فیبر نوری مخفف فیبر نوری، فیبر ساخته شده از شیشه یا پلاستیک است که می تواند به عنوان ابزار انتقال نور استفاده شود. اصل انتقال'؛ بازتاب کلی نور' است. رؤسای سابق دانشگاه چینی هنگ کنگ گائو کان و جورج ای. هاکام اولین بار این ایده را مطرح کردند که فیبر نوری می تواند برای انتقال ارتباط استفاده شود. به همین دلیل گائو کان برنده جایزه نوبل فیزیک سال 2009 شد.
معرفی کنید
فیبر نوری کوچک در یک غلاف پلاستیکی محصور شده است تا بدون شکستگی خم شود. به طور کلی، دستگاه فرستنده در یک انتهای فیبر نوری از یک دیود ساطع کننده نور (LED) یا یک پرتو لیزر برای انتقال پالس های نور به فیبر نوری استفاده می کند و دستگاه گیرنده در انتهای دیگر فیبر نوری از یک عنصر حساس به نور استفاده می کند. نبض ها را تشخیص دهد
در زندگی روزمره، از آنجایی که تلفات انتقال نور در فیبرهای نوری بسیار کمتر از اتلاف برق در سیم است، فیبرهای نوری برای انتقال اطلاعات در فواصل طولانی استفاده می شود.
معمولاً دو عبارت فیبر نوری و کابل نوری با هم اشتباه گرفته می شوند. بیشتر فیبرهای نوری قبل از استفاده باید توسط چندین لایه ساختار محافظ پوشانده شوند و کابل های پوشیده شده را کابل نوری می نامند. لایه محافظ و لایه عایق روی لایه بیرونی فیبر نوری می تواند از آسیب به فیبر نوری از محیط اطراف مانند آب، آتش سوزی و شوک الکتریکی جلوگیری کند. کابل نوری به دو دسته تقسیم می شود: فیبر نوری، لایه بافر و پوشش. فیبر نوری شبیه کابل کواکسیال است، با این تفاوت که هیچ محافظ شبکه ای وجود ندارد. در مرکز، هسته شیشه ای قرار دارد که نور از طریق آن منتشر می شود.
در یک فیبر چند حالته، قطر هسته 50 میکرومتر و 62.5 میکرومتر است که تقریباً معادل ضخامت موی انسان است. هسته فیبر تک حالته دارای قطر 8 میکرومتر تا 10 میکرومتر است. هسته توسط یک پوشش شیشه ای با ضریب شکست کمتر از هسته احاطه شده است تا نور را در داخل هسته نگه دارد. در قسمت بیرونی یک ژاکت پلاستیکی نازک برای محافظت از پاکت وجود دارد. فیبرهای نوری معمولاً به صورت بسته بندی شده و توسط یک پوشش محافظت می شوند. هسته فیبر معمولاً یک استوانه متحدالمرکز دو لایه با سطح مقطع کوچک است که از شیشه کوارتز ساخته شده است. شکننده است و به راحتی شکسته می شود، بنابراین یک لایه محافظ خارجی مورد نیاز است.
اصل
نور و ویژگی های آن
1. نور یک موج الکترومغناطیسی است
محدوده طول موج نور مرئی 390 تا 760 نانومتر (نانومتر) است. قسمت بزرگتر از 760 نانومتر نور مادون قرمز و قسمت کوچکتر از 390 نانومتر نور ماوراء بنفش است. فیبر نوری در سه نوع 850 نانومتر، 1310 نانومتر و 1550 نانومتر استفاده می شود.
2. شکست، بازتاب و بازتاب کلی نور.
از آنجا که سرعت انتشار نور در مواد مختلف متفاوت است، هنگامی که نور از یک ماده به ماده دیگر گسیل می شود، شکست و انعکاس در سطح مشترک دو ماده رخ می دهد. علاوه بر این، زاویه نور شکست با زاویه نور تابشی تغییر می کند. هنگامی که زاویه نور تابشی به یک زاویه خاص برسد یا از آن فراتر رود، نور شکست ناپدید می شود و تمام نور فرودی به عقب منعکس می شود که بازتاب کلی نور است. مواد مختلف زوایای شکست متفاوتی برای نور با طول موج یکسان دارند (یعنی مواد مختلف ضریب شکست متفاوتی دارند) و همان ماده برای نور با طول موج های مختلف زوایای شکست متفاوتی دارد. ارتباط فیبر نوری بر اساس اصول فوق شکل می گیرد.
1. ساختار فیبر نوری:
فیبر لخت فیبر نوری به طور کلی به سه لایه تقسیم می شود: هسته شیشه ای با ضریب شکست بالا (قطر هسته به طور کلی 50 یا 62.5 میکرومتر است)، وسط روکش شیشه ای سیلیکا با ضریب شکست کم است (قطر به طور کلی 125 میکرومتر است). و بیرونی ترین پوشش رزین برای تقویت است. کف.
2. دیافراگم عددی فیبر نوری:
نور تابیده شده در وجه انتهایی فیبر نوری را نمی توان همگی توسط فیبر نوری منتقل کرد، بلکه فقط نور فرودی در یک محدوده زاویه خاص منتقل می شود. این زاویه دیافراگم عددی فیبر نامیده می شود. دیافراگم عددی بزرگتر فیبر نوری برای اتصال لب به لب فیبر نوری مفید است. فیبرهای نوری تولید شده توسط سازندگان مختلف دارای دیافراگم عددی متفاوتی هستند (AT&T CORNING).
