✖


Jump to content

Оптическое волокно

Пучок оптических волокон
Волоконно-оптический аудиокабель TOSLINK с красным светом на одном конце.

Оптическое волокно или оптическое волокно — это гибкое стеклянное или пластиковое волокно , способное передавать свет. [а] от одного конца до другого. Такие волокна находят широкое применение в оптоволоконной связи , где они обеспечивают передачу на большие расстояния и с более высокой пропускной способностью (скоростью передачи данных), чем электрические кабели. используются волокна Вместо металлических проводов , поскольку сигналы проходят по ним с меньшими потерями и невосприимчивы к электромагнитным помехам . [1] Волокна также используются для освещения и визуализации и часто свёрнуты в жгуты, чтобы их можно было использовать для передачи света в ограниченное пространство или изображения из него, как в случае с фиброскопом . [2] Специально разработанные волокна также используются для множества других применений, таких как волоконно-оптические датчики и волоконные лазеры . [3]

Стеклянные оптические волокна обычно изготавливаются путем вытягивания , тогда как пластиковые волокна могут быть изготовлены либо путем вытягивания, либо путем экструзии . [4] [5] Оптические волокна обычно имеют сердцевину , окруженную прозрачным материалом оболочки с более низким показателем преломления . Свет удерживается в сердцевине благодаря явлению полного внутреннего отражения , которое заставляет волокно действовать как волновод . [6] Волокна, которые поддерживают множество путей распространения или поперечных мод, называются многомодовыми волокнами , а те, которые поддерживают одну моду, называются одномодовыми волокнами (SMF). [7] Многомодовые волокна обычно имеют более широкий диаметр сердцевины. [8] и используются для линий связи на короткие расстояния и для приложений, где необходимо передавать большую мощность. [9] Одномодовые волокна используются для большинства линий связи длиной более 1050 метров (3440 футов). [10]

Возможность соединения оптических волокон с низкими потерями важна для оптоволоконной связи. [11] Это более сложно, чем соединение электрического провода или кабеля, и включает в себя тщательное расщепление волокон, точное выравнивание жил волокон и соединение этих выровненных жил. Для применений, требующих постоянного соединения, сварка обычно используется . В этом методе концы волокон расплавляются электрической дугой. Другой распространенный метод — механическое соединение , при котором концы волокон удерживаются в контакте посредством механической силы. Временные или полупостоянные соединения выполняются с помощью специализированных оптоволоконных разъемов . [12]

Область прикладной науки и техники, связанная с разработкой и применением оптических волокон, известна как волоконная оптика . Этот термин был придуман американским физиком индийского происхождения Нариндером Сингхом Капани . [13]

История [ править ]

«Световой фонтан» Колладона.

Даниэль Колладон и Жак Бабине впервые продемонстрировали направление света за счет преломления — принцип, который делает возможной волоконную оптику, — в Париже в начале 1840-х годов. [14] Джон Тиндалл включил демонстрацию этого в свои публичные лекции в Лондоне 12 лет спустя. [15] Тиндаль также писал о свойстве полного внутреннего отражения во вводной книге о природе света в 1870 году: [16] [17]

При переходе света из воздуха в воду преломленный луч отклоняется к перпендикуляру перпендикуляра ... При переходе луча из воды в воздух он отклоняется от ... Если угол, который луч в воде составляет с перпендикуляром поверхность будет больше 48 градусов, луч вообще не выйдет из воды: он будет полностью отражен от поверхности... Угол, обозначающий границу, где начинается полное отражение, называется предельным углом среды. Для воды этот угол равен 48°27′, для бесцветного стекла – 38°41′, а для алмаза – 23°42′.

В конце 19 века группа венских врачей направляла свет через изогнутые стеклянные палочки для освещения полостей тела. [18] В начале двадцатого века последовали практические применения, такие как близкое внутреннее освещение в стоматологии. Передача изображения через трубки была независимо продемонстрирована радиоэкспериментатором Кларенсом Ханселлом и пионером телевидения Джоном Логи Бэрдом в 1920-х годах. В 1930-х годах Генрих Ламм показал, что можно передавать изображения через пучок неодетых оптических волокон и использовать его для внутренних медицинских обследований, но его работа была в значительной степени забыта. [15] [19]

В 1953 году голландский учёный Брэм ван Хил впервые продемонстрировал передачу изображения через пучки оптических волокон с прозрачной оболочкой. [19] В том же году Гарольду Хопкинсу и Нариндеру Сингху Капани из Имперского колледжа в Лондоне удалось создать пучки для передачи изображения из более чем 10 000 волокон, а затем добиться передачи изображения через пучок длиной 75 см, объединяющий несколько тысяч волокон. [19] [20] [21] Первый практический оптоволоконный полугибкий гастроскоп был запатентован Бэзилом Хиршовицем , К. Уилбуром Питерсом и Лоуренсом Э. Кертиссом, исследователями из Мичиганского университета , в 1956 году. В процессе разработки гастроскопа Кертисс изготовил первый стеклянный гастроскоп. плакированные волокна; предыдущие оптические волокна использовали воздух или непрактичные масла и воски в качестве материала оболочки с низким коэффициентом преломления. [19]

Капани ввел термин «волоконная оптика» статью после того, как в 1960 году написал в журнале Scientific American , в которой эта тема была представлена ​​широкой аудитории. Впоследствии он написал первую книгу о новой области. [19] [22]

Первая работающая волоконно-оптическая система передачи данных была продемонстрирована немецким физиком Манфредом Бёрнером в исследовательских лабораториях Telefunken в Ульме в 1965 году, после чего в 1966 году была подана первая заявка на патент на эту технологию. [23] [24] В 1968 году НАСА использовало оптоволокно в телекамерах, отправленных на Луну. В то время использование камер было засекречено , и сотрудники, работавшие с камерами, должны были находиться под наблюдением человека с соответствующим уровнем допуска. [25]

Чарльз К. Као и Джордж А. Хокхэм из британской компании Standard Telephones and Cables (STC) были первыми, кто выдвинул идею о том, что затухание в оптических волокнах можно снизить до уровня ниже 20 децибел на километр (дБ/км), что делает волокна практическое средство связи, 1965 г. [26] Они предположили, что затухание в доступных в то время волокнах было вызвано примесями, которые можно было удалить, а не фундаментальными физическими эффектами, такими как рассеяние. Они правильно и систематически выдвинули теорию светопоглощающих свойств оптического волокна и указали на подходящий материал для таких волокон — кварцевое стекло высокой чистоты. Это открытие принесло Као Нобелевскую премию по физике в 2009 году. [27] Критический предел затухания в 20 дБ/км был впервые достигнут в 1970 году исследователями Робертом Д. Маурером , Дональдом Кеком , Питером Шульцем и Фрэнком Зимаром, работавшими на американского производителя стекла Corning Glass Works . [28] Они продемонстрировали волокно с затуханием 17 дБ/км путем легирования кварцевого стекла титаном . Несколько лет спустя они создали волокно с затуханием всего 4 дБ/км, используя диоксид германия в качестве легирующей добавки. В 1981 году компания General Electric произвела плавленого кварца слитки , из которых можно было вытянуть жгуты длиной 25 миль (40 км). [29]

Первоначально высококачественные оптические волокна можно было производить только со скоростью 2 метра в секунду. Инженер-химик Томас Менса присоединился к Corning в 1983 году и увеличил скорость производства до более чем 50 метров в секунду, сделав оптоволоконные кабели дешевле традиционных медных. [30] [ самостоятельный источник ] Эти инновации положили начало эре оптоволоконной связи.

Итальянский исследовательский центр CSELT работал с Corning над разработкой практических волоконно-оптических кабелей, в результате чего в 1977 году в Турине был проложен первый городской оптоволоконный кабель. [31] [32] CSELT также разработала раннюю технологию сращивания оптических волокон под названием Springroove. [33]

Затухание в современных оптических кабелях намного меньше, чем в электрических медных кабелях, что приводит к созданию оптоволоконных соединений на большие расстояния с расстояниями ретрансляторов 70–150 километров (43–93 миль). Две команды, возглавляемые Дэвидом Н. Пейном из Университета Саутгемптона и Эммануэлем Десюрвиром из Bell Labs , разработали волоконный усилитель, легированный эрбием , который снизил стоимость оптоволоконных систем на большие расстояния за счет уменьшения или устранения оптических-электрических-оптических повторителей. в 1986 и 1987 годах соответственно. [34] [35] [36]

Возникающая область фотонных кристаллов привела к разработке в 1991 году фотонно-кристаллического волокна . [37] который направляет свет за счет дифракции от периодической структуры, а не за счет полного внутреннего отражения. Первые фотонно-кристаллические волокна стали коммерчески доступны в 2000 году. [38] Фотонно-кристаллические волокна могут передавать более высокую мощность, чем обычные волокна, и их зависящими от длины волны свойствами можно манипулировать для улучшения характеристик. Эти волокна могут иметь полые сердцевины. [39]

Использует [ править ]

Общение [ править ]

Основная статья: Волоконно-оптический кабель
Для более широкого освещения этой темы см. Волоконно-оптическая связь .
с Настенный шкаф оптоволоконными кабелями. Желтые кабели представляют собой одномодовые волокна ; оранжевый и голубой кабели представляют собой многомодовые волокна .

Оптическое волокно используется в качестве среды для телекоммуникаций и компьютерных сетей , поскольку оно гибкое и его можно объединять в виде кабелей. Это особенно выгодно для связи на большие расстояния, поскольку инфракрасный свет распространяется по волокну с гораздо меньшим затуханием по сравнению с электричеством в электрических кабелях. Это позволяет охватить большие расстояния с помощью небольшого количества ретрансляторов .

Для развернутых систем типична скорость 10 или 40 Гбит/с. [40] [41]

Благодаря использованию мультиплексирования с разделением по длине волны (WDM) каждое волокно может передавать множество независимых каналов, каждый из которых использует различную длину волны света. Чистая скорость передачи данных (скорость передачи данных без служебных байтов) на одно волокно представляет собой скорость передачи данных на каждый канал, уменьшенную на накладные расходы прямого исправления ошибок (FEC), умноженную на количество каналов (обычно до 80 в коммерческих плотных системах WDM по состоянию на 2008 г.). ).

