Sợi quang là tên viết tắt của sợi quang, một loại sợi được làm bằng thủy tinh hoặc nhựa, có thể được sử dụng như một công cụ truyền ánh sáng. Nguyên tắc truyền là' phản xạ toàn phần của ánh sáng'. Các cựu hiệu trưởng của Đại học Trung Quốc Hồng Kông Gao Kun và George A. Hockham lần đầu tiên đề xuất ý tưởng rằng cáp quang có thể được sử dụng để truyền thông tin liên lạc. Vì lý do này, Gao Kun đã giành được giải Nobel Vật lý năm 2009.
giới thiệu
Sợi quang cực nhỏ được bọc trong một lớp vỏ nhựa để có thể uốn cong mà không bị đứt. Nói chung, thiết bị phát ở một đầu của sợi quang sử dụng điốt phát sáng (LED) hoặc chùm tia laze để truyền xung ánh sáng tới sợi quang và thiết bị nhận ở đầu kia của sợi quang sử dụng phần tử cảm quang để phát hiện các xung.
Trong cuộc sống hàng ngày, do sự mất mát của ánh sáng trong sợi quang khi truyền đi thấp hơn nhiều so với tổn thất của điện năng trong dây dẫn, nên sợi quang được sử dụng để truyền thông tin đi xa.
Thông thường hai thuật ngữ cáp quang và cáp quang bị nhầm lẫn. Hầu hết các sợi quang phải được bao phủ bởi một số lớp cấu trúc bảo vệ trước khi sử dụng, và các loại cáp được bao phủ được gọi là cáp quang. Lớp bảo vệ và lớp cách điện trên lớp ngoài của sợi quang có thể ngăn chặn sự phá hủy sợi quang từ môi trường xung quanh như nước, lửa, điện giật. Cáp quang được chia thành: sợi quang, lớp đệm và lớp phủ. Cáp quang tương tự như cáp đồng trục, chỉ khác là không có tấm chắn lưới. Ở trung tâm là lõi thủy tinh mà ánh sáng truyền qua.
Trong sợi đa mode, đường kính lõi là 50 μm và 62,5 μm, gần tương đương với độ dày của tóc người. Lõi sợi quang đơn mode có đường kính từ 8 μm đến 10 μm. Lõi được bao bọc bởi một lớp bao thủy tinh có chiết suất thấp hơn lõi để giữ ánh sáng bên trong lõi. Bên ngoài là một lớp áo nhựa mỏng để bảo vệ phong bì. Các sợi quang thường được bó lại và được bảo vệ bởi một vỏ bọc. Lõi sợi quang thường là hình trụ đồng tâm hai lớp có tiết diện nhỏ làm bằng thủy tinh thạch anh. Nó giòn và dễ gãy nên cần có lớp bảo vệ bên ngoài.
nguyên tắc
Ánh sáng và đặc điểm của nó
1. Ánh sáng là sóng điện từ
Dải bước sóng của ánh sáng nhìn thấy là 390 ~ 760nm (nanomet). Phần lớn hơn 760nm là ánh sáng hồng ngoại, và phần nhỏ hơn 390nm là tia cực tím. Sợi quang được sử dụng ở ba loại: 850nm, 1310nm và 1550nm.
2. Khúc xạ, phản xạ và phản xạ toàn phần ánh sáng.
Vì tốc độ truyền của ánh sáng trong các chất khác nhau nên khi phát ra ánh sáng từ chất này sang chất khác thì tại mặt phân cách của hai chất xảy ra hiện tượng khúc xạ và phản xạ. Hơn nữa, góc của ánh sáng khúc xạ thay đổi theo góc của ánh sáng tới. Khi góc của ánh sáng tới đạt hoặc vượt quá một góc nhất định, ánh sáng khúc xạ sẽ biến mất, và tất cả ánh sáng tới sẽ bị phản xạ trở lại, đó là phản xạ toàn phần của ánh sáng. Các vật liệu khác nhau có góc khúc xạ khác nhau đối với ánh sáng có cùng bước sóng (nghĩa là các vật liệu khác nhau có chiết suất khác nhau), và cùng một vật liệu có góc khúc xạ khác nhau đối với ánh sáng có bước sóng khác nhau. Truyền thông cáp quang được hình thành dựa trên các nguyên tắc trên.
1. Cấu trúc sợi quang:
Sợi quang trần của sợi quang thường được chia thành ba lớp: lõi thủy tinh chiết suất cao ở trung tâm (đường kính lõi thường là 50 hoặc 62,5μm), ở giữa là lớp phủ thủy tinh silica chiết suất thấp (đường kính nói chung là 125μm), và ngoài cùng là lớp nhựa phủ để gia cố. Sàn nhà.
2. Khẩu độ số sợi quang:
Tất cả ánh sáng tới trên mặt cuối của sợi quang không thể được sợi quang truyền hết mà chỉ là ánh sáng tới trong một khoảng góc nhất định. Góc này được gọi là khẩu độ số của sợi quang. Khẩu độ số lớn hơn của sợi quang có lợi cho kết nối đối đầu của sợi quang. Các sợi quang được sản xuất bởi các nhà sản xuất khác nhau có các khẩu độ số khác nhau (AT& T CORNING).
