الألياف الضوئية هي اختصار للألياف الضوئية ، وهي ألياف مصنوعة من الزجاج أو البلاستيك ، ويمكن استخدامها كأداة لنقل الضوء. مبدأ الإرسال هو&# 39 ؛ الانعكاس الكلي للضوء&# 39 ؛. اقترح الرئيسان السابقان لجامعة هونغ كونغ الصينية غاو كون وجورج أ.هوكهام فكرة أنه يمكن استخدام الألياف الضوئية لنقل الاتصالات. لهذا السبب ، فاز Gao Kun بجائزة نوبل في الفيزياء لعام 2009.
تقديم
يتم تغليف الألياف الضوئية الصغيرة بغلاف بلاستيكي بحيث يمكن ثنيها دون أن تنكسر. بشكل عام ، يستخدم جهاز الإرسال في أحد طرفي الألياف الضوئية الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) أو شعاع الليزر لنقل نبضات الضوء إلى الألياف الضوئية ، ويستخدم جهاز الاستقبال في الطرف الآخر من الألياف الضوئية عنصرًا حساسًا للضوء كشف البقول.
في الحياة اليومية ، نظرًا لأن فقدان الضوء في الألياف الضوئية أقل بكثير من فقدان الكهرباء في الأسلاك ، تُستخدم الألياف الضوئية لنقل المعلومات لمسافات طويلة.
عادة ما يتم الخلط بين المصطلحين الألياف الضوئية والكابل البصري. يجب تغطية معظم الألياف الضوئية بعدة طبقات من الهياكل الواقية قبل الاستخدام ، وتسمى الكابلات المغطاة الكابلات الضوئية. يمكن للطبقة الواقية والطبقة العازلة على الطبقة الخارجية للألياف الضوئية أن تمنع تلف الألياف الضوئية من البيئة المحيطة ، مثل الماء والنار والصدمات الكهربائية. ينقسم الكبل البصري إلى: ألياف بصرية وطبقة عازلة وطلاء. الألياف الضوئية مشابهة للكابل المحوري ، فيما عدا أنه لا يوجد درع شبكي. يوجد في الوسط اللب الزجاجي الذي ينتشر الضوء من خلاله.
في الألياف متعددة الأوضاع ، يبلغ قطر النواة 50 ميكرومتر و 62.5 ميكرومتر ، وهو ما يعادل تقريبًا سمك شعرة الإنسان. يبلغ قطر نواة الألياف أحادية الوضع من 8 ميكرومتر إلى 10 ميكرومتر. النواة محاطة بغلاف زجاجي مع معامل انكسار أقل من اللب للحفاظ على الضوء داخل القلب. من الخارج سترة بلاستيكية رقيقة لحماية المغلف. عادةً ما يتم تجميع الألياف الضوئية وحمايتها بواسطة غلاف. عادةً ما يكون قلب الألياف عبارة عن أسطوانة مزدوجة المركز متحدة المركز مع مساحة مقطع عرضي صغيرة مصنوعة من زجاج الكوارتز. إنه هش وسهل الكسر ، لذلك هناك حاجة إلى طبقة واقية خارجية.
المبدأ
الضوء وخصائصه
1. الضوء عبارة عن موجة كهرومغناطيسية
نطاق الطول الموجي للضوء المرئي هو 390 ~ 760 نانومتر (نانومتر). الجزء الأكبر من 760 نانومتر هو ضوء الأشعة تحت الحمراء ، والجزء الأصغر من 390 نانومتر عبارة عن ضوء فوق بنفسجي. يتم استخدام الألياف الضوئية في ثلاثة أنواع: 850 نانومتر ، 1310 نانومتر ، 1550 نانومتر.
2. الانكسار والانعكاس والانعكاس الكلي للضوء.
نظرًا لاختلاف سرعة انتشار الضوء في المواد المختلفة ، فعندما ينبعث الضوء من مادة إلى أخرى ، يحدث الانكسار والانعكاس عند السطح البيني بين المادتين. علاوة على ذلك ، تتغير زاوية الضوء المنكسر مع زاوية الضوء الساقط. عندما تصل زاوية الضوء الساقط إلى زاوية معينة أو تتجاوزها ، سيختفي الضوء المنكسر ، وينعكس الضوء الساقط بالكامل ، وهو الانعكاس الكلي للضوء. تحتوي المواد المختلفة على زوايا انكسار مختلفة للضوء الذي له نفس الطول الموجي (أي أن المواد المختلفة لها مؤشرات انكسار مختلفة) ، ونفس المادة لها زوايا انكسار مختلفة للضوء ذي الأطوال الموجية المختلفة. يتم تشكيل اتصالات الألياف الضوئية على أساس المبادئ المذكورة أعلاه.
1. هيكل الألياف الضوئية:
تنقسم الألياف العارية للألياف الضوئية عمومًا إلى ثلاث طبقات: المركز الزجاجي ذو معامل الانكسار العالي (قطر النواة عمومًا 50 أو 62.5 ميكرومتر) ، الوسط هو الكسوة الزجاجية السيليكا ذات معامل الانكسار المنخفض (القطر عمومًا 125 ميكرومتر) ، والجزء الخارجي هو طلاء الراتينج للتقوية. أرضية.
2. فتحة عددية من الألياف الضوئية:
لا يمكن نقل الضوء الساقط على الوجه النهائي للألياف الضوئية بواسطة الألياف الضوئية ، ولكن فقط الضوء الساقط ضمن نطاق زاوية معين. تسمى هذه الزاوية الفتحة العددية للألياف. تعد الفتحة العددية الأكبر للألياف الضوئية مفيدة لتوصيل الألياف الضوئية. الألياف الضوئية التي تنتجها جهات تصنيع مختلفة لها فتحات عددية مختلفة (AT&أمبير ؛ T CORNING).
