סיב אופטי הוא קיצור של סיב אופטי, סיב העשוי מזכוכית או פלסטיק, היכול לשמש ככלי להעברת אור. עקרון השידור הוא'החזרה כוללת של אור'. הנשיאים לשעבר של האוניברסיטה הסינית של הונג קונג גאו קון וג'ורג' א. הוקהאם הציעו לראשונה את הרעיון שניתן להשתמש בסיבים אופטיים להעברת תקשורת. מסיבה זו, גאו קון זכה בפרס נובל לפיזיקה לשנת 2009.
הצג
הסיב האופטי הזעיר מוקף במעטפת פלסטיק כך שניתן לכופפו מבלי להישבר. בדרך כלל, התקן המשדר בקצה אחד של הסיב האופטי משתמש בדיודה פולטת אור (LED) או קרן לייזר כדי להעביר פעימות אור לסיב האופטי, וההתקן המקבל בקצה השני של הסיב האופטי משתמש באלמנט רגיש לאור. לזהות את הפולסים.
בחיי היומיום, מאחר ואובדן השידור של אור בסיבים אופטיים נמוך בהרבה מזה של חשמל בחוטים, סיבים אופטיים משמשים להעברת מידע למרחקים ארוכים.
בדרך כלל שני המונחים סיב אופטי וכבל אופטי מבולבלים. רוב הסיבים האופטיים חייבים להיות מכוסים במספר שכבות של מבני הגנה לפני השימוש, והכבלים המכוסים נקראים כבלים אופטיים. שכבת ההגנה ושכבת הבידוד בשכבה החיצונית של הסיב האופטי יכולות למנוע נזק לסיב האופטי מהסביבה הסובבת, כגון מים, אש והתחשמלות. כבל אופטי מחולק ל: סיב אופטי, שכבת חיץ וציפוי. סיב אופטי דומה לכבל קואקסיאלי, פרט לכך שאין מגן רשת. במרכז נמצאת ליבת הזכוכית שדרכה מתפשט האור.
בסיב מולטי-מודים, קוטר הליבה הוא 50 מיקרומטר ו-62.5 מיקרומטר, שהם שווי ערך בערך לעובי של שערה אנושית. לליבת הסיבים החד-מודית יש קוטר של 8 מיקרומטר עד 10 מיקרומטר. הליבה מוקפת במעטפת זכוכית בעלת מקדם שבירה נמוך יותר מהליבה כדי לשמור על האור בתוך הליבה. מבחוץ מעיל פלסטיק דק להגנה על המעטפה. סיבים אופטיים בדרך כלל ארוזים ומוגנים על ידי מעטפת. ליבת הסיבים היא בדרך כלל גליל קונצנטרי דו-שכבתי עם שטח חתך קטן העשוי מזכוכית קוורץ. הוא שביר וקל לשבירה, ולכן יש צורך בשכבת הגנה חיצונית.
עִקָרוֹן
אור ומאפייניו
1. אור הוא גל אלקטרומגנטי
טווח אורכי הגל של האור הנראה הוא 390~760nm (ננומטר). החלק הגדול מ-760 ננומטר הוא אור אינפרא אדום, והחלק הקטן מ-390 ננומטר הוא אור אולטרה סגול. הסיב האופטי משמש בשלושה סוגים: 850nm, 1310nm ו-1550nm.
2. שבירה, השתקפות והחזרה כוללת של אור.
מכיוון שמהירות ההתפשטות של האור בחומרים שונים שונה, כאשר אור נפלט מחומר אחד למשנהו, מתרחשות שבירה והשתקפות בממשק של שני החומרים. יתרה מכך, זווית האור השבור משתנה עם זווית האור הנכנס. כאשר זווית האור הנכנס תגיע או תעלה על זווית מסוימת, האור השבור ייעלם, וכל האור הנכנס יוחזר לאחור, שהוא ההחזר הכולל של האור. לחומרים שונים יש זוויות שבירה שונות לאור באותו אורך גל (כלומר, לחומרים שונים יש מדרי שבירה שונים), ולאותו חומר יש זוויות שבירה שונות לאור באורכי גל שונים. תקשורת סיבים אופטיים נוצרת על בסיס העקרונות לעיל.
1. מבנה סיבים אופטיים:
הסיב החשוף של סיבים אופטיים מחולק בדרך כלל לשלוש שכבות: ליבת הזכוכית המרכזית עם אינדקס שבירה גבוה (קוטר הליבה הוא בדרך כלל 50 או 62.5 מיקרומטר), האמצעי הוא חיפוי זכוכית סיליקה עם אינדקס שבירה נמוך (הקוטר הוא בדרך כלל 125 מיקרומטר), והחיצוני ביותר הוא ציפוי השרף לחיזוק. קוֹמָה.