3. Các loại sợi quang:
Có nhiều loại sợi quang, và các chức năng và hiệu suất cần thiết khác nhau tùy theo mục đích sử dụng khác nhau. Tuy nhiên, nguyên tắc thiết kế và chế tạo cáp quang cho truyền hình cáp và thông tin liên lạc về cơ bản là giống nhau, chẳng hạn như: ① suy hao nhỏ; ② băng thông nhất định và độ phân tán nhỏ; ③ dễ dàng đi dây; ④ tích hợp dễ dàng; ⑤ độ tin cậy cao; ⑥ so sánh sản xuất Đơn giản; ⑦Không tốn kém, v.v. Việc phân loại sợi quang chủ yếu được tóm tắt từ bước sóng làm việc, phân bố chiết suất, chế độ truyền dẫn, nguyên liệu và phương pháp sản xuất. Dưới đây là các ví dụ về các phân loại khác nhau như sau.
(1) Bước sóng làm việc: sợi cực tím, sợi quan sát, sợi hồng ngoại gần, sợi hồng ngoại (0,85μm, 1,3μm, 1,55μm).
(2) Phân bố chỉ số khúc xạ: sợi loại bước (SI), sợi loại gần bước, loại sợi phân cấp (GI), các loại khác (chẳng hạn như loại tam giác, loại W, loại lõm, v.v.).
(3) Chế độ truyền dẫn: sợi đơn mode (bao gồm sợi duy trì phân cực và sợi duy trì không phân cực), sợi đa mode.
(4) Nguyên liệu: sợi quang thạch anh, sợi quang thủy tinh nhiều thành phần, sợi quang nhựa, sợi quang composite (như tấm ốp nhựa, lõi chất lỏng, v.v.), vật liệu hồng ngoại, v.v. Tùy theo vật liệu phủ, nó có thể được chia thành vật liệu vô cơ (carbon, v.v.), vật liệu kim loại (đồng, niken, v.v.) và chất dẻo.
(5) Phương pháp sản xuất: Tiền hóa dẻo bao gồm lắng đọng dọc trục pha hơi (VAD), lắng đọng hơi hóa học (CVD), v.v., và các phương pháp kéo dây bao gồm phương pháp đúc ống que và phương pháp nung kép.
Sợi quang Silica
Silica Fiber là một sợi quang học trong đó silicon dioxide (SiO2) là nguyên liệu chính, và sự phân bố chiết suất của lõi và lớp phủ được kiểm soát theo các lượng pha tạp khác nhau. Chuỗi sợi quang thạch anh (thủy tinh) có đặc điểm tiêu thụ điện năng thấp và băng thông rộng, hiện được sử dụng rộng rãi trong hệ thống truyền hình cáp và truyền thông.
Ưu điểm của sợi quang thủy tinh thạch anh là suy hao thấp. Khi bước sóng ánh sáng là 1,0 ～ 1,7μm (khoảng 1,4μm), sự mất mát chỉ là 1dB / km, và thấp nhất ở 1,55μm chỉ là 0,2dB / km.
Sợi pha tạp flo
Floed Doped Fiber là một trong những sản phẩm tiêu biểu của sợi silica. Nói chung, trong sợi quang thông tin băng tần 1,3μm, chất pha tạp điều khiển lõi là germanium dioxide (GeO2) và lớp bọc được làm bằng SiO2. Tuy nhiên, hầu hết các lõi của sợi kết nối flo sử dụng SiO2, nhưng flo được pha tạp trong lớp phủ. Vì suy hao tán xạ Rayleigh là hiện tượng tán xạ ánh sáng gây ra bởi sự thay đổi chiết suất. Do đó, người ta mong muốn hình thành các chất pha tạp của các yếu tố dao động chiết suất, và càng ít càng tốt. Tác dụng chính của flo là làm giảm chiết suất của SIO2. Do đó, nó thường được sử dụng để pha tạp chất cho tấm ốp.
So với các sợi quang bằng vật liệu thô khác, sợi quang thạch anh cũng có phổ truyền ánh sáng rộng từ ánh sáng tử ngoại đến ánh sáng cận hồng ngoại. Ngoài mục đích giao tiếp, nó cũng có thể được sử dụng trong các lĩnh vực như dẫn ánh sáng và truyền hình ảnh.
Sợi hồng ngoại
Vì bước sóng làm việc của sợi quang chuỗi thạch anh được phát triển trong lĩnh vực truyền thông quang học, mặc dù nó được sử dụng trong khoảng cách truyền ngắn hơn, nó chỉ có thể được sử dụng trong 2μm. Vì lý do này, nó có thể hoạt động trong trường có bước sóng hồng ngoại dài hơn, và sợi quang được phát triển được gọi là sợi quang hồng ngoại. Sợi quang hồng ngoại chủ yếu được sử dụng để truyền năng lượng ánh sáng. Ví dụ: đo nhiệt độ, truyền ảnh nhiệt, điều trị y tế bằng dao mổ laser, xử lý năng lượng nhiệt, ... Tỷ lệ thâm nhập còn thấp.
Sợi tổng hợp
Sợi tổng hợp được làm từ nguyên liệu thô SiO2, sau đó trộn các ôxit một cách thích hợp như ôxit natri (Na2O), ôxit bo (B2O3), ôxit kali (K2O) và các ôxit khác để tạo thành sợi thủy tinh đa thành phần, có đặc điểm là đa - thủy tinh thành phần Nó có điểm mềm thấp hơn thủy tinh thạch anh và sự khác biệt lớn về chiết suất giữa lõi và lớp phủ. Ống nội soi sợi quang chủ yếu được sử dụng trong các dịch vụ y tế.
