Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Пучок оптических волокон
Бригада оптоволокна устанавливает 432 оптоволоконный кабель под улицами Мидтауна Манхэттена, Нью-Йорк.
TOSLINK , волоконно - оптический кабель аудио с красным светом существом светящимся в одном конце передает свет на другой конец
Настенный шкаф , содержащий оптические волокна межсоединений. Желтые кабели - одномодовые волокна ; оранжевый и голубой кабели представляют собой многомодовые волокна : волокна OM2 50/125 мкм и OM3 50/125 мкм соответственно.

Оптическое волокно (или волокна в британском английском ) является гибким, прозрачным волокном сделано рисунком стекла ( диоксид кремния ) или пластика с диаметром немного толще , чем у человеческого волоса . [1] Оптические волокна чаще всего используются как средство передачи света [a] между двумя концами волокна и находят широкое применение в волоконно-оптической связи , где они позволяют передавать на большие расстояния и с более высокой пропускной способностью (скорость передачи данных ) чем электрические кабели. Волокна используются вместо металлапровода, потому что сигналы проходят по ним с меньшими потерями ; Кроме того, волокна невосприимчивы к электромагнитным помехам - проблеме, от которой страдают металлические провода. [2] Волокна также используются для освещения и визуализации, и их часто оборачивают пучками, поэтому их можно использовать для переноса света или изображений из ограниченного пространства, как в случае фиброскопа . [3] Специально разработанные волокна также используются для множества других применений, в том числе для волоконно-оптических датчиков и волоконных лазеров . [4]

Оптические волокна обычно включают сердцевину, окруженную прозрачным материалом оболочки с более низким показателем преломления . Свет удерживается в сердцевине за счет явления полного внутреннего отражения, которое заставляет волокно действовать как волновод . [5] Волокна, которые поддерживают множество путей распространения или поперечных мод , называются многомодовыми волокнами , а волокна , поддерживающие одиночный режим, называются одномодовыми волокнами (SMF). Многомодовые волокна обычно имеют более широкий диаметр сердцевины [6] и используются для линий связи на короткие расстояния и для приложений, в которых должна передаваться большая мощность.[7] Одномодовые волокна используются для большинства линий связи длиной более 1000 метров (3300 футов). [ необходима цитата ]

Возможность соединения оптических волокон с низкими потерями важна для оптоволоконной связи. [8] Это является более сложным , чем присоединения электрического провода или кабеля , и включает в себя тщательное расщепление волокон, точное выравнивание сердцевин волокон, и связывание этих выровненных ядер. Для приложений, требующих постоянного соединения, обычно используется сварка . В этом методе используется электрическая дуга для плавления концов волокон вместе. Другой распространенный метод - это механическое соединение , при котором концы волокон удерживаются в контакте с помощью механической силы. Временные или полупостоянные соединения выполняются с помощью специализированных волоконно-оптических соединителей . [9]

Область прикладной науки и техники, связанная с проектированием и применением оптических волокон, известна как волоконная оптика . Этот термин был придуман американским физиком индийского происхождения Нариндером Сингхом Капани , который широко известен как отец волоконной оптики. [10]

История [ править ]

Дэниел Колладон впервые описал этот «световой фонтан» или «световую трубу» в статье 1842 года, озаглавленной «Об отражении луча света внутри параболического потока жидкости». Эта конкретная иллюстрация взята из более поздней статьи Колладона в 1884 году.

Направление света посредством преломления - принцип, который делает возможной волоконную оптику, - был впервые продемонстрирован Даниэлем Колладоном и Жаком Бабине в Париже в начале 1840-х годов. Джон Тиндалл продемонстрировал это в своих публичных лекциях в Лондоне 12 лет спустя. [11] Тиндаль также писал о свойстве полного внутреннего отражения во вводной книге о природе света в 1870 г .: [12] [13]

Когда свет проходит из воздуха в воду, преломленный луч изгибается по направлению к перпендикуляру ... Когда луч переходит из воды в воздух она изгибается от перпендикуляра ... Если угла , который луч в воде с покрывающими перпендикулярно к поверхность будет больше 48 градусов, луч вообще не выйдет из воды: он будет полностью отражен от поверхности ... Угол, который отмечает предел, где начинается полное отражение, называется ограничивающим углом среды. Для воды этот угол составляет 48 ° 27 ′, для бесцветного стекла - 38 ° 41 ′, а для алмаза - 23 ° 42 ′.

В конце 19-го и начале 20-го веков свет направлялся через изогнутые стеклянные стержни для освещения полостей тела. [14] Практические применения, такие как близкое внутреннее освещение в стоматологии, появились в начале двадцатого века. 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 оптических волокон без оболочки, и использовать его для внутренних медицинских осмотров, но его работа была в значительной степени забыта. [11] [15]

В 1953 году голландский ученый Брам ван Хил  [ nl ] впервые продемонстрировал передачу изображения через пучки оптических волокон с прозрачной оболочкой. [15] В том же году Гарольд Хопкинс и Нариндер Сингх Капани из Имперского колледжа в Лондоне преуспели в создании жгутов, передающих изображение, из более чем 10 000 волокон, и впоследствии добились передачи изображения через жгут длиной 75 см, который объединил несколько тысяч волокон. [15] [16] [17] Первый практичный волоконно-оптический полугибкий гастроскоп был запатентован Бэзилом Хиршовицем., К. Уилбур Петерс и Лоуренс Э. Кертисс, исследователи из Мичиганского университета , в 1956 г. В процессе разработки гастроскопа Кертисс произвел первые стеклянные волокна; предыдущие оптические волокна полагались на воздух или непрактичные масла и воски в качестве материала оболочки с низким коэффициентом преломления. [15]

Капани придумал термин « волоконная оптика» , написал в « Scientific American» статью в 1960 году, в которой эта тема была представлена ​​широкой аудитории, и написал первую книгу о новой области. [15] [18]

Первая работающая волоконно-оптическая система передачи данных была продемонстрирована немецким физиком Манфредом Бёрнером в исследовательской лаборатории Telefunken в Ульме в 1965 году, после чего в 1966 году была подана первая заявка на патент на эту технологию. [19] [20] В 1968 году НАСА использовало волоконная оптика в телекамерах, отправленных на Луну. В то время, использование в камерах было классифицировано конфиденциальным , и сотрудниками обработки камеры должны были находиться под наблюдением кого - то с соответствующим зазором безопасности. [21]

Чарльз К. Као и Джордж А. Хокхэм из британской компании Standard Telephones and Cables (STC) в 1965 году первыми продвинули идею о том, что затухание в оптических волокнах может быть уменьшено до уровня ниже 20 децибел на километр (дБ / км). , делая волокна практичным средством связи. [22] Они предположили, что затухание в волокнах, доступных в то время, было вызвано примесями, которые можно было удалить, а не фундаментальными физическими эффектами, такими как рассеяние. Они правильно и систематически теоретизировали свойства потерь света для оптического волокна и указали правильный материал для таких волокон - кварцевое стекло высокой чистоты. Это открытие принесло КаоНобелевская премия по физике в 2009 году. [23] Критический предел затухания в 20 дБ / км был впервые достигнут в 1970 году исследователями Робертом Д. Маурером , Дональдом Кеком , Питером С. Шульцем и Фрэнком Зимаром, работавшими на американского производителя стекла Corning Glass Works. . [24] Они продемонстрировали волокно с ослаблением 17 дБ / км путем легирования кварцевого стекла титаном . Несколько лет спустя они создали волокно с ослаблением всего 4 дБ / км, используя диоксид германия в качестве легирующей добавки. В 1981 году General Electric произвела слитки плавленого кварца. которые можно было втянуть в нити длиной 25 миль (40 км). [25]

Первоначально высококачественные оптические волокна могли производиться только со скоростью 2 метра в секунду. Инженер-химик Томас Менса пришел в Corning в 1983 году и увеличил скорость производства до более чем 50 метров в секунду, сделав оптоволоконные кабели дешевле традиционных медных. [26] Эти нововведения положили начало эре оптоволоконной связи.

Итальянский исследовательский центр CSELT сотрудничал с Corning в разработке практических волоконно-оптических кабелей, в результате чего в 1977 году в Турине был развернут первый городской волоконно-оптический кабель. [27] [28] CSELT также разработал ранний метод сращивания оптических волокон, названный Springroove. [29]

Затухание в современных оптических кабелях намного меньше, чем в электрических медных кабелях, что ведет к магистральным оптоволоконным соединениям с расстояниями повторителей 70–150 километров (43–93 миль). Эрбиевый волоконный усилитель , что позволило снизить стоимость систем дальней связи волокна за счет уменьшения или устранения оптико-электрические-оптические повторители, был разработан двумя группами под руководством Дэвида Н. Payne из университета Саутгемптон [30] [31] и Эммануэль Десурвир из Bell Labs [32] в 1986 и 1987 годах.

Развивающейся области фотонных кристаллов привело к развитию в 1991 фотонно-кристаллического волокна , [33] , который световодов с помощью дифракции от периодической структуры, а не путем полного внутреннего отражения. Первые фотонно-кристаллические волокна стали коммерчески доступны в 2000 году. [34] Волокна на фотонных кристаллах могут нести более высокую мощность, чем обычные волокна, и их свойства, зависящие от длины волны, можно изменять для улучшения характеристик.

Использует [ редактировать ]

Связь [ править ]

Оптическое волокно используется в качестве среды для телекоммуникаций и компьютерных сетей, поскольку оно гибкое и может быть связано в виде кабелей. Это особенно удобно для связи на большие расстояния, поскольку инфракрасный свет распространяется по оптоволокну с гораздо меньшим затуханием по сравнению с электричеством в электрических кабелях. Это позволяет покрывать большие расстояния с помощью нескольких повторителей .

В развернутых системах обычно 10 или 40 Гбит / с. [35] [36]

Благодаря использованию мультиплексирования с разделением по длине волны (WDM) каждое волокно может передавать множество независимых каналов, каждый из которых использует свою длину волны света. Чистая скорость передачи данных (скорость передачи данных без служебных байтов) на волокно - это скорость передачи данных на канал, уменьшенная на служебные данные FEC, умноженные на количество каналов (обычно до 80 в коммерческих плотных системах WDM по состоянию на 2008 г. ).

