Esant optiniam ryšiui, optinis bangolaidis, reikalingas optiniams signalams perduoti dideliais atstumais{0}}, yra cilindrinis dielektrinis bangolaidis, vadinamas optiniu pluoštu (arba tiesiogoptinio pluošto). Optinis pluoštas yra dielektrinis bangolaidis, veikiantis optiniais dažniais, nukreipdamas šviesos energiją skleisti kryptimi, lygiagrečia jos ašiai.
Optinių skaidulų sandara ir klasifikacija
△Pagrindinis optinio pluošto principas
Optinio pluošto struktūra:
Optinis pluoštas (OF) yra skaidrus dielektrinis pluoštas, naudojamas šviesai nukreipti. Praktiškas optinis pluoštas sudarytas iš kelių skaidrių dielektrinių sluoksnių. Tipinė optinio pluošto struktūra, kaip parodyta 2-1 paveiksle, gali būti suskirstyta į tris sluoksnius: šerdį su didesniu lūžio rodikliu, apvalkalą su mažesniu lūžio rodikliu ir išorinę dangą. Šerdies ir apvalkalo struktūra atitinka šviesos nukreipimo reikalavimus, reguliuojančius šviesos bangų sklidimą išilgai šerdies; danga daugiausia atlieka apsauginę funkciją (kadangi nepraleidžia šviesos, ją galima dažyti įvairiomis spalvomis).
(2-1 pav. Tipinio optinio pluošto struktūra)
(1) Šviesolaidžio šerdis Šviesolaidžio šerdis yra optinio pluošto centre (skersmuo 5–80 µm). Jo sudėtis yra didelio-grynumo silicio dioksidas, į kurį pridėta nedidelių priedų, tokių kaip germanio dioksidas ir fosforo pentoksidas, kiekis. Pridedant šiuos nedidelius priemaišų kiekius, siekiama tinkamai padidinti pluošto šerdies lūžio rodiklį (n). Ryšio optinių skaidulų šerdies skersmuo yra 5–10 µm (vienmodis pluoštas) arba 50–80 µm (daugiamodis pluoštas).
(2) Apdangalas: apvalkalas yra aplink pluošto šerdį (jo skersmuo yra maždaug 125 μm), o jo sudėtis taip pat yra didelio -grynumo silicio dioksidas, kuriame yra labai mažas priedo kiekis. Priedo (pvz., boro trioksido) vaidmuo yra tinkamai sumažinti apvalkalo optinį lūžio rodiklį (n2), kad jis būtų šiek tiek mažesnis už pluošto šerdies lūžio rodiklį. Siekiant patenkinti skirtingus šviesos nukreipimo reikalavimus, apkala gali būti pagaminta kaip vienas sluoksnis arba keli sluoksniai.
(3) Išorinis padengto optinio pluošto sluoksnis yra danga, sudaryta iš akrilato, silikoninės gumos ir nailono, kuri padidina optinio pluošto mechaninį stiprumą ir lankstumą. Danga paprastai skirstoma į pirminę ir antrinę dangą. Antrinė danga yra papildomas termoplastinės medžiagos sluoksnis, padengtas ant pirminės dangos, todėl ji taip pat vadinama apvalkalu. Išorinis padengto optinio pluošto skersmuo paprastai yra apie 1,5 cm.
Šviesolaidžio šerdies storis, šerdies medžiagos lūžio rodiklio pasiskirstymas ir apvalkalo medžiagos lūžio rodiklis turi lemiamą reikšmę optinio pluošto perdavimo charakteristikoms. Dengimo medžiaga dažniausiai yra vienalytė medžiaga su pastoviu lūžio rodikliu. Jei yra keli dengimo sluoksniai, kiekvieno dengimo sluoksnio lūžio rodikliai skiriasi. Pluošto šerdies lūžio rodiklis gali būti vienodas arba gali skirtis išilgai šerdies spindulio r. Todėl šerdies lūžio rodiklio pokyčiui apibūdinti dažniausiai naudojama lūžio rodiklio pasiskirstymo funkcija n (r) išilgai spindulio.