Показатели скорости передачи
Дата Веха
2006 111 Гбит/с от NTT . [42] [43]
2009 100 Пбит/с·км (15,5 Тбит/с по одному волокну длиной 7000 км) от Bell Labs. [44]
2011 101 Тбит/с (370 каналов по 273 Гбит/с каждый) на одном ядре. [45]
Январь 2013 г. Передача со скоростью 1,05 Пбит/с по многожильному ( световому ) оптоволоконному кабелю. [46]
июнь 2013 г. 400 Гбит/с по одному каналу с использованием 4-режимного мультиплексирования по орбитальному угловому моменту . [47]
Октябрь 2022 г. 1,84 Пбит/с с использованием фотонного чипа [48] [49]
октябрь 2023 г. 22,9 Пбит/с от NICT [50]

Для приложений на коротких расстояниях, таких как сеть в офисном здании (см. « Оптоволокно в офис »), оптоволоконные кабели могут сэкономить место в кабельных каналах. Это связано с тем, что по одному волокну можно передавать гораздо больше данных, чем по электрическим кабелям, таким как стандартный кабель категории 5 , который обычно работает со скоростью 100 Мбит/с или 1 Гбит/с.

Волокна также часто используются для соединений между устройствами на небольших расстояниях. Например, большинство телевизоров высокой четкости имеют оптическое цифровое аудиосоединение. Это позволяет передавать потоковое аудио через свет, используя протокол S/PDIF через оптическое соединение TOSLINK .

Датчики [ править ]

Основная статья: Волоконно-оптический датчик

Волокна имеют множество применений в дистанционном зондировании . В некоторых приложениях датчиком является само волокно (волокно направляет оптический свет на устройство обработки, которое анализирует изменения характеристик света). В других случаях для подключения датчика к измерительной системе используется оптоволокно.

Оптические волокна можно использовать в качестве датчиков для измерения деформации , температуры , давления и других величин путем модификации волокна таким образом, чтобы измеряемое свойство модулировало интенсивность , фазу , поляризацию , длину волны или время прохождения света в волокне. Датчики, изменяющие интенсивность света, являются самыми простыми, поскольку требуются только простой источник и детектор. Особенно полезной особенностью таких оптоволоконных датчиков является то, что они могут, при необходимости, обеспечивать распределенное измерение на расстоянии до одного метра. Распределенное акустическое зондирование является одним из примеров этого.

Напротив, высоколокальные измерения могут быть обеспечены путем интеграции миниатюрных чувствительных элементов с кончиком волокна. [51] Они могут быть реализованы с помощью различных технологий микро- и нанопроизводства , так что они не выходят за пределы микроскопической границы кончика волокна, что позволяет использовать такие приложения, как введение в кровеносные сосуды с помощью иглы для подкожных инъекций.

Внешние оптоволоконные датчики используют оптоволоконный кабель , обычно многомодовый, для передачи модулированного света либо от неволоконного оптического датчика, либо от электронного датчика, подключенного к оптическому передатчику. Основным преимуществом внешних датчиков является их способность достигать труднодоступных мест. Примером может служить измерение температуры внутри реактивных двигателей с использованием оптоволокна для передачи излучения на пирометр снаружи двигателя. Внешние датчики могут использоваться таким же образом для измерения внутренней температуры электрических трансформаторов , где сильные электромагнитные поля делают невозможными другие методы измерения. Внешние датчики измеряют вибрацию, вращение, смещение, скорость, ускорение, крутящий момент и кручение. Разработан твердотельный вариант гироскопа, использующий интерференцию света. Волоконно -оптический гироскоп (FOG) не имеет движущихся частей и использует эффект Саньяка для обнаружения механического вращения.

Обычно оптоволоконные датчики используются в передовых системах безопасности обнаружения вторжений . Свет передается по оптоволоконному сенсорному кабелю, размещенному на заборе, трубопроводе или кабеле связи, а возвращенный сигнал отслеживается и анализируется на предмет помех. Этот обратный сигнал обрабатывается в цифровом виде для обнаружения нарушений и срабатывания сигнализации в случае проникновения.

Оптические волокна широко используются в качестве компонентов оптических химических сенсоров и оптических биосенсоров . [52]

Передача энергии [ править ]

Оптическое волокно можно использовать для передачи энергии с помощью фотоэлектрического элемента для преобразования света в электричество. [53] Хотя этот метод передачи энергии не так эффективен, как традиционные, он особенно полезен в ситуациях, когда желательно не иметь металлический проводник, как в случае использования рядом с аппаратами МРТ, которые создают сильные магнитные поля. [54] Другими примерами являются питание электроники в мощных антенных элементах и ​​измерительных устройствах, используемых в оборудовании передачи высокого напряжения.

Другое использование [ править ]

Фрисби , освещенная оптоволокном
Свет, отраженный от оптоволокна, освещает выставленную модель
Оптоволоконная лампа

Оптические волокна используются в качестве световодов в медицинских и других приложениях, где необходимо направить яркий свет на цель без прямой видимости. Во многих микроскопах используются оптоволоконные источники света, обеспечивающие интенсивное освещение исследуемых образцов.

Оптическое волокно также используется в оптике изображений. Когерентный пучок волокон используется, иногда вместе с линзами, в длинном тонком устройстве формирования изображения, называемом эндоскопом , которое используется для просмотра объектов через небольшое отверстие. Медицинские эндоскопы используются для минимально инвазивных исследовательских или хирургических процедур. Промышленные эндоскопы (см. фиброскоп или бороскоп ) используются для осмотра труднодоступных объектов, например внутренних частей реактивных двигателей.

В некоторых зданиях оптические волокна направляют солнечный свет с крыши в другие части здания (см. «Неотображающая оптика» ). Оптоволоконные лампы используются для освещения декоративных целей, включая вывески , предметы искусства , игрушки и искусственные рождественские елки . Оптическое волокно является неотъемлемой частью светопроводящего бетонного строительного продукта LiTraCon .

Оптическое волокно также можно использовать для мониторинга состояния конструкций . этого типа Датчики могут обнаруживать напряжения, которые могут оказывать длительное воздействие на конструкции . Он основан на принципе измерения аналогового затухания.

В спектроскопии пучки оптических волокон передают свет от спектрометра к веществу, которое нельзя поместить внутрь самого спектрометра, для анализа его состава. Спектрометр анализирует вещества, отражая свет от них и сквозь них. Используя волокна, спектрометр можно использовать для удаленного изучения объектов. [55] [56] [57]

Оптическое волокно, легированное некоторыми редкоземельными элементами, такими как эрбий, может использоваться в качестве усиливающей среды волоконного лазера или оптического усилителя . Оптические волокна, легированные редкоземельными элементами, можно использовать для усиления сигнала путем сращивания короткого участка легированного волокна в обычную (нелегированную) оптоволоконную линию. Легированное волокно подвергается оптической накачке второй длиной волны лазера, которая вводится в линию в дополнение к сигнальной волне. Обе длины волн света передаются через легированное волокно, которое передает энергию от второй длины волны накачки к сигнальной волне. Процесс, вызывающий усиление, называется стимулированным излучением .

Оптическое волокно также широко используется в качестве нелинейной среды. Стеклянная среда поддерживает множество нелинейных оптических взаимодействий, а большие длины взаимодействия, возможные в оптоволокне, способствуют возникновению множества явлений, которые используются для приложений и фундаментальных исследований. [58] И наоборот, нелинейность волокна может оказывать вредное воздействие на оптические сигналы, и часто требуются меры для минимизации таких нежелательных эффектов.

Оптические волокна, легированные сдвигателем длины волны, собирают сцинтилляционный свет в физических экспериментах .

В волоконно-оптических прицелах для пистолетов, винтовок и дробовиков используются кусочки оптического волокна для улучшения видимости маркировки на прицеле.

Принцип работы [ править ]

Обзор принципов работы оптоволокна
Типы оптического волокна

Оптическое волокно представляет собой цилиндрический диэлектрический волновод ( непроводящий волновод), который передает свет вдоль своей оси посредством процесса полного внутреннего отражения. Волокно состоит из сердцевины , окруженной оболочкой , оба из которых изготовлены из диэлектрических материалов. [59] Чтобы ограничить оптический сигнал в сердечнике, показатель преломления сердечника должен быть больше, чем у оболочки. Граница между сердцевиной и оболочкой может быть либо резкой (в волокне со ступенчатым преломлением) , либо плавной (в волокне с градиентным показателем преломления) . Свет можно подавать в оптические волокна с помощью лазеров или светодиодов .

Волокно невосприимчиво к электрическим помехам; между сигналами в разных кабелях отсутствуют перекрестные помехи и не возникает шума окружающей среды. Информация, передаваемая внутри оптического волокна, невосприимчива даже к электромагнитным импульсам , генерируемым ядерными устройствами. [б] [ нужна ссылка ]

Оптоволоконные кабели не проводят электричество, что делает волокно полезным для защиты коммуникационного оборудования в средах с высоким напряжением , например, на объектах по производству электроэнергии или в приложениях, подверженных ударам молний . Электрическая изоляция также предотвращает проблемы с контурами заземления . Поскольку в оптических кабелях нет электричества, которое потенциально могло бы вызвать искры, их можно использовать в средах, где присутствуют взрывоопасные пары. Прослушивание телефонных разговоров (в данном случае прослушивание оптоволокна ) сложнее по сравнению с электрическими соединениями.

Оптоволоконные кабели не предназначены для кражи металла . Напротив, в медных кабельных системах используется большое количество меди, и они стали объектом внимания после сырьевого бума 2000-х годов .

Показатель преломления [ править ]

Показатель преломления — это способ измерения скорости света в материале. Свет распространяется быстрее всего в вакууме , например, в космическом пространстве. Скорость света в вакууме составляет около 300 000 километров (186 000 миль) в секунду. Показатель преломления среды рассчитывается путем деления скорости света в вакууме на скорость света в этой среде. Следовательно, показатель преломления вакуума по определению равен 1. Типичное одномодовое волокно, используемое в телекоммуникациях, имеет оболочку из чистого кремнезема с индексом 1,444 при длине волны 1500 нм и сердцевину из легированного кварца с индексом около 1,4475. [59] Чем больше показатель преломления, тем медленнее свет распространяется в этой среде. Из этой информации следует простое практическое правило: сигнал, использующий для связи оптоволокно, будет распространяться со скоростью около 200 000 километров в секунду. Таким образом, телефонный звонок, передаваемый по оптоволокну между Сиднеем и Нью-Йорком (расстояние 16 000 километров), означает, что минимальная задержка составляет 80 миллисекунд (около секунды) между тем, когда один абонент говорит, и когда другой слышит. [с]

Полное отражение внутреннее ​

Когда свет, распространяющийся в оптически плотной среде, попадает на границу под большим углом падения (больше критического угла границы), свет полностью отражается. Это называется полным внутренним отражением . Этот эффект используется в оптических волокнах для ограничения света в сердцевине. Большинство современных оптических волокон являются слабопроводящими , а это означает, что разница показателей преломления между сердцевиной и оболочкой очень мала (обычно менее 1%). [60] Свет проходит через сердцевину волокна, отражаясь взад и вперед от границы между сердцевиной и оболочкой.