Для приложений на короткие расстояния, таких как сеть в офисном здании (см. Оптоволокно в офис ), оптоволоконный кабель может сэкономить место в кабельных каналах. Это связано с тем, что одно волокно может передавать гораздо больше данных, чем электрические кабели, такие как стандартный кабель категории 5 , который обычно работает со скоростью 100 Мбит / с или 1 Гбит / с.

Волокно также невосприимчиво к электрическим помехам; отсутствуют перекрестные помехи между сигналами в разных кабелях и не возникает шума окружающей среды. Волоконно-оптические кабели не проводят электричество, что делает их полезными для защиты оборудования связи в средах с высоким напряжением, таких как электростанции или металлические конструкции связи, подверженные ударам молнии . 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.

Волокна также часто используются для соединения устройств на короткие расстояния. Например, большинство телевизоров высокой четкости имеют оптическое цифровое аудио соединение. Это позволяет передавать аудио через свет с использованием протокола S / PDIF через оптическое соединение TOSLINK .

Информация, перемещающаяся внутри оптического волокна, невосприимчива к электромагнитным импульсам, генерируемым ядерными устройствами. [b] [ необходима ссылка ]

В медных кабельных системах используется большое количество меди, и они стали объектами хищения металлов с начала товарного бума 2000-х годов .

Датчики [ править ]

Волокна находят множество применений в дистанционном зондировании. В некоторых приложениях датчик сам по себе представляет собой оптоволокно. В других случаях оптоволоконный датчик используется для подключения к измерительной системе. В зависимости от приложения может использоваться волокно из-за его небольшого размера, или того факта, что в удаленном месте не требуется электричество , или потому, что многие датчики могут быть мультиплексированы по длине волокна, используя разные длины волн света для каждого. датчик, или измеряя задержку по времени, когда свет проходит по оптоволокну через каждый датчик. Временную задержку можно определить с помощью такого устройства, как оптический рефлектометр во временной области .

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, которые изменяют 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 зондирование на расстояниях до одного метра. Напротив, измерения с высокой степенью локализации могут быть обеспечены за счет интеграции миниатюрных чувствительных элементов с кончиком волокна. [43]Они могут быть реализованы с помощью различных технологий микро- и нанообработки, так что они не выходят за микроскопические границы кончика волокна, что позволяет вводить их в кровеносные сосуды с помощью иглы для подкожных инъекций.

Внешние оптоволоконные датчики используют волоконно-оптический кабель , обычно многомодовый, для передачи модулированного света либо от неволоконно-оптического датчика, либо от электронного датчика, подключенного к оптическому передатчику. Основным преимуществом внешних датчиков является их способность достигать труднодоступных мест. Пример является измерением температуры внутри самолета реактивных двигателей с использованием волокна для передачи излучения в радиационном пирометр вне двигателя. Внешние датчики могут использоваться таким же образом для измерения внутренней температуры электрических трансформаторов , где действуют экстремальные электромагнитные поля.настоящее делает невозможным использование других методов измерения. Внешние датчики измеряют вибрацию, вращение, смещение, скорость, ускорение, крутящий момент и кручение. Разработан твердотельный вариант гироскопа, использующий интерференцию света. Волоконно - оптический гироскоп (ВОГ) не имеет подвижных частей и использует эффект Саньяка для обнаружения механического вращения.

Обычно волоконно-оптические датчики используются в усовершенствованных системах безопасности обнаружения вторжений. Свет передается по оптоволоконному сенсорному кабелю, размещенному на заборе, трубопроводе или коммуникационном кабеле, а возвращенный сигнал отслеживается и анализируется на предмет помех. Этот ответный сигнал обрабатывается в цифровой форме для обнаружения нарушений и срабатывания сигнализации в случае проникновения.

Оптические волокна широко используются в качестве компонентов оптических химических сенсоров и оптических биосенсоров . [44]

Трансмиссия [ править ]

Оптическое волокно может использоваться для передачи энергии с помощью фотоэлектрического элемента для преобразования света в электричество. [45] Хотя этот метод передачи энергии не так эффективен, как традиционные, он особенно полезен в ситуациях, когда желательно не иметь металлического проводника, как в случае использования рядом с аппаратами МРТ, которые создают сильные магнитные поля. [46] Другие примеры предназначены для питания электроники в антенных элементах большой мощности и измерительных устройствах, используемых в высоковольтном передающем оборудовании.

Другое использование [ править ]

Фрисби освещается волоконной оптики
Свет, отраженный от оптического волокна, освещает выставленную модель

Оптические волокна находят широкое применение. Они используются в качестве световодов в медицинских и других приложениях, где яркий свет должен попадать на цель без прямой видимости. В некоторых зданиях оптические волокна направляют солнечный свет с крыши в другие части здания (см. Не отображающую оптику ). Волоконно-оптические лампы используются для освещения в декоративных целях, включая вывески , искусство , игрушки и искусственные елки . Оптоволокно является неотъемлемой частью светопропускающего бетонного строительного продукта LiTraCon .

Оптическое волокно также можно использовать для мониторинга состояния конструкций . Этот тип датчика способен обнаруживать напряжения, которые могут иметь длительное воздействие на конструкции . Он основан на принципе измерения аналогового затухания.

Использование оптического волокна в декоративной лампе или ночнике

Оптическое волокно также используется в оптике формирования изображений. Связанный пучок волокон используется, иногда вместе с линзами, для длинного и тонкого устройства визуализации, называемого эндоскопом , которое используется для просмотра объектов через небольшое отверстие. Медицинские эндоскопы используются для малоинвазивных исследовательских или хирургических процедур. Промышленные эндоскопы (см. Фиброскоп или бороскоп ) используются для осмотра всего труднодоступного, например, внутренних частей реактивного двигателя. Во многих микроскопах используются оптоволоконные источники света для интенсивного освещения исследуемых образцов.

В спектроскопии пучки оптических волокон пропускают 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 дистанционного изучения объектов. [47] [48] [49]

Оптическое волокно , легированное с некоторыми редкоземельными элементами , такими как эрбий может быть использовано в качестве усиливающей среды в виде лазера или оптического усилитель . Оптические волокна, легированные редкоземельными элементами, могут использоваться для усиления сигнала путем сращивания короткого участка легированного волокна в обычную (нелегированную) волоконную линию. Легированное волокно оптически накачивается лазером второй длины волны, который вводится в линию в дополнение к сигнальной волне. Обе длины волн света проходят через легированное волокно, которое передает энергию от второй длины волны накачки к сигнальной волне. Процесс, вызывающий усиление,стимулированное излучение .

Оптическое волокно также широко используется в качестве нелинейной среды. Стеклянная среда поддерживает множество нелинейных оптических взаимодействий, а большая длина взаимодействия, возможная в волокне, способствует возникновению множества явлений, которые используются для приложений и фундаментальных исследований. [50] И наоборот, нелинейность волокна может оказывать вредное воздействие на оптические сигналы, и часто требуются меры для минимизации таких нежелательных эффектов.

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

В оптоволоконных прицелах для пистолетов, винтовок и дробовиков используются отрезки оптического волокна для улучшения видимости маркировки на прицеле.

Принцип работы [ править ]

Воспроизвести медиа
Обзор принципов работы оптического волокна

Оптическое волокно представляет собой цилиндрический диэлектрический волновод ( непроводящий волновод), который пропускает свет вдоль своей оси за счет процесса полного внутреннего отражения . Волокно состоит из сердцевины, окруженной слоем оболочки , обе из которых сделаны из диэлектрических материалов. [51] Чтобы ограничить оптический сигнал в сердечнике, показатель преломления сердечника должен быть больше, чем у оболочки. Граница между сердцевиной и оболочкой может быть как резкой, в волокне со ступенчатым показателем преломления , так и плавной в волокне со ступенчатым показателем преломления . Свет можно подавать в оптические волокна с помощью лазеров или светодиодов.

Индекс преломления [ править ]

Показатель преломления (или показатель преломления) - это способ измерения скорости света в материале. Свет распространяется быстрее всего в вакууме , например, в космосе. 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 для телекоммуникаций, имеет оболочку из чистого кремнезема с индексом 1,444 на длине волны 1500 нм и сердцевину из легированного диоксида кремния с индексом около 1,4475. [51]Чем больше показатель преломления, тем медленнее распространяется свет в этой среде. Исходя из этой информации, простое практическое правило состоит в том, что сигнал, использующий оптическое волокно для связи, будет проходить со скоростью около 200 000 километров в секунду. Другими словами, сигналу потребуется 5 миллисекунд, чтобы пройти 1000 километров по оптоволокну. Таким образом, телефонный звонок, передаваемый по оптоволокну между Сиднеем и Нью-Йорком на расстоянии 16 000 километров, означает, что существует минимальная задержка в 80 миллисекунд (примерно секунды) между тем, когда один звонящий говорит, и другой слышит. (В этом случае волокно, вероятно, будет проходить более длинный маршрут, и возникнут дополнительные задержки из-за переключения оборудования связи и процесса кодирования и декодирования голоса в волокне).

Большинство современных оптических волокон является слабо направляющими , что означает, что разница в показателях преломления между сердцевиной и оболочкой очень мала (обычно менее 1%). [52]

Полное внутреннее отражение [ править ]

Когда свет, распространяющийся в оптически плотной среде, попадает на границу под крутым углом (большим, чем критический угол для границы), свет полностью отражается. Это называется полным внутренним отражением. Этот эффект используется в оптических волокнах для ограничения света в сердцевине. Свет проходит через сердцевину волокна, отражаясь назад и вперед от границы между сердцевиной и оболочкой. Поскольку свет должен падать на границу под углом, превышающим критический угол, только свет, который входит в волокно в определенном диапазоне углов, может проходить по волокну без утечки. Этот диапазон углов называется приемным конусом волокна. Размер этого приемного конуса зависит от разницы показателей преломления между сердцевиной и оболочкой волокна.