3. أنواع الألياف الضوئية:
هناك أنواع عديدة من الألياف الضوئية ، وتختلف الوظائف والأداء المطلوب باختلاف الاستخدامات. ومع ذلك ، فإن مبادئ تصميم وتصنيع الألياف الضوئية لتلفزيون الكابل والاتصالات هي نفسها في الأساس ، مثل: ① خسارة صغيرة ؛ ② عرض نطاق معين وتشتت صغير ؛ ③ الأسلاك سهلة. ④ تكامل سهل ؛ ⑤ موثوقية عالية ؛ ⑥ مقارنة التصنيع بسيطة. ⑦ غير مكلف وما إلى ذلك. يتم تلخيص تصنيف الألياف الضوئية بشكل أساسي من طول موجة العمل وتوزيع معامل الانكسار ووضع النقل والمواد الخام وطريقة التصنيع. فيما يلي أمثلة على التصنيفات المختلفة على النحو التالي.
(1) الطول الموجي العامل: الألياف فوق البنفسجية ، والألياف التي يمكن ملاحظتها ، والألياف القريبة من الأشعة تحت الحمراء ، والألياف تحت الحمراء (0.85 ميكرومتر ، 1.3 ميكرومتر ، 1.55 ميكرومتر).
(2) توزيع معامل الانكسار: الألياف من النوع التدريجي (SI) ، والألياف من النوع القريب من الخطوة ، والألياف المصنفة (GI) ، وغيرها (مثل نوع المثلث ، والنوع W ، والنوع المريح ، وما إلى ذلك).
(3) أسلوب النقل: الألياف أحادية النمط (بما في ذلك الألياف التي تحافظ على الاستقطاب والألياف غير المستقطبة التي تحافظ على الاستقطاب) ، والألياف متعددة الأوضاع.
(4) المواد الخام: الألياف الضوئية الكوارتز ، والألياف الضوئية الزجاجية متعددة المكونات ، والألياف الضوئية البلاستيكية ، والألياف الضوئية المركبة (مثل الكسوة البلاستيكية ، والقلب السائل ، وما إلى ذلك) ، ومواد الأشعة تحت الحمراء ، وما إلى ذلك وفقًا لمواد الطلاء ، يمكن تنقسم إلى مواد غير عضوية (كربون ، إلخ) ، مواد معدنية (نحاس ، نيكل ، إلخ) ومواد بلاستيكية.
(5) طرق التصنيع: تشمل عملية التلدين المسبق الترسيب المحوري لطور البخار (VAD) ، وترسيب البخار الكيميائي (CVD) ، وما إلى ذلك ، وتشمل طرق سحب الأسلاك طرق أنبوب الأنابيب وطرق البوتقة المزدوجة.
ألياف السيليكا الضوئية
ألياف السيليكا هي ألياف ضوئية يكون فيها ثاني أكسيد السيليكون (SiO2) هو المادة الخام الرئيسية ، ويتم التحكم في توزيع معامل الانكسار لللب والكسوة وفقًا لكميات المنشطات المختلفة. تتميز الألياف الضوئية لسلسلة الكوارتز (الزجاجية) بخصائص انخفاض استهلاك الطاقة والنطاق العريض ، وتستخدم الآن على نطاق واسع في أنظمة التلفزيون والاتصالات السلكية.
ميزة الألياف البصرية الزجاجية الكوارتز هي خسارة منخفضة. عندما يكون الطول الموجي للضوء 1.0 ～ 1.7 ميكرومتر (حوالي 1.4 ميكرومتر) ، تكون الخسارة 1 ديسيبل / كم فقط ، وأدنى مستوى عند 1.55 ميكرومتر هو 0.2 ديسيبل / كم فقط.
الألياف المشبعة بالفلور
الألياف المخدرة بالفلور هي أحد المنتجات النموذجية لألياف السيليكا. بشكل عام ، في الألياف الضوئية لاتصالات النطاق الموجي 1.3 ميكرومتر ، يكون العامل المتحكم في القلب هو ثاني أكسيد الجرمانيوم (GeO2) ، والكسوة مصنوعة من SiO2. ومع ذلك ، فإن معظم نوى الألياف المرتبطة بالفلور تستخدم SiO2 ، لكن الفلور مخدر في الكسوة. لأن خسارة نثر رايلي هي ظاهرة تشتت الضوء بسبب التغيرات في معامل الانكسار. لذلك ، من المستحسن تكوين منشطات لعوامل تقلب معامل الانكسار ، والأقل هو الأفضل. التأثير الرئيسي للفلور هو تقليل معامل الانكسار لـ SIO2. لذلك ، غالبًا ما يستخدم في تعاطي المنشطات في الكسوة.
بالمقارنة مع الألياف الضوئية للمواد الخام الأخرى ، فإن ألياف الكوارتز الضوئية لها أيضًا طيف واسع من انتقال الضوء من الضوء فوق البنفسجي إلى الضوء القريب من الأشعة تحت الحمراء. بالإضافة إلى أغراض الاتصال ، يمكن استخدامه أيضًا في مجالات مثل دليل الضوء ونقل الصور.
ألياف الأشعة تحت الحمراء
نظرًا لأن الطول الموجي العامل للألياف الضوئية لسلسلة الكوارتز تم تطويره في مجال الاتصال البصري ، على الرغم من استخدامه في مسافة نقل أقصر ، إلا أنه لا يمكن استخدامه إلا في 2 ميكرومتر. لهذا السبب ، يمكن أن تعمل في مجال أطوال موجات الأشعة تحت الحمراء الأطول ، ويطلق على الألياف الضوئية المطورة الألياف الضوئية بالأشعة تحت الحمراء. تستخدم الألياف الضوئية بالأشعة تحت الحمراء بشكل أساسي لنقل الطاقة الضوئية. على سبيل المثال: قياس درجة الحرارة ، نقل الصورة الحرارية ، العلاج الطبي بالمشرط بالليزر ، معالجة الطاقة الحرارية ، إلخ. معدل الاختراق لا يزال منخفضًا.
الألياف المركبة
تتكون الألياف المركبة من المواد الخام SiO2 ، ثم يتم خلط الأكاسيد بشكل مناسب مثل أكسيد الصوديوم (Na2O) وأكسيد البورون (B2O3) وأكسيد البوتاسيوم (K2O) وأكاسيد أخرى لصنع ألياف زجاجية متعددة المكونات ، والتي تتميز بتعدد -زجاج مكون له نقطة تليين أقل من زجاج الكوارتز وفرق كبير في معامل الانكسار بين اللب والكسوة. تستخدم مناظير الألياف الضوئية بشكل رئيسي في الخدمات الطبية.