2. צמצם מספרי של סיבים אופטיים:
לא ניתן להעביר את כל האור בקצה הקצה של הסיב האופטי על ידי הסיב האופטי, אלא רק את האור הנכנס בטווח זווית מסוים. זווית זו נקראת הצמצם המספרי של הסיב. הצמצם המספרי הגדול יותר של הסיב האופטי מועיל לחיבור התחת של הסיב האופטי. לסיבים אופטיים המיוצרים על ידי יצרנים שונים יש פתחים מספריים שונים (AT&T CORNING).
3. סוגי סיבים אופטיים:
ישנם סוגים רבים של סיבים אופטיים, והפונקציות והביצועים הנדרשים משתנים בהתאם לשימושים שונים. עם זאת, העקרונות של תכנון וייצור של סיבים אופטיים עבור טלוויזיה בכבלים ותקשורת הם בעצם זהים, כגון: ① הפסד קטן; ② רוחב פס מסוים ופיזור קטן; ③ חיווט קל; ④ אינטגרציה קלה; ⑤ אמינות גבוהה; ⑥ השוואת ייצור פשוט; ⑦ לא יקר וכן הלאה. הסיווג של סיבים אופטיים מסוכם בעיקר מאורך גל העבודה, התפלגות אינדקס השבירה, מצב השידור, חומר הגלם ושיטת הייצור. להלן דוגמאות לסיווגים שונים כדלקמן.
(1) אורך גל עבודה: סיבים אולטרה סגולים, סיבים נצפים, סיבים קרובים לאינפרא אדום, סיבים אינפרא אדום (0.85μm, 1.3μm, 1.55μm).
(2) התפלגות אינדקס השבירה: סיבים מסוג צעד (SI), סיבים מסוג קרוב-שלב, סיבים מדורגים (GI), אחרים (כגון סוג משולש, סוג W, סוג שקוע וכו').
(3) מצב שידור: סיב במצב יחיד (כולל סיבים לשמירה על קיטוב וסיבים ללא שמירה על קיטוב), סיב רב-מצבי.
(4) חומרי גלם: סיב אופטי קוורץ, סיב אופטי זכוכית רב-רכיבי, סיב אופטי מפלסטיק, סיב אופטי מרוכב (כגון חיפוי פלסטיק, ליבה נוזלית וכו'), חומרים אינפרא אדום וכו'. לפי חומר הציפוי, זה יכול להתחלק לחומרים אנאורגניים (פחמן וכו'), חומרי מתכת (נחושת, ניקל וכו') ופלסטיק.
(5) שיטות ייצור: פלסטיזציה מוקדמת כוללת בתצהיר צירי של שלב אדים (VAD), שקיעה כימית (CVD) וכו', ושיטות שרטוט חוטים כוללות שיטות אינטובי מוט וכור כפול.
סיליקה סיבים אופטיים
סיליקה סיב הוא סיב אופטי שבו סיליקון דו חמצני (SiO2) הוא חומר הגלם העיקרי, ופיזור מקדם השבירה של הליבה והחיפוי נשלט על פי כמויות סימום שונות. לסיבים אופטיים מסדרת קוורץ (זכוכית) יש מאפיינים של צריכת חשמל נמוכה ופס רחב, והם נמצאים כיום בשימוש נרחב בטלוויזיה בכבלים ובמערכות תקשורת.
היתרון של סיבים אופטיים מזכוכית קוורץ הוא אובדן נמוך. כאשר אורך גל האור הוא 1.0 ~ 1.7 מיקרומטר (בסביבות 1.4 מיקרומטר), ההפסד הוא רק 1dB/km, והנמוך ביותר ב-1.55μm הוא רק 0.2dB/km.
סיבים מסוממים בפלואור
סיבי פלואור הוא אחד מהמוצרים האופייניים לסיבי סיליקה. בדרך כלל, בסיב האופטי לתקשורת בפס גל של 1.3 מיקרומטר, החומר השולט על הליבה הוא דו תחמוצת גרמניום (GeO2), והחיפוי עשוי מ- SiO2. עם זאת, רוב הליבות של סיבים המחוברים לפלואור משתמשות ב- SiO2, אך פלואור מסומם בחיפוי. כי אובדן פיזור ריילי הוא תופעה של פיזור אור הנגרמת משינויים במקדם השבירה. לכן, רצוי ליצור דופנטים של גורמי תנודת אינדקס השבירה, ועדיף פחות. ההשפעה העיקרית של הפלואור היא הפחתת אינדקס השבירה של SIO2. לכן, הוא משמש לעתים קרובות לסימום של החיפוי.
בהשוואה לסיבים אופטיים של חומרי גלם אחרים, לסיבים אופטיים קוורץ יש גם ספקטרום רחב של העברת אור מאור אולטרה סגול לאור קרוב לאינפרא אדום. בנוסף למטרות תקשורת, ניתן להשתמש בו גם בתחומים כמו מנחה אור והעברת תמונה.