3. انواع فیبر نوری:
انواع مختلفی از فیبرهای نوری وجود دارد و عملکردها و عملکردهای مورد نیاز با توجه به کاربردهای مختلف متفاوت است. با این حال، اصول طراحی و ساخت فیبر نوری برای تلویزیون کابلی و ارتباطات اساساً یکسان است، مانند: ① تلفات کوچک. ② پهنای باند خاص و پراکندگی کوچک. ③ سیم کشی آسان؛ ④ ادغام آسان؛ ⑤ قابلیت اطمینان بالا؛ ⑥ مقایسه ساخت ساده. ⑦ارزان و غیره. طبقه بندی فیبر نوری عمدتاً از طول موج کار، توزیع ضریب شکست، حالت انتقال، مواد خام و روش ساخت خلاصه می شود. در اینجا نمونه هایی از طبقه بندی های مختلف به شرح زیر است.
(1) طول موج کار: فیبر ماوراء بنفش، فیبر قابل مشاهده، فیبر مادون قرمز نزدیک، فیبر مادون قرمز (0.85μm، 1.3μm، 1.55μm).
(2) توزیع ضریب شکست: فیبر نوع پله (SI)، فیبر نوع نزدیک به مرحله، فیبر نوع درجه بندی شده (GI)، سایرین (مانند نوع مثلث، نوع W، نوع فرورفته و غیره).
(3) حالت انتقال: فیبر تک حالته (شامل فیبر نگهدارنده قطبش و فیبر نگهدارنده غیر قطبی)، فیبر چند حالته.
(4) مواد خام: فیبر نوری کوارتز، فیبر نوری شیشه ای چند جزئی، فیبر نوری پلاستیکی، فیبر نوری کامپوزیت (مانند روکش پلاستیکی، هسته مایع و غیره)، مواد مادون قرمز و غیره. با توجه به مواد پوشش، می تواند به مواد معدنی (کربن و غیره)، مواد فلزی (مس، نیکل و غیره) و پلاستیک تقسیم می شود.
(5) روش های ساخت: پیش پلاستیک سازی شامل رسوب محوری فاز بخار (VAD)، رسوب بخار شیمیایی (CVD) و غیره است، و روش های کشش سیم شامل روش های لوله میله و بوته دوبل است.
فیبر نوری سیلیس
فیبر سیلیکا یک فیبر نوری است که در آن دی اکسید سیلیکون (SiO2) ماده اولیه اصلی است و توزیع ضریب شکست هسته و روکش با توجه به مقادیر مختلف دوپینگ کنترل می شود. فیبرهای نوری سری کوارتز (شیشه ای) دارای ویژگی های مصرف انرژی کم و پهنای باند هستند و در حال حاضر به طور گسترده در تلویزیون های کابلی و سیستم های ارتباطی استفاده می شوند.
مزیت فیبر نوری شیشه کوارتز تلفات کم است. وقتی طول موج نور 1.0-1.7μm (حدود 1.4μm) باشد، تلفات فقط 1dB/km است و کمترین آن در 1.55μm تنها 0.2dB/km است.
فیبر دوپ شده با فلوئور
فیبر دوپ شده فلورین یکی از محصولات معمولی فیبر سیلیس است. به طور کلی، در فیبر نوری ارتباطی باند موج 1.3 میکرومتر، ماده ناخالص کنترل کننده هسته دی اکسید ژرمانیوم (GeO2) است و روکش فلزی از SiO2 ساخته شده است. با این حال، بیشتر هستههای فیبرهای متصل به فلوئور از SiO2 استفاده میکنند، اما فلوئور در روکش دوپینگ است. زیرا افت پراکندگی رایلی پدیده ای از پراکندگی نور است که در اثر تغییرات ضریب شکست ایجاد می شود. بنابراین، ایجاد ناخالصی از عوامل نوسان ضریب شکست مطلوب است و کمتر بهتر است. اثر اصلی فلوئور کاهش ضریب شکست SIO2 است. بنابراین، اغلب برای دوپینگ روکش استفاده می شود.
در مقایسه با فیبرهای نوری سایر مواد خام، فیبر نوری کوارتز همچنین دارای طیف گسترده ای از انتقال نور از نور ماوراء بنفش به نور مادون قرمز نزدیک است. علاوه بر اهداف ارتباطی، می توان از آن در زمینه هایی مانند هدایت نور و انتقال تصویر نیز استفاده کرد.
فیبر مادون قرمز
از آنجایی که طول موج کاری فیبر نوری سری کوارتز در زمینه ارتباطات نوری توسعه یافته است، اگرچه در فاصله انتقال کوتاهتری استفاده میشود، اما تنها در 2μm قابل استفاده است. به همین دلیل می تواند در زمینه طول موج های مادون قرمز طولانی تر کار کند و فیبر نوری توسعه یافته فیبر نوری مادون قرمز نامیده می شود. فیبر نوری مادون قرمز عمدتاً برای انتقال انرژی نور استفاده می شود. به عنوان مثال: اندازه گیری دما، انتقال تصویر حرارتی، درمان پزشکی با اسکالپل لیزری، پردازش انرژی حرارتی و غیره. میزان نفوذ هنوز کم است.
الیاف کامپوزیت
فیبر مرکب از مواد خام SiO2 ساخته میشود و سپس اکسیدهایی مانند اکسید سدیم (Na2O)، اکسید بور (B2O3)، اکسید پتاسیم (K2O) و سایر اکسیدها را بهطور مناسب مخلوط میکنند تا یک الیاف شیشهای چند جزئی بسازند که دارای ویژگیهای چندگانه است. شیشه کامپوننت دارای نقطه نرمی پایین تری نسبت به شیشه کوارتز و تفاوت زیادی در ضریب شکست بین هسته و روکش است. آندوسکوپ های فیبر نوری عمدتا در خدمات پزشکی استفاده می شود.