Поскольку свет должен падать на границу под углом, превышающим критический угол, только свет, попадающий в волокно в определенном диапазоне углов, может распространяться по волокну, не просачиваясь наружу. Этот диапазон углов называется приемным конусом волокна. Существует максимальный угол от оси волокна, под которым свет может проникнуть в волокно и распространиться по сердцевине волокна. Синус числовую этого максимального угла представляет собой апертуру (NA) волокна. Волокно с большей числовой апертурой требует меньшей точности для сварки и работы, чем волокно с меньшей числовой апертурой. Размер этого приемного конуса зависит от разницы показателей преломления между сердцевиной волокна и оболочкой. Одномодовое волокно имеет небольшую числовую апертуру.

Многомодовое волокно [ править ]

Основная статья: Многомодовое оптическое волокно
Распространение света по многомодовому оптическому волокну .
Лазер, отражающийся от акрилового стержня, иллюстрирует полное внутреннее отражение света в многомодовом оптическом волокне.

Волокно с большим диаметром сердцевины (более 10 микрометров) можно анализировать с помощью геометрической оптики . Такое волокно называется многомодовым из-за электромагнитного анализа (см. ниже). В многомодовом волокне со ступенчатым коэффициентом преломления лучи света направляются вдоль сердцевины волокна за счет полного внутреннего отражения. Лучи, которые встречаются с границей ядро-оболочка под углом (измеренным относительно линии, нормали к границе), превышающим критический угол для этой границы, полностью отражаются. Критический угол определяется разницей показателей преломления между материалами сердцевины и оболочки. Лучи, встречающиеся с границей под небольшим углом, преломляются от сердцевины в оболочку, где они оканчиваются. Критический угол определяет угол приема волокна, часто обозначаемый как числовая апертура . Высокая числовая апертура позволяет свету распространяться по волокну лучами как близко к оси, так и под разными углами, обеспечивая эффективную передачу света в волокно. Однако такая высокая числовая апертура увеличивает количество дисперсия , поскольку лучи под разными углами имеют разную длину пути и, следовательно, для прохождения через волокно требуется разное количество времени.

В градиентном волокне показатель преломления в сердцевине непрерывно уменьшается между осью и оболочкой. Это приводит к тому, что лучи света плавно изгибаются при приближении к оболочке, а не резко отражаются от границы сердцевины и оболочки. Получающиеся в результате изогнутые пути уменьшают дисперсию многолучевого распространения, поскольку лучи под большим углом проходят больше через периферию ядра с более низким индексом, а не через центр с высоким индексом. Профиль индекса выбирается так, чтобы минимизировать разницу в скоростях осевого распространения различных лучей в волокне. Этот идеальный профиль индекса очень близок к параболической зависимости между индексом и расстоянием от оси. [ нужна ссылка ]

Одномодовое волокно [ править ]

Основная статья: Одномодовое оптическое волокно
Структура типичного одномодового волокна .
1. Ядро: диаметр 8 мкм.
2. Оболочка: диаметр 125 мкм.
3. Буфер: диаметр 250 мкм.
4. Оболочка: диаметр 400 мкм.

Волокно с диаметром сердцевины менее чем в десять раз превышающим длину волны распространяющегося света невозможно смоделировать с помощью геометрической оптики. Вместо этого его необходимо анализировать как структуру электромагнитного волновода в соответствии с уравнениями Максвелла, сведенными к уравнению электромагнитных волн . [д] В качестве оптического волновода волокно поддерживает одну или несколько ограниченных поперечных мод , по которым свет может распространяться вдоль волокна. Волокно, поддерживающее только одну моду, называется одномодовым . [и] Анализ волновода показывает, что световая энергия в волокне не полностью удерживается в сердцевине. Вместо этого, особенно в одномодовых волокнах, значительная часть энергии в связанной моде распространяется по оболочке в виде затухающей волны . Самый распространенный тип одномодового волокна имеет диаметр сердцевины 8–10 микрометров и предназначен для использования в ближней инфракрасной области . Для сравнения: многомодовое волокно производится с диаметром сердцевины от 50 микрометров до сотен микрометров.

Волокно специального назначения [ править ]

Некоторые оптические волокна специального назначения имеют нецилиндрическую сердцевину или слой оболочки, обычно эллиптического или прямоугольного поперечного сечения. К ним относятся волокно, поддерживающее поляризацию, используемое в волоконно-оптических датчиках, и волокно, предназначенное для подавления распространения мод шепчущей галереи .

Фотонно-кристаллическое волокно изготавливается с регулярным рисунком изменения индекса (часто в виде цилиндрических отверстий, проходящих по длине волокна). В таком волокне вместо или в дополнение к полному внутреннему отражению используются эффекты дифракции , чтобы ограничить свет сердцевиной волокна. Свойства волокна можно адаптировать к широкому спектру применений.

Механизмы ослабления [ править ]

См. также: Прозрачные материалы.
Экспериментальная кривая затухания многомодового кварцевого волокна с малыми потерями и волокна ZBLAN. Точки черного треугольника и серые стрелки иллюстрируют снижение затухания в кварцевых оптических волокнах на четыре порядка за четыре десятилетия с ~ 1000 дБ/км в 1965 году до ~ 0,17 дБ/км в 2005 году.
Экспериментально измеренное спектральное затухание оптического волокна с кварцевой сердцевиной. [61] Минимальное затухание составляет 0,1400 дБ/км на длине волны 1560 нм.

Затухание в оптоволокне, также известное как потери при передаче, представляет собой уменьшение интенсивности светового сигнала при его прохождении через передающую среду. Коэффициенты затухания в оптоволокне обычно выражаются в дБ/км. Средой обычно является волокно из кварцевого стекла. [ф] который ограничивает падающий луч света внутри. Затухание является важным фактором, ограничивающим передачу цифрового сигнала на большие расстояния. Таким образом, было проведено много исследований как по ограничению затухания, так и по максимальному усилению оптического сигнала. Снижение затухания кварцевых оптических волокон на четыре порядка за четыре десятилетия стало результатом постоянного улучшения производственных процессов, чистоты сырья, преформ и конструкции волокон, что позволило этим волокнам приблизиться к теоретическому нижнему пределу затухания. [61]

Одномодовые оптические волокна могут быть изготовлены с чрезвычайно низкими потерями. Волокно Corning Vascade® EX2500, одномодовое волокно с низкими потерями для телекоммуникационных длин волн, имеет номинальное затухание 0,148 дБ/км на длине волны 1550 нм. [62] Такое волокно длиной 10 км передает почти 71% оптической энергии на длине волны 1550 нм.

Затухание в оптическом волокне вызвано в первую очередь как рассеянием , так и поглощением . В волокнах на основе фторидных стекол, таких как ZBLAN, минимальное затухание ограничивается поглощением примесей. Подавляющее большинство оптических волокон основано на кварцевом стекле, поглощение примесей в котором незначительно. В кварцевых волокнах затухание определяется внутренними механизмами: рэлеевским рассеянием в стеклах, через которые распространяется свет, и поглощением инфракрасного излучения в тех же стеклах. Поглощение кремнезема резко возрастает при длинах волн выше 1570 нм. На длинах волн, наиболее полезных для телекоммуникаций, доминирующим механизмом потерь является рэлеевское рассеяние. Компоненты затухания на длине волны 1550 нм для волокна с рекордно низкими потерями даны следующим образом: потери на рэлеевское рассеяние: 0,1200 дБ/км, потери на поглощение инфракрасного излучения: 0,0150 дБ/км, потери на поглощение примесей: 0,0047 дБ/км, потери из-за несовершенства волновода: 0,0010 дБ/км. км.

Рассеяние света [ править ]

Угловая зависимость рэлеевского рассеяния

Распространение света через сердцевину оптического волокна основано на полном внутреннем отражении световой волны с точки зрения геометрической оптики или на управляемых модах с точки зрения электромагнитного волновода. В типичном одномодовом оптическом волокне около 75% света распространяется через материал сердцевины, имеющий более высокий показатель преломления, и около 25% света распространяется через оболочку, имеющую более низкий показатель преломления. Граница между сердцевиной и оболочкой является исключительно гладкой и не приводит к значительным потерям на рассеяние или потерям из-за несовершенства волновода. Потери на рассеяние обусловлены главным образом рэлеевским рассеянием в объеме стекол, составляющих сердцевину и оболочку волокна.

Рассеяние света в стекловолокне оптического качества вызвано неоднородностями молекулярного уровня (флуктуациями состава) в структуре стекла. Действительно, одна из новых школ мысли утверждает, что стекло — это просто предельный случай поликристаллического твердого тела. В этом контексте домены , демонстрирующие различную степень ближнего порядка, становятся строительными блоками металлов, а также стекол и керамики. Как между этими доменами, так и внутри них распределены микроструктурные дефекты, которые обеспечивают наиболее идеальные места для рассеяния света.

Рассеяние зависит от длины волны рассеиваемого света и размера центров рассеяния. Угловая зависимость интенсивности света, рассеянного оптическим волокном, соответствовала зависимости рэлеевского рассеяния, что указывает на то, что размеры центров рассеяния намного меньше длины волны распространяющегося света. Оно возникает из-за флуктуаций плотности, вызванных фиктивной температурой стекла, а также из-за флуктуаций концентрации легирующих примесей как в сердцевине, так и в оболочке. Коэффициент рэлеевского рассеяния R можно представить как:

где R d представляет собой рэлеевское рассеяние на флуктуациях плотности, а R c представляет рэлеевское рассеяние на флуктуациях концентрации примеси. Легирующие добавки, такие как диоксид германия или фтор, используются для создания разницы показателей преломления между сердечником и оболочкой и формирования волноводной структуры.

где λ — длина волны, n — показатель преломления , p — коэффициент фотоупругости, β c — изотермическая сжимаемость, K B — постоянная Больцмана , T f — фиктивная температура. Единственной физически значимой переменной, влияющей на рассеяние при флуктуациях плотности, является фиктивная температура стекла. Более низкая фиктивная температура приводит к более однородному стеклу и меньшему рэлеевскому рассеянию. Фиктивная температура может быть резко снижена примерно на 100 мас. ppm легирующей примеси оксида щелочного металла в сердцевине волокна, а также более медленное охлаждение волокна в процессе вытяжки. Эти подходы используются для производства оптических волокон с наименьшим затуханием, особенно для подводных телекоммуникационных кабелей.