Sợi CFC
Sợi Florua Sợi Clorua (Florua Fiber) là một sợi quang được làm bằng thủy tinh florua. Vật liệu sợi quang học này còn được gọi là ZBLAN (có nghĩa là, vật liệu thủy tinh florua như ZrF2), bari florua (BaF2), lantan florua (LaF3), nhôm florua (AlF3) và natri florua (NaF) được đơn giản hóa thành viết tắt của, chủ yếu hoạt động trong dịch vụ truyền dẫn quang của bước sóng 2 ～ 10μm. Bởi vì ZBLAN có khả năng gây suy hao cực thấp, nên việc phát triển tính khả thi cho sợi quang thông tin đường dài đang được tiến hành, ví dụ: mức suy hao thấp nhất trên lý thuyết của nó, trong khi nó có thể đạt 10-2 ～ 10-3dB / km ở bước sóng 3μm, trong khi sợi thạch anh nằm trong khoảng 0,15-0,16dB / Km ở 1,55μm. Hiện tại, sợi quang ZBLAN chỉ có thể được sử dụng ở 2,4 ～ 2,7 do khó giảm suy hao tán xạ. Cảm biến nhiệt độ μm và truyền ảnh nhiệt vẫn chưa được sử dụng rộng rãi. Gần đây, để sử dụng ZBLAN cho truyền dẫn khoảng cách xa, bộ khuếch đại sợi quang pha tạp praseodymium 1,3 μm (PDFA) đang được phát triển.
Sợi quang tráng nhựa
Sợi phủ nhựa (Plastic Clad Fiber) là loại sợi dạng bước trong đó thủy tinh silica có độ tinh khiết cao được sử dụng làm lõi và nhựa có chỉ số khúc xạ thấp hơn một chút so với silica, chẳng hạn như silica gel, được sử dụng làm lớp phủ . So với sợi silica, nó có các đặc điểm về tiền thuê lõi và khẩu độ số cao (NA). Do đó, nó dễ dàng kết hợp với nguồn sáng LED diode phát quang, suy hao nhỏ. Do đó, nó rất phù hợp với mạng cục bộ (LAN) và truyền thông khoảng cách ngắn.
Sợi quang nhựa
Đây là một loại sợi quang trong đó cả lõi và lớp bọc đều được làm bằng nhựa (polyme). Các sản phẩm ban đầu chủ yếu được sử dụng trong truyền thông quang học để trang trí và chiếu sáng dẫn đường bằng ánh sáng và các mạch liên kết quang học khoảng cách ngắn. Nguyên liệu chủ yếu là thủy tinh hữu cơ (PMMA), polystyrene (PS) và polycarbonate (PC). Suy hao được hạn chế bởi cấu trúc kết hợp CH vốn có của chất dẻo, thường lên đến hàng chục dB mỗi km. Để giảm thất thoát, nhựa dòng flo đang được phát triển và ứng dụng. Vì đường kính lõi của sợi quang nhựa là 1000μm, lớn hơn 100 lần so với sợi thạch anh đơn mode nên kết nối đơn giản, dễ uốn cong và thi công. Trong những năm gần đây, với sự phát triển của băng thông rộng, sự phát triển của sợi quang nhựa đa mode với chiết suất phân cấp (GI) đã nhận được sự quan tâm của xã hội. Gần đây, ứng dụng chạy tương đối nhanh trong mạng LAN nội bộ của ô tô&# 39 và nó cũng có thể được sử dụng trong mạng LAN gia đình trong tương lai.
Sợi đơn mode
Sợi đơn mode Đây là sợi chỉ có thể truyền một chế độ truyền trong bước sóng làm việc, thường được gọi là sợi đơn mode (SMF: Single Mode Fiber). Hiện nay, nó là sợi quang được sử dụng rộng rãi nhất trong truyền hình cáp và truyền thông quang học. Bởi vì lõi của sợi quang rất mỏng (khoảng 10μm) và chiết suất phân bố giống như bước, khi thông số tần số chuẩn hóa V nhỏ hơn 2,4, về mặt lý thuyết, chỉ có thể hình thành truyền đơn mode. Ngoài ra, SMF không có phân tán đa chế độ. Không chỉ dải tần số truyền dẫn rộng hơn so với sợi quang với nhiều mode hơn, mà sự phân tán vật chất và phân tán cấu trúc của SMF cũng được bổ sung và bù đắp, và đặc tính tổng hợp của nó xảy ra để tạo thành đặc tính của phân tán bằng không, làm cho dải tần số truyền dẫn rộng hơn . Trong SMF, có rất nhiều loại do sự khác biệt về chất liệu và phương pháp sản xuất. DePr-essed Clad Fiber (DePr-essed Clad Fiber), lớp phủ của nó tạo thành cấu trúc kép, và lớp phủ tiếp giáp với lõi có chiết suất thấp hơn so với lớp phủ ngược bên ngoài.
