswellenlänge einer Einmodenfaser 1,3 &mgr;m beträgt, beträgt der Modenfelddurchmesser ungefähr 9 &mgr;m und ihr Übertragungsverlust beträgt ungefähr 0,3 dB/km. Zu diesem Zeitpunkt liegt die Nulldispersionswellenlänge genau bei 1,3 pm. Unter den optischen Quarzfasern ist der Übertragungsverlust im 1,55-pm-Abschnitt vom Rohmaterial am geringsten (ungefähr 0,2 dB/km). Da der praktische Erbium-dotierte Faserverstärker (EDFA) im 1,55-PM-Band arbeitet, ist es, wenn in diesem Band eine Null-Dispersion erreicht werden kann, für die Anwendung der Fernübertragung im 1,55-PM-Band förderlicher. Daher kann durch geschicktes Verwenden der zusammengesetzten Offset-Eigenschaften der Dispersion des Quarzmaterials im Fasermaterial und der Dispersion der Kernstruktur die ursprüngliche Null-Dispersion des 1,3 &mgr;m-Abschnitts zum 1,55 &mgr;m-Abschnitt verschoben werden, um eine Null-Dispersion zu bilden. Daher wird sie Dispersion Shifted Fiber (DSF: DispersionShifted Fiber) genannt. Das Verfahren zum Erhöhen der strukturellen Dispersion besteht hauptsächlich darin, die Brechungsindexverteilungsleistung des Kerns zu verbessern. Bei der Fernübertragung der optischen Kommunikation ist eine Nullfaserdispersion wichtig, aber nicht die einzige. Weitere Eigenschaften sind geringe Verluste, einfaches Anschließen, Kabelbildung oder kleine Änderungen der Eigenschaften während der Arbeit (einschließlich der Auswirkungen von Biegung, Dehnung und Umgebungsänderungen). DSF wurde entwickelt, um diese Faktoren umfassend zu berücksichtigen.
Dispersions-Flachfaser
Dispersionsverschobene Faser (DSF) ist eine Singlemode-Faser, die mit null Dispersion im 1,55-PM-Band entwickelt wurde. Die Dispersion Flattened Fiber (DFF: Dispersion Flattened Fiber) hat einen weiten Wellenlängenbereich von 1,3 pm bis 1,55 pm. Die Dispersion kann sehr gering gemacht werden, und die Faser, die eine nahezu Null-Dispersion erreicht, wird als DFF bezeichnet. Denn DFF muss die Streuung im Bereich von 13 bis 13:55 Uhr reduzieren. Für die Brechungsindexverteilung der Lichtleitfaser ist eine komplizierte Auslegung erforderlich. Diese Art von Faser ist jedoch sehr gut für Wellenlängenmultiplex-(WDM)-Leitungen geeignet. Da der Prozess der DFF-Faser komplizierter ist, sind die Kosten höher. In Zukunft werden mit steigender Produktion auch die Preise sinken.
Dispersionskompensationsfaser
Für Trunk-Systeme, die Singlemode-Fasern verwenden, werden die meisten von ihnen unter Verwendung von Fasern ohne Dispersion im 1,3-pm-Band aufgebaut. Jetzt beträgt der kleinste Verlust jedoch 13:55 Uhr. Aufgrund der praktischen Verwendung von EDFA wäre es sehr vorteilhaft, wenn die Wellenlänge von 1,55 pm an einer 1,3 pm Null-Dispersionsfaser betrieben werden kann. Denn in der 1,3-Pm-Zero-Dispersion-Faser beträgt die Dispersion im 1,55-Pm-Band etwa 16 ps/km/nm. Wenn ein Faserabschnitt mit dem entgegengesetzten Vorzeichen der Dispersion in diese optische Faserleitung eingefügt wird, kann die Dispersion der gesamten optischen Leitung zu Null gemacht werden. Die hierfür verwendete Faser heißt Dispersion Compensation Fiber (DCF: DisPersion Compensation Fiber). Verglichen mit der standardmäßigen 1.3pm Zero-Dispersion-Faser hat DCF einen dünneren Kerndurchmesser und einen größeren Brechungsindexunterschied. DCF ist auch ein wichtiger Bestandteil optischer WDM-Leitungen.