סיב אינפרא אדום
כאורך הגל הפועל של הסיב האופטי מסדרת הקוורץ שפותח בתחום התקשורת האופטית, למרות שהוא משמש במרחק שידור קצר יותר, ניתן להשתמש בו רק ב-2μm. מסיבה זו, הוא יכול לעבוד בתחום של אורכי גל אינפרא אדום ארוכים יותר, והסיב האופטי המפותח נקרא סיב אופטי אינפרא אדום. סיבים אופטיים אינפרא אדום משמשים בעיקר להעברת אנרגיית אור. לדוגמא: מדידת טמפרטורה, העברת תמונה תרמית, טיפול רפואי אזמל בלייזר, עיבוד אנרגיה תרמית ועוד. קצב החדירה עדיין נמוך.
סיבים מרוכבים
סיבים מורכבים עשויים מחומר גלם SiO2, ולאחר מכן מעורבבים תחמוצות כראוי כגון תחמוצת נתרן (Na2O), תחמוצת בורון (B2O3), תחמוצת אשלגן (K2O) ותחמוצות אחרות כדי ליצור סיבי זכוכית מרובה רכיבים, המאופיין בריבוי רכיבים. -רכיב זכוכית יש לה נקודת ריכוך נמוכה יותר מזכוכית קוורץ והבדל גדול במקדם השבירה בין הליבה לחיפוי. אנדוסקופים סיבים אופטיים המשמשים בעיקר בשירותים רפואיים.
סיבי CFC
סיבי פלואוריד כלוריד סיבים (Fluoride Fiber) הוא סיב אופטי העשוי מזכוכית פלואוריד. חומר סיבים אופטיים זה מכונה גם ZBLAN (כלומר, חומרי זכוכית פלואוריד כגון ZrF2), בריום פלואוריד (BaF2), לנטנום פלואוריד (LaF3), אלומיניום פלואוריד (AlF3), ונתרן פלואוריד (NaF) מפושטים ל- קיצור של, עובד בעיקר בשירות השידור האופטי באורך גל 2-10μm. מכיוון של-ZBLAN יש אפשרות לסיבים עם אובדן נמוך במיוחד, פיתוח ההיתכנות עבור סיב תקשורת למרחקים ארוכים בעיצומו, למשל: ההפסד התיאורטי הנמוך ביותר שלו, ב- הוא יכול להגיע ל-10-2~10-3dB/km באורך גל של 3μm, בעוד סיבי קוורץ הם בין 0.15-0.16dB/Km ב-1.55μm. נכון לעכשיו, ניתן להשתמש בסיב ZBLAN רק ב-2.4-2.7 עקב הקושי לצמצם אובדן פיזור. חיישני טמפרטורה של מיקרומטר והעברת תמונה תרמית עדיין לא היו בשימוש נרחב. לאחרונה, על מנת להשתמש ב-ZBLAN לשידור למרחקים ארוכים, מפתחים מגבר סיבים 1.3 מיקרומטר (PDFA) המסומם בפראזודימיום.
סיב אופטי מצופה פלסטיק
סיבי פלסטיק (Plastic Clad Fiber) הוא סיב מסוג מדורג שבו זכוכית סיליקה בטוהר גבוה משמשת כליבה, ופלסטיק עם מקדם שבירה מעט נמוך מזה של סיליקה, כגון סיליקה ג'ל, משמש כחיפוי . בהשוואה לסיבי סיליקה, יש לו מאפיינים של שכירות ליבה וצמצם מספרי גבוה (NA). לכן, קל לשלב עם מקור האור לד דיודה פולטת אור, וההפסד קטן. לכן הוא מתאים מאוד לרשתות מקומיות (LAN) ולתקשורת למרחקים קצרים.
סיבים אופטיים מפלסטיק
זהו סיב אופטי בו גם הליבה וגם החיפוי עשויים מפלסטיק (פולימר). מוצרים מוקדמים שימשו בעיקר בתקשורת אופטית לקישוט ותאורה מונחית אור ומעגלי קשר אופטיים למרחקים קצרים. חומרי הגלם הם בעיקר זכוכית אורגנית (PMMA), פוליסטירן (PS) ופוליקרבונט (PC). אובדן מוגבל על ידי המבנה המשולב של CH המשולב של פלסטיק, בדרך כלל עד עשרות dB לק"מ. על מנת לצמצם את ההפסד, מפתחים ומיושמים פלסטיק מסדרת פלואור. מכיוון שקוטר הליבה של הסיב האופטי הפלסטי הוא 1000 מיקרומטר, שהוא פי 100 גדול מסיבי הקוורץ החד-מודד, החיבור פשוט וקל לכיפוף ולבנייה. בשנים האחרונות, עם התקדמות הפס הרחב, הפיתוח של סיבים אופטיים פלסטיים רב-מודדים עם מקדם שבירה מדורג (GI) קיבל תשומת לב חברתית. לאחרונה, האפליקציה מהירה יחסית ברשת ה-LAN הפנימית של המכונית', והיא עשויה לשמש גם ב-LAN הביתי בעתיד.