ألياف الكلوروفلوروكربون
ألياف كلوريد ألياف الفلوريد (ألياف الفلوريد) هي ألياف بصرية مصنوعة من زجاج الفلورايد. يشار إلى مادة الألياف الضوئية هذه أيضًا باسم ZBLAN (أي ، مواد زجاج الفلورايد مثل ZrF2) ، وفلوريد الباريوم (BaF2) ، وفلوريد اللانثانم (LaF3) ، وفلوريد الألومنيوم (AlF3) ، وفلوريد الصوديوم (NaF) مبسطة في اختصار ، يعمل بشكل أساسي في خدمة الإرسال البصري بطول موجي 2 × 10 ميكرومتر. نظرًا لأن ZBLAN لديها إمكانية فقدان ألياف منخفضة للغاية ، فإن تطوير جدوى ألياف الاتصال لمسافات طويلة جاري ، على سبيل المثال: أدنى خسارة نظرية لها ، حيث يمكن أن تصل إلى 10-2 × 10-3 ديسيبل / كم عند طول موجة 3 ميكرومتر ، بينما تتراوح ألياف الكوارتز بين 0.15-0.16 ديسيبل / كم عند 1.55 ميكرومتر. في الوقت الحاضر ، لا يمكن استخدام ألياف ZBLAN إلا عند 2.4 2.7 نظرًا لصعوبة تقليل فقد التشتت. لم يتم بعد استخدام مستشعرات درجة الحرارة ميكرومتر ونقل الصور الحرارية على نطاق واسع. في الآونة الأخيرة ، من أجل استخدام ZBLAN للإرسال لمسافات طويلة ، يتم تطوير مضخم ألياف مغلف بالبراسيوديميوم 1.3 ميكرومتر (PDFA).
ألياف بصرية مغلفة بالبلاستيك
الألياف البلاستيكية المغطاة بالبلاستيك (ألياف مغلفة بالبلاستيك) عبارة عن ألياف من النوع التدريجي يتم فيها استخدام زجاج السيليكا عالي النقاء كقلب ، ويتم استخدام البلاستيك مع معامل انكسار أقل قليلاً من السيليكا ، مثل هلام السيليكا ، كغطاء . بالمقارنة مع ألياف السيليكا ، فهي تتميز بخصائص التأجير الأساسي والفتحة الرقمية العالية (NA). لذلك ، من السهل أن تتحد مع مصدر ضوء الصمام الثنائي الباعث للضوء ، والخسارة صغيرة. لذلك ، فهي مناسبة جدًا لشبكة المنطقة المحلية (LAN) والاتصالات قصيرة المدى.
الألياف البصرية البلاستيكية
هذا هو الألياف الضوئية التي يتكون كل من اللب والغطاء من البلاستيك (البوليمر). تم استخدام المنتجات المبكرة بشكل أساسي في الاتصالات الضوئية للزينة والإضاءة الموجهة بالضوء ودوائر الرابطة الضوئية قصيرة المسافة. المواد الخام هي الزجاج العضوي (PMMA) والبوليسترين (PS) والبولي كربونات (PC). يتم تقييد الخسارة من خلال التركيب الداخلي المشترك لـ CH من البلاستيك ، بشكل عام يصل إلى عشرات ديسيبل لكل كيلومتر. من أجل تقليل الفقد ، يتم تطوير وتطبيق البلاستيك المتسلسل من الفلور. نظرًا لأن القطر الأساسي للألياف الضوئية البلاستيكية هو 1000 ميكرومتر ، وهو أكبر 100 مرة من ألياف الكوارتز أحادية الوضع ، فإن الاتصال بسيط ، ومن السهل الانحناء والتركيب. في السنوات الأخيرة ، مع تقدم النطاق العريض ، حظي تطوير الألياف الضوئية البلاستيكية متعددة الوسائط مع مؤشر الانكسار المتدرج (GI) باهتمام اجتماعي. في الآونة الأخيرة ، أصبح التطبيق سريعًا نسبيًا في الشبكة المحلية الداخلية للسيارة&، ويمكن استخدامه أيضًا في شبكة LAN المنزلية في المستقبل.
الألياف أحادية الوضع
الألياف أحادية الوضع يشير هذا إلى الألياف التي يمكنها فقط نقل نمط انتشار واحد في طول موجة العمل ، والتي يشار إليها عادةً بالألياف أحادية الوضع (SMF: الألياف أحادية الوضع). في الوقت الحاضر ، هي الألياف الضوئية الأكثر استخدامًا في تلفزيون الكابل والاتصالات الضوئية. نظرًا لأن جوهر الألياف رقيق جدًا (حوالي 10 ميكرومتر) ومؤشر الانكسار في توزيع يشبه التدرج ، عندما تكون معلمة التردد الطبيعي V أقل من 2.4 ، من الناحية النظرية ، يمكن تشكيل انتقال أحادي النمط فقط. بالإضافة إلى ذلك ، لا يحتوي SMF على تشتت متعدد الأوضاع. لا يقتصر الأمر على أن نطاق تردد الإرسال أوسع من الألياف ذات الوضع الأكثر ، ولكن أيضًا يتم إضافة وإزاحة تشتت المواد والتشتت الهيكلي لـ SMF ، وتحدث خاصية التوليف الخاصة بها لتشكل خاصية عدم التشتت ، مما يجعل نطاق تردد الإرسال أوسع . في SMF ، هناك العديد من الأنواع بسبب الاختلافات في dopants وطرق التصنيع. الألياف المكسوة DePr-essed (DePr-essed Clad Fiber) ، وتشكل الكسوة بنية مزدوجة ، كما أن الكسوة المجاورة لللب لها معامل انكسار أقل من الكسوة الخارجية المقلوبة.