Polarisationserhaltende Faser
Die sich in der Lichtleitfaser ausbreitenden Lichtwellen haben die Eigenschaften elektromagnetischer Wellen, so dass es zusätzlich zu der einfachen Lichtwellen-Grundmode im Wesentlichen zwei orthogonale Moden der elektromagnetischen Feldverteilung (TE, TM) gibt. Da die Struktur des Faserabschnitts zirkularsymmetrisch ist, sind im Allgemeinen die Ausbreitungskonstanten der beiden Polarisationsmoden gleich, und die beiden polarisierten Lichter stören sich nicht. Tatsächlich ist die Faser jedoch nicht vollständig kreissymmetrisch. Die Kombinationsfaktoren zwischen den Polarisationsmoden sind auf der optischen Achse unregelmäßig verteilt. Die durch diese Änderung des polarisierten Lichts verursachte Dispersion wird als Polarisationsmodusdispersion (PMD) bezeichnet. Für Kabelfernsehen, das hauptsächlich Bilder verbreitet, sind die Auswirkungen nicht allzu groß, aber für einige Dienste, die in Zukunft besondere Anforderungen an Ultrabreitband stellen, wie zum Beispiel:
① Wenn Heterodyndetektion in kohärenter Kommunikation verwendet wird, wenn die Polarisation von Lichtwellen stabiler sein muss;
②Wenn die Eingangs- und Ausgangseigenschaften optischer Geräte mit der Polarisation zusammenhängen;
③Bei der Herstellung polarisationserhaltender optischer Koppler und Polarisatoren oder Depolarisatoren usw.;
④ Glasfasersensoren herstellen, die Lichtinterferenzen usw. verwenden,
Wenn die Polarisation konstant gehalten werden muss, wird die Faser, die modifiziert wurde, um den Polarisationszustand unverändert zu lassen, als polarisationserhaltende Faser (PMF: Polarisationserhaltende Faser) oder Faser mit fester Polarisation bezeichnet.
Doppelbrechende Faser
Doppelbrechende Faser bezieht sich auf eine Einmodenfaser, die zwei inhärente Polarisationsmoden übertragen kann, die orthogonal zueinander sind. Das Phänomen, dass sich der Brechungsindex mit der Richtung der Ablenkung ändert, wird als Doppelbrechung bezeichnet. Sie wird auch PANDA-Faser genannt, dh polarisationserhaltende UND Absorptions-reduzierende Faser. Es ist in zwei Querrichtungen des Kerns angeordnet, mit einem Glasteil mit großem Wärmeausdehnungskoeffizienten und kreisförmigem Querschnitt. Beim Hochtemperatur-Faserziehverfahren schrumpfen diese Teile, was zu einer Dehnung in y-Richtung des Kerns und gleichzeitig zu einer Druckspannung in x-Richtung führt. Dies führt zu einem photoelastischen Effekt des Fasermaterials und einem Brechungsindexunterschied in X- und Y-Richtung. Nach diesem Prinzip wird der Effekt erzielt, die Polarisation konstant zu halten.
Anti-schlechte Umwelt Faser
Die normale Arbeitsumgebungstemperatur von Glasfasern für die Kommunikation kann zwischen -40 ° C und + 60 ° C liegen, und das Design basiert auch auf der Prämisse, dass sie keiner großen Strahlungsmenge ausgesetzt ist. Im Gegensatz dazu wird die Faser, die auch funktionieren kann, für die niedrigere oder höhere Temperatur und die raue Umgebung, die hohem Druck oder äußerer Kraft ausgesetzt und Strahlung ausgesetzt werden kann, als hart beständige Faser (Hard Condition Resistant Fiber) bezeichnet. Um die Oberfläche des Lichtwellenleiters mechanisch zu schützen, wird im Allgemeinen eine zusätzliche Kunststoffschicht aufgetragen. Mit steigender Temperatur lässt jedoch die Schutzfunktion des Kunststoffs nach, was die Einsatztemperatur einschränkt. Wenn Sie auf hitzebeständige Kunststoffe wie Teflon (Teflon) und andere Harze umsteigen, können Sie bei 300°C arbeiten. Es gibt auch Metalle wie Nickel (Ni) und Aluminium (Al), die auf der Oberfläche von Quarzglas beschichtet sind. Diese Art von Faser wird als hitzebeständige Faser (hitzebeständige Faser) bezeichnet. Außerdem nimmt der optische Verlust zu, wenn die Lichtleitfaser mit Strahlung bestrahlt wird. Denn bei Bestrahlung von Quarzglas treten Strukturfehler (auch Farbzentrum genannt: Farbzentrum) im Glas auf und der Verlust nimmt insbesondere bei der Wellenlänge 0,4～0,7 pm zu. Die Präventionsmethode besteht darin, auf Quarzglas umzusteigen, das mit OH- oder F-Elementen dotiert ist, was die durch Strahlung verursachten Verlustdefekte unterdrücken kann. Diese Art von Faser wird als strahlungsbeständige Faser bezeichnet und wird hauptsächlich in Glasfaserspiegeln für die Überwachung von Kernkraftwerken verwendet.