סיב מצב יחיד
סיב חד מצב זה מתייחס לסיב שיכול לשדר רק מצב התפשטות אחד באורך גל העבודה, המכונה בדרך כלל סיב חד מצב (SMF: Single Mode Fiber). כיום, זהו הסיב האופטי הנפוץ ביותר בטלוויזיה בכבלים ובתקשורת אופטית. מכיוון שליבת הסיב דקה מאוד (כ-10μm) ומקדם השבירה הוא בהתפלגות דמוית צעדים, כאשר פרמטר התדר המנורמל V קטן מ-2.4, תיאורטית, ניתן ליצור שידור חד-מודד בלבד. בנוסף, ל-SMF אין פיזור רב-מצבי. לא רק שפס תדר השידור רחב יותר מהסיב עם יותר מצב, אלא גם פיזור החומר והפיזור המבני של SMF מתווספים ומקזזים, ומאפיין הסינתזה שלו נוצר במקרה המאפיין של פיזור אפס, מה שהופך את פס תדר השידור רחב יותר. . ב-SMF, ישנם סוגים רבים עקב הבדלים בדופנטים ובשיטות הייצור. DePr-essed Clad Fiber (DePr-essed Clad Fiber), החיפוי שלו יוצר מבנה כפול, והחיפוי הסמוך לליבה בעל מקדם שבירה נמוך יותר מהחיפוי ההפוך החיצוני.
סיבים מולטי-מודים
סיב רב-מוד מתייחס לסיב שבו מצב ההתפשטות האפשרי של הסיב הוא מצבים מרובים לפי אורך הגל הפועל, הנקרא סיב רב-מוד (MMF: MULTi ModeFiber). קוטר הליבה הוא 50 מיקרומטר, ומכיוון שמצב השידור יכול להגיע לכמה מאות, בהשוואה ל-SMF, רוחב הפס השידור נשלט בעיקר על ידי פיזור מודאלי. מבחינה היסטורית, הוא שימש לשידור למרחקים קצרים בטלוויזיה בכבלים ובמערכות תקשורת. מאז הופעת סיבי SMF, נראה שהם יצרו מוצר היסטורי. אך למעשה, מכיוון של-MMF יש קוטר ליבה גדול יותר מ-SMF וקל יותר לשלב אותו עם מקורות אור כגון LED, יש לו יתרונות רבים יותר ברשתות LAN רבות. לכן, MMF עדיין זוכה לתשומת לב נוספת בתחום התקשורת למרחקים קצרים. כאשר MMF מסווג לפי התפלגות אינדקס השבירה, ישנם שני סוגים: סוג שיפוע (GI) וסוג צעד (SI). מקדם השבירה מסוג GI הוא הגבוה ביותר במרכז הליבה, ויורד בהדרגה לאורך החיפוי. כאשר גל האור מסוג SI משתקף בסיב האופטי, נוצר הפרש הזמן של כל נתיב אור, מה שגורם לעיוות גל האור הנפלט ולהלם הצבע גדול. כתוצאה מכך, רוחב הפס השידור מצטמצם, וכיום יש פחות יישומי MMF מסוג SI.
פיזור הוסט סיבים
כאשר אורך הגל ההפעלה של סיב בעל מצב יחיד הוא 1.3Pm, קוטר שדה המצב הוא בערך 9Pm, ואובדן השידור שלו הוא כ-0.3dB/km. בשלב זה, אורך הגל אפס פיזור הוא בדיוק ב-1.3 בצהריים. מבין סיבי הקוורץ האופטיים, אובדן השידור בקטע של 1.55 אחר הצהריים הוא הקטן ביותר (כ-0.2dB/km) מחומר הגלם. מכיוון שמגבר הסיבים המעשי עם ארביום (EDFA) עובד ברצועת 1.55pm, אם ניתן להשיג פיזור אפס ברצועה זו, זה יהיה מועיל יותר ליישום שידור למרחקים ארוכים ברצועת 1.55pm. לכן, על ידי שימוש חכם במאפייני ההיסט המרוכבים של פיזור חומר הקוורץ בחומר הסיבים ופיזור מבנה הליבה, ניתן להעביר את פיזור האפס המקורי של קטע 1.3Pm לקטע 1.55pm כדי להוות פיזור אפס. לכן, הוא נקרא Dispersion Shifted Fiber (DSF: DispersionShifted Fiber). השיטה להגדלת הפיזור המבני היא בעיקר לשפר את ביצועי התפלגות אינדקס השבירה של הליבה. בשידור למרחקים ארוכים של תקשורת אופטית, פיזור סיבים אפס חשוב, אך לא היחיד. מאפיינים אחרים כוללים אובדן נמוך, חיבור קל, היווצרות כבל או שינויים קטנים במאפיינים במהלך העבודה (כולל השפעות של כיפוף, מתיחה ושינויים סביבתיים). DSF נועד לשקול את הגורמים הללו באופן מקיף.