الألياف متعددة الأوضاع
تشير الألياف متعددة الأوضاع إلى الألياف التي يكون فيها وضع الانتشار المحتمل للألياف عبارة عن أوضاع متعددة وفقًا لطول موجة العمل ، وتسمى الألياف متعددة الأوضاع (MMF: MULti ModeFiber). يبلغ قطر النواة 50 ميكرومتر ، ولأن وضع الإرسال يمكن أن يصل إلى عدة مئات ، مقارنةً بـ SMF ، فإن عرض نطاق الإرسال يهيمن عليه بشكل أساسي التشتت النمطي. تاريخيا ، تم استخدامه للإرسال لمسافات قصيرة في أنظمة التلفزيون والاتصالات السلكية. منذ ظهور ألياف SMF ، يبدو أنها شكلت منتجًا تاريخيًا. ولكن في الواقع ، نظرًا لأن MMF له قطر أساسي أكبر من SMF ويسهل دمجه مع مصادر الضوء مثل LEDs ، فإنه يتمتع بمزايا أكثر في العديد من الشبكات المحلية. لذلك ، لا يزال MMF يحظى بالاهتمام مرة أخرى في مجال الاتصالات قصيرة المدى. عندما يتم تصنيف MMF وفقًا لتوزيع معامل الانكسار ، يوجد نوعان: نوع التدرج (GI) ونوع الخطوة (SI). معامل الانكسار من النوع GI هو الأعلى في مركز اللب ، وينخفض تدريجيًا على طول الكسوة. نظرًا لانعكاس الموجة الضوئية من نوع SI في الألياف الضوئية ، يتم إنشاء الفارق الزمني لكل مسار ضوئي ، مما يتسبب في تشويه موجة الضوء المنبعثة وصدمة اللون كبيرة. نتيجة لذلك ، تم تضييق عرض النطاق الترددي للإرسال ، ويوجد حاليًا عدد أقل من تطبيقات MMF من النوع SI.
تحول تشتت الألياف
عندما يكون الطول الموجي التشغيلي للألياف أحادية النمط 1.3Pm ، يكون قطر حقل النمط حوالي 9Pm ، وخسارة الإرسال حوالي 0.3dB / km. في هذا الوقت ، الطول الموجي الذي لا تشتت فيه هو بالضبط 1.3pm. من بين ألياف الكوارتز الضوئية ، فإن خسارة الإرسال في قسم 1.55pm هي الأصغر (حوالي 0.2 ديسيبل / كم) من المادة الخام. نظرًا لأن مضخم الألياف المشبعة بالإربيوم العملي (EDFA) يعمل في النطاق 1.55pm ، إذا كان من الممكن تحقيق تشتت صفر في هذا النطاق ، فسيكون ذلك أكثر ملاءمة لتطبيق الإرسال لمسافات طويلة في النطاق 1.55pm. لذلك ، من خلال استخدام خصائص الإزاحة المركبة بذكاء لتشتت مادة الكوارتز في مادة الألياف وتشتت البنية الأساسية ، يمكن تحويل التشتت الصفري الأصلي لقسم 1.3Pm إلى قسم 1.55pm لتشكيل تشتت صفري. لذلك ، يُطلق عليه اسم الألياف المحولة المشتتة (DSF: الألياف المشتتة المنقولة). تتمثل طريقة زيادة التشتت الهيكلي بشكل أساسي في تحسين أداء توزيع معامل الانكسار للنواة. في نقل الاتصالات الضوئية لمسافات طويلة ، يعد تشتت الألياف الصفري أمرًا مهمًا ، ولكنه ليس الوحيد. تشمل الخصائص الأخرى الخسارة المنخفضة ، وسهولة التوصيل ، وتشكيل الكابلات أو تغييرات طفيفة في الخصائص أثناء العمل (بما في ذلك تأثيرات الانحناء والتمدد والتغيرات البيئية). تم تصميم DSF للنظر في هذه العوامل بشكل شامل.
تشتت الألياف المسطحة
الألياف المزاحة بالتشتت (DSF) هي ألياف أحادية النمط مصممة بدون تشتت في النطاق 1.55pm. الألياف المسطحة المشتتة (DFF: الألياف المسطحة المشتتة) لها نطاق واسع من الطول الموجي من 1.3Pm إلى 1.55pm. يمكن أن يكون التشتت منخفضًا جدًا ، وتسمى الألياف التي تحقق تشتتًا صفريًا تقريبًا DFF. لأن DFF يجب أن يقلل التشتت في نطاق 1.3pm إلى 1.55pm. من الضروري تنفيذ تصميم معقد لتوزيع معامل الانكسار للألياف الضوئية. ومع ذلك ، فإن هذا النوع من الألياف مناسب جدًا لخطوط مضاعفة تقسيم الطول الموجي (WDM). نظرًا لأن عملية ألياف DFF أكثر تعقيدًا ، فإن التكلفة تكون أكثر تكلفة. في المستقبل ، مع زيادة الإنتاج ، ستنخفض الأسعار أيضًا.
ألياف تعويض التشتت
بالنسبة لأنظمة الجذع التي تستخدم ألياف أحادية الوضع ، يتم تصنيع معظمها باستخدام ألياف بدون تشتت في النطاق 1.3 مساءً. ومع ذلك ، فإن أصغر خسارة الآن هي 1.55 مساءً. نظرًا للاستخدام العملي لـ EDFA ، سيكون من المفيد جدًا تشغيل الطول الموجي 1.55pm على ألياف خالية من التشتت 1.3pm. لأنه في الألياف ذات التشتت الصفري 1.3Pm ، يكون التشتت في النطاق 1.55Pm حوالي 16ps / km / nm. إذا تم إدخال جزء من الألياف مع الإشارة المعاكسة للتشتت في خط الألياف الضوئية هذا ، يمكن جعل تشتت الخط البصري بأكمله صفرًا. تسمى الألياف المستخدمة لهذا الغرض ألياف تعويض التشتت (DCF: ألياف Compe-nsation للتشتت). بالمقارنة مع الألياف القياسية بدون تشتت 1.3pm ، فإن DCF له قطر نواة أرق وفرق أكبر في معامل الانكسار. DCF هو أيضًا جزء مهم من الخطوط البصرية لـ WDM.