Для небольших концентраций легирующей примеси R c пропорционален x (d n /d x ) 2 , где x — мольная доля легирующей примеси в SiO 2 стекле на основе , а n — показатель преломления стекла. Когда присадка GeO 2 используется для увеличения показателя преломления сердцевины волокна, она увеличивает компонент флуктуации концентрации рэлеевского рассеяния и затухание волокна. Вот почему волокна с самым низким затуханием не используют GeO 2 в сердцевине, а используют фтор в оболочке, чтобы уменьшить показатель преломления оболочки. R c в волокне с сердцевиной из чистого кварца пропорционален интегралу перекрытия между модой LP01 и компонентой флуктуации концентрации, вызванной фтором, в оболочке.

В сердцевине волокна из чистого кремнезема, легированного калием (KPSC), существенную роль играют только колебания плотности, поскольку концентрации K 2 O, фтора и хлора очень низкие. Колебания плотности в сердцевине смягчаются за счет более низкой фиктивной температуры в результате легирования калием и дополнительно уменьшаются за счет отжига в процессе вытяжки волокна. Это отличается от оболочки, где более высокие уровни примеси фтора и возникающие в результате колебания концентрации увеличивают потери. В таких волокнах свет, проходящий через сердцевину, испытывает меньшее рассеяние и меньшее затухание по сравнению со светом, распространяющимся через оболочку волокна.

При высоких оптических мощностях рассеяние также может быть вызвано нелинейными оптическими процессами в волокне. [63] [64]

Поглощение УФ-Вид-ИК [ править ]

Помимо рассеяния света, затухание или потеря сигнала также могут происходить из-за избирательного поглощения определенных длин волн. Основные материальные соображения включают как электроны, так и молекулы, а именно:

  • На электронном уровне это зависит от того, расположены ли электронные орбитали (или «квантованы») так, что они могут поглощать квант света (или фотон) определенной длины волны или частоты в ультрафиолетовом (УФ) или видимом диапазонах. Это то, что порождает цвет.
  • На атомном или молекулярном уровне это зависит от частот атомных или молекулярных колебаний или химических связей, от того, насколько плотно упакованы атомы или молекулы, а также от того, обладают ли атомы или молекулы дальним порядком. Эти факторы будут определять способность материала передавать более длинные волны в инфракрасном (ИК), дальнем ИК-, радио- и микроволновом диапазонах.

Конструкция любого оптически прозрачного устройства требует выбора материалов на основе знания его свойств и ограничений. Характеристики кристаллической структуры поглощения , наблюдаемые в областях более низких частот (средний и дальний ИК-диапазон длин волн), определяют длинноволновый предел прозрачности материала. Они являются результатом интерактивной связи между движениями термоиндуцированных колебаний составляющих атомов и молекул твердой решетки и падающим световым излучением. Следовательно, все материалы ограничены предельными областями поглощения, вызванными атомными и молекулярными колебаниями (растяжением связей) в дальней инфракрасной области (> 10 мкм).

Другими словами, избирательное поглощение ИК-излучения конкретным материалом происходит потому, что выбранная частота световой волны соответствует частоте (или целому кратному частоте, т.е. гармонике ), на которой колеблются частицы этого материала. Поскольку разные атомы и молекулы имеют разные собственные частоты колебаний, они избирательно поглощают разные частоты (или части спектра) ИК-излучения.

Отражение и передача световых волн происходят потому, что частоты световых волн не соответствуют естественным резонансным частотам вибрации объектов. Когда ИК-свет этих частот попадает на объект, энергия либо отражается, либо передается.

Бюджет убытков [ править ]

Основная статья: Бюджет оптической мощности

Затухание по всей длине кабеля значительно увеличивается за счет использования разъемов и сращиваний. При вычислении приемлемого затухания (бюджета потерь) между передатчиком и приемником учитывается:

  • потери дБ из-за типа и длины оптоволоконного кабеля,
  • Потери дБ, вносимые разъемами, и
  • Потери дБ, вносимые соединениями.

Разъемы обычно вносят 0,3 дБ на разъем хорошо отполированных разъемов. Сращивания обычно вносят менее 0,2 дБ на соединение. [ нужна ссылка ]

Общий ущерб можно рассчитать по формуле:

Потери = потери дБ на разъем × количество разъемов + потери дБ на соединение × количество соединений + потери дБ на километр × километры волокна,

где потери в дБ на километр зависят от типа волокна и могут быть найдены в спецификациях производителя. Например, типичное одномодовое волокно длиной 1550 нм имеет потери 0,3 дБ на километр. [ нужна ссылка ]

Рассчитанный бюджет потерь используется при тестировании для подтверждения того, что измеренные потери находятся в пределах нормальных рабочих параметров.

Производство [ править ]

Материалы [ править ]

Стеклянные оптические волокна почти всегда изготавливаются из диоксида кремния , но некоторые другие материалы, такие как фторцирконатные , фторалюминатные и халькогенидные стекла , а также кристаллические материалы, такие как сапфир , используются для более длинноволновых инфракрасных или других специализированных применений. Кварцевые и фторидные стекла обычно имеют показатель преломления около 1,5, но некоторые материалы, такие как халькогениды, могут иметь показатель до 3. Обычно разница показателей между сердцевиной и оболочкой составляет менее одного процента.

Пластиковые оптические волокна (POF) обычно представляют собой многомодовые волокна со ступенчатым индексом и диаметром сердцевины 0,5 миллиметра или более. POF обычно имеет более высокие коэффициенты затухания, чем стекловолокно, 1 дБ/м или выше, и это высокое затухание ограничивает диапазон систем на основе POF.

Кремнезем [ править ]

Кремнезем демонстрирует довольно хорошее оптическое пропускание в широком диапазоне длин волн. В ближней инфракрасной (ближней ИК) части спектра, особенно около 1,5 мкм, кремнезем может иметь чрезвычайно низкие потери на поглощение и рассеяние, порядка 0,2 дБ/км. Столь низкие потери зависят от использования сверхчистого кремнезема. Высокая прозрачность в области 1,4 мкм достигается за счет поддержания низкой концентрации гидроксильных групп (ОН). Альтернативно, высокая концентрация ОН лучше передает сигнал в ультрафиолетовой (УФ) области. [65]

Кремнезем можно втягивать в волокна при достаточно высоких температурах, и он имеет довольно широкий диапазон стеклования . Еще одним преимуществом является то, что сварка и расщепление кварцевых волокон относительно эффективны. Кварцевое волокно также обладает высокой механической прочностью как на растяжение, так и на изгиб, при условии, что волокно не слишком толстое и поверхность хорошо подготовлена ​​в процессе обработки. Даже простое скалывание концов волокна может обеспечить плоскую поверхность с приемлемым оптическим качеством. Кремнезем также относительно химически инертен . В частности, он не гигроскопичен (не впитывает воду).

Кварцевое стекло можно легировать различными материалами. Одной из целей легирования является повышение показателя преломления (например, диоксидом германия (GeO 2 ) или оксидом алюминия (Al 2 O 3 )) или его понижение (например, фтором или триоксидом бора (B 2 O 3 )). Также возможно легирование лазерно-активными ионами (например, волокон, легированных редкоземельными элементами) с целью получения активных волокон, которые будут использоваться, например, в волоконных усилителях или лазерных приложениях. И сердцевина волокна, и оболочка обычно легированы, так что вся сборка (сердцевина и оболочка) фактически представляет собой одно и то же соединение (например, алюмосиликатное , германосиликатное, фосфоросиликатное или боросиликатное стекло ).

В частности, для активных волокон чистый кремнезем обычно не является подходящим стеклом-основой, поскольку он обладает низкой растворимостью для ионов редкоземельных элементов. Это может привести к эффектам тушения из-за кластеризации ионов легирующей примеси. Алюмосиликаты в этом отношении гораздо эффективнее.

Кремнеземное волокно также имеет высокий порог оптического повреждения. Это свойство обеспечивает низкую склонность к лазерному пробою. Это важно для волоконных усилителей, когда они используются для усиления коротких импульсов.

Благодаря этим свойствам кварцевые волокна являются предпочтительным материалом во многих оптических приложениях, таких как связь (за исключением очень коротких расстояний с использованием пластикового оптического волокна), волоконные лазеры, волоконные усилители и волоконно-оптические датчики. Большие усилия, приложенные для разработки различных типов кварцевых волокон, еще больше повысили характеристики таких волокон по сравнению с другими материалами. [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73]

Фторидное стекло [ править ]

Фторидное стекло — это класс неоксидных стекол оптического качества, состоящих из фторидов различных металлов . Из-за низкой вязкости этих стекол очень трудно полностью избежать кристаллизации при их обработке стеклованием (или вытягивании волокна из расплава). Таким образом, хотя стекла из фторида тяжелых металлов (HMFG) демонстрируют очень низкое оптическое затухание, они не только сложны в производстве, но и весьма хрупкие и имеют плохую устойчивость к влаге и другим воздействиям окружающей среды. Их лучшим достоинством является отсутствие полосы поглощения, связанной с гидроксильной (ОН) группой (3200–3600 см-1). −1 ; т. е. 2777–3125 нм или 2,78–3,13 мкм), который присутствует почти во всех стеклах на основе оксидов. Столь низкие потери никогда не были реализованы на практике, а хрупкость и высокая стоимость фторидных волокон делали их далеко не идеальными кандидатами в качестве основных кандидатов.

Фторидные волокна используются в средней ИК-спектроскопии , волоконно-оптических датчиках , термометрии и визуализации . Фторидные волокна можно использовать для направленной передачи световых волн в таких средах, как YAG- ( алюмоиттриевый гранат ) лазеры на длине волны 2,9 мкм, что требуется для медицинских применений (например, офтальмологии и стоматологии ). [74] [75]

Примером фторидного стекла тяжелых металлов является группа стекол ZBLAN , состоящая из фторидов циркония , бария , лантана , алюминия и натрия . Их основное технологическое применение — оптические волноводы как в планарной, так и в волоконной форме. Они особенно выгодны в среднем инфракрасном диапазоне (2000–5000 нм).

Фосфатное стекло [ править ]

Клетчатая структура P 4 O 10 — основной строительный блок фосфатного стекла.

Фосфатное стекло — класс оптических стекол, состоящих из метафосфатов различных металлов. Вместо SiO 4 тетраэдров , наблюдаемых в силикатных стеклах, строительным блоком этого стекла является пятиокись фосфора (P 2 O 5 ), которая кристаллизуется как минимум в четырех различных формах. Наиболее известным полиморфом является клеточная структура P 4 O 10 .