פיזור שטוח סיבים
פיזור מוסט (DSF) הוא סיב חד-מוד שנועד עם אפס פיזור ברצועת 1.55 אחר הצהריים. לסיב הפחוס (DFF: Dispersion Flattened Fiber) יש טווח אורכי גל רחב מ-1.3 בצהריים עד 13:55. הפיזור יכול להיעשות נמוך מאוד, והסיב שמשיג פיזור כמעט אפס נקרא DFF. כי DFF צריך להפחית את הפיזור בטווח של 1.3 בצהריים עד 13:55. יש צורך לבצע תכנון מסובך עבור התפלגות אינדקס השבירה של הסיב האופטי. עם זאת, סוג זה של סיבים מתאים מאוד לקווי ריבוי חלוקת אורך גל (WDM). מכיוון שתהליך סיבי DFF מסובך יותר, העלות יקרה יותר. בעתיד, ככל שהתפוקה תגדל, המחירים גם ירדו.
פיזור פיצוי פיבר
עבור מערכות תא המטען המשתמשות בסיבים חד-מודים, רובם בנויים באמצעות סיבים עם פיזור אפס ברצועת 1.3pm. עם זאת, כעת ההפסד הקטן ביותר הוא 1.55 בצהריים. בשל השימוש המעשי ב-EDFA, זה יהיה מועיל מאוד אם ניתן להפעיל את אורך הגל 1.55pm על סיב אפס פיזור של 1.3pm. מכיוון שבסיב 1.3Pm אפס פיזור, הפיזור ברצועת 1.55Pm הוא בערך 16ps/km/nm. אם מוחדר קטע סיב עם הסימן ההפוך של הפיזור לקו סיב אופטי זה, ניתן לאפס את הפיזור של הקו האופטי כולו. הסיב המשמש למטרה זו נקרא Dispersion Compensation Fiber (DCF: DisPersion Compe-nsation Fiber). בהשוואה לסיב הסטנדרטי של 1.3pm אפס פיזור, ל-DCF יש קוטר ליבה דק יותר והפרש מקדם השבירה גדול יותר. DCF הוא גם חלק חשוב בקווים אופטיים של WDM.
שמירה על קיטוב סיבים
לגלי האור המתפשטים בסיב האופטי יש תכונות של גלים אלקטרומגנטיים, כך שבנוסף למצב גל האור הבסיסי, קיימים בעצם שני מצבים אורתוגונליים של הפצת שדה אלקטרומגנטי (TE, TM). באופן כללי, מכיוון שמבנה קטע הסיבים הוא סימטרי מעגלי, קבועי ההתפשטות של שני מצבי הקיטוב שווים, ושני האורות המקוטבים אינם מפריעים זה לזה. עם זאת, למעשה, הסיב אינו סימטרי לחלוטין באופן מעגלי. הגורמים המשלבים בין מצבי הקיטוב מופצים באופן לא סדיר על הציר האופטי. הפיזור הנגרם כתוצאה משינוי זה באור המקוטב נקרא פיזור מצבי קיטוב (PMD). עבור טלוויזיה בכבלים, שמפיצה בעיקר תמונות, ההשפעה אינה גדולה מדי, אלא עבור שירותים מסוימים שיש להם דרישות מיוחדות לפס רחב במיוחד בעתיד, כגון:
① כאשר זיהוי הטרודין משמש בתקשורת קוהרנטית, כאשר קיטוב גלי האור נדרש להיות יציב יותר;
②כאשר מאפייני הקלט והפלט של ציוד אופטי קשורים לקיטוב;
③ בעת ביצוע מצמדים ומקטבים אופטיים לשמירה על קיטוב, וכו';
④ צור חיישני סיבים אופטיים המשתמשים בהפרעות אור וכו',
כאשר הקיטוב נדרש להישמר קבוע, הסיב שעבר שינוי כדי להפוך את מצב הקיטוב ללא שינוי נקרא סיב לשמירה על קיטוב (PMF: Polarization Maintaining fiber), או סיב קיטוב קבוע.
סיבים דו-שבירה
סיב דו-שביר מתייחס לסיב בעל מצב יחיד שיכול להעביר שני מצבי קיטוב אינהרנטיים שהם אורתוגונלים זה לזה. התופעה שמקדם השבירה משתנה עם כיוון הסטייה נקראת דו-שבירה. הוא נקרא גם סיב PANDA, כלומר סיבים מפחיתי ספיגה ושמירה על קיטוב. הוא מסודר בשני כיוונים רוחביים של הליבה, עם חלק זכוכית עם מקדם התפשטות תרמית גדול וחתך עגול. בתהליך ציור סיבים בטמפרטורה גבוהה, חלקים אלו מתכווצים, מה שגורם למתיחה בכיוון y של הליבה, ובמקביל ללחץ לחיצה בכיוון x. זה מביא לאפקט פוטו-אלסטי של חומר הסיבים, ולהבדל במקדם השבירה בכיוון X ובכיוון y. לפי עיקרון זה מושגת ההשפעה של שמירת הקיטוב קבוע.