فیبر CFC
فیبر فلوراید فیبر کلرید (فیبر فلوراید) یک فیبر نوری ساخته شده از شیشه فلوراید است. به این ماده فیبر نوری ZBLAN نیز گفته می شود (یعنی مواد شیشه ای فلوراید مانند ZrF2)، فلوراید باریم (BaF2)، فلوراید لانتانیم (LaF3)، فلوراید آلومینیوم (AlF3) و فلوراید سدیم (NaF) به شکل ساده شده اند. مخفف، عمدتاً در سرویس انتقال نوری با طول موج 2 تا 10 میکرومتر کار می کند. از آنجایی که ZBLAN امکان فیبر بسیار کم تلفات را دارد، توسعه امکان سنجی برای فیبر ارتباطی راه دور در حال انجام است، به عنوان مثال: کمترین تلفات نظری آن، در طول موج 3 میکرومتر می تواند به 10-2 × 10-3dB/km برسد، در حالی که فیبر کوارتز بین 0.15-0.16dB/Km در 1.55μm است. در حال حاضر، فیبر ZBLAN به دلیل دشواری کاهش تلفات پراکندگی، تنها در 2.4 تا 2.7 قابل استفاده است. سنسورهای دمای میکرومتر و انتقال تصویر حرارتی هنوز به طور گسترده مورد استفاده قرار نگرفته اند. اخیراً، به منظور استفاده از ZBLAN برای انتقال از راه دور، یک تقویت کننده فیبر 1.3 میکرومتری دوپ شده با پراسئودیمیوم (PDFA) در حال توسعه است.
فیبر نوری با روکش پلاستیک
الیاف روکش پلاستیک (Plastic Clad Fiber) یک الیاف پله ای است که در آن از شیشه سیلیکا با خلوص بالا به عنوان هسته و پلاستیک با ضریب شکست کمی کمتر از سیلیس مانند سیلیکاژل به عنوان روکش استفاده می شود. . در مقایسه با فیبر سیلیکا، دارای ویژگی های رانت هسته و دیافراگم عددی بالا (NA) است. بنابراین، ترکیب آن با منبع نور LED دیود ساطع کننده نور آسان است و از دست دادن اندک است. بنابراین برای شبکه های محلی (LAN) و ارتباطات از راه دور بسیار مناسب است.
فیبر نوری پلاستیک
این یک فیبر نوری است که هم هسته و هم روکش آن از پلاستیک (پلیمر) ساخته شده است. محصولات اولیه عمدتاً در ارتباطات نوری برای دکوراسیون و روشنایی هدایت نور و مدارهای پیوند نوری در فواصل کوتاه مورد استفاده قرار می گرفتند. مواد اولیه عمدتاً شیشه آلی (PMMA)، پلی استایرن (PS) و پلی کربنات (PC) هستند. اتلاف با ساختار ترکیبی ذاتی CH پلاستیک ها، معمولاً تا ده ها دسی بل در کیلومتر محدود می شود. به منظور کاهش تلفات، پلاستیک های سری فلوئور در حال توسعه و استفاده هستند. از آنجایی که قطر هسته فیبر نوری پلاستیک 1000μm است که 100 برابر بزرگتر از فیبر کوارتز تک حالته است، اتصال ساده است و خم شدن و ساخت آن آسان است. در سال های اخیر، با پیشرفت پهن باندسازی، توسعه فیبر نوری پلاستیکی چند حالته با ضریب شکست درجه بندی شده (GI) مورد توجه اجتماعی قرار گرفته است. اخیراً، این برنامه در LAN داخلی خودرو' نسبتاً سریع است و ممکن است در آینده در شبکه محلی خانگی نیز استفاده شود.
فیبر تک حالته
فیبر تک حالته این به فیبری اشاره دارد که فقط می تواند یک حالت انتشار را در طول موج کاری ارسال کند، که معمولاً به آن فیبر تک حالته (SMF: Single Mode Fiber) گفته می شود. در حال حاضر پرکاربردترین فیبر نوری در تلویزیون کابلی و ارتباطات نوری است. از آنجایی که هسته فیبر بسیار نازک است (حدود 10 میکرومتر) و ضریب شکست در یک توزیع پله مانند است، زمانی که پارامتر فرکانس نرمال شده V کمتر از 2.4 باشد، از نظر تئوری، تنها انتقال تک حالته می تواند تشکیل شود. علاوه بر این، SMF دارای پراکندگی چند حالته نیست. نه تنها باند فرکانس انتقال گسترده تر از فیبر با حالت بیشتر است، بلکه پراکندگی مواد و پراکندگی ساختاری SMF نیز اضافه و افست می شود و مشخصه سنتز آن مشخصه پراکندگی صفر را تشکیل می دهد که باعث می شود باند فرکانس انتقال گسترده تر شود. . در SMF به دلیل تفاوت در مواد ناخالص و روش های ساخت انواع مختلفی وجود دارد. فیبر روکشی DePr-essed (DePr-essed Clad Fiber)، روکش آن یک ساختار دوگانه را تشکیل می دهد و روکش مجاور هسته دارای ضریب شکست کمتری نسبت به روکش وارونه بیرونی است.