Фосфатные стекла могут иметь преимущество перед кварцевыми стеклами для оптических волокон с высокой концентрацией легирующих редкоземельных ионов. Смесь фтористого стекла и фосфатного стекла представляет собой фторфосфатное стекло. [76] [77]

Халькогенидное стекло [ править ]

Халькогены — элементы 16-й группы периодической таблицы, особенно сера (S), селен (Se) и теллур (Te) — реагируют с более электроположительными элементами, такими как серебро , с образованием халькогенидов . Это чрезвычайно универсальные соединения, поскольку они могут быть кристаллическими или аморфными, металлическими или полупроводниковыми, а также проводниками ионов или электронов . Халькогенидное стекло можно использовать для изготовления волокон для передачи в дальнем инфракрасном диапазоне. [78]

Процесс [ править ]

Преформа [ править ]

Иллюстрация модифицированного процесса химического осаждения из паровой фазы (внутри)

Стандартные оптические волокна изготавливаются путем сначала изготовления заготовки большого диаметра с тщательно контролируемым профилем показателя преломления, а затем вытягивания заготовки для формирования длинного тонкого оптического волокна. Преформа обычно изготавливается тремя методами химического осаждения из паровой фазы : осаждением из паровой фазы внутри , осаждением из паровой фазы снаружи и осевым осаждением из паровой фазы . [79]

При внутреннем осаждении из паровой фазы заготовка представляет собой полую стеклянную трубку длиной примерно 40 сантиметров (16 дюймов), которую располагают горизонтально и медленно вращают на токарном станке . Такие газы, как тетрахлорид кремния (SiCl 4 ) или тетрахлорид германия (GeCl 4 ), впрыскиваются с кислородом в конец трубки. Затем газы нагреваются с помощью внешней водородной горелки, доводя температуру газа до 1900 К (1600 °C, 3000 °F), при этом тетрахлориды реагируют с кислородом с образованием частиц диоксида кремния или германия . Когда условия реакции выбираются так, чтобы эта реакция протекала в газовой фазе по всему объему трубки, в отличие от более ранних методов, где реакция происходила только на поверхности стекла, этот метод называется модифицированным химическим осаждением из паровой фазы .

Частицы оксида затем агломерируются, образуя большие цепочки частиц, которые впоследствии откладываются на стенках трубки в виде сажи. Отложение происходит из-за большой разницы температур между газовым ядром и стенкой, заставляющей газ выталкивать частицы наружу в процессе, известном как термофорез . Затем горелку перемещают вверх и вниз по длине трубки для равномерного нанесения материала. После того, как горелка достигла конца трубки, ее снова возвращают в начало трубки, и осажденные частицы затем плавятся с образованием твердого слоя. Этот процесс повторяется до тех пор, пока не будет нанесено достаточное количество материала. Для каждого слоя состав может быть изменен путем изменения состава газа, что приводит к точному контролю оптических свойств готового волокна.

При наружном осаждении из паровой фазы или осевом осаждении из паровой фазы стекло образуется путем пламенного гидролиза - реакции, в которой тетрахлорид кремния и тетрахлорид германия окисляются в результате реакции с водой в кислородно-водородном пламени. При наружном осаждении из паровой фазы стекло наносится на твердый стержень, который удаляется перед дальнейшей обработкой. При аксиальном осаждении из паровой фазы используется короткий затравочный стержень , на конце которого наращивается пористая заготовка, длина которой не ограничена размером исходного стержня. Пористая заготовка превращается в прозрачную твердую заготовку путем нагревания примерно до 1800 К (1500 °C, 2800 °F).

Поперечное сечение волокна, вытянутого из D- образной заготовки . Преформа для этого тестового волокна не была хорошо отполирована, и в конфокальный оптический микроскоп видны трещины .

В типичном коммуникационном волокне используется круглая заготовка. Для некоторых применений, таких как волокна с двойной оболочкой, предпочтительна другая форма. [80] В волоконных лазерах на основе волокна с двойной оболочкой асимметричная форма улучшает коэффициент заполнения лазерной накачки .

За счет поверхностного натяжения форма в процессе вытяжки сглаживается, и форма полученного волокна не воспроизводит острые края заготовки. Тем не менее, тщательная полировка заготовки важна, поскольку любые дефекты поверхности заготовки влияют на оптические и механические свойства получаемого волокна.

Рисунок [ править ]

Преформа, независимо от конструкции, помещается в устройство, известное как волочильная башня , где кончик преформы нагревается и оптическое волокно вытягивается в виде струны. Натяжение волокна можно контролировать для поддержания желаемой толщины волокна.

Облицовка [ править ]

Свет направляется по сердцевине волокна с помощью оптической оболочки с более низким показателем преломления, которая удерживает свет в сердцевине за счет полного внутреннего отражения. У некоторых типов волокна оболочка изготавливается из стекла и вытягивается вместе с сердцевиной из заготовки с радиально изменяющимся показателем преломления. У остальных типов волокна оболочка изготавливается из пластика и наносится как покрытие (см. ниже).

Покрытия [ править ]

Оболочка покрыта буфером (не путать с настоящей буферной трубкой), который защищает ее от влаги и физических повреждений. [67] Эти покрытия представляют собой уретан-акрилатные композитные или полиимидные материалы, отверждаемые УФ-излучением, наносимые на внешнюю поверхность волокна в процессе вытяжки. Покрытия защищают очень тонкие пряди стекловолокна размером с человеческий волос и позволяют им выдерживать суровые условия производства, контрольных испытаний, прокладки кабелей и установки. Для заделки или сращивания с волокна необходимо снять буферное покрытие.

В современных процессах вытяжки стекловолокна применяется метод двухслойного покрытия. Внутреннее первичное покрытие действует как амортизатор и минимизирует затухание, вызванное микроизгибом . Внешнее вторичное покрытие защищает первичное покрытие от механических повреждений и действует как барьер для боковых сил и может быть окрашено для различения жил в жгутовых конструкциях кабелей. Эти слои оптоволоконного покрытия наносятся во время протяжки волокна на скорости около 100 километров в час (60 миль в час). Покрытия оптоволокна наносятся одним из двух методов: мокрым по сухому и мокрым по мокрому . При методе «мокрый по сухому» волокно проходит через первичное покрытие, которое затем отверждается УФ-излучением, а затем через вторичное покрытие, которое впоследствии отверждается. При методе «мокрый по мокрому» волокно проходит как первичное, так и вторичное покрытие, а затем подвергается УФ-отверждению. [ нужна ссылка ]

Толщина покрытия учитывается при расчете напряжения, которое испытывает волокно при различных конфигурациях изгиба. [81] Когда волокно с покрытием наматывается на оправку, напряжение, испытываемое волокном, определяется выражением [81] : 45 

где E волокна — модуль Юнга , d m — диаметр оправки, d f — диаметр оболочки и d c — диаметр покрытия.

При двухточечном изгибе волокно с покрытием сгибается в U-образной форме и помещается между канавками двух лицевых пластин, которые сближаются до тех пор, пока волокно не порвется. Напряжение в волокне в этой конфигурации определяется выражением [81] : 47 

где d — расстояние между планшайбами. Коэффициент 1,198 представляет собой геометрическую константу, связанную с этой конфигурацией.

Покрытия оптоволокна защищают стекловолокно от царапин, которые могут привести к снижению прочности. Сочетание влаги и царапин ускоряет старение и ухудшение прочности волокна. Когда волокно подвергается низким нагрузкам в течение длительного периода, может возникнуть усталость волокна. Со временем или в экстремальных условиях эти факторы в совокупности вызывают распространение микроскопических дефектов в стекловолокне, что в конечном итоге может привести к выходу волокна из строя.

Условия окружающей среды могут влиять на три ключевые характеристики волоконно-оптических волноводов: прочность, затухание и устойчивость к потерям, вызванным микроизгибами. Внешние оболочки оптоволоконных кабелей и буферные трубки защищают стекловолокно от условий окружающей среды, которые могут повлиять на его характеристики и долговечность. Внутренние покрытия обеспечивают надежность передачи сигнала и помогают минимизировать затухание из-за микроизгибов.

Кабельная конструкция [ править ]

Основная статья: Волоконно-оптический кабель
Оптоволоконный кабель

В практических волокнах оболочка обычно покрыта прочной смолой и имеет дополнительный буферный слой, который может быть дополнительно окружен слоем оболочки , обычно пластиковым. Эти слои увеличивают прочность волокна, но не влияют на его оптические свойства. В сборках жестких волокон между волокнами иногда помещают светопоглощающее стекло, чтобы предотвратить попадание света, просачивающегося из одного волокна, в другое. Это уменьшает перекрестные помехи между волокнами или уменьшает блики при визуализации пучков волокон. [82] [83] В многоволоконном кабеле обычно используются цветные буферы для идентификации каждой жилы.

Современные кабели имеют широкий выбор оболочек и брони, предназначенных для таких применений, как прямое захоронение в траншеях, изоляция высокого напряжения, двойное использование в качестве линий электропередачи, [84] [ не удалось пройти проверку ] установка в кабелепроводе, крепление к воздушным телефонным столбам, установка на подводной лодке и установка на улицах с твердым покрытием.

Некоторые версии оптоволоконных кабелей армированы арамидными нитями или стеклянными нитями в качестве промежуточного элемента прочности . С коммерческой точки зрения использование стеклянных нитей более рентабельно без потери механической прочности. Стеклянные нити также защищают жилу кабеля от грызунов и термитов.

Практические вопросы [ править ]

Установка [ править ]

Оптоволоконный кабель может быть очень гибким, но потери в традиционном волокне значительно возрастают, если волокно изогнуто с радиусом менее 30 мм. Это создает проблему, когда кабель сгибается по углам. Гибкие волокна , предназначенные для облегчения установки в домашних условиях, стандартизированы как ITU-T G.657 . Волокно этого типа можно согнуть с радиусом всего 7,5 мм без каких-либо негативных последствий. Были разработаны еще более гибкие волокна. [85] Гибкое волокно также может быть устойчивым к взлому волокна, при котором сигнал в волокне тайно отслеживается путем сгибания волокна и обнаружения утечки. [86]

Еще одной важной особенностью кабеля является его способность выдерживать натяжение, которое определяет, какую силу можно приложить к кабелю во время установки.

Прекращение и сращивание [ править ]

Разъемы ST на многомодовом оптоволокне
Основная статья: Заделка оптоволоконного кабеля

Оптические волокна подключаются к оконечному оборудованию с помощью оптоволоконных разъемов . Эти разъемы обычно относятся к стандартному типу, например FC , SC , ST , LC , MTRJ , MPO или SMA . Оптические волокна могут быть соединены с помощью разъемов, обычно на патч-панели , или постоянно путем сращивания , то есть соединения двух волокон вместе для образования непрерывного оптического волновода. Общепринятым методом сращивания является сварка плавлением , при которой концы волокна сплавляются вместе. Для более быстрого крепления механическое соединение используется . Все методы сращивания предполагают установку кожуха, защищающего место сращивания.