استقطاب يحافظ على الألياف
تتميز موجات الضوء المنتشرة في الألياف الضوئية بخصائص الموجات الكهرومغناطيسية ، لذلك بالإضافة إلى الوضع الأساسي لموجة الضوء المفردة ، يوجد أساسًا وضعان متعامدان لتوزيع المجال الكهرومغناطيسي (TE ، TM). بشكل عام ، نظرًا لأن بنية قسم الألياف متناظرة دائريًا ، فإن ثوابت الانتشار في وضعي الاستقطاب متساوية ، ولا يتداخل الضوءان المستقطبان مع بعضهما البعض. ومع ذلك ، في الواقع ، الألياف ليست متناظرة دائريًا تمامًا. يتم توزيع عوامل الجمع بين أوضاع الاستقطاب بشكل غير منتظم على المحور البصري. يسمى التشتت الناجم عن هذا التغيير في الضوء المستقطب تشتت وضع الاستقطاب (PMD). بالنسبة إلى تلفزيون الكابل ، الذي يوزع الصور بشكل أساسي ، فإن التأثير ليس كبيرًا جدًا ، ولكن بالنسبة لبعض الخدمات التي لها متطلبات خاصة للنطاق العريض جدًا في المستقبل ، مثل:
① عند استخدام الكشف عن التغاير في اتصال متماسك ، عندما يكون استقطاب الموجة الضوئية مطلوبًا ليكون أكثر استقرارًا ؛
② عندما ترتبط خصائص المدخلات والمخرجات للمعدات البصرية بالاستقطاب ؛
③ عند صنع المقرنات الضوئية والمستقطبات أو مزيلات الاستقطاب ، وما إلى ذلك ؛
④ اصنع مستشعرات الألياف الضوئية التي تستخدم تداخل الضوء ، وما إلى ذلك ،
عندما يكون الاستقطاب مطلوبًا للحفاظ على ثباته ، فإن الألياف التي تم تعديلها لجعل حالة الاستقطاب دون تغيير تسمى ألياف الحفاظ على الاستقطاب (PMF: الاستقطاب الحفاظ على الألياف) ، أو الألياف الثابتة الاستقطاب.
ألياف ثنائية الانكسار
تشير الألياف ثنائية الانعطاف إلى ألياف أحادية الوضع يمكنها نقل وضعي استقطاب متأصلين متعامدين مع بعضهما البعض. تسمى ظاهرة اختلاف معامل الانكسار مع اتجاه الانحراف بالانكسار. يطلق عليه أيضًا ألياف PANDA ، أي ألياف الاستقطاب - صيانة - والألياف التي تقلل الامتصاص. يتم ترتيبه في اتجاهين مستعرضين لللب ، مع جزء زجاجي مع معامل تمدد حراري كبير وقسم عرضي دائري. في عملية سحب الألياف ذات درجة الحرارة العالية ، تتقلص هذه الأجزاء ، مما يؤدي إلى التمدد في الاتجاه y للنواة ، وفي نفس الوقت الضغط الانضغاطي في الاتجاه x. ينتج عن هذا تأثير مرن ضوئي لمادة الألياف ، واختلاف في معامل الانكسار في اتجاه X واتجاه y. وفقًا لهذا المبدأ ، يتحقق تأثير الحفاظ على الاستقطاب ثابتًا.
ألياف مكافحة البيئة السيئة
يمكن أن تتراوح درجة حرارة بيئة العمل العادية للألياف الضوئية للاتصالات بين -40 درجة مئوية و 60 درجة مئوية ، كما يعتمد التصميم أيضًا على فرضية عدم تعرضها لكمية كبيرة من الإشعاع. في المقابل ، بالنسبة لدرجة الحرارة المنخفضة أو درجة الحرارة الأعلى والبيئة القاسية التي يمكن أن تتعرض لضغط عالٍ أو قوة خارجية ، وتتعرض للإشعاع ، تسمى الألياف التي يمكنها العمل أيضًا الألياف المقاومة للحالة الصلبة (الألياف المقاومة للحالة الصلبة). بشكل عام ، من أجل حماية سطح الألياف الضوئية ميكانيكيًا ، يتم طلاء طبقة إضافية من البلاستيك. ومع ذلك ، مع ارتفاع درجة الحرارة ، تقل وظيفة الحماية للبلاستيك ، مما يحد من درجة حرارة الاستخدام. إذا قمت بالتبديل إلى مواد بلاستيكية مقاومة للحرارة ، مثل Teflon (Teflon) وراتنجات أخرى ، فيمكنك العمل عند 300 درجة مئوية. هناك أيضًا معادن مثل النيكل (Ni) والألمنيوم (Al) المطلية على سطح زجاج الكوارتز. يسمى هذا النوع من الألياف بالألياف المقاومة للحرارة (الألياف المقاومة للحرارة). بالإضافة إلى ذلك ، عندما يتم تشعيع الألياف الضوئية بالإشعاع ، سيزداد الفقد البصري. هذا لأنه عندما يتعرض زجاج الكوارتز للإشعاع ، ستظهر العيوب الهيكلية (تسمى أيضًا مركز اللون: مركز اللون) في الزجاج ، وسيزداد الفقد خاصة عند الطول الموجي 0.4 0.7pm. تتمثل طريقة الوقاية في التحول إلى زجاج الكوارتز المخدر بعنصر OH أو F ، والذي يمكن أن يقمع عيوب الخسارة الناجمة عن الإشعاع. يسمى هذا النوع من الألياف بالألياف المقاومة للإشعاع ، ويستخدم في الغالب في مرايا الألياف الضوئية لمراقبة محطة الطاقة النووية.