Sợi đa mode
Sợi đa mode dùng để chỉ sợi trong đó chế độ lan truyền có thể có của sợi là nhiều mode theo bước sóng làm việc, được gọi là sợi đa mode (MMF: MULti ModeFiber). Đường kính lõi là 50μm, và bởi vì chế độ truyền có thể đạt tới vài trăm, so với SMF, băng thông truyền chủ yếu bị chi phối bởi sự phân tán theo phương thức. Trong lịch sử, nó đã được sử dụng để truyền tải khoảng cách ngắn trong hệ thống truyền hình cáp và thông tin liên lạc. Kể từ khi sợi SMF xuất hiện, nó dường như đã tạo thành một sản phẩm lịch sử. Nhưng trên thực tế, do MMF có đường kính lõi lớn hơn SMF và dễ kết hợp với các nguồn sáng như đèn LED nên nó có nhiều ưu điểm hơn trong nhiều mạng LAN. Do đó, MMF vẫn đang được chú ý trở lại trong lĩnh vực liên lạc đường ngắn. Khi MMF được phân loại theo sự phân bố chiết suất, có hai loại: loại gradient (GI) và loại bậc (SI). Chỉ số khúc xạ của loại GI là cao nhất ở trung tâm của lõi, và giảm dần dọc theo lớp phủ. Khi sóng ánh sáng loại SI bị phản xạ trong sợi quang, sự chênh lệch thời gian của mỗi đường ánh sáng được tạo ra, làm cho sóng ánh sáng phát ra bị méo và độ sốc màu lớn. Kết quả là băng thông truyền dẫn bị thu hẹp và hiện có ít ứng dụng MMF kiểu SI hơn.
Sự phân tán dịch chuyển sợi
Khi bước sóng hoạt động của sợi quang đơn mode là 1,3Pm, đường kính trường mode là khoảng 9Pm và suy hao truyền dẫn của nó là khoảng 0,3dB / km. Tại thời điểm này, bước sóng phân tán 0 chính xác là 1,3pm. Trong số các sợi quang thạch anh, suy hao truyền dẫn trong phần 1,55pm là nhỏ nhất (khoảng 0,2dB / km) từ vật liệu thô. Vì bộ khuếch đại sợi quang pha tạp erbium thực tế (EDFA) hoạt động ở băng tần 1,55pm, nếu có thể đạt được độ phân tán bằng 0 trong băng tần này, thì sẽ có lợi hơn cho việc áp dụng truyền dẫn đường dài trong băng tần 1,55pm. Do đó, bằng cách sử dụng khéo léo các đặc tính bù đắp tổng hợp của sự phân tán của vật liệu thạch anh trong vật liệu sợi và sự phân tán của cấu trúc lõi, độ phân tán không ban đầu của phần 1,3Pm có thể được chuyển sang phần 1,55pm để tạo thành phân tán bằng không. Vì vậy, nó được đặt tên là Sợi phân tán (DSF: DispersionShifted Fiber). Phương pháp tăng độ phân tán cấu trúc chủ yếu là cải thiện hiệu suất phân bố chiết suất của lõi. Trong việc truyền dẫn đường dài của thông tin liên lạc quang, độ phân tán bằng không của sợi quang là quan trọng, nhưng không phải là duy nhất. Các đặc tính khác bao gồm suy hao thấp, kết nối dễ dàng, hình thành cáp hoặc các thay đổi nhỏ về đặc tính trong quá trình làm việc (bao gồm các tác động của uốn, kéo và thay đổi môi trường). DSF được thiết kế để xem xét các yếu tố này một cách toàn diện.
Sợi phẳng phân tán
Sợi thay đổi tán sắc (DSF) là một sợi đơn mode được thiết kế với độ phân tán bằng không trong dải 1,55pm. Sợi quang dẹt tán sắc (DFF: Dispersion Flat Flat Fiber) có dải bước sóng rộng từ 1,3Pm đến 1,55pm. Độ phân tán có thể được tạo ra rất thấp và sợi đạt được độ phân tán gần như bằng không được gọi là DFF. Vì DFF phải giảm độ phân tán trong khoảng từ 1.3pm đến 1.55pm. Cần thiết phải thực hiện một thiết kế phức tạp đối với sự phân bố chiết suất của sợi quang. Tuy nhiên, loại sợi này rất thích hợp cho các đường ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM). Bởi vì quá trình của sợi DFF phức tạp hơn, chi phí đắt hơn. Trong tương lai, khi sản lượng tăng, giá cũng sẽ giảm.
Chất xơ bù tán sắc
Đối với hệ thống đường trục sử dụng sợi đơn mode, hầu hết chúng được xây dựng bằng sợi có độ phân tán bằng không trong dải 1,3pm. Tuy nhiên, hiện tại mức lỗ nhỏ nhất là 1,55pm. Do ứng dụng thực tế của EDFA, sẽ rất có lợi nếu bước sóng 1,55pm có thể hoạt động trên sợi quang tán sắc bằng không 1,3pm. Bởi vì, trong sợi quang tán sắc không 1,3Pm, độ phân tán trong dải 1,55Pm là khoảng 16ps / km / nm. Nếu một đoạn sợi có dấu hiệu phân tán ngược lại được chèn vào trong đường cáp quang này, thì độ tán sắc của toàn bộ đường quang có thể được làm bằng không. Sợi được sử dụng cho mục đích này được gọi là Sợi bù tán sắc (DCF: DisPersion Cạnh tranh-nsation Fiber). So với sợi quang tán sắc không độ 1,3pm tiêu chuẩn, DCF có đường kính lõi mỏng hơn và chênh lệch chiết suất lớn hơn. DCF cũng là một phần quan trọng của đường quang WDM.