Hermetisch beschichtete Faser
Um die Langzeitstabilität der mechanischen Festigkeit und des Verlustes der Lichtleitfaser zu erhalten, wird die Glasoberfläche mit anorganischen Materialien wie Siliziumkarbid (SiC), Titankarbid (TiC) und Kohlenstoff (C) beschichtet, um Wasser zu verhindern und Wasserstoff von außen. Diffusion des hergestellten Lichtwellenleiters (HCF Hermetisch beschichtete Faser). Gegenwärtig wird im Produktionsprozess der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) allgemein verwendet, eine Kohlenstoffschicht zu verwenden, um sich mit hoher Geschwindigkeit anzusammeln, um eine ausreichende Dichtwirkung zu erzielen. Diese kohlenstoffbeschichtete optische Faser (CCF) kann das Eindringen externer Wasserstoffmoleküle in die optische Faser effektiv abschneiden. Es wird berichtet, dass es 20 Jahre lang ohne Erhöhung des Verlustes in einer Wasserstoffumgebung bei Raumtemperatur aufrechterhalten werden kann. Natürlich kann sein Ermüdungskoeffizient (Ermüdungsparameter) mehr als 200 erreichen, um das Eindringen von Feuchtigkeit zu verhindern und den Ermüdungsprozess der mechanischen Festigkeit zu verzögern. Daher wird HCF in Systemen verwendet, die eine hohe Zuverlässigkeit in rauen Umgebungen erfordern, wie z. B. optische Unterseekabel.
Carbonbeschichtete Faser
Eine optische Faser, die mit einem Kohlenstofffilm auf der Oberfläche einer optischen Quarzfaser beschichtet ist, wird als Carbon Coated Fiber (CCF: Carbon Coated Fiber) bezeichnet. Der Mechanismus besteht darin, einen dichten Kohlenstofffilm zu verwenden, um die Oberfläche der optischen Faser von der Außenwelt zu isolieren, um den mechanischen Ermüdungsverlust der optischen Faser zu verbessern und den Verlust von Wasserstoffmolekülen zu erhöhen. CCF ist eine Art hermetisch beschichteter optischer Faser (HCF).
Metallbeschichteter Lichtwellenleiter
Metallbeschichtete Faser (metallbeschichtete Faser) ist eine optische Faser, die mit einer Metallschicht wie Ni, Cu, Al usw. auf der Oberfläche der optischen Faser beschichtet ist. Es gibt auch Kunststoffbeschichtungen auf der Außenseite der Metallschicht, um die Wärmebeständigkeit zu verbessern und zum Erregen und Schweißen verfügbar zu sein. Es ist eine der optischen Fasern gegen schlechte Umgebungsbedingungen und kann auch als Bestandteil elektronischer Schaltungen verwendet werden. Frühe Produkte wurden hergestellt, indem geschmolzenes Metall während des Ziehprozesses beschichtet wurde. Da dieses Verfahren einen zu großen Unterschied im Ausdehnungskoeffizienten zwischen Glas und Metall aufweist, erhöht es den geringen Biegeverlust, und die praktische Rate ist nicht hoch. Aufgrund des Erfolgs des verlustarmen nichtelektrolytischen Beschichtungsverfahrens auf der Oberfläche der optischen Glasfaser wurde in letzter Zeit die Leistung stark verbessert.
Mit seltenen Erden dotierte Fasern
Im Faserkern ist die Faser mit Seltenerdelementen wie Er, Nd und Pr dotiert. 1985 entdeckte Payne von der University of Southampton im Vereinigten Königreich erstmals, dass Rare Earth DoPed Fiber (Rare Earth DoPed Fiber) das Phänomen der Laseroszillation und Lichtverstärkung aufweist. Daher wurde seitdem der Schleier der Lichtverstärkung wie Köder enthüllt. Der jetzt praktikable 1,55 pm EDFA besteht darin, eine mit Köder dotierte Singlemode-Faser zu verwenden und einen 1,47 pm Laser zur Anregung zu verwenden, um eine optische Signalverstärkung von 1,55 pm zu erhalten. Darüber hinaus befinden sich fehlerdotierte Fluorid-Faserverstärker (PDFA) in der Entwicklung.