الألياف المغلفة المحكم
من أجل الحفاظ على الاستقرار طويل المدى للقوة الميكانيكية وفقدان الألياف الضوئية ، يتم طلاء السطح الزجاجي بمواد غير عضوية مثل كربيد السيليكون (SiC) وكربيد التيتانيوم (TiC) والكربون (C) لمنع الماء والهيدروجين من الخارج. انتشار الألياف الضوئية المصنعة (ألياف مغلفة بشكل محكم HCF). في الوقت الحاضر ، يتم استخدامه بشكل شائع في عملية إنتاج ترسيب البخار الكيميائي (CVD) لاستخدام طبقة الكربون للتراكم بسرعة عالية لتحقيق تأثير مانع للتسرب كافٍ. يمكن لهذه الألياف الضوئية المغلفة بالكربون (CCF) أن تقطع بشكل فعال تداخل الألياف الضوئية من جزيئات الهيدروجين الخارجية. يُذكر أنه يمكن الحفاظ عليه لمدة 20 عامًا دون زيادة الخسارة في بيئة الهيدروجين في درجة حرارة الغرفة. بالطبع ، يمكن أن يصل معامل التعب الخاص بها (معلمة التعب) إلى أكثر من 200 في منع تسرب الرطوبة وتأخير عملية إجهاد القوة الميكانيكية. لذلك ، يتم استخدام HCF في الأنظمة التي تتطلب موثوقية عالية في البيئات القاسية ، مثل الكابلات البصرية البحرية.
ألياف مغلفة بالكربون
تسمى الألياف الضوئية المطلية بفيلم كربون على سطح ألياف الكوارتز الضوئية بالألياف الكربونية المطلية (CCF: ألياف مغلفة بالكربون). تتمثل الآلية في استخدام فيلم كربون كثيف لعزل سطح الألياف الضوئية عن العالم الخارجي لتحسين فقدان التعب الميكانيكي للألياف الضوئية وزيادة فقد جزيئات الهيدروجين. CCF هو نوع من الألياف الضوئية المغلفة المحكم (HCF).
ألياف بصرية مغلفة بالمعدن
الألياف المعدنية المطلية (الألياف المعدنية المطلية) هي ألياف بصرية مطلية بطبقة معدنية مثل Ni و Cu و Al وما إلى ذلك على سطح الألياف الضوئية. توجد أيضًا طلاءات بلاستيكية على السطح الخارجي للطبقة المعدنية بغرض تحسين مقاومة الحرارة وتكون متاحة للتنشيط واللحام. إنه أحد الألياف الضوئية المضادة للبيئة السيئة ، ويمكن استخدامه أيضًا كعنصر من مكونات الدوائر الإلكترونية. تم تصنيع المنتجات المبكرة عن طريق طلاء المعدن المنصهر أثناء عملية الرسم. نظرًا لأن هذه الطريقة بها فرق كبير في معامل التمدد بين الزجاج والمعدن ، فإنها ستزيد من خسارة الانحناء الصغيرة ، والمعدل العملي ليس مرتفعًا. في الآونة الأخيرة ، نظرًا لنجاح طريقة الطلاء غير الإلكتروليتي منخفضة الفاقد على سطح الألياف الضوئية الزجاجية ، فقد تم تحسين الأداء بشكل كبير.
الألياف الأرضية النادرة مخدر
في قلب الألياف ، يتم تخدير الألياف بعناصر أرضية نادرة مثل Er و Nd و Pr. في عام 1985 ، اكتشف باين من جامعة ساوثهامبتون في المملكة المتحدة لأول مرة أن الألياف الأرضية النادرة DoPed Fiber (Rare Earth DoPed Fiber) لديها ظاهرة تذبذب الليزر وتضخيم الضوء. لذلك ، منذ ذلك الحين ، تم الكشف عن حجاب تضخيم الضوء مثل الطعم. 1.55pm EDFA العملي الآن هو استخدام ألياف أحادية الوضع مخدرة بالطعم واستخدام ليزر 1.47pm للإثارة للحصول على تضخيم إشارة ضوئية 1.55pm. بالإضافة إلى ذلك ، مضخمات ألياف الفلوريد المشبعة بالخطأ (PDFA) قيد التطوير.
ألياف رامان
يعني تأثير رامان أنه عندما يُسقط ضوء أحادي اللون للتردد f في مادة ، فإن الضوء المتناثر بتردد f ± fR و f ± 2fR بخلاف التردد f سيظهر في الضوء المتناثر. هذه الظاهرة تسمى تأثير رامان. . لأنه ينتج عن تبادل الطاقة بين الحركة الجزيئية للمادة والحركة الشبكية. عندما تمتص مادة ما الطاقة ، يصبح عدد اهتزازات الضوء أصغر ، ويطلق على الضوء المتناثر اسم خط ستوكس. على العكس من ذلك ، فإن الضوء المتناثر الذي يحصل على الطاقة من المادة ويزيد من عدد الاهتزازات يسمى خط مضاد ستوكس. لذلك ، يعكس الانحراف FR لرقم الاهتزاز مستوى الطاقة ويمكن أن يُظهر القيمة الكامنة في المادة. تسمى الألياف المصنوعة باستخدام هذا الوسيط غير الخطي ألياف رامان (RF: ألياف رامان). من أجل حصر الضوء في قلب الألياف الصغيرة للانتشار لمسافات طويلة ، سيظهر تأثير التفاعل بين الضوء والمادة ، مما قد يجعل شكل موجة الإشارة غير مشوه ويحقق انتقالًا لمسافات طويلة. عندما يتم تحسين ضوء الإدخال ، سيتم الحصول على ضوء متناثر مستحث متماسك. تُستخدم ليزرات ألياف رامان لاستشعار الضوء المبعثر لرامان ، والذي يمكن استخدامه كمصادر طاقة للقياس الطيفي واختبار تشتت الألياف. بالإضافة إلى ذلك ، فإن تشتت رامان المستحث ، في الاتصالات طويلة المدى للألياف الضوئية ، قيد الدراسة كمضخم ضوئي.