סיבים נגד סביבה רעה
טמפרטורת סביבת העבודה הרגילה של סיבים אופטיים לתקשורת יכולה להיות בין -40℃ ל-+60℃, וגם התכנון מבוסס על ההנחה שהוא אינו חשוף לכמות גדולה של קרינה. לעומת זאת, עבור הטמפרטורה הנמוכה יותר או הטמפרטורה הגבוהה יותר והסביבה הקשה שיכולה להיות נתונה ללחץ גבוה או כוח חיצוני, ולהיחשף לקרינה, הסיב שיכול לעבוד גם נקרא Hard Condition Resistant Fiber (Hard Condition Resistant Fiber). בדרך כלל, על מנת להגן מכנית על פני הסיב האופטי, מצופה שכבה נוספת של פלסטיק. עם זאת, ככל שהטמפרטורה עולה, תפקוד ההגנה של הפלסטיק פוחת, מה שמגביל את טמפרטורת השימוש. אם עוברים לפלסטיק עמיד בחום, כמו טפלון (טפלון) ושרף אחרים, אפשר לעבוד ב-300 מעלות צלזיוס. יש גם מתכות כמו ניקל (Ni) ואלומיניום (Al) מצופות על פני השטח של זכוכית קוורץ. סוג זה של סיבים נקרא Heat Resistant Fiber (סיבים עמידים בחום). בנוסף, כאשר הסיב האופטי מוקרן על ידי קרינה, האובדן האופטי יגדל. הסיבה לכך היא שכאשר זכוכית קוורץ נחשפת לקרינה, יופיעו בזכוכית פגמים מבניים (נקראים גם מרכז צבע: Color Center), וההפסד יגדל במיוחד באורך הגל של 0.4–0.7pm. שיטת המניעה היא לעבור לזכוכית קוורץ מסוממת באלמנט OH או F, שיכולה לדכא את פגמי האובדן הנגרמים מקרינה. סוג זה של סיבים נקרא סיבים עמידים לקרינה, והוא משמש בעיקר במראות סיבים אופטיים לניטור תחנות כוח גרעיניות.
סיב מצופה הרמטי
על מנת לשמור על היציבות לטווח ארוך של החוזק המכני ואובדן הסיב האופטי, משטח הזכוכית מצופה בחומרים אנאורגניים כגון סיליקון קרביד (SiC), טיטניום קרביד (TiC) ופחמן (C) כדי למנוע מים ומימן שיגיע מבחוץ. פיזור של הסיב האופטי המיוצר (HCF Hermetically Coated Fiber). כיום, זה נפוץ בתהליך הייצור של שקיעת אדים כימית (CVD) להשתמש בשכבת פחמן להצטברות במהירות גבוהה כדי להשיג אפקט איטום מספיק. סיב אופטי מצופה פחמן (CCF) יכול לנתק ביעילות את חדירת הסיב האופטי ממולקולות מימן חיצוניות. מדווח כי ניתן לשמור אותו במשך 20 שנה מבלי להגדיל את האובדן בסביבת מימן בטמפרטורת החדר. כמובן שמקדם העייפות שלו (Patigue Parameter) יכול להגיע ליותר מ-200 במניעת חדירת לחות ועיכוב תהליך העייפות של חוזק מכני. לכן, HCF משמש במערכות הדורשות אמינות גבוהה בסביבות קשות, כגון כבלים אופטיים תת ימיים.
סיבים מצופים פחמן
סיב אופטי המצופה בסרט פחמן על פני סיב אופטי קוורץ נקרא Carbon Coated Fiber (CCF: Carbon Coated Fiber). המנגנון הוא שימוש בסרט פחמן צפוף כדי לבודד את פני השטח של הסיב האופטי מהעולם החיצון כדי לשפר את אובדן העייפות המכנית של הסיב האופטי ולהגדיל את אובדן מולקולות המימן. CCF הוא סוג של סיב אופטי מצופה הרמטי (HCF).
סיב אופטי מצופה מתכת
סיבים מצופים מתכת (Metal Coated Fiber) הוא סיב אופטי המצופה בשכבת מתכת כגון Ni, Cu, Al וכו' על פני הסיב האופטי. ישנם גם ציפויי פלסטיק בצד החיצוני של שכבת המתכת לצורך שיפור עמידות בחום וזמינות להמרצה ולריתוך. זהו אחד הסיבים האופטיים נגד הסביבה הרעה, והוא יכול לשמש גם כמרכיב של מעגלים אלקטרוניים. מוצרים מוקדמים נוצרו על ידי ציפוי מתכת מותכת במהלך תהליך השרטוט. מכיוון שלשיטה זו יש יותר מדי הבדל במקדם ההתפשטות בין הזכוכית למתכת, היא תגדיל את אובדן הכיפוף הקטן, והשיעור המעשי אינו גבוה. לאחרונה, בשל הצלחת שיטת הציפוי הלא-אלקטרוליטי בהפסד נמוך על פני סיב הזכוכית, הביצועים שופרו מאוד.