Проще говоря, существует максимальный угол от оси волокна, под которым свет может проникать в волокно, так что он будет распространяться или перемещаться по сердцевине волокна. Синус этого максимального угла является числовой апертурой (NA) волокна. Волокно с большей числовой апертурой требует меньшей точности для сварки и работы, чем волокно с меньшей числовой апертурой. Одномодовое волокно имеет небольшую числовую апертуру.

Многомодовое волокно [ править ]

Распространение света через многомодовое оптоволокно .
Лазер отражается от акрилового стержня, демонстрируя полное внутреннее отражение света в многомодовом оптоволокне.

Волокно с большим диаметром сердцевины (более 10 микрометров) можно анализировать с помощью геометрической оптики . Такое волокно называется многомодовым волокном из электромагнитного анализа (см. Ниже). В многомодовом волокне со ступенчатым коэффициентом преломления световые лучи направляются вдоль сердцевины волокна за счет полного внутреннего отражения. Лучи, которые встречаются с границей сердцевина-оболочка под большим углом (измеренным относительно линии, перпендикулярной границе), превышающей критический угол для этой границы, полностью отражаются. Критический угол (минимальный угол полного внутреннего отражения) определяется разницей в показателях преломления между материалами сердцевины и оболочки. Лучи, которые встречаются с границей под малым углом, преломляются отсердцевина в оболочку и не передает свет и, следовательно, информацию по волокну. Критический угол определяет приемный угол волокна, который часто обозначается как числовая апертура . Высокая числовая апертура позволяет свету распространяться вниз по волокну в лучах как близко к оси, так и под разными углами, обеспечивая эффективное попадание света в волокно. Однако эта высокая числовая апертура увеличивает степень дисперсии, поскольку лучи под разными углами имеют разную длину пути и, следовательно, разное время проходят через волокно.

Типы оптического волокна.

В волокне с градиентным коэффициентом преломления показатель преломления в сердцевине непрерывно уменьшается между осью и оболочкой. Это заставляет световые лучи плавно изгибаться по мере приближения к оболочке, а не резко отражаться от границы сердцевина-оболочка. Полученные в результате изогнутые траектории уменьшают многолучевую дисперсию, поскольку лучи с большим углом проходят больше через периферию сердечника с более низким показателем, чем через центр с высоким показателем. Профиль показателя преломления выбирается таким образом, чтобы минимизировать разницу в осевых скоростях распространения различных лучей в волокне. Этот идеальный профиль индекса очень близок к параболической зависимости между индексом и расстоянием от оси.

Одномодовое волокно [ править ]

Структура типичного одномодового волокна .
1. Сердечник: диаметр 8 мкм
2. Оболочка: диаметр 125 мкм.
3. Буфер: диаметр 250 мкм.
4. Оболочка: диаметр 400 мкм.

Волокно с диаметром сердцевины примерно в десять раз больше длины волны распространяющегося света нельзя моделировать с помощью геометрической оптики. Вместо этого он должен быть проанализирован как структура электромагнитного волновода путем решения уравнений Максвелла, сведенных к уравнению электромагнитной волны . Электромагнитный анализ также может потребоваться для понимания поведения, такого как спеклы, которые возникают при распространении когерентного света в многомодовом волокне. В качестве оптического волновода волокно поддерживает одну или несколько ограниченных поперечных мод, с помощью которых свет может распространяться вдоль волокна. Волокно, поддерживающее только один режим, называется одномодовым или одномодовым волокном.. Поведение многомодового волокна с крупной сердцевиной также можно смоделировать с помощью волнового уравнения, которое показывает, что такое волокно поддерживает более одного режима распространения (отсюда и название). Результаты такого моделирования многомодового волокна приблизительно согласуются с предсказаниями геометрической оптики, если сердцевина волокна достаточно велика, чтобы поддерживать более нескольких мод.

Анализ волновода показывает, что световая энергия в волокне не полностью ограничивается сердцевиной. Вместо этого, особенно в одномодовых волокнах, значительная часть энергии связанной моды проходит 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 . Модовая структура зависит от длины волны используемого света, так что это волокно фактически поддерживает небольшое количество дополнительных мод на видимых длинах волн. Для сравнения, многомодовое волокно производится с диаметром сердцевины от 50 микрометров до сотен микрометров. Нормированная частота V для этого волокна должна быть меньше , чем первый нуль функции Бесселя J 0 (примерно 2,405).

Волокно специального назначения [ править ]

Некоторые специальные оптические волокна имеют нецилиндрическую сердцевину и / или оболочку, как правило, с эллиптическим или прямоугольным поперечным сечением. К ним относятся волокно с сохранением поляризации и волокно, предназначенное для подавления распространения моды шепчущей галереи . Волокно с сохранением поляризации - это уникальный тип волокна, который обычно используется в оптоволоконных датчиках из-за его способности поддерживать поляризацию света, вставленного в него.

Фотонно-кристаллическое волокно изготовлено с регулярным рисунком изменения показателя преломления (часто в виде цилиндрических отверстий, проходящих по длине волокна). Такое волокно использует дифракционные эффекты вместо или в дополнение к полному внутреннему отражению, чтобы ограничить свет до сердцевины волокна. Свойства волокна можно адаптировать к широкому спектру применений.

Механизмы затухания [ править ]

Экспериментальная кривая затухания многомодового кварцевого волокна с низкими потерями и волокна ZBLAN.
Теоретические спектры потерь (затухание, дБ / км) для оптического волокна из диоксида кремния (пунктирная синяя линия) и типичного оптического волокна ZBLAN (сплошная серая линия) в зависимости от длины волны (микроны).

Затухание в волоконной оптике, также известное как потеря передачи, представляет собой уменьшение интенсивности светового луча (или сигнала) при его прохождении через среду передачи. Коэффициенты затухания в волоконной оптике обычно используют единицы дБ / км через среду из-за относительно высокого качества прозрачности современных оптических сред передачи. Среда обычно представляет собой стекловолокно из кварцевого стекла, которое ограничивает падающий луч света внутрь. 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.. Затухание - важный фактор, ограничивающий передачу цифрового сигнала на большие расстояния. Таким образом, большое количество исследований было направлено как на ограничение ослабления, так и на максимальное усиление оптического сигнала. Фактически, уменьшение затухания в оптических волокнах из кварцевого стекла на четыре порядка за четыре десятилетия (с ~ 1000 дБ / км в 1965 г. до ~ 0,17 дБ / км в 2005 г.), как показано на соседнем изображении (черные треугольные точки; серые стрелки), был результатом постоянного улучшения производственных процессов, чистоты сырья, конструкции преформ и волокон, что позволило этим волокнам приблизиться к теоретическому нижнему пределу затухания. [53] Эмпирические исследования показали, что затухание в оптическом волокне вызвано в первую очередь как рассеянием, так иабсорбция . Одномодовые оптические волокна можно изготавливать с очень низкими потерями. Волокно Corning SMF-28, стандартное одномодовое волокно для телекоммуникационных длин волн, имеет потери 0,17 дБ / км на длине волны 1550 нм. [54] Например, SMF-28 длиной 8 км пропускает почти 75% света на длине волны 1550 нм. Было отмечено, что если бы океанская вода была такой же чистой, как волокно, можно было бы увидеть дно даже Марианской впадины в Тихом океане, глубиной 36 000 футов. [55]


Рассеяние света [ править ]

Зеркальное отражение
Диффузное отражение

Распространение света через сердцевину оптического волокна основано на полном внутреннем отражении световой волны. Шероховатые и неровные поверхности, даже на молекулярном уровне, могут вызывать отражение лучей света в случайных направлениях. Это называется диффузным отражением или рассеянием , и обычно для него характерно большое разнообразие углов отражения.

Рассеяние света зависит от длины волны рассеиваемого света. Таким образом, возникают ограничения для пространственных масштабов видимости в зависимости от частоты падающей световой волны и физического размера (или пространственного масштаба) рассеивающего центра, который обычно имеет форму некоторой конкретной микроструктурной особенности. Поскольку видимый свет имеет длину волны порядка одного микрометра (одну миллионную метра), центры рассеяния будут иметь размеры в аналогичном пространственном масштабе.

Таким образом, затухание возникает из-за некогерентного рассеяния света на внутренних поверхностях и границах раздела . В (поли) кристаллических материалах, таких как металлы и керамика, помимо пор, большинство внутренних поверхностей или границ раздела имеют форму границ зерен, которые разделяют крошечные области кристаллического порядка. Недавно было показано, что, когда размер рассеивающего центра (или границы зерен) уменьшается ниже размера длины волны рассеиваемого света, рассеяние больше не происходит в какой-либо значительной степени. Это явление привело к производству прозрачных керамических материалов .

Точно так же рассеяние света в стекловолокне оптического качества вызвано неоднородностями молекулярного уровня (флуктуациями состава) в структуре стекла. Действительно, одна из новых школ мысли состоит в том, что стекло - это просто предельный случай поликристаллического твердого тела. В этих рамках «домены», проявляющие различную степень ближнего порядка, становятся строительными блоками как металлов, так и сплавов, а также стекла и керамики. Как между этими доменами, так и внутри них распределены микроструктурные дефекты, которые обеспечивают наиболее идеальные места для рассеяния света. Это же явление рассматривается как один из ограничивающих факторов прозрачности куполов ИК-ракет. [56]

При высоких оптических мощностях рассеяние также может быть вызвано нелинейными оптическими процессами в волокне. [57] [58]

Поглощение в УФ-видимом-ИК-диапазоне [ править ]

В дополнение к рассеянию света, ослабление или потеря сигнала также может происходить из-за избирательного поглощения определенных длин волн, подобно тому, как это отвечает за появление цвета. Основные соображения по материалам включают как электроны, так и молекулы, а именно:

  • На электронном уровне это зависит от того, разнесены ли электронные орбитали (или «квантованы») таким образом, чтобы они могли поглощать квант света (или фотон) определенной длины волны или частоты в ультрафиолетовом (УФ) или видимом диапазонах. Вот что дает начало цвету.
  • На атомном или молекулярном уровне это зависит от частот атомных или молекулярных колебаний или химических связей, от того, насколько плотно упакованы его 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 инфракрасном, радио- и микроволновом диапазонах.