ألياف غريب الأطوار
يتم وضع لب الألياف الضوئية القياسية في وسط الكسوة ، ويكون شكل المقطع العرضي للقلب والكسوة متحدة المركز. ومع ذلك ، نظرًا لاستخدامات مختلفة ، هناك أيضًا حالات يتم فيها وضع الموضع الأساسي والشكل الأساسي وشكل الكسوة في حالات مختلفة أو تكون الكسوة مثقبة لتشكيل بنية ذات شكل خاص. بالمقارنة مع الألياف الضوئية القياسية ، تسمى هذه الألياف الضوئية الألياف الضوئية ذات الشكل الخاص. الألياف الأساسية غير المركزية (الألياف الأساسية غير المركزية) ، هي نوع من الألياف ذات الشكل الخاص. تم وضع اللب بعيدًا عن المركز وقريبًا من الموضع اللامركزي للخط الخارجي للكسوة. نظرًا لأن اللب قريب من السطح ، سينتشر جزء من حقل الضوء فوق الكسوة (تسمى هذا باسم الموجة الزائدة). باستخدام هذه الظاهرة ، يمكن الكشف عن وجود أو عدم وجود مواد ملحقة والتغيرات في معامل الانكسار. تُستخدم الألياف غير المركزية (ECF) بشكل أساسي كمستشعر للألياف الضوئية للكشف عن المواد. إلى جانب طريقة اختبار مقياس انعكاس المجال الزمني البصري (OTDR) ، يمكن استخدامه أيضًا كمستشعر توزيع.
ألياف مضيئة
استخدم الألياف الضوئية المصنوعة من مادة الفلورسنت. إنه جزء من الفلورة المتولدة عندما يتم تشعيعها بواسطة موجات ضوئية مثل الإشعاع والأشعة فوق البنفسجية وما إلى ذلك ، والتي يمكن أن تنتقل عبر الألياف الضوئية عن طريق إغلاق الألياف الضوئية. يمكن استخدام الألياف المضيئة (Luminescent Fiber) للكشف عن الإشعاع والأشعة فوق البنفسجية ، وكذلك تحويل الطول الموجي ، أو كمستشعر لدرجة الحرارة ، أو جهاز استشعار كيميائي. ويسمى أيضًا بالألياف المتلألئة في الكشف عن الإشعاع. من منظور المواد الفلورية والمنشطات ، يتم تطوير الألياف البصرية البلاستيكية.
ألياف متعددة النواة
تتكون الألياف الضوئية العادية من منطقة أساسية ومنطقة تكسية تحيط بها. ومع ذلك ، فإن Multi Core Fiber لها نوى متعددة في منطقة تكسية مشتركة. بسبب قرب النوى من بعضها البعض ، هناك وظيفتان. أحدهما هو أن التباعد الأساسي كبير ، أي لا يوجد هيكل اقتران بصري. يمكن لهذا النوع من الألياف الضوئية أن يزيد من كثافة التكامل لكل وحدة مساحة لخط النقل. في الاتصالات الضوئية ، يمكن تصنيع كبلات الشريط ذات النوى المتعددة ، بينما في المجالات غير المتصلة ، مثل حزم صور الألياف الضوئية ، يتم تصنيع الآلاف من النوى. والثاني هو جعل المسافة بين النوى قريبة ، مما ينتج عنه اقتران الموجة الضوئية. باستخدام هذا المبدأ ، يتم تطوير مستشعر ثنائي النواة أو جهاز دائرة ضوئية.
الألياف المجوفة
تتكون الألياف الضوئية من قلب مجوف لتشكيل فراغ أسطواني. تسمى الألياف الضوئية المستخدمة في نقل الضوء بالألياف المجوفة (الألياف المجوفة). تستخدم الألياف الضوئية المجوفة بشكل أساسي لنقل الطاقة ، ويمكن استخدامها في نقل الطاقة الضوئية بالأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء البعيدة. هناك نوعان من هياكل الألياف المجوفة: الأول هو صنع الزجاج على شكل أسطواني ، ومبادئ اللب والكسوة هي نفسها تلك الخاصة بنوع الخطوة. استخدم الانعكاس الكلي للضوء بين الهواء والزجاج للانتشار. نظرًا لأن معظم الضوء يمكن أن ينتقل في الهواء دون ضياع ، فإن له وظيفة الانتشار لمسافة معينة. والثاني هو جعل انعكاس السطح الداخلي للأسطوانة قريبًا من 1 ، لتقليل فقد الانعكاس. من أجل تحسين الانعكاسية ، يتم وضع عازل في المصباح لتقليل الخسارة في نطاق الطول الموجي العامل. على سبيل المثال ، يمكن أن يصل فقدان الطول الموجي 10.6pm إلى عدة ديسيبل / م.
بوليمر
وفقًا للمادة ، توجد ألياف بصرية غير عضوية وألياف ضوئية بوليمرية. الأول يستخدم على نطاق واسع في الصناعة. تنقسم مواد الألياف الضوئية غير العضوية إلى نوعين: مكون واحد ومتعدد المكونات. المكون الوحيد هو الكوارتز ، والمواد الخام الرئيسية هي رباعي كلوريد السيليكون ، أوكسي كلوريد الفوسفور ، وثلاثي بروميد البورون. يتطلب نقائها أن يكون محتوى الشوائب من أيونات المعادن الانتقالية مثل النحاس والحديد والكوبالت والنيكل والمنغنيز والكروم والفاناديوم أقل من 10 جزء في البليون. بالإضافة إلى ذلك ، فإن متطلبات OH-ion أقل من 10ppb. تم استخدام ألياف الكوارتز على نطاق واسع. هناك العديد من المواد الخام متعددة المكونات ، وخاصة ثاني أكسيد السيليكون ، وثلاثي أكسيد البورون ، ونترات الصوديوم ، وأكسيد الثاليوم ، وما إلى ذلك. هذه المادة ليست شائعة بعد. الألياف الضوئية للبوليمر هي ألياف بصرية مصنوعة من بوليمر شفاف ، والتي تتكون من مادة ليفية أساسية ومادة غمد. المادة الأساسية عبارة عن ألياف مصنوعة من بولي ميثيل ميثاكريلات أو بوليسترين عالي النقاء وعالي الإرسال ، والطبقة الخارجية عبارة عن بوليمر يحتوي على الفلور أو بوليمر سيليكون عضوي.