Sự phân cực duy trì sợi quang
Sóng ánh sáng lan truyền trong sợi quang có các tính chất của sóng điện từ, vì vậy ngoài chế độ đơn sóng ánh sáng cơ bản, về cơ bản còn có hai chế độ phân bố trường điện từ trực giao (TE, TM). Nói chung, do cấu trúc của phần sợi quang là đối xứng tròn, hằng số truyền của hai chế độ phân cực bằng nhau và hai ánh sáng phân cực không giao thoa với nhau. Tuy nhiên, trên thực tế, sợi quang không hoàn toàn đối xứng tròn. Các yếu tố kết hợp giữa các chế độ phân cực phân bố không đều trên trục quang học. Sự phân tán gây ra bởi sự thay đổi ánh sáng phân cực này được gọi là Phân tán Chế độ Phân cực (PMD). Đối với truyền hình cáp chủ yếu phân phối hình ảnh thì ảnh hưởng không quá lớn nhưng đối với một số dịch vụ có yêu cầu đặc biệt về băng siêu rộng trong tương lai như:
① Khi phát hiện dị bản được sử dụng trong giao tiếp mạch lạc, khi phân cực sóng ánh sáng được yêu cầu ổn định hơn;
②Khi các đặc tính đầu vào và đầu ra của thiết bị quang học có liên quan đến phân cực;
③Khi chế tạo bộ ghép quang và bộ phân cực hoặc bộ khử cực duy trì phân cực, v.v ...;
④ Tạo cảm biến sợi quang sử dụng giao thoa ánh sáng, v.v.,
Trong trường hợp độ phân cực được yêu cầu giữ không đổi, sợi đã được biến đổi để trạng thái phân cực không thay đổi được gọi là sợi duy trì phân cực (PMF: Polarized Maintenance), hay sợi phân cực cố định.
Sợi lưỡng chiết
Sợi lưỡng chiết dùng để chỉ một sợi đơn mode có thể truyền hai mode phân cực vốn có trực giao với nhau. Hiện tượng chiết suất thay đổi theo hướng lệch gọi là hiện tượng khúc xạ. Nó còn được gọi là sợi PANDA, tức là sợi phân cực-duy trì và giảm hấp thụ. Nó được bố trí theo hai chiều ngang của lõi, có phần thủy tinh có hệ số giãn nở nhiệt lớn và tiết diện tròn. Trong quá trình kéo sợi ở nhiệt độ cao, các bộ phận này co lại, dẫn đến kéo giãn theo hướng y của lõi và đồng thời ứng suất nén theo hướng x. Điều này dẫn đến hiệu ứng quang đàn hồi của vật liệu sợi và sự khác biệt về chiết suất theo hướng X và hướng y. Theo nguyên tắc này, tác dụng của việc giữ cho độ phân cực không đổi đạt được.
Chất xơ chống môi trường xấu
Nhiệt độ môi trường làm việc bình thường của sợi quang để liên lạc có thể từ -40 ℃ đến +60 ℃, và thiết kế cũng dựa trên tiền đề là nó không bị phơi nhiễm với một lượng lớn bức xạ. Ngược lại, đối với nhiệt độ thấp hơn hoặc nhiệt độ cao hơn và môi trường khắc nghiệt có thể chịu áp suất cao hoặc ngoại lực và tiếp xúc với bức xạ, loại sợi cũng có thể hoạt động được gọi là sợi kháng điều kiện cứng (Hard Condition Resistant Fiber). Nói chung, để bảo vệ cơ học bề mặt của sợi quang, một lớp nhựa bổ sung được phủ lên. Tuy nhiên, khi nhiệt độ tăng lên, chức năng bảo vệ của nhựa giảm, điều này làm hạn chế nhiệt độ sử dụng. Nếu bạn chuyển sang nhựa chịu nhiệt, chẳng hạn như Teflon (Teflon) và các loại nhựa khác, bạn có thể làm việc ở 300 ° C. Ngoài ra còn có các kim loại như niken (Ni) và nhôm (Al) được phủ trên bề mặt của thủy tinh thạch anh. Loại sợi này được gọi là sợi chịu nhiệt (Heat Resistant Fiber). Ngoài ra, khi sợi quang bị chiếu xạ bởi bức xạ, suy hao quang sẽ tăng lên. Điều này là do khi thủy tinh thạch anh tiếp xúc với bức xạ, các khuyết tật cấu trúc (còn gọi là trung tâm màu: Color Center) sẽ xuất hiện trong thủy tinh, và sự mất mát sẽ tăng lên đặc biệt ở bước sóng 0,4 ～ 0,7pm. Phương pháp phòng ngừa là chuyển sang thủy tinh thạch anh có pha tạp nguyên tố OH hoặc F, có thể ngăn chặn các khuyết tật mất mát do bức xạ gây ra. Loại sợi này được gọi là sợi kháng bức xạ, và nó chủ yếu được sử dụng trong các gương sợi quang để giám sát nhà máy điện hạt nhân.