Сварка сплавлением осуществляется с помощью специального инструмента. С концов волокна сначала снимают защитное полимерное покрытие (а также более прочную внешнюю оболочку, если она имеется). Концы скалываются прецизионным скалывателем, чтобы сделать их перпендикулярными, и помещаются в специальные держатели сварочного аппарата. Сварку обычно осматривают с помощью увеличенного экрана, чтобы проверить сколы до и сварку после сращивания. Сварочный аппарат использует небольшие двигатели для выравнивания торцевых поверхностей и излучает небольшую искру между электродами в зазоре, чтобы сжечь пыль и влагу. Затем сварочный аппарат генерирует более крупную искру, которая поднимает температуру выше точки плавления стекла, окончательно сплавляя концы. Местоположение и энергия искры тщательно контролируются, чтобы расплавленная сердцевина и оболочка не смешивались, а это минимизирует оптические потери. Оценка потерь на сварном соединении измеряется сварочным аппаратом путем направления света через оболочку с одной стороны и измерения света, просачивающегося из оболочки с другой стороны. Типичными являются потери на сварном соединении менее 0,1 дБ. Сложность этого процесса делает сращивание волокон гораздо более трудным, чем сращивание медного провода.

Корпус для сращивания воздушного оптического волокна опускается во время установки. Отдельные волокна сплавлены и хранятся внутри корпуса для защиты от повреждений.

Механические сращивания волокон предназначены для более быстрой и простой установки, но все же существует необходимость в зачистке, тщательной очистке и точном скалывании. Концы волокон выравниваются и скрепляются вместе прецизионной муфтой, часто с использованием прозрачного геля с соответствующим индексом , который улучшает передачу света через соединение. Механические соединения обычно имеют более высокие оптические потери и менее прочны, чем сварные соединения, особенно если используется гель.

Волокна заканчиваются разъемами, которые точно и надежно удерживают конец волокна. Оптоволоконный соединитель представляет собой жесткий цилиндрический корпус, окруженный втулкой, которая удерживает корпус в ответном гнезде. Механизм сопряжения может быть нажимным и щелчковым , поворотным и защелкивающимся ( байонетное крепление ) или ввинчиваемым ( резьбовым ). Цилиндр обычно может свободно перемещаться внутри гильзы и может иметь шпонку, которая предотвращает вращение цилиндра и волокна при соединении разъемов.

Типичный разъем устанавливается путем подготовки конца волокна и вставки его в заднюю часть корпуса разъема. Для надежного удержания волокна обычно используется быстросхватывающийся клей, а компенсатор натяжения сзади закрепляется . Как только клей схватится, конец волокна полируется. В зависимости от типа волокна и области применения используются различные профили полировки. Результирующая потеря мощности сигнала называется потерей пропускной способности . Концы одномодового волокна обычно полируются с небольшой кривизной, благодаря чему сопрягаемые разъемы соприкасаются только по сердцевинам. Это называется полировкой физического контакта (ПК). Искривленную поверхность можно отполировать под углом, чтобы обеспечить угловое соединение с физическим контактом (APC) . Такие соединения имеют более высокие потери, чем соединения ПК, но значительно уменьшают обратное отражение, поскольку свет, отражающийся от наклонной поверхности, просачивается из сердцевины волокна. Концы волокна APC имеют низкое обратное отражение даже в отключенном состоянии.

В 1990-х годах заделка оптоволоконных кабелей была трудоемкой задачей. Количество деталей на разъем, полировка волокон и необходимость запекания эпоксидной смолы в каждом разъеме затрудняли заделку оптоволоконных кабелей. Сегодня на рынке представлено множество типов разъемов, предлагающих более простые и менее трудоемкие способы подключения кабелей. Некоторые из наиболее популярных разъемов предварительно полируются на заводе и содержат гель внутри разъема. Эти два шага помогают сэкономить деньги на рабочей силе, особенно в крупных проектах. Скол . делается необходимой длины, чтобы максимально приблизиться к полированной детали, уже находящейся внутри разъема Гель окружает точку соединения двух частей внутри разъема, что обеспечивает минимальную потерю света. [ нужна ссылка ] Долгосрочная эффективность геля является фактором, учитываемым при проектировании, поэтому для самых требовательных установок использование предварительно отполированных на заводе пигтейлов достаточной длины, чтобы дойти до первого корпуса сварного соединения, обычно является самым безопасным подходом, который сводит к минимуму трудозатраты на месте.

Муфта в свободном пространстве [ править ]

Часто необходимо совместить оптическое волокно с другим оптическим волокном или с оптоэлектронным устройством, таким как светоизлучающий диод , лазерный диод или модулятор . Это может включать либо тщательное выравнивание волокна и его контакт с устройством, либо использование линзы, обеспечивающей соединение через воздушный зазор. Обычно размер моды волокна намного больше, чем размер моды в лазерном диоде или кремниевом оптическом чипе . В этом случае используется коническое или линзованное волокно для согласования распределения поля мод волокна с распределением поля мод другого элемента. Линзу на конце волокна можно сформировать с помощью полировки, лазерной резки. [87] или сварка сваркой.

В лабораторных условиях оголенный конец волокна соединяется с помощью системы запуска волокна, которая использует объектив микроскопа для фокусировки света в тонкую точку. Прецизионный столик перемещения (стол микропозиционирования) используется для перемещения линзы, волокна или устройства, что позволяет оптимизировать эффективность соединения. Волокна с разъемом на конце значительно упрощают этот процесс: разъем просто вставляется в предварительно настроенный оптоволоконный коллиматор, который содержит линзу, которая либо точно позиционируется по волокну, либо регулируется. Для достижения наилучшей эффективности инжекции в одномодовое волокно необходимо оптимизировать направление, положение, размер и расходимость луча. При хороших лучах можно достичь эффективности связи от 70 до 90%.

При правильно отполированном одномодовом волокне излучаемый луч имеет почти идеальную гауссову форму даже в дальней зоне, если используется хорошая линза. Линза должна быть достаточно большой, чтобы поддерживать полную числовую апертуру волокна, и не должна вносить аберрации в луч. асферические линзы Обычно используются .

Предохранитель волокна [ править ]

При высоких оптических интенсивностях, более 2 мегаватт на квадратный сантиметр, когда волокно подвергается удару или иному внезапному повреждению, может произойти перегорание волокна . Отражение от повреждения испаряет волокно непосредственно перед разрывом, и этот новый дефект остается отражающим, так что повреждение распространяется обратно к передатчику со скоростью 1–3 метра в секунду (4–11 км/ч, 2–8 миль в час). [88] [89] Система управления открытым волокном , которая обеспечивает безопасность лазерных глаз в случае обрыва волокна, также может эффективно остановить распространение перегорания волокна. [90] В таких ситуациях, как подводные кабели, где высокие уровни мощности могут использоваться без необходимости управления открытым волокном, защитное устройство «предохранитель волокна» на передатчике может разорвать цепь, чтобы свести повреждения к минимуму.

Хроматическая дисперсия [ править ]

Основная статья: Дисперсия (оптика)

Показатель преломления волокон незначительно меняется в зависимости от частоты света, а источники света не являются полностью монохроматическими. Модуляция источника света для передачи сигнала также немного расширяет полосу частот передаваемого света. Это приводит к тому, что на больших расстояниях и при высоких скоростях модуляции различным частотам света может потребоваться разное время, чтобы достичь приемника, что в конечном итоге делает сигнал неразличимым и требует дополнительных ретрансляторов. [91] Эту проблему можно решить несколькими способами, включая использование волокна относительно короткой длины с противоположным градиентом показателя преломления.

См. также [ править ]

Примечания [ править ]

  1. ^ Включая инфракрасное и ультрафиолетовое излучение .
  2. ^ Эта особенность компенсируется восприимчивостью волокна к гамма-излучению оружия. Гамма-излучение приводит к значительному увеличению оптического затухания во время гамма-всплеска из-за потемнения материала, после чего само волокно излучает яркую световую вспышку при отжиге. Продолжительность отжига и уровень остаточного затухания зависят от материала волокна и его температуры.
  3. ^ В этом случае оптоволокно, вероятно, будет проходить более длинный маршрут, и возникнут дополнительные задержки из-за переключения оборудования связи и процесса кодирования и декодирования голоса в волокне.
  4. ^ Электромагнитный анализ также может потребоваться для понимания таких явлений, как спекл, которые возникают при распространении когерентного света по многомодовому волокну.
  5. ^ Поведение многомодового волокна с большей сердцевиной также можно смоделировать с помощью волнового уравнения, которое показывает, что такое волокно поддерживает более одной моды распространения (отсюда и название). Результаты такого моделирования многомодового волокна примерно согласуются с предсказаниями геометрической оптики, если сердцевина волокна достаточно велика, чтобы поддерживать более нескольких мод.
  6. ^ Для приложений, требующих спектральных длин волн, особенно в средней инфракрасной области (~ 2–7 мкм), лучшей альтернативой являются фторидные стекла , такие как ZBLAN и I nF 3 .

