Оболочка (волоконная оптика)

Оболочка представляет собой оптических волокон один или несколько слоев материалов с более низким показателем преломления, находящихся в тесном контакте с материалом сердцевины с более высоким показателем преломления.

Оболочка удерживает свет в сердцевине волокна за счет полного внутреннего отражения на границе между сердцевиной и оболочкой. ^[1] Для большинства волокон распространение света внутри оболочки обычно подавляется. Однако некоторые волокна могут поддерживать режимы оболочки , при которых свет распространяется как через оболочку, так и через сердцевину. В зависимости от количества поддерживаемых мод их называют многомодовыми и одномодовыми волокнами. ^[2] Улучшение передачи через волокна за счет нанесения оболочки было обнаружено в 1953 году голландским ученым Брэмом ван Хилом . ^[3]

История

Тот факт, что передача по волокнам может быть улучшена за счет применения оболочки, был открыт в 1953 году Ван Хилом, который использовал ее для демонстрации передачи изображения через пучок оптических волокон. ^[4] Ранние облицовочные материалы включали масла , воски и полимеры . Лоуренс Э. Кёртисс из Мичиганского университета разработал первую стеклянную оболочку в 1956 году, вставив стеклянный стержень в стеклянную трубку с более низким показателем преломления, сплавив их вместе и вытянув композитную структуру в оптическое волокно. ^[4]

Режимы

— Мода оболочки это мода , которая ограничена оболочкой оптического волокна в силу того, что оболочка имеет более высокий показатель преломления , чем окружающая среда , которой является либо воздух, либо первичное полимерное покрытие. ^[5] Эти режимы обычно нежелательны. Современные волокна имеют первичное полимерное покрытие с показателем преломления, немного превышающим показатель преломления оболочки, поэтому свет, распространяющийся в оболочке, быстро ослабляется и исчезает уже после нескольких сантиметров распространения . Исключением является волокно с двойной оболочкой , которое предназначено для поддержки моды как в его внутренней оболочке, так и в сердцевине. ^[6]

Преимущества

При производстве стекловолокна неизбежно возникают неровности поверхности (например, поры и трещины), которые рассеивают свет при ударе и уменьшают общее расстояние прохождения света. Включение стеклянной облицовки значительно снижает затухание, вызванное неровностями поверхности. Это происходит из-за меньшего рассеяния света на границе раздела стекло/стекло, чем на границе стекло/воздух для волокна без оболочки. ^[2] Двумя основными факторами, которые позволяют это сделать, являются меньшее изменение показателя преломления, наблюдаемое между двумя поверхностями стекла, а также неровности поверхности облицовки, не мешающие световым лучам. Включение стеклянной облицовки также является улучшением по сравнению с простым нанесением полимерного покрытия, поскольку стекло, как правило, будет прочнее, однороднее и чище. Кроме того, включение плакирующего слоя также позволяет использовать сердечники из стекловолокна меньшего размера. ^[4] Большинство стекловолокон имеют оболочку, которая увеличивает общий внешний диаметр до 125 микрон . ^[7]

Влияние на числовую апертуру

Числовая апертура многомодового оптического волокна является функцией показателей преломления оболочки и сердцевины:

{\rm {{NA}={\sqrt {n_{\rm {core}}^{2}-n_{\rm {clad}}^{2}}}}}

Числовая апертура позволяет рассчитать приемный угол падения на границе раздела волокна. ^[5] Это даст максимальный угол, под которым падающий свет может проникнуть в ядро и сохранить полное внутреннее отражение:

${\rm {{NA}=\sin(\theta _{A})}}$

Объединив оба этих уравнения, на диаграмме выше можно увидеть, как $\theta _{A}$ является функцией $n_{1}$ и $n_{2}$ , где $n_{1}$ – показатель преломления ядра и $n_{2}$

$n_{2}$ – показатель преломления оболочки. ^[7]

Последние события

Из-за относительно большей передачи света сердцевина и оболочка оптоволокна обычно изготавливаются из высокоочищенного диоксида кремния. Определенные примеси могут быть добавлены для придания различных свойств, таких как увеличение дальности передачи или улучшение гибкости волокна. ^[8] За последние несколько лет была проделана значительная работа по улучшению этих свойств.

Ссылки

В этой статье использованы общедоступные материалы из Федеральный стандарт 1037C . Управление общего обслуживания . Архивировано из оригинала 22 января 2022 г. (в поддержку MIL-STD-188 ).

^ «Оптические волокна» . labman.phys.utk.edu . Проверено 26 мая 2023 г.
^ Jump up to: ^а ^б Златанов, Никола (март 2017 г.). «Введение в теорию волоконной оптики» . дои : 10.13140/RG.2.2.29183.20641 . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )
^ «Файбер 101» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 26 ноября 2019 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с Хехт, Джефф (2004). Город света: история оптоволокна . Оксфорд: Издательство Оксфордского университета. стр. 55–70. ISBN 978-0-19-802676-1 . OCLC 60543677 .
^ Jump up to: ^а ^б Крисп, Джон (2005). Введение в оптоволокно . Барри Дж. Эллиотт. Амстердам: Ньюнес. ISBN 978-0-7506-6756-2 . OCLC 162130345 .
^ Гатак, Аджой; Тьягараджан, К. (1998), «Введение: революция в оптоволокне» , Введение в оптоволокно , Кембридж: Издательство Кембриджского университета, стр. 1–8, doi : 10.1017/cbo9781139174770.002 , ISBN 9781139174770 , получено 27 ноября 2021 г.
^ Jump up to: ^а ^б «Справочник по FOA для оптоволокна — оптическое волокно» . www.thefoa.org . Проверено 10 апреля 2016 г.
^ Басс, Майкл (2010). Справочник по оптике . МакГроу-Хилл. ISBN 978-0-07-163314-7 . OCLC 904221758 .

Эта оптике статья, посвященная , незавершена . Вы можете помочь Википедии, расширив ее .

[1] «Оптические волокна» . labman.phys.utk.edu . Проверено 26 мая 2023 г.

[:1-2] Jump up to: ^а ^б Златанов, Никола (март 2017 г.). «Введение в теорию волоконной оптики» . дои : 10.13140/RG.2.2.29183.20641 . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )

[3] «Файбер 101» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 26 ноября 2019 г.

[:02-4] Jump up to: ^а ^б ^с Хехт, Джефф (2004). Город света: история оптоволокна . Оксфорд: Издательство Оксфордского университета. стр. 55–70. ISBN 978-0-19-802676-1 . OCLC 60543677 .

[:2-5] Jump up to: ^а ^б Крисп, Джон (2005). Введение в оптоволокно . Барри Дж. Эллиотт. Амстердам: Ньюнес. ISBN 978-0-7506-6756-2 . OCLC 162130345 .

[6] Гатак, Аджой; Тьягараджан, К. (1998), «Введение: революция в оптоволокне» , Введение в оптоволокно , Кембридж: Издательство Кембриджского университета, стр. 1–8, doi : 10.1017/cbo9781139174770.002 , ISBN 9781139174770 , получено 27 ноября 2021 г.

[:3-7] Jump up to: ^а ^б «Справочник по FOA для оптоволокна — оптическое волокно» . www.thefoa.org . Проверено 10 апреля 2016 г.

[8] Басс, Майкл (2010). Справочник по оптике . МакГроу-Хилл. ISBN 978-0-07-163314-7 . OCLC 904221758 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]