Sợi tráng kín
Để duy trì sự ổn định lâu dài của độ bền cơ học và sự mất mát của sợi quang, bề mặt thủy tinh được phủ một lớp vật liệu vô cơ như cacbua silic (SiC), cacbua titan (TiC) và cacbon (C) để ngăn nước và hydro từ bên ngoài đến. Sự khuếch tán của sợi quang được sản xuất (HCF Hermematic Coated Fiber). Hiện nay, trong quá trình sản xuất phương pháp lắng đọng hơi hóa chất (CVD) người ta thường sử dụng một lớp cacbon tích tụ với tốc độ cao để đạt được hiệu quả làm kín vừa đủ. Sợi quang học phủ carbon (CCF) này có thể cắt đứt hiệu quả sự xâm nhập của sợi quang học từ các phân tử hydro bên ngoài. Theo báo cáo, nó có thể được duy trì trong 20 năm mà không bị hao hụt ngày càng nhiều trong môi trường hydro ở nhiệt độ phòng. Tất nhiên, hệ số mỏi của nó (Thông số mỏi) có thể đạt hơn 200 trong việc ngăn chặn sự xâm nhập của hơi ẩm và trì hoãn quá trình mỏi của độ bền cơ học. Do đó, HCF được sử dụng trong các hệ thống yêu cầu độ tin cậy cao trong môi trường khắc nghiệt, chẳng hạn như cáp quang biển.
Sợi phủ carbon
Một sợi quang được phủ một lớp màng carbon trên bề mặt của sợi quang thạch anh được gọi là Carbon Coated Fiber (CCF: Carbon Coated Fiber). Cơ chế là sử dụng một màng carbon dày đặc để cách ly bề mặt của sợi quang với thế giới bên ngoài nhằm cải thiện sự mất mỏi cơ học của sợi quang và làm tăng sự mất mát của các phân tử hydro. CCF là một loại sợi quang học phủ kín (HCF).
Sợi quang tráng kim loại
Sợi quang tráng kim loại (Metal Coated Fiber) là sợi quang được phủ một lớp kim loại như Ni, Cu, Al,… lên bề mặt sợi quang. Ngoài ra còn có các lớp nhựa phủ bên ngoài lớp kim loại nhằm mục đích nâng cao khả năng chịu nhiệt và sẵn sàng để tiếp điện và hàn. Nó là một trong những sợi quang chống môi trường xấu, và cũng có thể được sử dụng như một thành phần của mạch điện tử. Các sản phẩm ban đầu được tạo ra bằng cách phủ kim loại nóng chảy trong quá trình vẽ. Do phương pháp này có sự chênh lệch quá lớn về hệ số giãn nở giữa thủy tinh và kim loại nên sẽ làm tăng tổn thất uốn nhỏ, tỷ lệ thực tế không cao. Gần đây, do thành công của phương pháp phủ không điện phân tổn thất thấp trên bề mặt của sợi quang thủy tinh, hiệu suất đã được cải thiện rất nhiều.
Xơ pha tạp đất hiếm
Trong lõi sợi quang được pha tạp các nguyên tố đất hiếm như Er, Nd, Pr. Năm 1985, Payne của Đại học Southampton ở Vương quốc Anh lần đầu tiên phát hiện ra rằng Sợi DoPed Đất Hiếm (Rare Earth DoPed Fiber) có hiện tượng dao động laser và khuếch đại ánh sáng. Do đó, kể từ đó, bức màn khuếch đại ánh sáng như mồi nhử đã được vén màn. EDFA 1,55pm hiện nay thực tế là sử dụng sợi quang đơn mode pha tạp chất mồi và sử dụng tia laser 1,47pm để kích thích nhằm thu được bộ khuếch đại tín hiệu quang 1,55pm. Ngoài ra, bộ khuếch đại sợi florua pha tạp chất (PDFA) đang được phát triển.
Sợi Raman
Hiệu ứng Raman có nghĩa là khi chiếu ánh sáng đơn sắc có tần số f vào một chất thì trong ánh sáng tán xạ sẽ xuất hiện ánh sáng tán xạ có tần số f ± fR và f ± 2fR khác tần số f. Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng Raman. . Vì nó được tạo ra bởi sự trao đổi năng lượng giữa chuyển động phân tử của chất và chuyển động mạng tinh thể. Khi một chất hấp thụ năng lượng, số dao động của ánh sáng trở nên nhỏ hơn, và ánh sáng bị tán xạ được gọi là vạch stokes. Ngược lại, ánh sáng tán xạ thu được năng lượng từ vật chất và làm tăng số lượng dao động được gọi là đường phản Stokes. Do đó, độ lệch FR của số dao động phản ánh mức năng lượng và có thể cho thấy giá trị vốn có trong chất. Sợi được tạo ra bằng cách sử dụng môi trường phi tuyến này được gọi là sợi Raman (RF: Raman Fiber). Để hạn chế ánh sáng trong lõi sợi quang nhỏ để truyền đi xa, hiệu ứng tương tác giữa ánh sáng và vật chất sẽ xuất hiện, có thể làm cho dạng sóng tín hiệu không bị biến dạng và nhận biết được khả năng truyền đi xa. Khi ánh sáng đầu vào được tăng cường, ánh sáng tán xạ cảm ứng mạch lạc sẽ thu được. Laser sợi Raman được sử dụng để cảm nhận ánh sáng tán xạ Raman, có thể được sử dụng làm nguồn năng lượng để đo quang phổ và kiểm tra độ tán sắc của sợi quang. Ngoài ra, tán xạ Raman cảm ứng, trong truyền thông đường dài của sợi quang, đang được nghiên cứu như một bộ khuếch đại quang.