Ссылки [ править ]

  1. ^ Старший, Джон М.; Джамро, М. Юсиф (2009). Оптоволоконная связь: принципы и практика . Пирсон Образование. стр. 7–9. ISBN  978-0130326812 .
  2. ^ «Рождение фиброскопов» . www.olympus-global.com . Корпорация Олимп . Проверено 17 апреля 2015 г.
  3. ^ Ли, Бёнхо (2003). «Обзор современного состояния волоконно-оптических датчиков». Оптоволоконные технологии . 9 (2): 57–79. Бибкод : 2003OptFT...9...57L . дои : 10.1016/s1068-5200(02)00527-8 .
  4. ^ «Оптическое волокно» . www.thefoa.org . Ассоциация оптоволокна . Проверено 17 апреля 2015 г.
  5. ^ «Производство перфторопластовых оптических волокон» (PDF) . chromisfiber.com. 2004 . Проверено 11 сентября 2023 г.
  6. ^ Старший , стр. 12–14.
  7. ^ Пирсолл, Томас (2010). Основы фотоники (2-е изд.). МакГроу-Хилл. ISBN  978-0-07-162935-5 . Архивировано из оригинала 17 августа 2021 г. Проверено 24 февраля 2021 г.
  8. ^ Справочник закупок оптической промышленности и систем . Оптическое издательство. 1984.
  9. ^ Хунспергер (19 октября 2017 г.). Фотонные устройства и системы . Рутледж. ISBN  9781351424844 .
  10. ^ Феннелли, Лоуренс Дж. (26 ноября 2012 г.). Эффективная физическая безопасность (4-е изд.). Эльзевир Наука. п. 355. ИСБН  9780124159815 .
  11. ^ Старший , с. 218
  12. ^ Старший , стр. 234–235.
  13. ^ «Кафедра Нариндера Сингха Капани по оптоэлектронике» . ucsc.edu. Архивировано из оригинала 21 мая 2017 г. Проверено 1 ноября 2016 г.
  14. ^ Колладон, Жан-Даниэль (1842). «Об отражениях луча света внутри параболического потока жидкости». Комптес Рендус .
  15. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Бейтс, Реджис Дж (2001). Справочник по оптической коммутации и сетевым технологиям . Нью-Йорк: МакГроу-Хилл. п. 10. ISBN  978-0-07-137356-2 .
  16. ^ Тиндаль, Джон (1870). «Тотальная рефлексия» . Заметки о Свете .
  17. ^ Тиндаль, Джон (1873). Шесть лекций о свете . Нью-Йорк: Д. Эпплтон.
  18. ^ Мэри Беллис. «Как была изобретена волоконная оптика» . Архивировано из оригинала 12 июля 2012 г. Проверено 20 января 2020 г.
  19. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и Хехт, Джефф (2004). Город света: история оптоволокна (переработанная редакция). Оксфордский университет. стр. 55–70. ISBN  9780195162554 .
  20. ^ Хопкинс, Х.Х.; Капаны, Н.С. (1954). «Гибкий фиброскоп, использующий статическое сканирование». Природа . 173 (4392): 39–41. Бибкод : 1954Natur.173...39H . дои : 10.1038/173039b0 . S2CID   4275331 .
  21. ^ Две революционные оптические технологии . Научное обоснование Нобелевской премии по физике 2009 года. Nobelprize.org. 6 октября 2009 г.
  22. ^ Как Индия пропустила еще одну Нобелевскую премию — Rediff.com India News . News.rediff.com (12 октября 2009 г.). Проверено 8 февраля 2017 г.
  23. ^ Патент DE 1254513 , Бёрнер, Манфред, «Многоступенчатая система передачи для отображаемых сообщений с импульсно-кодовой модуляцией», выдан 16 ноября 1967 г., передан Telefunken Patentverfassungsgesellschaft mbH.  
  24. ^ Патент США 3845293 , Бёрнер, Манфред, «Электрооптическая система передачи с использованием лазеров».  
  25. ^ Лунная телекамера. План приемочных испытаний перед установкой . НАСА. 12 марта 1968 г.
  26. ^ Хехт, Джефф (1999). Город света, История оптоволокна . Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета . п. 114. ИСБН  978-0-19-510818-7 .
  27. ^ «Пресс-релиз – Нобелевская премия по физике 2009 г.» . Нобелевский фонд . Проверено 7 октября 2009 г.
  28. ^ Хехт, Джефф (1999). Город света, История оптоволокна . Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета . п. 271. ИСБН  978-0-19-510818-7 .
  29. ^ «1971–1985 Продолжая традицию» . График инноваций GE . Компания Дженерал Электрик . Проверено 28 сентября 2012 г.
  30. ^ «Об авторе – Томас Менса» . Правильные вещи бывают черного цвета. Архивировано из оригинала 2 января 2015 года . Проверено 29 марта 2015 г.
  31. ^ Катания, Б.; Микетти, Л.; Тоско, Ф.; Оккини, Э.; Сильвестри, Л. (сентябрь 1976 г.). «Первый итальянский эксперимент с подземным оптическим кабелем» (PDF) . Материалы 2-й Европейской конференции по оптической связи (II ECOC) . стр. 315–322 . Проверено 18 августа 2022 г.
  32. ^ «15 сентября 1977 года, Турин, первый в мире проект действующего оптоволокна» . Исторический архив Telecom Italia . Архивировано из оригинала 17 сентября 2017 г. Проверено 15 февраля 2017 г.
  33. ^ «Springroove, оптоволоконное соединение, запатентованное в 1977 году» . Исторический архив Telecom Italia . Архивировано из оригинала 16 августа 2016 г. Проверено 8 февраля 2017 г.
  34. ^ Мирс, Р.Дж.; Рики, Л.; Пул, SB; Пейн, Д.Н. (30 января 1986 г.). «Низкопороговой перестраиваемый волоконный лазер непрерывного действия и добротности, работающий на длине волны 1,55 мкм» (PDF) . Электронные письма . 22 (3): 159–160. Бибкод : 1986ЭЛ....22..159М . дои : 10.1049/эл:19860111 .
  35. ^ Мирс, Р.Дж.; Рики, Л.; Джонси, IM; Пейн, Д.Н. (10 сентября 1987 г.). «Малошумящий оптоволоконный усилитель, легированный эрбием, работающий на длине волны 1,54 мкм» (PDF) . Электронные письма . 23 (19): 1026–1028. Бибкод : 1987ElL....23.1026M . дои : 10.1049/эл:19870719 .
  36. ^ Десюрвир, Э.; Симпсон, Дж.; Беккер, ПК (1987). «Волоконный усилитель бегущей волны с высоким коэффициентом усиления, легированный эрбием». Оптические письма . 12 (11): 888–890. Бибкод : 1987OptL...12..888D . дои : 10.1364/OL.12.000888 . ПМИД   19741905 .
  37. ^ Рассел, Филип (2003). «Фотонно-кристаллические волокна». Наука . 299 (5605): 358–62. Бибкод : 2003Sci...299..358R . дои : 10.1126/science.1079280 . ПМИД   12532007 . S2CID   136470113 .
  38. ^ «История кристаллического волокна A/S» . Кристалл Файбер А/С. Архивировано из оригинала 23 июля 2001 г. Проверено 22 октября 2008 г.
  39. ^ дои : 10.1126/science.282.5393.1476 .
  40. ^ Яо, С. (2003). «Поляризация в оптоволоконных системах: увеличение пропускной способности» (PDF) . Справочник по фотонике . Издательство Лорин. п. 1. Архивировано из оригинала (PDF) 11 июля 2011 г.
  41. ^ «JANET предоставляет первую в Европе услугу на длине волны 40 Гбит/с» . Сиена (пресс-релиз). 09.07.2007. Архивировано из оригинала 14 января 2010 г. Проверено 29 октября 2009 г.
  42. ^ НТТ (29 сентября 2006 г.). «14 Тбит/с по одному оптическому волокну: успешная демонстрация крупнейшей в мире пропускной способности» (пресс-релиз). Японский телеграф и телефон. Архивировано из оригинала 21 сентября 2017 г. Проверено 8 февраля 2017 г.
  43. ^ Альфиад, М.С.; и др. (2008). «Передача POLMUX-RZ-DQPSK 111 Гбит/с на расстояние 1140 км по SSMF с соседями NRZ-OOK 10,7 Гбит/с» (PDF) . Материалы ECOC 2008 . стр. Пн.4.Д.2. Архивировано из оригинала (PDF) 4 декабря 2013 г. Проверено 17 сентября 2013 г.
  44. ^ Alcatel-Lucent (29 сентября 2009 г.). «Bell Labs бьет рекорд оптической передачи данных, барьер в 100 петабит в секунду» . Phys.org (пресс-релиз). Архивировано из оригинала 9 октября 2009 года.
  45. ^ Хехт, Джефф (29 апреля 2011 г.). «Сверхбыстрая оптоволокно установило новый рекорд скорости» . Новый учёный . Том. 210, нет. 2809. с. 24. Бибкод : 2011NewSc.210R..24H . дои : 10.1016/S0262-4079(11)60912-3 . Проверено 26 февраля 2012 г.
  46. ^ «NEC и Corning достигают петабитной оптической передачи» . Оптика.org. 22 января 2013 г. Проверено 23 января 2013 г.
  47. ^ Бозинович, Н.; Юэ, Ю.; Рен, Ю.; Тур, М.; Кристенсен, П.; Хуанг, Х.; Уиллнер, А.Е.; Рамачандран, С. (2013). «Мультиплексирование с разделением по орбитальному угловому моменту в терабитном масштабе в волокнах» (PDF) . Наука . 340 (6140): 1545–1548. Бибкод : 2013Sci...340.1545B . дои : 10.1126/science.1237861 . ПМИД   23812709 . S2CID   206548907 . Архивировано из оригинала (PDF) 20 февраля 2019 г.
  48. ^ «Скорость передачи данных в петабитах в секунду от одного источника света размером с чип – DTU Electro» (Пресс-релиз). Технический университет Дании. 31 октября 2022 г. Архивировано из оригинала 12 января 2023 г.
  49. ^ Крулл, Лотте (20 октября 2022 г.). «Новый рекорд передачи данных» (Пресс-релиз). Технический университет Дании . Проверено 17 июня 2024 г.
  50. ^ «Мировой рекорд пропускной способности оптоволокна удвоится до 22,9 петабит в секунду | 2023» . NICT — Национальный институт информационных и коммуникационных технологий .
  51. ^ Костовский Г.; Стоддарт, PR; Митчелл, А. (2014). «Наконечник оптического волокна: микроскопическая платформа со световой связью для микро- и нанотехнологий». Продвинутые материалы . 26 (23): 3798–820. Бибкод : 2014AdM....26.3798K . дои : 10.1002/adma.201304605 . ПМИД   24599822 . S2CID   32093488 .
  52. ^ Бэника, Флоринель-Габриэль (2012). Химические сенсоры и биосенсоры: основы и применение . Чичестер: Джон Уайли и сыновья. Ч. 18–20. ISBN  978-0-470-71066-1 .
  53. ^ Анна Басанская (1 октября 2005 г.). «Электричество над стеклом» . IEEE-спектр .
  54. ^ «Фотоэлектрический подвиг превосходит оптическое волокно» . Электронные продукты . 01.06.2006. Архивировано из оригинала 18 июля 2011 г. Проверено 26 сентября 2020 г.