Конструкция любого оптически прозрачного устройства требует выбора материалов, основанных на знании его свойств и ограничений. Характеристики решеточного поглощения, наблюдаемые в более низких частотных областях (от среднего до дальнего инфракрасного диапазона длин волн), определяют предел длинноволновой прозрачности материала. Они являются результатом интерактивной связи между движениями термонаведенных колебаний составляющих атомов и молекул твердой решетки и падающей световой волны излучения. Следовательно, все материалы ограничены ограниченными областями поглощения, вызванными атомными и молекулярными колебаниями (растяжение связи) в дальней инфракрасной области (> 10 мкм).

Таким образом, многофононное поглощение происходит, когда два или более фононов одновременно взаимодействуют с образованием электрических дипольных моментов, с которыми может взаимодействовать падающее излучение. Эти диполи могут поглощать энергию падающего излучения, достигая максимальной связи с излучением, когда частота равна основной колебательной моде молекулярного диполя (например, связи Si – O) в дальней инфракрасной области или одной из его гармоник.

Избирательное поглощение инфракрасного (ИК) света определенным материалом происходит потому, что выбранная частота световой волны совпадает с частотой (или целым числом, кратным частоте), с которой частицы этого материала вибрируют. Поскольку разные атомы и молекулы имеют разные собственные частоты колебаний, они избирательно поглощают разные частоты (или части спектра) инфракрасного (ИК) света.

Отражение и передача световых волн происходит из-за того, что частоты световых волн не совпадают с собственными резонансными частотами вибрации объектов. Когда инфракрасный свет этих частот попадает на объект, энергия либо отражается, либо передается.

Бюджет потери [ править ]

Затухание на кабельной трассе значительно увеличивается за счет включения соединителей и стыков. При вычислении допустимого затухания (бюджета потерь) между передатчиком и приемником в него включаются:

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

Разъемы обычно дают 0,3 дБ на разъем на хорошо отполированных разъемах. Соединения обычно вносят менее 0,3 дБ на соединение.

Общий убыток можно рассчитать следующим образом:

Потери = потери в дБ на разъем × количество разъемов + потери в дБ на стык × количество стыков + потери в дБ на километр × километры волокна,

где потери в дБ на километр зависят от типа волокна и могут быть найдены в технических характеристиках производителя. Например, типичное одномодовое волокно длиной 1550 нм имеет потери 0,4 дБ на километр.

Расчетный бюджет потерь используется при тестировании, чтобы подтвердить, что измеренные потери находятся в пределах нормальных рабочих параметров.

Производство [ править ]

Материалы [ править ]

Оптические волокна стекла почти всегда изготовлены из кремнезема , но и некоторые другие материалы, такие как фторцирконат , фтороалюмината , и халькогенидных стекол , а также кристаллических материалов , таких как сапфир , используются для более длинноволновой инфракрасной области или других специализированных применений. Кремнеземные и фторидные стекла обычно имеют показатели преломления около 1,5, но некоторые материалы, такие как халькогениды, могут иметь показатели до 3. Обычно разница показателей преломления между сердцевиной и оболочкой составляет менее одного процента.

Пластиковые оптические волокна (POF) обычно представляют собой многомодовые волокна со ступенчатым показателем преломления и диаметром сердцевины 0,5 мм или больше. POF обычно имеют более высокие коэффициенты затухания, чем стеклянные волокна, 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, диоксид кремния может иметь чрезвычайно низкие потери на поглощение и рассеяние порядка 0,2 дБ / км. Такие удивительно низкие потери возможны только потому, что доступен сверхчистый кремний, необходимый для производства интегральных схем и дискретных транзисторов. Высокая прозрачность в области 1,4 мкм достигается за счет поддержания низкой концентрации гидроксильных групп (ОН). В качестве альтернативы, высокая концентрация ОН лучше для пропускания в ультрафиолетовой (УФ) области. [59]

Кремнезем может быть втянут в волокна при достаточно высоких температурах и имеет довольно широкий диапазон превращения стекла . Еще одно преимущество состоит в том, что сращивание оплавлением и расщепление волокон диоксида кремния является относительно эффективным. Волокно из диоксида кремния также обладает высокой механической прочностью как на растяжение, так и на изгиб, при условии, что волокно не слишком толстое, а поверхности хорошо подготовлены во время обработки. Даже простое расслоение (разрыв) концов волокна может обеспечить идеально ровные поверхности с приемлемым оптическим качеством. Кремнезем также относительно химически инертен . В частности, он не гигроскопичен (не впитывает воду).

Кремнеземное стекло можно легировать различными материалами. Одна из целей легирования - повысить показатель преломления (например, с диоксидом германия (GeO 2 ) или оксидом алюминия (Al 2 O 3 )) или понизить его (например, с фтором или триоксидом бора (B 2 O 3 )). Допирование также возможно с помощью лазерно-активных ионов (например, волокна, легированные редкоземельными элементами), чтобы получить активные волокна, которые будут использоваться, например, в волоконных усилителях или лазерах.Приложения. Как сердцевина волокна, так и оболочка обычно легированы, так что вся сборка (сердцевина и оболочка) фактически состоит из одного и того же соединения (например, алюмосиликатного , германосиликатного, фосфосиликатного или боросиликатного стекла ).

В частности, для активных волокон чистый диоксид кремния обычно не очень подходит для стекла-хозяина, поскольку он демонстрирует низкую растворимость для ионов редкоземельных элементов. Это может привести к эффектам тушения из-за кластеризации ионов допанта. В этом отношении гораздо эффективнее алюмосиликаты.

Волокно из диоксида кремния также демонстрирует 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 кремнеземные волокна являются предпочтительным материалом для многих оптических приложений, таких как связь (за исключением очень коротких расстояний с использованием пластикового оптического волокна), волоконных лазеров, волоконных усилителей и волоконно-оптических датчиков. Большие усилия, приложенные к разработке различных типов волокон из диоксида кремния, еще больше повысили характеристики таких волокон по сравнению с другими материалами. [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67]

Фтористое стекло [ править ]

Фторидное стекло - это класс неоксидных стекол оптического качества, состоящих из фторидов различных металлов . Из-за их низкой вязкости очень трудно полностью избежать кристаллизации при переработке в стеклование (или вытягивании волокна из расплава). Таким образом, хотя фторидные стекла тяжелых металлов (HMFG) демонстрируют очень низкое оптическое затухание, они не только трудны в изготовлении, но и довольно хрупки, и имеют плохую устойчивость к влаге и другим воздействиям окружающей среды. Их лучшим признаком является отсутствие полосы поглощения, связанной с гидроксильной (ОН) группой (3 200–3600 см –1).; т.е. 2,777–3,125 нм или 2,78–3,13 мкм), который присутствует почти во всех стеклах на основе оксидов.

Примером фтористого стекла с тяжелыми металлами является группа стекол ZBLAN , состоящая из фторидов циркония , бария , лантана , алюминия и натрия . Их основное технологическое применение - это оптические волноводы как в планарной, так и в волоконной форме. Они особенно полезны в среднем инфракрасном диапазоне (2000–5000 нм).

Изначально HMFG были предназначены для применения в оптических волокнах, потому что собственные потери волокна среднего ИК диапазона в принципе могут быть ниже, чем у кремнеземных волокон, которые прозрачны только до 2 мкм. Однако такие низкие потери никогда не были реализованы на практике, а хрупкость и высокая стоимость фторидных волокон сделали их менее чем идеальными в качестве основных кандидатов. Позже была обнаружена полезность фторидных волокон для различных других применений. К ним относятся спектроскопия в среднем ИК-диапазоне , волоконно-оптические датчики , термометрия и визуализация . Кроме того, фторидные волокна можно использовать для направленной передачи световых волн в таких средах, как лазеры на YAG ( иттрий-алюминиевый гранат ).толщиной 2,9 мкм, что необходимо для медицинских приложений (например, офтальмологии и стоматологии ). [68] [69]

Фосфатное стекло [ править ]

Cagelike структура P 4 O 10 - основной строительный блок для фосфатного стекла

Фосфатное стекло представляет собой класс оптических стекол, состоящих из метафосфатов различных металлов. Вместо тетраэдров SiO 4, наблюдаемых в силикатных стеклах, строительным блоком для этого стеклообразователя является пентоксид фосфора (P 2 O 5 ), который кристаллизуется по крайней мере в четырех различных формах. Самый известный полиморф (см. Рисунок) состоит из молекул P 4 O 10 .

Фосфатные стекла могут быть предпочтительнее кварцевых стекол для оптических волокон с высокой концентрацией легирующих ионов редкоземельных элементов. Смесь фторидного стекла и фосфатного стекла представляет собой фторофосфатное стекло. [70] [71]

Халькогенидное стекло [ править ]

Халькогены -The элементов в группе 16 в периодической таблице -particularly серы (S), селен (Se) и теллур (Тот) -react с более электроположительными элементами, такими как серебро , чтобы сформировать халькогениды . Это чрезвычайно универсальные соединения, поскольку они могут быть кристаллическими или аморфными, металлическими или полупроводниковыми, а также проводниками ионов или электронов . Стекло, содержащее халькогениды, можно использовать для изготовления волокон для передачи в дальней инфракрасной области. [ необходима цитата ]

Процесс [ править ]

Преформа [ править ]

Иллюстрация модифицированного процесса химического осаждения из паровой фазы (внутри)

Стандартные оптические волокна изготавливаются, сначала конструируя «заготовку» большого диаметра с тщательно контролируемым профилем показателя преломления, а затем «вытягивая» заготовку для образования длинного тонкого оптического волокна. Преформа обычно изготавливается тремя методами химического осаждения из паровой фазы : внутреннее осаждение из паровой фазы , внешнее осаждение из паровой фазы и осевое осаждение из паровой фазы . [72]

При внутреннем осаждении из паровой фазы преформа представляет собой полую стеклянную трубку длиной примерно 40 сантиметров (16 дюймов), которая размещается горизонтально и медленно вращается на токарном станке . Газы, такие как тетрахлорид кремния (SiCl 4 ) или тетрахлорид германия (GeCl 4 ), впрыскиваются с кислородом в конце трубки. Затем газы нагреваются с помощью внешней водородной горелки, доводя температуру газа до 1900  K (1600 ° C, 3000 ° F), при этом тетрахлориды реагируют с кислородом с образованием кремнезема или германия.(диоксид германия) частицы. 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 (MCVD) .