Sợi lệch tâm
Lõi của sợi quang tiêu chuẩn được đặt ở trung tâm của lớp bọc, và hình dạng mặt cắt của lõi và lớp bọc là đồng tâm. Tuy nhiên, do mục đích sử dụng khác nhau, cũng có trường hợp vị trí lõi, hình dạng lõi, hình dạng tấm ốp thành các trạng thái khác nhau hoặc tấm ốp được đục lỗ để tạo thành kết cấu có hình dạng đặc biệt. So với các sợi quang tiêu chuẩn, các sợi quang này được gọi là sợi quang có hình dạng đặc biệt. Sợi lõi ngoại lai (Excentric Core Fiber), nó là một loại sợi có hình dạng đặc biệt. Lõi được đặt lệch tâm và gần với vị trí lệch tâm của đường bên ngoài của tấm ốp. Vì lõi gần với bề mặt, một phần của trường ánh sáng sẽ lan truyền trên lớp phủ (được gọi là Sóng Evanescent). Sử dụng hiện tượng này, có thể phát hiện sự có mặt hoặc không có các chất kèm theo và sự thay đổi chiết suất. Sợi lệch tâm (ECF) chủ yếu được sử dụng làm cảm biến sợi quang để phát hiện chất. Kết hợp với phương pháp đo phản xạ miền thời gian quang học (OTDR), nó cũng có thể được sử dụng như một cảm biến phân phối.
Sợi quang
Sử dụng sợi quang làm bằng chất liệu huỳnh quang. Nó là một phần huỳnh quang được tạo ra khi nó bị chiếu xạ bởi các sóng ánh sáng như bức xạ, tia tử ngoại,… có thể truyền qua sợi quang bằng cách đóng sợi quang. Sợi phát quang (Luminescent Fiber) có thể được sử dụng để phát hiện bức xạ và tia cực tím, cũng như chuyển đổi bước sóng, hoặc làm cảm biến nhiệt độ, cảm biến hóa học. Nó cũng được gọi là sợi thần kinh tọa trong việc phát hiện bức xạ. Từ quan điểm của vật liệu huỳnh quang và pha tạp, sợi quang học bằng nhựa đang được phát triển.
Sợi đa lõi
Một sợi quang thông thường bao gồm một vùng lõi và một vùng bọc xung quanh nó. Tuy nhiên, Multi Core Fiber có nhiều lõi trong một khu vực bọc chung. Do sự gần gũi của các lõi với nhau nên có hai chức năng. Một là khoảng cách giữa các lõi lớn, tức là không có cấu trúc ghép nối quang học. Loại sợi quang này có thể làm tăng mật độ tích hợp trên một đơn vị diện tích của đường truyền. Trong truyền thông quang học, cáp ruy-băng có nhiều lõi có thể được tạo ra, trong khi trong các lĩnh vực không liên lạc, như các bó hình ảnh sợi quang, có hàng nghìn lõi được tạo ra. Thứ hai là làm cho khoảng cách giữa các lõi gần nhau, có thể tạo ra sự ghép sóng ánh sáng. Sử dụng nguyên tắc này, một cảm biến lõi kép hoặc thiết bị mạch quang đang được phát triển.
Sợi rỗng
Sợi quang được cấu tạo thành lõi rỗng tạo thành không gian hình trụ. Sợi quang dùng để truyền ánh sáng được gọi là sợi rỗng (Hollow Fiber). Sợi quang rỗng chủ yếu được sử dụng để truyền năng lượng và có thể được sử dụng để truyền năng lượng ánh sáng tia X, tia cực tím và tia hồng ngoại xa. Có hai loại cấu trúc sợi rỗng: một là chế tạo thủy tinh thành hình trụ, nguyên lý lõi và tấm ốp cũng giống như cấu tạo của loại bậc. Sử dụng sự phản xạ toàn phần của ánh sáng giữa không khí và kính để lan truyền. Vì hầu hết ánh sáng có thể truyền trong không khí mà không bị thất thoát nên nó có chức năng lan truyền một khoảng cách nhất định. Thứ hai là làm cho hệ số phản xạ của bề mặt bên trong của hình trụ gần bằng 1, để giảm suy hao phản xạ. Để cải thiện hệ số phản xạ, một chất điện môi được đặt trong đèn để giảm suy hao trong dải bước sóng làm việc. Ví dụ, sự mất mát của bước sóng 10,6pm có thể đạt tới vài dB / m.
Polymer
Theo vật liệu, có sợi quang vô cơ và sợi quang polyme. Trước đây được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. Vật liệu sợi quang vô cơ được chia thành hai loại: một thành phần và nhiều thành phần. Một thành phần duy nhất là thạch anh, và nguyên liệu chính là silic tetraclorua, phốt pho oxychloride và boron Tribromide. Độ tinh khiết của nó yêu cầu hàm lượng tạp chất của các ion kim loại chuyển tiếp như đồng, sắt, coban, niken, mangan, crom và vanadi nhỏ hơn 10ppb. Ngoài ra, yêu cầu ion OH nhỏ hơn 10ppb. Sợi thạch anh đã được sử dụng rộng rãi. Có nhiều nguyên liệu thô đa thành phần, chủ yếu là silic điôxít, bo trioxit, natri nitrat, ôxít thallium, v.v. Vật liệu này chưa phổ biến. Sợi quang polyme là một sợi quang được làm bằng polyme trong suốt, được cấu tạo bởi vật liệu lõi sợi và vật liệu vỏ bọc. Vật liệu cốt lõi là sợi được làm bằng polymethyl methacrylate hoặc polystyrene có độ tinh khiết cao và truyền cao, và lớp ngoài cùng là polymer có chứa flo hoặc polymer silicon hữu cơ.