  55. ^ Аль Мошеки, Заид; Меллинг, Питер Дж.; Томсон, Мэри А. (июнь 2001 г.). «Мониторинг реакции ферментации in situ в режиме реального времени с использованием оптоволоконного ИК-Фурье зонда» (PDF) . Спектроскопия . 16 (6): 15.
  56. ^ Меллинг, Питер; Томсон, Мэри (октябрь 2002 г.). «Мониторинг реакций в небольших реакторах и ограниченном пространстве» (PDF) . Американские лабораторные новости .
  57. ^ Меллинг, Питер Дж.; Томсон, Мэри (2002). «Волоконно-оптические зонды для спектрометрии среднего инфракрасного диапазона» (PDF) . В Чалмерсе, Джон М.; Гриффитс, Питер Р. (ред.). Справочник по колебательной спектроскопии . Уайли.
  58. ^ Говинд, Агравал (10 октября 2012 г.). Нелинейная волоконная оптика (5-е изд.). Академическая пресса. ISBN  978-0-12-397023-7 .
  59. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Пашотта, Рюдигер. «Волокна» . Энциклопедия лазерной физики и техники . РП Фотоника . Проверено 22 февраля 2015 г.
  60. ^ Глоге, Д. (1 октября 1971 г.). «Слабо направляющие волокна» . Прикладная оптика . 10 (10): 2252–8. Бибкод : 1971ApOpt..10.2252G . дои : 10.1364/AO.10.002252 . ПМИД   20111311 . Проверено 21 декабря 2023 г.
  61. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Храпко Р.; Логунов С.Л.; Ли, М.; Мэтьюз, HB; Тандон, П.; Чжоу, К. (15 апреля 2024 г.). «Квазиодномодовое волокно с рекордно низким затуханием 0,1400 дБ/км» . Письма IEEE Photonics Technology . 36 (8): 539–542. дои : 10.1109/LPT.2024.3372786 . ISSN   1041-1135 .
  62. ^ «Корнинг подводные оптические волокна» . Corning.com . Корнинг Инкорпорейтед . Проверено 28 марта 2024 г.
  63. ^ Смит, Р.Г. (1972). «Пропускная способность оптической мощности оптических волокон с низкими потерями, определенная методом вынужденного комбинационного рассеяния и рассеяния Бриллюэна». Прикладная оптика . 11 (11): 2489–94. Бибкод : 1972ApOpt..11.2489S . дои : 10.1364/AO.11.002489 . ПМИД   20119362 .
  64. ^ Пашотта, Рюдигер. «Бриллюэновское рассеяние» . Энциклопедия лазерной физики и техники . РП Фотоника.
  65. ^ Скуя, Л.; Хирано, М.; Хосоно, Х.; Кадзихара, К. (2005). «Дефекты оксидных стекол». Физический статус Solidi C . 2 (1): 15–24. Бибкод : 2005PSSCR...2...15S . дои : 10.1002/pssc.200460102 .
  66. ^ Глеземанн, GS (1999). «Достижения в области механической прочности и надежности оптических волокон». Учеб. ШПИОН . CR73 : 1. Бибкод : 1999SPIE.CR73....3G .
  67. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Куркджян, Чарльз Р.; Симпкинс, Питер Г.; Иннисс, Дэрил (1993). «Прочность, деградация и покрытие кремнеземных световодов». Журнал Американского керамического общества . 76 (5): 1106–1112. дои : 10.1111/j.1151-2916.1993.tb03727.x .
  68. ^ Куркджян, К. (1988). «Механическая стабильность оксидных стекол». Журнал некристаллических твердых тел . 102 (1–3): 71–81. Бибкод : 1988JNCS..102...71K . дои : 10.1016/0022-3093(88)90114-7 .
  69. ^ Куркджян, ЧР; Краузе, Дж. Т.; Мэтьюсон, MJ (1989). «Прочность и усталость кварцевых оптических волокон». Журнал световых технологий . 7 (9): 1360–1370. Бибкод : 1989JLwT....7.1360K . дои : 10.1109/50.50715 .
  70. ^ Куркджян, Чарльз Р.; Гебизлиоглу, Осман С.; Камлибель, Ирфан (1999). «Вариации прочности кварцевых волокон». В Мэтьюсоне, М. Джон (ред.). Надежность и тестирование оптического волокна . Фотоника '99. Труды SPIE . Серия конференций Общества инженеров фотооптического приборостроения (SPIE). Том. 3848. с. 77. Бибкод : 1999SPIE.3848...77K . дои : 10.1117/12.372757 . S2CID   119534094 .
  71. ^ Сконторп, Арне (2000). Гобен, Пьер Ф; Друг, Клиффорд М. (ред.). Нелинейные механические свойства оптических волокон на основе диоксида кремния . Пятая Европейская конференция по интеллектуальным конструкциям и материалам. Труды SPIE . Том. 4073. с. 278. Бибкод : 2000SPIE.4073..278S . дои : 10.1117/12.396408 . S2CID   135912790 .
  72. ^ Проктор, бакалавр; Уитни, И.; Джонсон, JW (1967). «Прочность плавленого кремнезема». Труды Королевского общества А. 297 (1451): 534–557. Бибкод : 1967RSPSA.297..534P . дои : 10.1098/rspa.1967.0085 . S2CID   137896322 .
  73. ^ Бартенев, Г (1968). «Строение и прочность стекловолокна». Журнал некристаллических твердых тел . 1 (1): 69–90. Бибкод : 1968JNCS....1...69B . дои : 10.1016/0022-3093(68)90007-0 .
  74. ^ Тран, Д.; Сигел, Г.; Бендоу, Б. (1984). «Стекла и волокна из фторидов тяжелых металлов: обзор». Журнал световых технологий . 2 (5): 566–586. Бибкод : 1984JLwT....2..566T . дои : 10.1109/JLT.1984.1073661 .
  75. ^ Ни, Со-Ми Ф.; Джонсон, Линда Ф.; Моран, Марк Б.; Пентони, Джони М.; Дайно, Стивен М.; Тран, Дань К.; Биллман, Кеннет В.; Сиахатгар, Садег (2000). «Оптические и поверхностные свойства оксифторидного стекла» . Неорганические оптические материалы II . Международный симпозиум по оптической науке и технологиям. Труды SPIE . Том. 4102. с. 122. Бибкод : 2000SPIE.4102..122N . дои : 10.1117/12.405276 . S2CID   137381989 .
  76. ^ Карабулут, М.; Мельник, Э.; Стефан, Р; Марасингхе, ГК; Рэй, CS; Куркджян, ЧР; Дэй, Делавэр (2001). «Механические и структурные свойства фосфатных стекол». Журнал некристаллических твердых тел . 288 (1–3): 8–17. Бибкод : 2001JNCS..288....8K . дои : 10.1016/S0022-3093(01)00615-9 .
  77. ^ Куркджян, К. (2000). «Механические свойства фосфатных стекол». Журнал некристаллических твердых тел . 263–264 (1–2): 207–212. Бибкод : 2000JNCS..263..207K . дои : 10.1016/S0022-3093(99)00637-7 .
  78. ^ Ширяев В.С.; Чурбанов, М.Ф. (2013). «Тенденции и перспективы развития халькогенидных волокон для передачи среднего инфракрасного диапазона». Журнал некристаллических твердых тел . 377 : 225–230. Бибкод : 2013JNCS..377..225S . дои : 10.1016/j.jnoncrysol.2012.12.048 .
  79. ^ Говар, Джон (1993). Системы оптической связи (2-е изд.). Хемпстед, Великобритания: Прентис-Холл. п. 209. ИСБН  978-0-13-638727-5 .
  80. ^ Кузнецов Д.; Молони, СП (2003). «Высокоэффективный, с высоким коэффициентом усиления, малой длины и масштабируемой мощностью некогерентный волоконный усилитель/лазер с пластинчатой ​​диодной накачкой». Журнал IEEE по квантовой электронике . 39 (11): 1452–1461. Бибкод : 2003IJQE...39.1452K . CiteSeerX   10.1.1.196.6031 . дои : 10.1109/JQE.2003.818311 .
  81. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Мэтьюсон, М. (1994). «Методы механических испытаний оптического волокна» (PDF) . Надежность и тестирование оптоволокна . Надежность и тестирование оптоволокна, 8-9 сентября 1993 г., Бостон, Массачусетс. Критические обзоры оптической науки и техники. Том. CR50. Общество инженеров фотооптического приборостроения. стр. 32–59. Бибкод : 1993SPIE10272E..05M . дои : 10.1117/12.181373 . S2CID   136377895 . Архивировано из оригинала (PDF) 2 мая 2019 г. Проверено 2 мая 2019 г.
  82. ^ «Сбор и распространение света» . Зона разработчиков National Instruments . Национальная инструментальная корпорация. Архивировано из оригинала 25 января 2007 года . Проверено 19 марта 2007 г.
  83. ^ Хехт, Джефф (2002). Понимание оптоволокна (4-е изд.). Прентис Холл. ISBN  978-0-13-027828-9 .
  84. ^ «Отчет о проверке плана сельской энергетики Аляски» (PDF) . Отдел Аляски по делам сообщества и региона . Архивировано из оригинала (PDF) 8 мая 2006 г. Проверено 11 апреля 2006 г.
  85. ^ «Corning объявляет о революционной технологии оптоволокна» (пресс-релиз). Корнинг Инкорпорейтед . 23 июля 2007 г. Архивировано из оригинала 13 июня 2011 года . Проверено 9 сентября 2013 г.
  86. ^ Олзак, Том (3 мая 2007 г.). «Защитите свою сеть от взлома оптоволокна» . Техреспублика . CNET. Архивировано из оригинала 17 февраля 2010 г. Проверено 10 декабря 2007 г.
  87. ^ «Лазерное линзирование» . ОпТек Системс Инк . Архивировано из оригинала 27 января 2012 г. Проверено 17 июля 2012 г.
  88. ^ Аткинс, Р.М.; Симпкинс, П.Г.; Яблон, AD (2003). «След предохранителя волокна: рэлеевская неустойчивость в оптических волноводах». Оптические письма . 28 (12): 974–976. Бибкод : 2003OptL...28..974A . дои : 10.1364/OL.28.000974 . ПМИД   12836750 .
  89. ^ Хитц, Брек (август 2003 г.). «Раскрыто происхождение «волоконного предохранителя»» . Фотонные спектры . Архивировано из оригинала 10 мая 2012 г. Проверено 23 января 2011 г.
  90. ^ Со, Кодзи; и др. (октябрь 2003 г.). «Оценка долговечности волоконно-оптических линий связи при высокой мощности» (PDF) . Обзор Фурукавы (24): 17–22. ISSN   1348-1797 . Проверено 5 июля 2008 г.
  91. ^ Г. П. Агравал, Системы волоконно-оптической связи, Wiley-Interscience, 1997.

Дальнейшее чтение [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы, связанные с оптическими волокнами .
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Optical_fiber&oldid=1229833804"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 18812e6bd2629b2938503c4317b5845b__1718741580
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/18/5b/18812e6bd2629b2938503c4317b5845b.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Optical fiber - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)