Optinių skaidulų klasifikacija:
Štai paveikslėlio teksto vertimas į anglų kalbą:
"Šiuo metu yra daug optinių skaidulų tipų, tačiau jų klasifikavimo metodai paprastai skirstomi į 4 kategorijas: klasifikacija pagal skaidulų lūžio rodiklio pasiskirstymą, klasifikacija pagal perdavimo režimą, klasifikacija pagal darbinį bangos ilgį ir klasifikacija pagal apvalkalo ir apvalkalo medžiagas. Be to, pagal optinio pluošto komponentų sudėtį, be dažniausiai naudojamo silicio dioksido optinio pluošto, taip pat yra ir plastiko fluorido pluoštas.
(1) Klasifikavimas pagal skaidulų lūžio rodiklio pasiskirstymą: gali būti suskirstytas į laipsniško indekso pluoštą (SIF) ir laipsniško indekso pluoštą (GIF).
1. Žingsnio indekso optinis pluoštas: nurodo pluošto šerdį ir apvalkalo sritį, kur lūžio rodiklio pasiskirstymas yra tolygus, vertė yra pastovi, o lūžio rodiklio pasiskirstymas yra pakopinė{1}}sluoksninė struktūra. Lūžio rodiklio kitimas panašus į žingsnį-. Žingsnio indekso šviesolaidžio lūžio rodiklio pasiskirstymas parodytas 2-2 pav.
Jo lūžio rodiklio pasiskirstymo išraiška yra tokia:
n(r) = {n₁(r Mažiau arba lygus a₁)
{n₂ (a₁< r Mažiau arba lygi a₂)
Step index optinis pluoštas yra ankstyva struktūrinė optinio pluošto forma. Vėliau daugiamodėje šviesolaidinėje skaiduloje jis palaipsniui buvo pakeistas laipsniško indekso optiniu pluoštu (nes graduoto indekso optinis pluoštas gali labai sumažinti modalinę spalvų dispersiją, kurią turi daugiamodis optinis pluoštas). Tačiau vis dar gana įprasta naudoti jį impulsinei šviesai perduoti optinėse skaidulose. Šiuo metu, kai vienmodės -modės šviesolaidis palaipsniui pakeičia daugiamodį šviesolaidį kaip pagrindinį komercinio šviesolaidžio gaminį, pakopinio indekso optinio pluošto struktūra tapo vienintele struktūrine vienmodės-modės šviesolaidžio - forma, ji turi būti panašaus-.
2. Laipsnio indekso optinis pluoštas: reiškia optinį pluoštą, kurio lūžio rodiklio pasiskirstymas kinta priklausomai nuo spindulio r. Didėjant atstumui nuo centro ir palaipsniui mažėjant, spindulys palaipsniui mažėja. Jo variacijos taisyklė paprastai atitinka galios eksponentinę taisyklę. Pasiekus pluošto šerdies ir apvalkalo sąsają, jis sutrumpinamas iki verčių, atitinkančių apvalkalą; apvalkalo srityje jo lūžio rodiklio pasiskirstymas yra vienodas, tai yra n₂. Laipsniško indekso optinio pluošto lūžio rodiklio pasiskirstymas parodytas 2-3 pav.
Jo lūžio rodiklio pasiskirstymas išreiškiamas taip:
"Lygtyje g yra lūžio rodiklio pasiskirstymo skaičius; jis reiškia skirtingas reikšmes esant skirtingam lūžio rodiklio pasiskirstymui; n1 yra lūžio rodiklis pluošto šerdies centre; n₂ yra apvalkalo lūžio rodiklis; a1 yra šerdies spindulys; Δ yra santykinis lūžio rodiklio skirtumas, {{n{}}}} n₂²)/2n1²=(n₁ - n₂)/n1.
Pagrindinė graduoto indekso optinio pluošto intermodalinės sklaidos sumažinimo priežastis yra ta, kad ji sumažina modalinę sklaidą, pailgina perdavimo atstumą ir padidina perdavimo pajėgumą.
(2) Klasifikavimas pagal perdavimo režimą:Galima suskirstyti į kelių režimų pluoštą (MMF) ir vieno režimo skaidulą (SMF). Kaip rodo pavadinimas, daugiamodis optinis pluoštas gali perduoti kelis režimus, o vieno -modo optinis pluoštas gali perduoti tik pagrindinio režimo ir elektrinio lauko režimus. Paprastai manoma, kad naujos kartos perdavimo sprendimuose turėtų dominuoti vienmodė{4}}optinė skaidula, nes jis gali perduoti daug toliau nei daugiamodis optinis pluoštas. Kai perdavimo terpės nuostoliai ir sklaida yra vienodi, informacijos perdavimo pajėgumas po vienmodės moduliacijos{6}} yra daug didesnis nei po daugiamodės moduliacijos.