فیبر چند حالته
فیبر چند حالته به فیبری اطلاق می شود که در آن حالت انتشار احتمالی فیبر، حالت های چندگانه با توجه به طول موج کار است که فیبر چند حالته (MMF: MULti ModeFiber) نامیده می شود. قطر هسته 50 میکرومتر است و از آنجایی که حالت انتقال در مقایسه با SMF می تواند به چند صد نفر برسد، پهنای باند انتقال عمدتاً تحت سلطه پراکندگی مدال است. از لحاظ تاریخی، برای انتقال از راه دور در تلویزیون های کابلی و سیستم های ارتباطی استفاده شده است. از زمان ظهور فیبر SMF، به نظر می رسد که یک محصول تاریخی را تشکیل داده است. اما در واقع از آنجایی که MMF قطر هسته بزرگتری نسبت به SMF دارد و ترکیب آن با منابع نوری مانند LED راحت تر است، در بسیاری از شبکه های LAN مزایای بیشتری دارد. بنابراین، MMF همچنان در زمینه ارتباطات از راه دور دوباره مورد توجه قرار گرفته است. هنگامی که MMF بر اساس توزیع ضریب شکست طبقه بندی می شود، دو نوع وجود دارد: نوع گرادیان (GI) و نوع پله (SI). ضریب شکست نوع GI در مرکز هسته بالاترین است و به تدریج در طول روکش کاهش می یابد. همانطور که موج نوری نوع SI در فیبر نوری منعکس می شود، اختلاف زمانی هر مسیر نور ایجاد می شود که باعث می شود موج نور ساطع شده اعوجاج شود و شوک رنگی زیاد باشد. در نتیجه، پهنای باند انتقال باریک می شود و در حال حاضر برنامه های کاربردی MMF از نوع SI کمتر است.
پراکندگی فیبر جابجا شد
هنگامی که طول موج عملیاتی یک فیبر تک حالته 1.3Pm باشد، قطر میدان حالت حدود 9Pm و تلفات انتقال آن حدود 0.3dB/km است. در این زمان، طول موج پراکندگی صفر دقیقاً در ساعت 1.3 بعد از ظهر است. در میان فیبرهای نوری کوارتز، تلفات انتقال در بخش 1.55 بعد از ظهر کمترین (حدود 0.2 دسی بل در کیلومتر) از مواد خام است. از آنجایی که تقویت کننده فیبر دوپ شده با اربیوم (EDFA) در باند 1.55 بعد از ظهر کار می کند، اگر بتوان در این باند پراکندگی صفر را به دست آورد، برای استفاده از انتقال از راه دور در باند 1.55 بعد از ظهر مفیدتر خواهد بود. بنابراین، با استفاده هوشمندانه از ویژگیهای افست ترکیبی پراکندگی مواد کوارتز در مواد الیافی و پراکندگی ساختار هسته، میتوان پراکندگی صفر اصلی بخش 1.3PM را به بخش 1.55pm تغییر داد تا پراکندگی صفر را تشکیل دهد. بنابراین، آن را Dispersion Shifted Fiber (DSF: DispersionShifted Fiber) می نامند. روش افزایش پراکندگی ساختاری عمدتاً برای بهبود عملکرد توزیع ضریب شکست هسته است. در انتقال از راه دور ارتباطات نوری، پراکندگی فیبر صفر مهم است، اما نه تنها. سایر خواص عبارتند از تلفات کم، اتصال آسان، تشکیل کابل یا تغییرات جزئی در مشخصات در حین کار (از جمله اثرات خمش، کشش و تغییرات محیطی). DSF طوری طراحی شده است که این عوامل را به طور جامع در نظر بگیرد.
فیبر مسطح پراکندگی
فیبر پراکنده (DSF) یک فیبر تک حالته است که با پراکندگی صفر در باند 1.55 بعد از ظهر طراحی شده است. فیبر مسطح پراکندگی (DFF: Dispersion Flattened Fiber) دارای محدوده طول موج گسترده ای از 1.3 بعد از ظهر تا 1.55 بعد از ظهر است. پراکندگی می تواند بسیار کم باشد و فیبری که پراکندگی تقریباً صفر را به دست می آورد DFF نامیده می شود. زیرا DFF باید پراکندگی را در محدوده 1.3 بعد از ظهر تا 1.55 بعد از ظهر کاهش دهد. انجام یک طراحی پیچیده برای توزیع ضریب شکست فیبر نوری ضروری است. با این حال، این نوع فیبر برای خطوط چندگانه تقسیم طول موج (WDM) بسیار مناسب است. از آنجایی که فرآیند فیبر DFF پیچیده تر است، هزینه آن گران تر است. در آینده با افزایش تولید، قیمت ها نیز کاهش خواهد یافت.
فیبر جبران پراکندگی
برای سیستم های تنه با استفاده از فیبرهای تک حالته، اکثر آنها با استفاده از الیاف با پراکندگی صفر در باند 1.3 بعد از ظهر ساخته می شوند. با این حال، اکنون کمترین ضرر ساعت 1.55 بعد از ظهر است. به دلیل استفاده عملی از EDFA، اگر بتوان طول موج 1.55pm را روی فیبر 1.3pm با پراکندگی صفر عمل کرد، بسیار سودمند خواهد بود. زیرا در فیبر 1.3Pm پراکندگی صفر، پراکندگی در باند 1.55Pm حدود 16ps/km/nm است. اگر قسمتی از فیبر با علامت مخالف پراکندگی در این خط فیبر نوری وارد شود، پراکندگی کل خط نوری را می توان صفر کرد. فیبر مورد استفاده برای این منظور، فیبر جبران پراکندگی (DCF: DisPersion Compe-nsation Fiber) نامیده می شود. در مقایسه با فیبر استاندارد 1.3 بعد از ظهر پراکندگی صفر، DCF دارای قطر هسته نازکتر و اختلاف ضریب شکست بزرگتر است. DCF همچنین بخش مهمی از خطوط نوری WDM است.