Raman-Faser
Raman-Effekt bedeutet, dass, wenn monochromatisches Licht der Frequenz f in eine Substanz projiziert wird, im Streulicht Streulicht der Frequenz f ± fR und f ± 2fR anders als die Frequenz f erscheint. Dieses Phänomen wird Raman-Effekt genannt. . Denn es entsteht durch den Energieaustausch zwischen der molekularen Bewegung des Stoffes und der Gitterbewegung. Wenn eine Substanz Energie absorbiert, wird die Anzahl der Lichtschwingungen kleiner, und das gestreute Licht wird als Stokes-Linie bezeichnet. Umgekehrt wird das Streulicht, das Energie aus Materie gewinnt und die Anzahl der Schwingungen erhöht, als Anti-Stokes-Linie bezeichnet. Daher spiegelt die Abweichung FR der Schwingungszahl das Energieniveau wider und kann den stoffeigenen Wert anzeigen. Die unter Verwendung dieses nichtlinearen Mediums hergestellte Faser wird Raman-Faser (RF: Raman-Faser) genannt. Um das Licht in dem kleinen Faserkern für die Fernausbreitung einzuschließen, tritt der Wechselwirkungseffekt zwischen Licht und Materie auf, der die Signalwellenform unverzerrt machen und eine Übertragung über große Entfernungen realisieren kann. Wenn das Eingangslicht verstärkt wird, wird kohärentes induziertes Streulicht erhalten. Raman-Faserlaser werden zum Erfassen von Raman-Streulicht verwendet, das als Stromquelle für spektroskopische Messungen und Faserdispersionstests verwendet werden kann. Darüber hinaus wird die induzierte Raman-Streuung in der Fernkommunikation von Glasfasern als optischer Verstärker untersucht.
Exzentrische Faser
Der Kern der Standard-Lichtleitfaser ist in der Mitte des Mantels angeordnet, und die Querschnittsform des Kerns und des Mantels ist konzentrisch. Aufgrund unterschiedlicher Verwendungen gibt es jedoch auch Fälle, in denen Kernposition, Kernform und Mantelform in unterschiedliche Zustände gebracht werden oder der Mantel perforiert wird, um eine speziell geformte Struktur zu bilden. Im Vergleich zu Standard-Lichtwellenleitern werden diese Lichtwellenleiter als speziell geformte Lichtwellenleiter bezeichnet. Exzentrische Kernfaser (Exzentrische Kernfaser), es ist eine Art speziell geformte Faser. Der Kern ist außermittig und nahe der exzentrischen Position der Außenlinie des Mantels angeordnet. Da sich der Kern nahe der Oberfläche befindet, breitet sich ein Teil des Lichtfelds über den Mantel aus (dies wird als evaneszente Welle bezeichnet). Unter Verwendung dieses Phänomens können das Vorhandensein oder Fehlen von anhaftenden Substanzen und Änderungen des Brechungsindex nachgewiesen werden. Exzentrische Faser (ECF) wird hauptsächlich als optischer Fasersensor zur Detektion von Substanzen verwendet. In Kombination mit der Testmethode des optischen Zeitbereichsreflektometers (OTDR) kann er auch als Verteilungssensor verwendet werden.
Leuchtfaser
Verwenden Sie Glasfaser aus fluoreszierendem Material. Es ist ein Teil der Fluoreszenz, die erzeugt wird, wenn sie mit Lichtwellen wie Strahlung, ultravioletten Strahlen usw. bestrahlt wird, die durch Schließen der optischen Faser durch die optische Faser übertragen werden kann. Lumineszierende Faser (Luminescent Fiber) kann verwendet werden, um Strahlung und ultraviolette Strahlen sowie Wellenlängenumwandlung oder als Temperatursensor, chemischer Sensor zu detektieren. Sie wird beim Nachweis von Strahlung auch als Szintillationsfaser bezeichnet. Aus der Sicht von fluoreszierenden Materialien und Dotierung werden optische Kunststofffasern entwickelt.