סיבים מסוממים באדמה נדירה
בליבת הסיבים, הסיב מסומם ביסודות אדמה נדירים כגון Er, Nd ו-Pr. בשנת 1985, פיין מאוניברסיטת סאות'המפטון בבריטניה גילה לראשונה כי ל-Rare Earth DoPed Fiber (Rare Earth DoPed Fiber) יש את התופעה של תנודת לייזר והגברת אור. לכן מאז נחשף מעטה הגברה של האור כמו פיתיון. ה-EDFA של 1:55 אחר הצהריים שעכשיו הוא מעשי הוא להשתמש בסיבים חד-מצביים מסוממים בפיתיון ולהשתמש בלייזר של 1:47 בצהריים לעירור כדי להשיג הגברה של אות אופטי של 1:55 אחר הצהריים. בנוסף, מגברי סיבי פלואוריד עם סימום שגיאות (PDFA) נמצאים בפיתוח.
סיב רמאן
אפקט רמאן פירושו שכאשר אור מונוכרומטי בתדר f מוקרן לתוך חומר, אור מפוזר בתדר f±fR ו-f±2fR שונה מתדר f יופיע באור המפוזר. תופעה זו נקראת אפקט רמאן. . מכיוון שהוא מיוצר על ידי חילופי האנרגיה בין התנועה המולקולרית של החומר לתנועת הסריג. כאשר חומר סופג אנרגיה, מספר התנודות של האור הולך וקטן, והאור המפוזר נקרא סטוקס קו. לעומת זאת, האור המפוזר שמקבל אנרגיה מהחומר ומגדיל את מספר הרעידות נקרא קו אנטי-סטוק. לכן, הסטייה FR של מספר הרטט משקפת את רמת האנרגיה ויכולה להראות את הערך הגלום בחומר. הסיב המיוצר על ידי שימוש במדיום לא ליניארי זה נקרא סיבי ראמאן (RF: Raman Fiber). על מנת להגביל את האור בליבת הסיבים הקטנים להתפשטות למרחקים ארוכים, תופיע אפקט האינטראקציה בין האור לחומר, מה שיכול להפוך את צורת גל האות ללא מעוות ולממש שידור למרחקים ארוכים. כאשר אור הקלט משופר, יתקבל אור מפוזר מושרה קוהרנטי. לייזרים סיבי ראמאן משמשים לחישת אור פזור רמאן, שיכול לשמש כמקורות כוח למדידה ספקטרוסקופית ובדיקת פיזור סיבים. בנוסף, פיזור רמאן מושרה, בתקשורת למרחקים ארוכים של סיבים אופטיים, נמצא במחקר כמגבר אופטי.
סיב אקסצנטרי
הליבה של הסיב האופטי הסטנדרטי נקבעת במרכז החיפוי, וצורת החתך של הליבה והחיפוי היא קונצנטרית. עם זאת, עקב שימושים שונים, ישנם גם מקרים בהם מיקום הליבה, צורת הליבה וצורת החיפוי נעשים למצבים שונים או שהחיפוי מחורר ליצירת מבנה בעל צורה מיוחדת. בהשוואה לסיבים אופטיים סטנדרטיים, סיבים אופטיים אלו נקראים סיבים אופטיים בעלי צורה מיוחדת. Excentric Core Fiber (Excentric Core Fiber), זהו סוג של סיב בעל צורה מיוחדת. הליבה מוגדרת מחוץ למרכז וקרוב למיקום האקסצנטרי של הקו החיצוני של החיפוי. מכיוון שהליבה קרובה לפני השטח, חלק משדה האור יתפשט על פני החיפוי (נקרא לזה כ-Evanescent Wave). באמצעות תופעה זו ניתן לזהות נוכחות או היעדר חומרים מחוברים ושינויים במקדם השבירה. סיב אקסצנטרי (ECF) משמש בעיקר כחיישן סיבים אופטיים לזיהוי חומרים. בשילוב עם שיטת הבדיקה של דומיין זמן אופטי (OTDR), זה יכול לשמש גם כחיישן הפצה.
סיבים זוהרים
השתמש בסיבים אופטיים העשויים מחומר ניאון. זהו חלק מהפלורסצנטי שנוצר כאשר הוא מוקרן על ידי גלי אור כגון קרינה, קרניים אולטרה סגולות וכו', שניתן להעביר דרך הסיב האופטי על ידי סגירת הסיב האופטי. סיבים זוהרים (Luminescent Fiber) יכולים לשמש לזיהוי קרינה וקרניים אולטרה סגולות, כמו גם המרת אורך גל, או כחיישן טמפרטורה, חיישן כימי. הוא נקרא גם סיבי Scintillation בזיהוי קרינה. מנקודת המבט של חומרים פלורסנטים וסימום, סיבים אופטיים מפלסטיק מפותחים.