فیبر نگهدارنده پلاریزاسیون
امواج نوری منتشر شده در فیبر نوری دارای خواص امواج الکترومغناطیسی هستند، بنابراین علاوه بر حالت تک موج نور پایه، اساساً دو حالت متعامد توزیع میدان الکترومغناطیسی (TE, TM) وجود دارد. به طور کلی، از آنجایی که ساختار بخش فیبر به صورت دایره ای متقارن است، ثابت های انتشار دو حالت پلاریزاسیون برابر است و دو نور پلاریزه شده با یکدیگر تداخلی ندارند. با این حال، در واقع، فیبر کاملاً به صورت دایره ای متقارن نیست. فاکتورهای ترکیبی بین حالت های پلاریزاسیون به طور نامنظم بر روی محور نوری توزیع شده اند. پراکندگی ناشی از این تغییر در نور قطبی شده، پراکندگی حالت قطبی (PMD) نامیده می شود. برای تلویزیون کابلی، که عمدتاً تصاویر را توزیع می کند، تأثیر آن خیلی زیاد نیست، اما برای برخی از سرویس هایی که در آینده دارای الزامات ویژه ای برای باند فوق العاده هستند، مانند:
① هنگامی که تشخیص هترودین در ارتباطات منسجم استفاده می شود، زمانی که قطبش موج نور لازم است تا پایدارتر باشد.
② هنگامی که مشخصات ورودی و خروجی تجهیزات نوری مربوط به قطبش است.
③ هنگام ساخت جفت کننده های نوری و پلاریزه کننده ها یا دپلاریز کننده ها و غیره با حفظ پلاریزاسیون.
④ ساخت سنسورهای فیبر نوری که از تداخل نور و غیره استفاده می کنند،
در مواردی که پلاریزاسیون لازم است ثابت بماند، فیبری که برای تغییر حالت پلاریزاسیون اصلاح شده است، فیبر نگهدارنده پلاریزاسیون (PMF: فیبر حفظ پلاریزاسیون) یا فیبر پلاریزاسیون ثابت نامیده می شود.
فیبر دوشکست
فیبر دوشکست به یک فیبر تک حالته اطلاق می شود که می تواند دو حالت قطبش ذاتی را که متعامد به یکدیگر هستند، منتقل کند. پدیده ای که ضریب شکست با جهت انحراف تغییر می کند، انکسار مضاعف نامیده می شود. به آن فیبر پاندا نیز می گویند، یعنی فیبر قطبش نگهدارنده و کاهش دهنده جذب. در دو جهت عرضی هسته، با قسمت شیشه ای با ضریب انبساط حرارتی زیاد و مقطع دایره ای مرتب شده است. در فرآیند کشش فیبر در دمای بالا، این قطعات منقبض می شوند که منجر به کشش در جهت y هسته و در عین حال تنش فشاری در جهت x می شود. این منجر به اثر فوتوالاستیک مواد فیبر و تفاوت در ضریب شکست در جهت X و جهت y می شود. با توجه به این اصل، اثر ثابت نگه داشتن قطبش حاصل می شود.
فیبر ضد محیطی بد
دمای محیط کاری معمولی فیبر نوری برای ارتباط می تواند بین -40 ℃ و +60 ℃ باشد و طراحی نیز بر این فرض استوار است که در معرض مقدار زیادی تابش قرار نگیرد. در مقابل، برای دمای پایین تر یا دمای بالاتر و محیط خشن که می تواند تحت فشار زیاد یا نیروی خارجی قرار گیرد و در معرض تشعشع قرار گیرد، فیبری که می تواند کار کند، فیبر مقاوم در برابر شرایط سخت (Hard Condition Resistant Fiber) نامیده می شود. به طور کلی، به منظور محافظت مکانیکی از سطح فیبر نوری، یک لایه پلاستیک اضافی پوشش داده می شود. با این حال، با افزایش دما، عملکرد محافظتی پلاستیک کاهش می یابد، که دمای استفاده را محدود می کند. اگر به پلاستیک های مقاوم در برابر حرارت مانند تفلون (تفلون) و سایر رزین ها تغییر دهید، می توانید در دمای 300 درجه سانتی گراد کار کنید. همچنین فلزاتی مانند نیکل (Ni) و آلومینیوم (Al) روی سطح شیشه کوارتز پوشش داده شده اند. به این نوع الیاف، فیبر مقاوم در برابر حرارت (فیبر مقاوم در برابر حرارت) می گویند. علاوه بر این، هنگامی که فیبر نوری توسط تشعشع تابش می شود، تلفات نوری افزایش می یابد. این به این دلیل است که وقتی شیشه کوارتز در معرض تابش قرار می گیرد، نقص های ساختاری (که مرکز رنگ نیز نامیده می شود: مرکز رنگ) در شیشه ظاهر می شود و اتلاف به ویژه در طول موج 0.4 تا 0.7 بعد از ظهر افزایش می یابد. روش پیشگیری تغییر به شیشه کوارتز آغشته به عنصر OH یا F است که می تواند نقص های تلفات ناشی از تشعشع را سرکوب کند. این نوع فیبر، فیبر مقاوم در برابر تشعشع نامیده می شود و بیشتر در آینه های فیبر نوری برای نظارت بر نیروگاه هسته ای استفاده می شود.