Mehradrige Faser
Eine normale optische Faser besteht aus einem Kernbereich und einem ihn umgebenden Mantelbereich. Multi Core Fiber hat jedoch mehrere Kerne in einem gemeinsamen Mantelbereich. Durch die Nähe der Kerne zueinander ergeben sich zwei Funktionen. Einer ist, dass der Kernabstand groß ist, das heißt, es gibt keine optische Kopplungsstruktur. Diese Art von Lichtleitfaser kann die Integrationsdichte pro Flächeneinheit der Übertragungsleitung erhöhen. In der optischen Kommunikation können Flachbandkabel mit mehreren Adern hergestellt werden, während in Nicht-Kommunikationsbereichen als Lichtwellenleiter-Bildbündel Tausende von Adern hergestellt werden. Die zweite besteht darin, den Abstand zwischen den Kernen zu verkleinern, was eine Lichtwellenkopplung erzeugen kann. Unter Verwendung dieses Prinzips wird ein Dual-Core-Sensor oder eine optische Schaltungsvorrichtung entwickelt.
Hohlfaser
Die optische Faser wird zu einem hohlen Kern verarbeitet, um einen zylindrischen Raum zu bilden. Die zur Lichtübertragung verwendete Lichtleitfaser wird als Hohlfaser (Hollow Fiber) bezeichnet. Hohle optische Fasern werden hauptsächlich für die Energieübertragung verwendet und können für die Energieübertragung von Röntgen-, Ultraviolett- und Ferninfrarotlicht verwendet werden. Es gibt zwei Arten von Hohlfaserstrukturen: Eine besteht darin, Glas in eine zylindrische Form zu bringen, und die Kern- und Mantelprinzipien sind dieselben wie beim Stufentyp. Nutzen Sie die Totalreflexion des Lichts zwischen Luft und Glas, um sich zu verteilen. Da das meiste Licht verlustfrei in der Luft übertragen werden kann, hat es die Funktion, eine gewisse Distanz zu verbreiten. Die zweite besteht darin, das Reflexionsvermögen der Innenfläche des Zylinders nahe 1 zu bringen, um den Reflexionsverlust zu reduzieren. Um die Reflektivität zu verbessern, wird in die Lampe ein Dielektrikum eingesetzt, um den Verlust im Arbeitswellenlängenbereich zu reduzieren. Beispielsweise kann der Verlust der Wellenlänge 10,6 pm mehrere dB/m erreichen.
Polymer
Je nach Material gibt es anorganische optische Fasern und polymere optische Fasern. Ersteres ist in der Industrie weit verbreitet. Anorganische Glasfasermaterialien werden in zwei Arten unterteilt: Einkomponenten- und Mehrkomponentenmaterialien. Die einzige Komponente ist Quarz, und die wichtigsten Rohstoffe sind Siliziumtetrachlorid, Phosphoroxychlorid und Bortribromid. Seine Reinheit erfordert, dass der Verunreinigungsgehalt von Übergangsmetallionen wie Kupfer, Eisen, Kobalt, Nickel, Mangan, Chrom und Vanadium weniger als 10 ppb beträgt. Außerdem beträgt der OH-Ionenbedarf weniger als 10 ppb. Quarzfasern sind weit verbreitet. Es gibt viele Mehrkomponenten-Rohstoffe, hauptsächlich Siliziumdioxid, Bortrioxid, Natriumnitrat, Thalliumoxid und so weiter. Dieses Material ist noch nicht populär. Die Polymer-Lichtleitfaser ist eine Lichtleitfaser aus transparentem Polymer, die aus einem Faserkernmaterial und einem Mantelmaterial besteht. Das Kernmaterial ist eine Faser aus hochreinem und hochdurchlässigem Polymethylmethacrylat oder Polystyrol und die äußere Schicht ist ein fluorhaltiges Polymer oder organisches Silikonpolymer.