Затем частицы оксида агломерируются с образованием крупных цепочек частиц, которые впоследствии осаждаются на стенках трубы в виде сажи. Осаждение происходит из-за большой разницы температур между газовым ядром и стенкой, заставляющей газ выталкивать частицы наружу (это известно как термофорез ). Затем резак перемещается вверх и вниз по длине трубы для равномерного нанесения материала. После того, как горелка достигает конца трубки, ее возвращают в начало трубки, и осажденные частицы затем плавятся, образуя твердый слой. Этот процесс повторяется до тех пор, пока не будет нанесено достаточное количество материала. Состав каждого слоя может быть изменен путем изменения состава газа, что позволяет точно контролировать оптические свойства готового волокна.

При внешнем осаждении из паровой фазы или осевом осаждении из паровой фазы стекло образуется пламенным гидролизом - реакцией, в которой тетрахлорид кремния и тетрахлорид германия окисляются за счет реакции с водой (H 2 O) в кислородно-водородном пламени. При внешнем осаждении из паровой фазы стекло наносится на твердый стержень, который удаляется перед дальнейшей обработкой. При осевом осаждении из паровой фазы используется короткий затравочный стержень , и на его конце создается пористая заготовка, длина которой не ограничивается размером исходного стержня. Пористую преформу объединяют в прозрачную твердую преформу путем нагрева до примерно 1800 К (1500 ° C, 2800 ° F).

Поперечное сечение волокна, вытянутого из D-образной преформы

В типичном коммуникационном оптоволокне используется круглая заготовка. Для некоторых применений, таких как волокна с двойной оболочкой, предпочтительна другая форма. [73] В волоконных лазерах на основе волокна с двойной оболочкой асимметричная форма улучшает коэффициент заполнения для лазерной накачки .

Из-за поверхностного натяжения форма сглаживается в процессе вытяжки, и форма полученного волокна не воспроизводит острые края преформы. Тем не менее, тщательная полировка преформы важна, поскольку любые дефекты поверхности преформы влияют на оптические и механические свойства получаемого волокна. В частности, преформа для тестового волокна, показанного на рисунке, не была хорошо отполирована, и в конфокальный оптический микроскоп видны трещины .

Рисунок [ править ]

Преформа, какой бы она ни была сконструирована, помещается в устройство, известное как вытяжная башня , где кончик преформы нагревается, а оптическое волокно вытягивается в виде нити. Измеряя ширину результирующего волокна, можно контролировать натяжение волокна для поддержания толщины волокна.

Покрытия [ править ]

Свет направляется вниз по сердцевине волокна через оптическую оболочку с более низким показателем преломления, которая захватывает свет в сердцевине за счет полного внутреннего отражения.

Облицовка покрыта буфером, который защищает ее от влаги и физических повреждений. [61] Буферное покрытие - это то, что снимается с волокна для заделки или сращивания. Эти покрытия представляют собой отверждаемые ультрафиолетом уретанакрилатные композитные или полиимидные материалы, наносимые на внешнюю поверхность волокна в процессе вытяжки. Покрытия защищают очень тонкие пряди стекловолокна размером с человеческий волос и позволяют ему выдерживать суровые условия производства, контрольных испытаний, прокладки кабелей и установки.

В современных процессах вытяжки стекловолокна используется метод двухслойного покрытия. Внутреннее первичное покрытие действует как амортизатор, чтобы минимизировать 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 связанных кабельных конструкциях.

Эти слои волоконно-оптического покрытия наносятся во время вытяжки волокна со скоростью, приближающейся к 100 км в час (60 миль в час). Волоконно-оптические покрытия наносятся одним из двух методов: мокрым по сухому и мокрым по мокрому . В режиме «мокрый по сухому» волокно проходит через первичное покрытие, которое затем подвергается УФ-отверждению, а затем через вторичное покрытие, которое затем отверждается. В режиме «мокрый по мокрому» волокно проходит как первичное, так и вторичное покрытие, а затем подвергается УФ-отверждению.

Волоконно-оптические покрытия наносятся концентрическими слоями, чтобы предотвратить повреждение волокна во время нанесения волочения и максимизировать прочность волокна и сопротивление микроизгибам. Волокно с неравномерным покрытием будет испытывать неоднородные силы при расширении или сжатии покрытия и подвержено большему затуханию сигнала. При надлежащих процессах вытяжки и нанесения покрытия покрытия концентричны вокруг волокна, непрерывны по всей длине нанесения и имеют постоянную толщину.

Толщина покрытия учитывается при расчете напряжения, которое испытывает волокно при различных конфигурациях изгиба. [74] Когда покрытое волокно наматывается на оправку, напряжение, испытываемое волокном, определяется выражением

,

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

В конфигурации двухточечного изгиба волокно с покрытием изгибается в U-образной форме и помещается между канавками двух лицевых панелей, которые сводятся вместе до тех пор, пока волокно не разорвется. Напряжение в волокне в этой конфигурации определяется выражением

,

где d - расстояние между лицевыми панелями. Коэффициент 1,198 - геометрическая постоянная, связанная с этой конфигурацией.

Волоконно-оптические покрытия защищают стекловолокно от царапин, которые могут привести к снижению прочности. Сочетание влаги и царапин ускоряет старение и ухудшение прочности волокна. Когда волокно подвергается низким напряжениям 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 повреждению волокна.

Условия окружающей среды могут влиять на три ключевые характеристики волоконно-оптических волноводов: прочность, затухание и устойчивость к потерям, вызванным микроизгибом. Внешние оптоволоконные оболочки и буферные трубки защищают стекловолокно от условий окружающей среды, которые могут повлиять на характеристики волокна и его долговечность. Внутреннее покрытие обеспечивает надежность передаваемого сигнала и помогает минимизировать затухание из-за микроизгибов.

Практические вопросы [ править ]

Конструкция кабеля [ править ]

Волоконно - оптический кабель

В практических волокнах оболочка обычно покрывается прочным полимерным покрытием и дополнительным буферным слоем, который может быть дополнительно окружен слоем оболочки , обычно пластиковым. Эти слои добавляют волокну прочность, но не влияют на его свойства световода. При сборке жестких волокон иногда между волокнами помещают светопоглощающее («темное») стекло, чтобы свет, выходящий из одного волокна, не попадал в другое. Это уменьшает перекрестные помехи между волокнами или уменьшает блики при визуализации пучков волокон. [75] [76]

Современные кабели имеют широкий спектр оболочек и брони, предназначенных для таких применений, как прямое закапывание в траншеях, изоляция высокого напряжения, двойное использование в качестве линий электропередачи, [77] [ неудачная проверка ] прокладка в кабелепроводах, крепление к воздушным телефонным столбам, подводная лодка установка и установка на улицах с твердым покрытием. В многожильном кабеле обычно используются цветные покрытия и / или буферы для идентификации каждой жилы. Стоимость малогабаритных кабелей с оптоволоконным креплением на опорах значительно снизилась из-за высокого спроса на оптоволокно для домашних сетей (FTTH) в Японии и Южной Корее.

Волоконный кабель может быть очень гибким, но потери в традиционном волокне значительно увеличиваются, если волокно изгибается с радиусом менее 30 мм. Это создает проблему, когда кабель изгибается по углам или наматывается на катушку, что усложняет установку FTTX . «Гибкие волокна», предназначенные для упрощения установки в домашних условиях, были стандартизированы как ITU-T G.657 . Этот тип волокна можно изгибать с радиусом всего 7,5 мм без вредного воздействия. Были разработаны даже более гибкие волокна. [78] Сгибаемое волокно также может быть устойчивым к взлому, когда сигнал в волокне незаметно отслеживается путем изгиба волокна и обнаружения утечки. [79]

Еще одна важная особенность кабеля - способность кабеля выдерживать горизонтально приложенную силу. Технически это называется максимальной прочностью на растяжение, определяющей, какое усилие можно приложить к кабелю во время установки.

Некоторые версии волоконно-оптических кабелей армированы арамидной пряжей или стекловолокном в качестве промежуточного элемента прочности . С коммерческой точки зрения использование стеклянной пряжи более экономично, при этом не теряется механическая прочность кабеля. Стеклянная пряжа также защищает сердечник кабеля от грызунов и термитов.

Прерывание и соединение [ править ]

Разъемы ST на многомодовом волокне

Оптические волокна подключаются к оконечному оборудованию с помощью волоконно-оптических соединителей . Эти разъемы обычно стандартного типа, например FC , SC , ST , LC , MTRJ , MPO или SMA . Оптические волокна могут быть соединены друг с другом соединителями или постоянно путем сращивания , то есть соединения двух волокон вместе с образованием непрерывного оптического волновода. Общепринятым методом сварки является сварка дугой плавлением , при которой концы волокна плавятся вместе с помощью электрической дуги . Для более быстрого крепления используется «механическое соединение».