الیاف پوشش داده شده هرمتیک
به منظور حفظ پایداری طولانی مدت استحکام مکانیکی و از دست دادن فیبر نوری، سطح شیشه با مواد معدنی مانند کاربید سیلیکون (SiC)، کاربید تیتانیوم (TiC) و کربن (C) پوشش داده می شود تا از آب جلوگیری شود. و هیدروژن از بیرون می آید. انتشار فیبر نوری تولید شده (HCF Hermetically Coated Fiber). در حال حاضر، معمولاً در فرآیند تولید رسوب بخار شیمیایی (CVD) برای استفاده از یک لایه کربن برای انباشته شدن با سرعت بالا برای دستیابی به اثر آب بندی کافی استفاده می شود. این فیبر نوری با پوشش کربن (CCF) می تواند به طور موثر نفوذ فیبر نوری را از مولکول های هیدروژن خارجی قطع کند. گزارش شده است که می توان آن را به مدت 20 سال بدون افزایش تلفات در محیط هیدروژن در دمای اتاق نگهداری کرد. البته ضریب خستگی آن (Fatigue Parameter) در جلوگیری از نفوذ رطوبت و به تاخیر انداختن فرآیند خستگی مقاومت مکانیکی می تواند به بیش از 200 برسد. بنابراین، HCF در سیستم هایی استفاده می شود که نیاز به قابلیت اطمینان بالایی در محیط های سخت دارند، مانند کابل های نوری زیردریایی.
الیاف با پوشش کربن
فیبر نوری که با یک لایه کربنی روی سطح فیبر نوری کوارتز پوشانده شده است، فیبر پوشش داده شده کربن (CCF: Carbon Coated Fiber) نامیده می شود. مکانیسم این است که از یک فیلم کربن متراکم برای جداسازی سطح فیبر نوری از دنیای خارج استفاده شود تا از دست دادن خستگی مکانیکی فیبر نوری بهبود یابد و اتلاف مولکول های هیدروژن افزایش یابد. CCF نوعی فیبر نوری با پوشش هرمتیک (HCF) است.
فیبر نوری با روکش فلزی
فیبر پوشش داده شده فلزی (Metal Coated Fiber) یک فیبر نوری است که با یک لایه فلزی مانند Ni، Cu، Al و غیره روی سطح فیبر نوری پوشیده شده است. همچنین پوشش های پلاستیکی در قسمت بیرونی لایه فلزی به منظور بهبود مقاومت حرارتی و در دسترس بودن برای انرژی دهی و جوشکاری وجود دارد. این یکی از فیبرهای نوری ضد محیط زیست بد است و همچنین می تواند به عنوان جزئی از مدارهای الکترونیکی استفاده شود. محصولات اولیه با پوشش فلز مذاب در طول فرآیند کشش ساخته می شدند. از آنجایی که این روش اختلاف زیادی در ضریب انبساط بین شیشه و فلز دارد، افت خمشی کوچک را افزایش می دهد و میزان عملی آن زیاد نیست. اخیراً به دلیل موفقیت روش پوشش غیر الکترولیتی کم تلفات روی سطح فیبر نوری شیشه، عملکرد بسیار بهبود یافته است.
فیبر خاکی کمیاب دوپینگ
در هسته فیبر، فیبر با عناصر خاکی کمیاب مانند Er، Nd و Pr دوپ شده است. در سال 1985، پین از دانشگاه ساوتهمپتون در انگلستان برای اولین بار کشف کرد که فیبر DoPed Earth کمیاب (Rare Earth DoPed Fiber) دارای پدیده نوسان لیزر و تقویت نور است. از این رو، از آن زمان، حجاب تقویت نور مانند طعمه رونمایی شد. EDFA 1.55 بعد از ظهر که اکنون کاربردی است، استفاده از فیبر تک حالته طعمهدار و استفاده از لیزر 1.47 بعد از ظهر برای تحریک برای به دست آوردن تقویت سیگنال نوری 1.55 بعد از ظهر است. علاوه بر این، تقویت کننده های فیبر فلوراید با خطا (PDFA) در دست توسعه هستند.
فیبر رامان
اثر رامان به این معنی است که وقتی نور تک رنگ با فرکانس f به یک ماده تابانیده می شود، نور پراکنده با فرکانس f±fR و f±2fR غیر از فرکانس f در نور پراکنده ظاهر می شود. این پدیده اثر رامان نامیده می شود. . زیرا از تبادل انرژی بین حرکت مولکولی ماده و حرکت شبکه تولید می شود. هنگامی که ماده ای انرژی جذب می کند، تعداد ارتعاشات نور کمتر می شود و نور پراکنده شده را خط استوک می نامند. برعکس، نور پراکنده ای که از ماده انرژی می گیرد و تعداد ارتعاشات را افزایش می دهد، خط ضد استوکس نامیده می شود. بنابراین، انحراف FR عدد ارتعاش، سطح انرژی را منعکس می کند و می تواند مقدار ذاتی ماده را نشان دهد. فیبر ساخته شده با استفاده از این محیط غیرخطی، فیبر رامان (RF: Raman Fiber) نامیده می شود. به منظور محدود کردن نور در هسته فیبر کوچک برای انتشار در فواصل طولانی، اثر متقابل بین نور و ماده ظاهر میشود که میتواند شکل موج سیگنال را تحریف نکند و انتقال از راه دور را محقق کند. هنگامی که نور ورودی افزایش می یابد، نور پراکنده القایی منسجم به دست می آید. لیزرهای فیبر رامان برای سنجش نور پراکنده رامان استفاده می شود که می تواند به عنوان منبع انرژی برای اندازه گیری طیف سنجی و آزمایش پراکندگی فیبر استفاده شود. علاوه بر این، پراکندگی رامان القایی، در ارتباط از راه دور فیبر نوری، به عنوان یک تقویت کننده نوری در دست مطالعه است.