Der optische Verlust von Polymer-Lichtwellenleitern ist relativ hoch. 1982 verwendete Japan Telegraph and Telegraph Company deuteriertes Methylmethacrylat-Polymerfilament als Kernmaterial, und die optische Verlustrate wurde auf 20 dB/km reduziert. Die Eigenschaft von Polymer-Lichtwellenleitern besteht jedoch darin, dass sie große Lichtwellenleiter mit großer numerischer Apertur, hohe Kopplungseffizienz der Lichtquelle, gute Flexibilität, leichte Biegung hat keinen Einfluss auf die Lichtleitfähigkeit, einfache Anordnung und Verbindung, einfach zu verwenden , und niedrige Kosten. Der optische Verlust ist jedoch groß und kann nur auf kurze Distanzen verwendet werden. Glasfaser mit einem optischen Verlust von 10～100dB/km kann Hunderte von Metern übertragen
Polarisationserhaltende Faser
Polarisationserhaltende Faser: Polarisationserhaltende Faser überträgt linear polarisiertes Licht, das in verschiedenen Bereichen der Volkswirtschaft wie Luft- und Raumfahrt, Luftfahrt, Navigation, industrielle Fertigungstechnik und Kommunikation weit verbreitet ist. Bei dem auf optisch kohärenter Detektion basierenden interferometrischen Fasersensor kann die Verwendung einer polarisationserhaltenden Faser sicherstellen, dass die lineare Polarisationsrichtung unverändert bleibt, das kohärente Signal-Rausch-Verhältnis verbessert und eine hochpräzise Messung physikalischer Größen erreicht werden. Als spezielle Art von Glasfaser wird die polarisationserhaltende Faser hauptsächlich in Sensoren wie faseroptischen Gyroskopen, faseroptischen Hydrophonen und faseroptischen Kommunikationssystemen wie DWDM und EDFA verwendet. Da faseroptische Gyroskope und faseroptische Hydrophone in der militärischen Trägheitsnavigation und in Sonaren verwendet werden können, handelt es sich um High-Tech-Produkte, und polarisationserhaltende Fasern sind ihre Kernkomponente, sodass polarisationserhaltende Fasern in die Liste der Embargos gegen China aufgenommen wurden von westlichen Industrieländern. Beim Ziehprozess einer polarisationserhaltenden Faser nimmt aufgrund von innerhalb der Faser erzeugten Strukturdefekten die polarisationserhaltende Leistung ab. Das heißt, wenn linear polarisiertes Licht entlang einer charakteristischen Achse der Faser übertragen wird, wird ein Teil des optischen Signals in ein anderes eingekoppelt. Die charakteristische Achse führt schließlich zu einer Abnahme des Polarisations-Extinktionsverhältnisses des polarisierten Ausgangslichtsignals. Dieser Defekt beeinflusst den Doppelbrechungseffekt in der Faser. In einer polarisationserhaltenden Faser ist der Polarisationszustand des übertragenen Lichts umso besser aufrechtzuerhalten, je stärker der Doppelbrechungseffekt und je kürzer die Wellenlänge ist.
Anwendung und zukünftige Entwicklungsrichtung der polarisationserhaltenden Faser
Polarisationserhaltende Glasfasern werden in den nächsten Jahren eine größere Marktnachfrage haben. Mit der rasanten Entwicklung neuer Technologien in der Welt und der kontinuierlichen Entwicklung neuer Produkte werden sich polarisationserhaltende Glasfasern in folgende Richtungen entwickeln:
(1) Verwenden der neuen Technologie der photonischen Kristallfaser, um eine neue Art von Hochleistungs-Polarisationserhaltungsfaser herzustellen;
(2) Entwicklung einer temperaturadaptiven polarisationserhaltenden optischen Faser, um die Anforderungen der Luft- und Raumfahrt und anderer Bereiche zu erfüllen;
(3) Entwicklung verschiedener mit seltenen Erden dotierter polarisationserhaltender Fasern, um die Anforderungen optischer Verstärker und anderer Geräteanwendungen zu erfüllen;
(4) Entwicklung einer fluoridpolarisationserhaltenden Faser, um die Entwicklung der faseroptischen Interferenztechnologie auf dem Gebiet der Infrarot-Astronomietechnologie zu fördern;
(5) Polarisationserhaltende Faser mit geringer Dämpfung: Mit der kontinuierlichen Verbesserung der Singlemode-Fasertechnologie sind Verlust, Materialdispersion und Wellenleiterdispersion nicht mehr die Hauptfaktoren, die die Faserkommunikation beeinflussen, und die Polarisationsmodendispersion (PMD) von Single- Mode-Faser wurde allmählich zu einer Einschränkung Der schwerwiegendste Engpass bei der Qualität der Glasfaserkommunikation tritt besonders bei Hochgeschwindigkeits-Glasfaserkommunikationssystemen von 10 Gbit/s und mehr auf.
(6) Verwenden des Kerr-Effekts und des Faraday-Rotationseffekts, um polarisierte Lichtvorrichtungen herzustellen.
Darüber hinaus gibt es nach den verschiedenen Faserköpfen: C-Lens. G-Objektiv. Grüne Linse
Falten gängiger Glasfaserspezifikationen
Einzelmodus: 8/125μm, 9/125μm, 10/125μm
Multimode: 50/125μm, europäischer Standard
62,5/125μm, amerikanischer Standard
Industrielle, medizinische und langsame Netzwerke: 100/140μm, 200/230μm
Kunststoff: 98/1000μm, verwendet für die Autosteuerung