Suy hao quang học của sợi quang polyme tương đối cao. Năm 1982, Công ty Điện báo và Điện báo Nhật Bản đã sử dụng dây tóc polyme metyl methacrylate được khử cặn làm vật liệu cốt lõi, và tỷ lệ suy hao quang học đã giảm xuống còn 20dB / km. Tuy nhiên, đặc điểm của sợi quang polyme là có thể chế tạo sợi quang có kích thước lớn, khẩu độ số lớn, hiệu suất ghép nguồn sáng cao, độ mềm dẻo tốt, uốn cong nhẹ không ảnh hưởng đến khả năng dẫn sáng, dễ sắp xếp và liên kết, dễ sử dụng và chi phí thấp. Tuy nhiên, tổn hao quang học lớn và nó chỉ có thể được sử dụng trong khoảng cách ngắn. Sợi quang có suy hao quang 10 ～ 100dB / km có thể truyền hàng trăm mét
Sợi duy trì phân cực
Sợi duy trì phân cực: Sợi duy trì phân cực truyền ánh sáng phân cực tuyến tính, được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau của nền kinh tế quốc dân như hàng không, hàng không, hàng hải, công nghệ sản xuất công nghiệp và thông tin liên lạc. Trong cảm biến sợi quang giao thoa kế dựa trên phát hiện kết hợp quang học, việc sử dụng sợi quang duy trì phân cực có thể đảm bảo rằng hướng phân cực tuyến tính không thay đổi, cải thiện tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu nhất quán và đạt được phép đo chính xác cao của các đại lượng vật lý. Là một loại sợi quang đặc biệt, sợi quang duy trì phân cực chủ yếu được sử dụng trong các cảm biến như con quay hồi chuyển sợi quang, hydrophone sợi quang và các hệ thống thông tin liên lạc sợi quang như DWDM và EDFA. Vì con quay hồi chuyển sợi quang và hydrophone sợi quang có thể được sử dụng trong điều hướng quán tính quân sự và sonar, chúng là các sản phẩm công nghệ cao và sợi quang duy trì phân cực là thành phần cốt lõi của nó, vì vậy sợi quang duy trì phân cực đã được đưa vào danh sách cấm vận đối với Trung Quốc của các nước phát triển phương tây. Trong quá trình vẽ sợi duy trì phân cực, do các khuyết tật cấu trúc được tạo ra bên trong sợi, hiệu suất duy trì phân cực sẽ giảm. Nghĩa là, khi ánh sáng phân cực tuyến tính được truyền dọc theo trục đặc tính của sợi quang, một phần của tín hiệu quang sẽ được ghép vào một phần khác. Trục đặc tính cuối cùng dẫn đến sự giảm tỷ lệ phân cực của tín hiệu ánh sáng phân cực đầu ra. Khuyết tật này ảnh hưởng đến hiệu ứng lưỡng chiết trong sợi. Trong sợi quang duy trì phân cực, hiệu ứng lưỡng chiết càng mạnh và bước sóng càng ngắn thì càng tốt để duy trì trạng thái phân cực của ánh sáng truyền qua.
Ứng dụng và hướng phát triển trong tương lai của sợi quang duy trì phân cực
Sợi quang duy trì phân cực sẽ có nhu cầu thị trường lớn hơn trong vài năm tới. Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ mới trên thế giới và sự phát triển không ngừng của các sản phẩm mới, sợi quang duy trì phân cực sẽ phát triển theo các hướng sau:
(1) Sử dụng công nghệ mới của sợi tinh thể quang tử để sản xuất một loại sợi duy trì phân cực hiệu suất cao mới;
(2) Phát triển sợi quang duy trì phân cực thích ứng với nhiệt độ để đáp ứng các yêu cầu của hàng không vũ trụ và các lĩnh vực khác;
(3) Phát triển các loại sợi duy trì phân cực pha tạp đất hiếm khác nhau để đáp ứng nhu cầu của bộ khuếch đại quang và các ứng dụng thiết bị khác;
(4) Phát triển sợi quang duy trì phân cực florua để thúc đẩy sự phát triển của công nghệ giao thoa sợi quang trong lĩnh vực công nghệ thiên văn hồng ngoại;
(5) Sợi duy trì phân cực suy giảm thấp: Với sự cải tiến liên tục của công nghệ sợi đơn mode, suy hao, phân tán vật chất và phân tán ống dẫn sóng không còn là những yếu tố chính ảnh hưởng đến truyền thông sợi quang và sự phân tán chế độ phân cực (PMD) của single- Cáp quang mode dần trở thành hạn chế Điểm nghẽn nghiêm trọng nhất về chất lượng truyền thông cáp quang đặc biệt nổi bật trong các hệ thống thông tin cáp quang tốc độ cao từ 10 Gbit / s trở lên.
(6) Sử dụng hiệu ứng Kerr và hiệu ứng quay Faraday để chế tạo thiết bị ánh sáng phân cực.
Ngoài ra, theo các đầu sợi quang khác nhau, có: C-Lens. Ống kính G. Thấu kính màu xanh lá cây
Gấp các thông số kỹ thuật sợi quang phổ biến
Chế độ đơn: 8 / 125μm, 9 / 125μm, 10 / 125μm
Đa chế độ: 50 / 125μm, tiêu chuẩn Châu Âu
62,5 / 125μm, tiêu chuẩn Mỹ
Mạng công nghiệp, y tế và mạng tốc độ thấp: 100 / 140μm, 200 / 230μm
Nhựa: 98 / 1000μm, được sử dụng để điều khiển ô tô