الفقد البصري للألياف الضوئية للبوليمر مرتفع نسبيًا. في عام 1982 ، استخدمت Japan Telegraph and Telegraph Company فتيل ميثيل ميثاكريلات بوليمر منزوع الدهن كمادة أساسية ، وتم تقليل معدل الفقد البصري إلى 20 ديسيبل / كم. ومع ذلك ، فإن خاصية الألياف الضوئية البوليمرية هي أنها يمكن أن تصنع حجمًا كبيرًا ، وأليافًا ضوئية ذات فتحة رقمية كبيرة ، وكفاءة اقتران عالية لمصدر الضوء ، ومرونة جيدة ، وانحناء طفيف لا يؤثر على قدرة توجيه الضوء ، وسهولة الترتيب والترابط ، وسهولة الاستخدام ، ومنخفضة التكلفة. ومع ذلك ، فإن الفقد البصري كبير ، ولا يمكن استخدامه إلا في مسافات قصيرة. يمكن للألياف الضوئية ذات الفقد البصري البالغ 10 100 ديسيبل / كم أن ترسل مئات الأمتار
استقطاب الحفاظ على الألياف
الألياف التي تحافظ على الاستقطاب: ينقل الاستقطاب الذي يحافظ على الألياف الضوء المستقطب خطيًا ، والذي يستخدم على نطاق واسع في مختلف مجالات الاقتصاد الوطني مثل الفضاء والطيران والملاحة وتكنولوجيا التصنيع الصناعي والاتصالات. في مستشعر الألياف المتداخل المستند إلى الكشف البصري المتماسك ، يمكن أن يضمن استخدام الألياف المحافظة على الاستقطاب بقاء اتجاه الاستقطاب الخطي دون تغيير ، وتحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء المتماسكة ، وتحقيق قياس عالي الدقة للكميات المادية. كنوع خاص من الألياف الضوئية ، تُستخدم ألياف الحفاظ على الاستقطاب بشكل أساسي في أجهزة الاستشعار مثل جيروسكوبات الألياف البصرية ، والهيدروفونات الليفية البصرية ، وأنظمة اتصالات الألياف البصرية مثل DWDM و EDFA. نظرًا لأنه يمكن استخدام جيروسكوبات الألياف الضوئية وهيدروفونات الألياف الضوئية في الملاحة العسكرية بالقصور الذاتي والسونار ، فهي منتجات عالية التقنية ، والألياف التي تحافظ على الاستقطاب هي مكونها الأساسي ، لذلك تم إدراج الألياف التي تحافظ على الاستقطاب في قائمة الحظر المفروض على الصين من قبل الدول الغربية المتقدمة. في عملية سحب ألياف الحفاظ على الاستقطاب ، بسبب العيوب الهيكلية المتولدة داخل الألياف ، سينخفض أداء الحفاظ على الاستقطاب. أي عندما ينتقل الضوء المستقطب خطيًا على طول محور مميز للألياف ، سيتم ربط جزء من الإشارة الضوئية بآخر. ينتج عن المحور المميز في النهاية انخفاض في نسبة انقراض الاستقطاب لإشارة الضوء المستقطب الناتج. يؤثر هذا العيب على تأثير الانكسار في الألياف. في الاستقطاب الذي يحافظ على الألياف ، كلما كان تأثير الانكسار أقوى وكلما كان الطول الموجي أقصر ، كان من الأفضل الحفاظ على حالة الاستقطاب للضوء المرسل.
اتجاه التطبيق والتطوير المستقبلي للاستقطاب الحفاظ على الألياف
سيكون للألياف الضوئية التي تحافظ على الاستقطاب طلبًا أكبر في السوق في السنوات القليلة القادمة. مع التطور السريع للتقنيات الجديدة في العالم والتطور المستمر للمنتجات الجديدة ، ستتطور الألياف الضوئية التي تحافظ على الاستقطاب في الاتجاهات التالية:
(1) استخدام التكنولوجيا الجديدة للألياف الكريستالية الضوئية لتصنيع نوع جديد من الألياف عالية الأداء للحفاظ على الاستقطاب ؛
(2) تطوير الألياف الضوئية المتكيفة مع درجات الحرارة للحفاظ على الاستقطاب لتلبية متطلبات الفضاء والمجالات الأخرى ؛
(3) تطوير العديد من الألياف النادرة المخدرة للحفاظ على الاستقطاب لتلبية احتياجات المكبرات الضوئية وتطبيقات الأجهزة الأخرى ؛
(4) تطوير ألياف تحافظ على استقطاب الفلورايد لتعزيز تطوير تكنولوجيا تداخل الألياف البصرية في مجال تكنولوجيا علم الفلك بالأشعة تحت الحمراء ؛
(5) الألياف منخفضة التوهين التي تحافظ على الاستقطاب: مع التحسين المستمر لتقنية الألياف أحادية النمط ، لم تعد الفقد ، وتشتت المواد ، وتشتت الدليل الموجي من العوامل الرئيسية التي تؤثر على اتصالات الألياف ، وتشتت وضع الاستقطاب (PMD) للألياف المفردة أصبح وضع الألياف تدريجياً قيدًا. أخطر عنق الزجاجة لجودة اتصالات الألياف الضوئية بارز بشكل خاص في أنظمة اتصالات الألياف الضوئية عالية السرعة التي تبلغ 10 جيجابت / ثانية وما فوق.
(6) استخدام تأثير كير وتأثير دوران فاراداي لتصنيع أجهزة الإضاءة المستقطبة.
بالإضافة إلى ذلك ، وفقًا لرؤوس الألياف المختلفة ، هناك: C-Lens. جي لينس. عدسة خضراء
طي المواصفات المشتركة للألياف الضوئية
الوضع الفردي: 8 / 125μm ، 9 / 125μm ، 10 / 125μm
متعدد الأوضاع: 50 / 125μm ، المعيار الأوروبي
62.5 / 125μm ، المعيار الأمريكي
الشبكات الصناعية والطبية ومنخفضة السرعة: 100/140 μm، 200/230 μm
البلاستيك: 98 / 1000μm ، يستخدم للتحكم في السيارات