Сварка оплавлением выполняется с помощью специального инструмента. С концов волокон сначала удаляют защитное полимерное покрытие (а также более прочную внешнюю оболочку, если таковая имеется). Концы скалываются (обрезаются) с помощью точного скалывателя, чтобы сделать их перпендикулярными, и помещаются в специальные держатели в сварочном аппарате для оплавления. Склейку обычно проверяют через увеличенный экран, чтобы проверить сколы до и после сварки. В сварочном аппарате используются небольшие двигатели для совмещения торцевых поверхностей друг с другом, а между электродами в зазоре излучается небольшая искра, которая сжигает пыль и влагу. Затем сварочный аппарат генерирует большую искру, которая поднимает температуру выше точки плавления.стекла, соединив концы вместе навсегда. Местоположение и энергия искры тщательно контролируются, чтобы расплавленная сердцевина и оболочка не смешивались, и это сводит к минимуму оптические потери. Оценка потерь при сварке измеряется сварочным аппаратом, направляя свет через оболочку с одной стороны и измеряя свет, утекающий из оболочки с другой стороны. Типичные потери на сварке менее 0,1 дБ. Сложность этого процесса делает сращивание волокон намного сложнее, чем сращивание медной проволоки.

Механические соединения волокон спроектированы так, чтобы их можно было быстрее и проще установить, но все же существует необходимость в зачистке, тщательной очистке и точном скалывании. Концы волокна выровнены и удерживаются вместе прецизионной гильзой, часто с использованием прозрачного геля с согласованным показателем преломления, который улучшает передачу света через соединение. Такие соединения обычно имеют более высокие оптические потери и менее надежны, чем соединения оплавлением, особенно если используется гель. Все методы сращивания включают установку корпуса, защищающего сращивание.

Волокна оканчиваются соединителями, которые точно и надежно удерживают конец волокна. Волоконно-оптический соединитель - это, по сути, жесткий цилиндрический корпус, окруженный гильзой, удерживающей ствол в ответном гнезде. Сопрягающий механизм может быть нажимным и щелчком , поворотным и защелкивающимся ( байонетное крепление ) или ввинчиваемым ( резьбовым ). Цилиндр обычно может свободно перемещаться внутри втулки и может иметь ключ, который предотвращает вращение цилиндра и волокна при сопряжении разъемов.

Типичный разъем устанавливается путем подготовки конца волокна и вставки его в заднюю часть корпуса разъема. Для надежной фиксации волокна обычно используется быстросхватывающийся клей, а сзади закреплен фиксатор натяжения . После схватывания клея конец волокна полируется до зеркального блеска. В зависимости от типа волокна и области применения используются различные профили полировки. Для одномодового волокна концы волокна обычно полируются с небольшой кривизной, из-за чего сопрягаемые разъемы соприкасаются только своими сердцевинами. Это называется полировкой физического контакта (ПК). Изогнутая поверхность может быть отполирована под углом для создания физического контакта под углом (APC).связь. Такие соединения имеют более высокие потери, чем соединения с ПК, но значительно снижают обратное отражение, поскольку свет, отражающийся от наклонной поверхности, выходит из сердцевины волокна. Результирующая потеря мощности сигнала называется потерей зазора . Концы волокна APC имеют низкое обратное отражение даже в отсоединенном состоянии.

В 1990-х годах оконцовка оптоволоконных кабелей была трудоемкой. Количество деталей на разъем, полировка волокон и необходимость обжига эпоксидной смолы в каждом разъеме затрудняли заделку оптоволоконных кабелей. Сегодня на рынке представлено множество типов разъемов, которые предлагают более простые и менее трудоемкие способы заделки кабелей. Некоторые из самых популярных разъемов предварительно отполированы на заводе и содержат гель внутри разъема. Эти два шага помогают сэкономить деньги на рабочей силе, особенно на крупных проектах. Скола производится на требуемую длину, чтобы получить как можно ближе к полированной части уже внутри разъема. Гель окружает место встречи двух частей внутри соединителя, что снижает потери света. [ необходима цитата ] Долгосрочные эксплуатационные характеристики геля являются предметом рассмотрения при проектировании, поэтому для наиболее требовательных установок предварительно отполированные на заводе кабели достаточной длины для достижения первого кожуха сварного соединения обычно являются наиболее безопасным подходом, который минимизирует трудозатраты на месте.

Связь в свободном пространстве [ править ]

Часто бывает необходимо выровнять оптическое волокно с другим оптическим волокном или с оптоэлектронным устройством, таким как светоизлучающий диод , лазерный диод или модулятор . Это может включать в себя либо тщательное выравнивание волокна и приведение его в контакт с устройством, либо использование линзы для соединения через воздушный зазор. Обычно размер моды волокна намного больше размера моды лазерного диода или кремниевого оптического чипа . В этом случае конусообразное или линзовое волокноиспользуется для согласования распределения поля моды волокна с другим элементом. Линза на конце волокна может быть сформирована с помощью полировки, лазерной резки [80] или сварки плавлением.

В лабораторных условиях оголенный конец волокна соединяется с помощью системы ввода волокна, в которой используется линза объектива микроскопа для фокусировки света в точную точку. Ступень прецизионного перевода (таблица микропозиционирования) используется для перемещения линзы, волокна или устройства, что позволяет оптимизировать эффективность связи. Волокна с соединителем на конце значительно упрощают этот процесс: соединитель просто вставляется в предварительно выровненный оптоволоконный коллиматор, который содержит линзу, которая либо точно позиционируется по отношению к волокну, либо регулируется. Для достижения наилучшей эффективности инжекции в одномодовое волокно необходимо оптимизировать направление, положение, размер и расходимость луча. С хорошими балками может быть достигнута эффективность связи от 70 до 90%.

При правильно отполированных одномодовых волокнах излучаемый пучок имеет почти идеальную гауссову форму - даже в дальнем поле - если используется хороший объектив. Линза должна быть достаточно большой, чтобы поддерживать полную числовую апертуру волокна, и не должна вносить аберрации в пучок. Обычно используются асферические линзы .

Волоконный предохранитель [ править ]

При высокой оптической интенсивности, выше 2 мегаватт на квадратный сантиметр, когда волокно подвергается удару или иным образом внезапно повреждается, может произойти плавление 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). [81] [82] открытое управление волоконно - система, которая обеспечивает безопасность лазерного глаза в случае сломанного волокна, также может эффективно остановить распространение предохранителя волокна. [83] В ситуациях, таких как подводные кабели, где можно использовать высокие уровни мощности без необходимости контроля обрыва волокна, устройство защиты «плавкий предохранитель волокна» на передатчике может разорвать цепь, чтобы свести к минимуму повреждения.

Хроматическая дисперсия [ править ]

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 проходящего света. Это приводит к тому, что на больших расстояниях и при высоких скоростях модуляции разные частоты света могут достигать приемника разное время, что в конечном итоге делает сигнал невозможным для распознавания и требует дополнительных ретрансляторов. [84] Эту проблему можно решить несколькими способами, включая использование волокна относительно короткой длины с противоположным градиентом показателя преломления.

См. Также [ править ]

  • Бороскоп
  • Прокладка кабеля
  • Кабель для передачи данных
  • Распределенное акустическое зондирование
  • Эндоскопия
  • Волоконный усилитель
  • Волоконная решетка Брэгга
  • Волоконный лазер
  • Система управления оптоволокном
  • Волоконно-оптическая ассоциация
  • Волоконный пигтейл
  • Фиброскоп
  • Fibre Channel
  • Оптика с градиентным индексом
  • Узкое место в межсоединении
  • Утечный режим
  • Li-Fi
  • Световой пик
  • Модальная пропускная способность
  • Оптический усилитель
  • Оптическая связь
  • Оптическая ячеистая сеть
  • Измеритель оптической мощности
  • Оптический рефлектометр во временной области
  • Оптоэлектроника
  • Параллельный оптический интерфейс
  • Фотонно-кристаллическое волокно
  • Обратные потери
  • Съемный трансивер малого форм-фактора
  • Солитон , Векторный солитон
  • Подводные кабели связи
  • Оптическое волокно субволнового диаметра
  • Иммуноанализ с объемным оптическим волокном (SOFIA)
  • КСЕНПАК

Примечания [ править ]

  1. ^ Инфракрасный свет используется в оптоволоконной связи из-за его более низкого затухания.
  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.

Ссылки [ править ]