فیبر غیرعادی
هسته فیبر نوری استاندارد در مرکز روکش قرار دارد و شکل مقطع هسته و روکش هم مرکز است. با این حال، به دلیل کاربردهای مختلف، مواردی نیز وجود دارد که موقعیت هسته، شکل هسته و شکل روکش به حالتهای مختلف در میآیند یا روکش سوراخ میشود تا ساختاری به شکل خاص ایجاد شود. در مقایسه با فیبرهای نوری استاندارد، به این فیبرهای نوری فیبرهای نوری خاص می گویند. Excentric Core Fiber (Excentric Core Fiber)، نوعی الیاف خاص شکل است. هسته خارج از مرکز و نزدیک به موقعیت خارج از مرکز خط بیرونی روکش قرار دارد. از آنجایی که هسته نزدیک به سطح است، بخشی از میدان نور بر روی روکش گسترش می یابد (که به آن موج نوسان می گویند). با استفاده از این پدیده می توان وجود یا عدم وجود مواد چسبیده و تغییرات ضریب شکست را تشخیص داد. فیبر غیرعادی (ECF) عمدتا به عنوان یک حسگر فیبر نوری برای تشخیص مواد استفاده می شود. در ترکیب با روش تست بازتاب سنج دامنه زمان نوری (OTDR)، می توان از آن به عنوان سنسور توزیع نیز استفاده کرد.
فیبر نورانی
از فیبر نوری ساخته شده از مواد فلورسنت استفاده کنید. بخشی از فلورسانس است که در اثر تابش امواج نور مانند تشعشع، اشعه ماوراء بنفش و غیره ایجاد می شود که می تواند با بسته شدن فیبر نوری از طریق فیبر نوری منتقل شود. فیبر درخشان (فیبر درخشان) می تواند برای تشخیص تابش و اشعه ماوراء بنفش و همچنین تبدیل طول موج یا به عنوان سنسور دما، سنسور شیمیایی استفاده شود. در تشخیص تشعشعات به آن فیبر سوسوزن نیز گفته می شود. از منظر مواد فلورسنت و دوپینگ، فیبرهای نوری پلاستیکی در حال توسعه هستند.
فیبر چند هسته ای
یک فیبر نوری معمولی از یک ناحیه هسته و یک ناحیه روکش در اطراف آن تشکیل شده است. با این حال، Multi Core Fiber دارای چندین هسته در یک ناحیه روکش مشترک است. با توجه به نزدیک بودن هسته ها به یکدیگر، دو عملکرد وجود دارد. یکی این است که فاصله هسته بزرگ است، یعنی ساختار کوپلینگ نوری وجود ندارد. این نوع فیبر نوری می تواند چگالی ادغام را در واحد سطح خط انتقال افزایش دهد. در ارتباطات نوری، کابل های نواری با چندین هسته قابل ساخت هستند، در حالی که در زمینه های غیر ارتباطی، به عنوان بسته های تصویر فیبر نوری، هزاران هسته ساخته می شود. دوم این است که فاصله بین هسته ها را نزدیک کنیم، که می تواند موج نور را ایجاد کند. با استفاده از این اصل، یک سنسور دو هسته ای یا دستگاه مدار نوری در حال توسعه است.
الیاف توخالی
فیبر نوری به یک هسته توخالی تبدیل می شود تا فضایی استوانه ای شکل بگیرد. فیبر نوری مورد استفاده برای انتقال نور، فیبر توخالی (Hollow Fiber) نامیده می شود. فیبر نوری توخالی عمدتاً برای انتقال انرژی استفاده می شود و می تواند برای انتقال انرژی اشعه ایکس، فرابنفش و نور مادون قرمز دور استفاده شود. دو نوع ساختار فیبر توخالی وجود دارد: یکی برای تبدیل شیشه به شکل استوانه ای، و اصول هسته و روکش فلزی مانند نوع پله ای است. از بازتاب کلی نور بین هوا و شیشه برای پخش شدن استفاده کنید. از آنجایی که بیشتر نور را می توان بدون اتلاف در هوا منتقل کرد، وظیفه پخش یک فاصله معین را دارد. دوم این است که بازتاب سطح داخلی سیلندر را نزدیک به 1 کنید تا از دست دادن بازتاب کاهش یابد. به منظور بهبود انعکاس، یک دی الکتریک در لامپ تنظیم می شود تا تلفات در محدوده طول موج کاری را کاهش دهد. به عنوان مثال، از دست دادن طول موج 10.6pm می تواند به چند دسی بل در متر برسد.
پلیمر
با توجه به مواد، فیبر نوری معدنی و فیبر نوری پلیمری وجود دارد. اولی به طور گسترده در صنعت استفاده می شود. مواد فیبر نوری غیر آلی به دو نوع تک جزئی و چند جزئی تقسیم می شوند. تک جزء کوارتز است و مواد اولیه اصلی آن تتراکلرید سیلیکون، اکسی کلرید فسفر و تری برومید بور است. خلوص آن مستلزم آن است که میزان ناخالصی یون های فلزات واسطه مانند مس، آهن، کبالت، نیکل، منگنز، کروم و وانادیم کمتر از 10ppb باشد. علاوه بر این، نیاز OH-یون کمتر از 10ppb است. الیاف کوارتز به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته است. بسیاری از مواد خام چند جزئی، عمدتاً دی اکسید سیلیکون، تری اکسید بور، نیترات سدیم، اکسید تالیم و غیره وجود دارد. این ماده هنوز محبوب نیست. فیبر نوری پلیمری یک فیبر نوری ساخته شده از پلیمر شفاف است که از یک ماده هسته فیبر و یک ماده غلاف تشکیل شده است. ماده اصلی الیافی است که از پلی متیل متاکریلات یا پلی استایرن با خلوص بالا و با قابلیت انتقال بالا ساخته شده است و لایه بیرونی یک پلیمر حاوی فلوئور یا پلیمر سیلیکون آلی است.