Esant tam tikroms darbo bangos ilgio sąlygoms, optiniame pluošte yra daug perdavimo režimų, o šie pluošto režimai yra daugiamodės optinės skaidulos. Daugiamodio optinio pluošto modalinis lūžio rodiklis yra maždaug toks pat kaip pluošto šerdies lūžio rodiklis, o režimų skaičius yra maždaug proporcingas V kvadratui (normalizuotas dažnis). Todėl jis taip pat vadinamas graduotu daugiamodiu optiniu pluoštu. Vėliau jis palaipsniui tapo laipsniško indekso optiniu pluoštu.
Esant tam tikroms darbinėms bangos ilgio sąlygoms, jei optiniame pluošte yra tik vienas perdavimo režimas, jis vadinamas vieno -modio optiniu pluoštu. Vienmodė -optinė skaidula gali perduoti tik pagrindinį režimą (ašinį režimą), o perduodant šiuo režimu intermodalinės dispersijos nėra. Palyginti su daugiamodiu šviesolaidžiu su daugybe aukštesnės eilės režimų, tai labai naudinga didelės spartos optinio pluošto ryšio sistemoms.
(3) Klasifikavimas pagal darbinį bangos ilgį: galima suskirstyti į trumpo-bangos optinio pluošto ir ilgojo-bangos optinio pluošto.
1. Trumpo -bangos ilgio optinis pluoštas: pradiniame šviesolaidžio ryšio kūrimo etape dažniausiai naudojamas bangos ilgis buvo 0,6–0,9 μm. Pagrindinė to meto priežastis buvo ta, kad puslaidininkiniai lazeriniai šviesos šaltiniai ir detektoriai, veikiantys šioje bangų ilgio juostoje, buvo gana subrendę, o pagrindinis produktas buvo trumpo -bangos ilgio optinis pluoštas. Šiuo metu jis naudojamas retai.
2. Ilgo -bangos ilgio optinis pluoštas: tęsiant mokslinius tyrimus, šios dvi bangos ilgio juostos, patenkančios į 1,31 μm ir 1,55 μm bangos ilgio juostas, pasižymi mažu nuostoliu, nulinės dispersijos ir minimalių lenkimo nuostolių charakteristikomis. Todėl moksliniai tyrimai palaipsniui perėjo prie šių dviejų bangos ilgių juostų ir atsirado geresnių našumo optinių skaidulų. Praktika įrodė, kad esant 1,0–2,0 μm bangos ilgiams, optinių skaidulų nuostoliai yra mažesni, palyginti su trumpo -bangos ilgio optinėmis skaidulomis.
(4) Ilgo -bangos ilgio optiniai skaidulos ypač tinka ilgo-atstumo, didelės talpos{3}}optinės skaidulos ryšiui dėl savo pranašumų, tokių kaip mažas slopinimas ir platus pralaidumas.
1. Įprastas optinis pluoštas: reiškia optinį pluoštą, kurio pluošto šerdis yra legiruota germaniu, apvalkalas ir šerdies lūžio rodiklio pasiskirstymas yra derinami tam tikru santykiu. Kadangi šio tipo optinis pluoštas pasižymi geromis savybėmis ir yra gana lengvas gaminti, jis išgyveno keletą patobulinimų kartų.
Taip yra dėl didelio medžiagos, kurios žaliava yra germanis, plėtimosi koeficientas. Esant žemai temperatūrai, jis susitrauks ir įtrūks. Atsiras dvigubas įtempių lūžis, kuris padidins optinio pluošto asimetriją.
2. Dispersijos -paslinktas optinis pluoštas: reiškia optinį pluoštą, kuris termiškai apdorojamas po to, kai buvo sumaišytas germaniu, perkeliant nulinį -dispersijos tašką į vieną bangos ilgį, o ne tris ar tris bangos ilgį.
Šio tipo optinio pluošto gamybos procesas yra gana sudėtingas. Tarp jų šerdies skersmuo turi atitikti dopingo laipsnį, kad būtų optimizuotas optinis pluoštas. Todėl jis dar nebuvo plačiai naudojamas“.