  1. ^ «Оптическое волокно» . www.thefoa.org . Волоконно-оптическая ассоциация . Проверено 17 апреля 2015 года .
  2. ^ Старший, Джон М .; Джамро, М. Юсиф (2009). Волоконно-оптическая связь: принципы и практика . Pearson Education. С. 7–9. ISBN 978-0130326812.
  3. ^ «Рождение фиброскопов» . www.olympus-global.com . Корпорация Олимп . Проверено 17 апреля 2015 года .
  4. ^ Ли, Byoungho (2003). «Обзор современного состояния волоконно-оптических датчиков». Оптоволоконная технология . 9 (2): 57–79. Bibcode : 2003OptFT ... 9 ... 57L . DOI : 10.1016 / s1068-5200 (02) 00527-8 .
  5. Senior , pp. 12–14.
  6. ^ Справочник закупок оптической промышленности и систем . Оптическая издательская компания. 1984 г.
  7. ^ Хунспергер (2017-10-19). Фотонные устройства и системы . Рутледж. ISBN 9781351424844.
  8. Senior , p. 218
  9. Senior , стр. 234–235
  10. ^ "Стул Нариндер Сингх Капани в оптоэлектронике" . ucsc.edu.
  11. ^ a b Бейтс, Регис Дж. (2001). Справочник по оптической коммутации и сети . Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. п. 10. ISBN 978-0-07-137356-2.
  12. ^ Тиндаль, Джон (1870). «Полная рефлексия» . Заметки о свете .
  13. ^ Тиндаль, Джон (1873). Шесть лекций о свете . Нью-Йорк: Д. Эпплтон.
  14. Мэри Беллис. «Как была изобретена волоконная оптика» . Проверено 20 января 2020 .
  15. ^ a b c d e Hecht, Джефф (2004). Город света: история волоконной оптики (переработанное издание). Оксфордский университет. С. 55–70. ISBN 9780195162554.
  16. ^ Хопкинс, HH & Kapany, NS (1954). «Гибкий фиброскоп, использующий статическое сканирование». Природа . 173 (4392): 39–41. Bibcode : 1954Natur.173 ... 39H . DOI : 10.1038 / 173039b0 . S2CID 4275331 . 
  17. ^ Две революционные оптические технологии . Научное обоснование Нобелевской премии по физике 2009 г. Nobelprize.org. 6 октября 2009 г.
  18. ^ Как Индия пропустила очередную Нобелевскую премию - Rediff.com India News . News.rediff.com (12 октября 2009 г.). Проверено 8 февраля 2017.
  19. ^ Патент DE 1254513 , Börner, Манфред, "Mehrstufiges Übertragungssystem für Pulscodemodulation dargestellte Nachrichten.", Выданный 1967-11-16, назначенный Telefunken Patentverwertungsgesellschaft моГо 
  20. ^ Патент США 3845293 , Börner, Манфред, «Система электро-оптической передачи с использованием лазеров» 
  21. ^ Лунная телевизионная камера. План приемочных испытаний перед установкой . НАСА. 12 марта 1968 г.
  22. ^ Hecht, Джефф (1999). Город света, история волоконной оптики . Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета . п. 114. ISBN 978-0-19-510818-7.
  23. ^ "Пресс-релиз - Нобелевская премия по физике 2009" . Нобелевский фонд . Проверено 7 октября 2009 .
  24. ^ Hecht, Джефф (1999). Город света, история волоконной оптики . Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета . п. 271. ISBN. 978-0-19-510818-7.
  25. ^ "1971–1985 Продолжая традиции" . Хронология инноваций GE . Компания Дженерал Электрик . Проверено 28 сентября 2012 .
  26. ^ «Об авторе - Томас Менса» . Правильный материал поставляется в черном цвете . Проверено 29 марта 2015 года .
  27. Перейти ↑ Catania B, Michetti L, Tosco F, Occhini E, Silvestri L (1976). «Первый итальянский эксперимент с заглубленным оптическим кабелем» (PDF) . Труды 2-й Европейской конференции по оптической связи (II ECOC) . Проверено 3 мая 2019 .
  28. ^ Archivio Storico Telecom Italia: 15 Settembre 1977, Турин, прима stesura аль Mondo ди уна Fibra OTTICA в esercizio.
  29. ^ Springroove, иль giunto на волокно OTTICHE brevettato нель 1977 . archiviostorico.telecomitalia.com. Проверено 8 февраля 2017.
  30. ^ Мирс, Р.Дж. и Рики, Л. и Пул, С.Б. и Пэйн, Д.Н.: "Низкопороговый перестраиваемый волоконный лазер с непрерывной и модуляцией добротности, работающий на длине волны 1,55 мкм", Электрон. Lett., 1986, 22, с.159–160
  31. ^ RJ Мирс, Л. Reekie, И. М. Jauncey и Д. Пэйна: «низким уровнем шумалегированный эрбием волоконный усилитель на 1.54μm», Electron. Lett., 1987, 23, с. 1026–1028.
  32. ^ Е. Desurvire, Дж Симпсон, и ПК Беккер, высоким коэффициентом усиления эрбиевый усилитель бегущей волны волокна,»Оптика Письма, т. 12, № 11, 1987, стр. 888-890
  33. ^ Рассел, Филип (2003). «Волокна фотонного кристалла». Наука . 299 (5605): 358–62. Bibcode : 2003Sci ... 299..358R . DOI : 10.1126 / science.1079280 . PMID 12532007 . S2CID 136470113 .  
  34. ^ "История кристаллического волокна A / S" . Кристалл волокна A / S . Проверено 22 октября 2008 .
  35. Yao, S. (2003) «Поляризация в волоконных системах: сокращение пропускной способности». Архивировано 11 июля 2011 г., в Wayback Machine , Справочник по фотонике, Laurin Publishing, стр. 1.
  36. ^ Ciena, JANET предоставляет первую в Европе службу длины волны 40 Гбит / с. Архивировано 14 января 2010 г. на Wayback Machine 07.09.2007. Проверено 29 октября 2009 года.
  37. NTT (29 сентября 2006 г.). «14 Тбит / с по одному оптическому волокну: успешная демонстрация максимальной пропускной способности в мире» (пресс-релиз). Nippon Telegraph and Telephone . Проверено 8 февраля 2017 .
  38. ^ Альфиад, MS; и другие. (2008). «Передача POLMUX-RZ-DQPSK 111 Гбит / с на 1140 км SSMF с 10,7 Гбит / с соседями NRZ-OOK» (PDF) . Труды ECOC 2008 . С. Мо.4.Е.2. Архивировано из оригинального (PDF) 04.12.2013 . Проверено 17 сентября 2013 .
  39. Alcatel-Lucent (29 сентября 2009 г.). «Bell Labs побила рекорд оптической передачи, барьер 100 Петабит в секунду на километр» . Phys.org (пресс-релиз). Архивировано из оригинала 9 октября 2009 года.
  40. ^ Hecht, Джефф (2011-04-29). «Сверхбыстрая волоконная оптика установила новый рекорд скорости» . Новый ученый . 210 (2809): 24. Bibcode : 2011NewSc.210R..24H . DOI : 10.1016 / S0262-4079 (11) 60912-3 . Проверено 26 февраля 2012 .
  41. ^ "NEC и Corning достигли петабитной оптической передачи" . Optics.org. 2013-01-22 . Проверено 23 января 2013 .
  42. ^ Bozinovic, N .; Yue, Y .; Ren, Y .; Тур, М .; Kristensen, P .; Huang, H .; Виллнер, AE; Рамачандран, С. (2013). "Терабитное мультиплексирование с разделением мод орбитального углового момента в волокнах" (PDF) . Наука . 340 (6140): 1545–1548. Bibcode : 2013Sci ... 340.1545B . DOI : 10.1126 / science.1237861 . PMID 23812709 . S2CID 206548907 .   
  43. ^ Костовский, G; Стоддарт, PR; Митчелл, А (2014). «Наконечник оптического волокна: микроскопическая платформа со световой связью для микро- и нанотехнологий». Современные материалы . 26 (23): 3798–820. DOI : 10.1002 / adma.201304605 . PMID 24599822 . 
  44. ^ Bănică, Florinel-Габриэль (2012). Химические сенсоры и биосенсоры: основы и приложения . Чичестер: Джон Уайли и сыновья. Гл. 18–20. ISBN 978-0-470-71066-1.
  45. ^ Анна Basanskaya (1 октября 2005). «Электричество над стеклом» . IEEE Spectrum .
  46. ^ "Фотоэлектрический подвиг опережает силу оптического волокна - электронные продукты" . ElectronicProducts.com . 2006-06-01. Архивировано из оригинала на 2011-07-18 . Проверено 26 сентября 2020 .
  47. ^ Al Mosheky, Заид; Меллинг, Питер Дж .; Томсон, Мэри А. (июнь 2001 г.). «Мониторинг реакции ферментации в реальном времени на месте с использованием оптоволоконного FT-IR зонда» (PDF) . Спектроскопия . 16 (6): 15.
  48. ^ Меллинг, Питер; Томсон, Мэри (октябрь 2002 г.). «Мониторинг реакций в малых реакторах и ограниченных пространствах» (PDF) . Новости американской лаборатории .
  49. ^ Меллинг, Питер Дж .; Томсон, Мэри (2002). "Волоконно-оптические зонды для спектрометрии среднего инфракрасного диапазона" (PDF) . В Chalmers, John M .; Гриффитс, Питер Р. (ред.). Справочник по колебательной спектроскопии . Вайли.
  50. ^ Говинд, Агравал. Нелинейная волоконная оптика, пятое издание . ISBN 978-0-12-397023-7.
  51. ^ а б Пашотта, Рюдигер. «Волокна» . Энциклопедия лазерной физики и техники . RP Photonics . Проверено 22 февраля 2015 года .
  52. ^ Gloge, D. (1 октября 1971). «Слабо направляющие волокна» . Прикладная оптика . 10 (10): 2252–8. Bibcode : 1971ApOpt..10.2252G . DOI : 10,1364 / AO.10.002252 . PMID 20111311 . Проверено 31 января 2015 года . 
  53. ^ Cozmuta, I (2020). Дигонне, Мишель Дж; Цзян, Шибин (ред.). «Преодоление кремнеземного потолка: возможности на основе ZBLAN для приложений фотоники». Электронная библиотека SPIE . 11276 : 25. Bibcode : 2020SPIE11276E..0RC . DOI : 10.1117 / 12.2542350 . ISBN 9781510633155. S2CID  215789966 .
  54. ^ "Оптическое волокно Corning SMF-28 ULL" . Проверено 9 апреля 2014 года .
  55. ^ Jachetta, Джим (2007). «6.10 - Волоконно-оптические системы передачи». В Уильямс, EA (ред.). Руководство Национальной ассоциации вещателей по инженерному обеспечению (10-е изд.). Тейлор и Фрэнсис. С. 1667–1685. ISBN 978-0-240-80751-5.
  56. Перейти ↑ Archibald, PS & Bennett, HE (1978). «Рассеяние от инфракрасных ракетных куполов». Опт. Англ . 17 (6): 647. Bibcode : 1978OptEn..17..647A . DOI : 10.1117 / 12.7972298 .
  57. ^ Смит, RG (1972). «Способность оптической мощности оптических волокон с низкими потерями, определяемая с помощью вынужденного комбинационного рассеяния света и рассеяния Бриллюэна». Прикладная оптика . 11 (11): 2489–94. Bibcode : 1972ApOpt..11.2489S . DOI : 10,1364 / AO.11.002489 . PMID 20119362 . 
  58. ^ Пашотта, Рюдигер. «Рассеяние Бриллюэна» . Энциклопедия лазерной физики и техники . RP Photonics.
  59. ^ Skuja, L .; Hirano, M .; Hosono, H .; Кадихара, К. (2005). «Дефекты оксидных стекол». Physica Статус Solidi C . 2 (1): 15–24. Bibcode : 2005PSSCR ... 2 ... 15S . DOI : 10.1002 / pssc.200460102 .
  60. ^ Glaesemann, GS (1999). «Достижения в области механической прочности и надежности оптических волокон». Proc. ШПИОН . CR73 : 1. Bibcode : 1999SPIE.CR73 .... 3G .
  61. ^ a b Куркджан, Чарльз Р .; Симпкинс, Питер Дж .; Иннисс, Дэрил (1993). «Прочность, разрушение и покрытие световодов из диоксида кремния». Журнал Американского керамического общества . 76 (5): 1106–1112. DOI : 10.1111 / j.1151-2916.1993.tb03727.x .
  62. ^ Kurkjian, С (1988). «Механическая устойчивость оксидных стекол». Журнал некристаллических твердых тел . 102 (1–3): 71–81. Bibcode : 1988JNCS..102 ... 71K . DOI : 10.1016 / 0022-3093 (88) 90114-7 .
  63. ^ Куркджян, CR; Краузе, JT; Мэтьюсон, MJ (1989). «Прочность и усталость кремнеземных оптических волокон». Журнал световых технологий . 7 (9): 1360–1370. Bibcode : 1989JLwT .... 7.1360K . DOI : 10.1109 / 50.50715 .
  64. ^ Куркджан, Чарльз Р .; Гебизлиоглу, Осман С .; Камлибел, Ирфан (1999). Мэтьюсон, М. Джон (ред.). «Вариации прочности кремнеземных волокон». Труды SPIE . Надежность и тестирование оптического волокна. 3848 : 77. Bibcode : 1999SPIE.3848 ... 77K . DOI : 10.1117 / 12.372757 . S2CID 119534094 . 
  65. ^ Skontorp Арне (2000). Гобин, Пьер Ф; Друг, Клиффорд М. (ред.). «Нелинейные механические свойства оптических волокон на основе диоксида кремния». Труды SPIE . Пятая Европейская конференция по интеллектуальным конструкциям и материалам. 4073 : 278. Bibcode : 2000SPIE.4073..278S . DOI : 10.1117 / 12.396408 . S2CID 135912790 . 
  66. ^ Проктор, BA; Whitney, I .; Джонсон, JW (1967). «Прочность плавленого кремнезема». Труды Королевского общества А . 297 (1451): 534–557. Bibcode : 1967RSPSA.297..534P . DOI : 10,1098 / rspa.1967.0085 . S2CID 137896322 . 
  67. ^ Бартенев, G (1968). «Структура и прочность стекловолокна». Журнал некристаллических твердых тел . 1 (1): 69–90. Bibcode : 1968JNCS .... 1 ... 69B . DOI : 10.1016 / 0022-3093 (68) 90007-0 .
  68. ^ Тран, D .; Sigel, G .; Бендоу, Б. (1984). «Фторидные стекла и волокна тяжелых металлов: обзор». Журнал световых технологий . 2 (5): 566–586. Bibcode : 1984JLwT .... 2..566T . DOI : 10,1109 / JLT.1984.1073661 .
  69. Nee, Soe-Mie F .; Джонсон, Линда Ф .; Моран, Марк Б .; Пентони, Джони М .; Daigneault, Steven M .; Tran, Danh C .; Биллман, Кеннет У .; Сиахатгар, Садех (2000). «Оптические и поверхностные свойства оксифторидного стекла» . Труды SPIE . Неорганические оптические материалы II. 4102 : 122. Bibcode : 2000SPIE.4102..122N . DOI : 10.1117 / 12.405276 . S2CID 137381989 . 
  70. ^ Карабулут, М .; Мельник, Э .; Стефан, Р; Marasinghe, GK; Рэй, CS; Куркджян, CR; День, Германия (2001). «Механические и структурные свойства фосфатных стекол». Журнал некристаллических твердых тел . 288 (1–3): 8–17. Bibcode : 2001JNCS..288 .... 8K . DOI : 10.1016 / S0022-3093 (01) 00615-9 .
  71. ^ Kurkjian, C. (2000). «Механические свойства фосфатных стекол». Журнал некристаллических твердых тел . 263–264 (1–2): 207–212. Bibcode : 2000JNCS..263..207K . DOI : 10.1016 / S0022-3093 (99) 00637-7 .
  72. ^ Говар, Джон (1993). Системы оптической связи (2-е изд.). Хемпстед, Великобритания: Прентис-Холл. п. 209. ISBN 978-0-13-638727-5.
  73. ^ Кузнецов, Д .; Молони, СП (2003). «Высокоэффективный, с высоким коэффициентом усиления, малой длины и масштабируемой мощности некогерентный диодный волоконный усилитель / лазер с пластинчатой ​​накачкой». Журнал IEEE по квантовой электронике . 39 (11): 1452–1461. Bibcode : 2003IJQE ... 39.1452K . CiteSeerX 10.1.1.196.6031 . DOI : 10,1109 / JQE.2003.818311 . 
  74. Перейти ↑ Matthewson, M. (1994). "Методы механических испытаний оптического волокна" (PDF) . Критические обзоры оптической науки и технологий . Надежность и тестирование волоконной оптики: критический обзор. CR50 : 32–57 . Bibcode : 1993SPIE10272E..05M . DOI : 10.1117 / 12.181373 . S2CID 136377895 - через Общество инженеров по фотооптическому оборудованию.  
  75. ^ "Сбор и распространение света" . Зона разработчиков National Instruments . Корпорация National Instruments. Архивировано из оригинального 25 -го января 2007 года . Проверено 19 марта 2007 .
  76. ^ Hecht, Джефф (2002). Понимание волоконной оптики (4-е изд.). Прентис Холл. ISBN 978-0-13-027828-9.
  77. ^ "Отчет о проверке плана энергоснабжения сельских районов Аляски" (PDF) . Отдел Аляски по делам сообществ и регионов . Архивировано из оригинального (PDF) 8 мая 2006 года . Проверено 11 апреля 2006 года .
  78. ^ «Corning объявляет о прорыве в технологии оптического волокна» (пресс-релиз). Corning Incorporated . 2007-07-23. Архивировано из оригинального 13 июня 2011 года . Проверено 9 сентября 2013 .
  79. ^ Olzak, Том (2007-05-03). «Защитите свою сеть от взлома волокна» . Techrepublic . CNET. Архивировано из оригинала на 2010-02-17 . Проверено 10 декабря 2007 .
  80. ^ «Лазерное линзирование» . OPTEK Systems Inc .
  81. ^ Аткинс, RM; Симпкинс, П.Г .; Яблон, AD (2003). «Трек оптоволоконного предохранителя: неустойчивость Рэлея в оптических волноводах». Письма об оптике . 28 (12): 974–976. Bibcode : 2003OptL ... 28..974A . DOI : 10.1364 / OL.28.000974 . PMID 12836750 . 
  82. ^ Hitz, Брек (август 2003). «Выявлено происхождение« волоконного запала »» . Спектры фотоники . Проверено 23 января 2011 .
  83. Seo, Koji; и другие. (Октябрь 2003 г.). «Оценка долговечности мощных волоконно-оптических линий связи» (PDF) . Обзор Фурукавы (24): 17–22. ISSN 1348-1797 . Проверено 5 июля 2008 .  
  84. ^ GP Agrawal, Волоконно-оптические системы связи, Wiley-Interscience, 1997.