اتلاف نوری فیبر نوری پلیمری نسبتاً زیاد است. در سال 1982، شرکت تلگراف و تلگراف ژاپن از رشته پلیمری متیل متاکریلات دوتره شده به عنوان ماده اصلی استفاده کرد و نرخ تلفات نوری به 20dB/km کاهش یافت. با این حال، ویژگی فیبر نوری پلیمری این است که می تواند فیبر نوری بزرگ، دیافراگم عددی بزرگ، راندمان جفت شدن منبع نور، انعطاف پذیری خوب، خمش جزئی بر توانایی هدایت نور، چیدمان و اتصال آسان، آسان برای استفاده ایجاد کند. ، و کم هزینه. با این حال، تلفات نوری زیاد است و فقط در فواصل کوتاه قابل استفاده است. فیبر نوری با تلفات نوری 10-100dB/km می تواند صدها متر را انتقال دهد.
فیبر حفظ پلاریزاسیون
فیبر نگهدارنده پلاریزاسیون: فیبر نگهدارنده پلاریزاسیون نور پلاریزه خطی را منتقل می کند که به طور گسترده در زمینه های مختلف اقتصاد ملی مانند هوافضا، هوانوردی، ناوبری، فناوری تولید صنعتی و ارتباطات استفاده می شود. در حسگر فیبر تداخل سنجی مبتنی بر تشخیص منسجم نوری، استفاده از فیبر حفظ قطبش می تواند اطمینان حاصل کند که جهت قطبش خطی بدون تغییر باقی می ماند، نسبت سیگنال به نویز منسجم را بهبود می بخشد و به اندازه گیری با دقت بالا مقادیر فیزیکی دست می یابد. به عنوان نوع خاصی از فیبر نوری، فیبر حفظ پلاریزاسیون عمدتاً در حسگرهایی مانند ژیروسکوپ فیبر نوری، هیدروفون فیبر نوری و سیستم های ارتباطی فیبر نوری مانند DWDM و EDFA استفاده می شود. از آنجا که ژیروسکوپ های فیبر نوری و هیدروفون های فیبر نوری را می توان در ناوبری اینرسی نظامی و سونار استفاده کرد، آنها محصولاتی با تکنولوژی بالا هستند و فیبر حفظ قطبی جزء اصلی آن است، بنابراین فیبر حفظ قطبی در لیست تحریم های چین قرار گرفته است. توسط کشورهای توسعه یافته غربی در فرآیند کشش فیبر نگهدارنده پلاریزاسیون، به دلیل نقص ساختاری ایجاد شده در داخل فیبر، عملکرد حفظ قطبش کاهش می یابد. یعنی وقتی نور پلاریزه خطی در امتداد یک محور مشخصه فیبر منتقل میشود، بخشی از سیگنال نوری به محور دیگر کوپل میشود. این نقص بر اثر دوشکستگی در فیبر تأثیر می گذارد. در یک فیبر نگهدارنده پلاریزاسیون، هرچه اثر انکسار دوگانه قویتر و طول موج کوتاهتر باشد، بهتر است حالت پلاریزاسیون نور عبوری حفظ شود.
کاربرد و جهت توسعه آینده فیبر نگهدارنده پلاریزاسیون
فیبر نوری نگهدارنده قطبش در چند سال آینده تقاضای بازار بیشتری خواهد داشت. با توسعه سریع فناوری های جدید در جهان و توسعه مستمر محصولات جدید، فیبرهای نوری نگهدارنده قطبش در جهت های زیر توسعه خواهند یافت:
(1) از فناوری جدید فیبر کریستال فوتونیک برای تولید نوع جدیدی از فیبر نگهدارنده قطبش با عملکرد بالا استفاده کنید.
(2) توسعه فیبر نوری سازگار با دما و قطبش نگهدارنده برای برآوردن نیازهای هوافضا و سایر زمینه ها.
(3) توسعه فیبرهای نگهدارنده قطبش نادر خاکی کمیاب برای رفع نیازهای تقویت کننده های نوری و سایر کاربردهای دستگاه.
(4) توسعه فیبر نگهدارنده قطبش فلوراید برای ترویج توسعه فناوری تداخل فیبر نوری در زمینه فناوری نجوم مادون قرمز.
(5) فیبر نگهدارنده قطبش کم میرایی: با بهبود مستمر فناوری فیبر تک حالته، تلفات، پراکندگی مواد و پراکندگی موجبر دیگر عوامل اصلی مؤثر بر ارتباطات فیبر نیستند و پراکندگی حالت پلاریزاسیون (PMD) تک حالته فیبر حالت به تدریج به یک محدودیت تبدیل شده است.
(6) از اثر Kerr و اثر چرخش فارادی برای ساخت دستگاه های نور قطبی استفاده کنید.
علاوه بر این، با توجه به سرهای مختلف فیبر، عبارتند از: C-Lens. لنز جی. لنز سبز
تاشو مشخصات فیبر نوری رایج
حالت تک: 8/125μm، 9/125μm، 10/125μm
چند حالته: 50/125μm، استاندارد اروپایی
62.5/125μm، استاندارد آمریکایی
شبکه های صنعتی، پزشکی و کم سرعت: 100/140μm، 200/230μm
پلاستیک: 98/1000μm، برای کنترل خودرو استفاده می شود