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Агравал, Говинд (2010). Волоконно-оптические системы связи (4-е изд.). Вайли. DOI : 10.1002 / 9780470918524 . ISBN 978-0-470-50511-3.
  • Азартные игры, Вашингтон (2000). «Взлет и рост оптических волокон». Журнал IEEE по избранным темам квантовой электроники . 6 (6): 1084–1093. Bibcode : 2000IJSTQ ... 6.1084G . DOI : 10.1109 / 2944.902157 . S2CID  23158230 .
  • Мирабито, Майкл Массачусетс; и Моргенштерн, Барбара Л., Новые коммуникационные технологии: приложения, политика и влияние , 5-е издание. Focal Press, 2004. ( ISBN 0-240-80586-0 ). 
  • Митчке Ф., Волоконная оптика: физика и технология , Springer, 2009 г. ( ISBN 978-3-642-03702-3 ) 
  • Нагель, SR; MacChesney, JB; Уокер, KL (1982). «Обзор процесса и характеристик модифицированного химического осаждения из паровой фазы (MCVD)». Журнал IEEE по квантовой электронике . 30 (4): 305–322. Bibcode : 1982ITMTT..30..305N . DOI : 10.1109 / TMTT.1982.1131071 . S2CID  33979233 .
  • Раджив Рамасвами; Кумар Шивараджан; Гален Сасаки (27 ноября 2009 г.). Оптические сети: практическая перспектива . Морган Кауфманн. ISBN 978-0-08-092072-6.
  • Руководство Ленни Лайтвейва по волоконной оптике , The Fiber Optic Association, 2016.
  • Фридман, Томас Л. (2007). Мир плоский . Пикадор. ISBN 978-0-312-42507-4.В книге обсуждается, как волоконная оптика внесла свой вклад в глобализацию и произвела революцию в коммуникациях, бизнесе и даже в распределении капитала между странами.
  • GR-771, Общие требования к затворам для сращивания оптоволокна, Telcordia Technologies, выпуск 2, июль 2008 г. Обсуждаются затворы для сращивания оптоволокна и соответствующее оборудование, предназначенное для восстановления механической целостности и целостности окружающей среды одного или нескольких оптоволоконных кабелей, входящих в корпус.
  • Пашотта, Рюдигер. «Учебное пособие по пассивной волоконной оптике» . RP Photonics . Проверено 17 октября 2013 года .

Внешние ссылки [ править ]

  • Волоконно-оптическая ассоциация
  • " Волокна ", статья в Энциклопедии лазерной физики и техники RP Photonics.
  • « Волоконно-оптические технологии », Mercury Communications Ltd, август 1992 г.
  • " Фотоника и будущее волокна ", Mercury Communications Ltd, март 1993 г.
  • Образовательный сайт " Fiber Optic Tutorial " от Arc Electronics
  • Видеолекция Массачусетского технологического института: Лазеры и оптоволокно
  • Основы фотоники: модуль оптических волноводов и волокон
  • Веб-демонстрация хроматической дисперсии в Институте телекоммуникаций, Штутгартский университет