סיב רב ליבות
סיב אופטי רגיל מורכב מאזור ליבה ומאזור חיפוי המקיף אותו. עם זאת, ל-Multi Core Fiber יש מספר ליבות באזור חיפוי משותף. בשל הקרבה של הליבות זו לזו, קיימות שתי פונקציות. האחת היא שמרווח הליבה גדול, כלומר אין מבנה צימוד אופטי. סוג זה של סיב אופטי יכול להגדיל את צפיפות האינטגרציה ליחידת שטח של קו התמסורת. בתקשורת אופטית, ניתן ליצור כבלי סרט עם מספר ליבות, בעוד שבתחומים שאינם תקשורתיים, כצרורות תמונה של סיבים אופטיים, נוצרות אלפי ליבות. השני הוא לגרום למרחק בין הליבות להיסגר, מה שיכול לייצר צימוד גלי אור. באמצעות עיקרון זה, מפתחים חיישן כפול ליבה או מכשיר מעגל אופטי.
סיבים חלולים
הסיב האופטי עשוי לליבה חלולה ליצירת חלל גלילי. הסיב האופטי המשמש להעברת אור נקרא סיב חלול (Hollow Fiber). סיב אופטי חלול משמש בעיקר להעברת אנרגיה, וניתן להשתמש בו להעברת אנרגיית אור בקרני רנטגן, אולטרה סגול ואינפרא אדום רחוק. ישנם שני סוגים של מבני סיבים חלולים: האחד הוא הפיכת זכוכית לצורה גלילית, ועקרונות הליבה והחיפוי זהים לאלו של סוג המדרגה. השתמש בהחזר הכולל של האור בין האוויר לזכוכית כדי להתפשט. מכיוון שרוב האור יכול להיות מועבר באוויר ללא אובדן, יש לו תפקיד של הפצת מרחק מסוים. השני הוא להפוך את ההחזר של המשטח הפנימי של הגליל קרוב ל-1, כדי להפחית את אובדן ההשתקפות. על מנת לשפר את רפלקטיביות, דיאלקטרי מוגדר במנורה כדי להפחית את ההפסד בטווח אורכי הגל העבודה. לדוגמה, אובדן אורך הגל 10.6pm יכול להגיע למספר dB/m.
פּוֹלִימֵר
על פי החומר, ישנם סיבים אופטיים אנאורגניים וסיבים אופטיים פולימריים. הראשון נמצא בשימוש נרחב בתעשייה. חומרי סיבים אופטיים אנאורגניים מתחלקים לשני סוגים: חד-רכיבי ורב-רכיבי. הרכיב הבודד הוא קוורץ, וחומרי הגלם העיקריים הם סיליקון טטרכלוריד, זרחן אוקסיכלוריד ובורון טריברומיד. הטוהר שלו מחייב שתכולת הטומאה של יוני מתכת מעבר כגון נחושת, ברזל, קובלט, ניקל, מנגן, כרום ונדיום תהיה פחות מ-10ppb. בנוסף, הדרישה ל-OH-ion היא פחות מ-10ppb. סיבי קוורץ היו בשימוש נרחב. יש הרבה חומרי גלם מרובי רכיבים, בעיקר דו תחמוצת הסיליקון, טריאוקסיד בורון, נתרן חנקתי, תחמוצת תליום וכן הלאה. החומר הזה עדיין לא פופולרי. הסיב האופטי הפולימרי הוא סיב אופטי העשוי מפולימר שקוף, המורכב מחומר ליבת סיבים ומחומר נדן. חומר הליבה הוא סיב העשוי מפולימתיל מתאקרילט או פוליסטירן בעל טוהר גבוה ועם שידור גבוה, והשכבה החיצונית היא פולימר המכיל פלואור או פולימר סיליקון אורגני.
האובדן האופטי של סיב אופטי פולימרי גבוה יחסית. בשנת 1982 השתמשו ב-Japan Telegraph and Telegraph Company בפילמנט פולימר מתיל מתאקרילט מדוטר כחומר הליבה, ושיעור האובדן האופטי הופחת ל-20dB/km. עם זאת, המאפיין של סיב אופטי פולימרי הוא שהוא יכול ליצור סיב אופטי בגודל גדול, צמצם מספרי גדול, יעילות צימוד גבוהה של מקור אור, גמישות טובה, כיפוף קל אינו משפיע על יכולת הנחיית האור, סידור קל והדבקה, קל לשימוש. , ובעלות נמוכה. עם זאת, האובדן האופטי גדול, וניתן להשתמש בו רק למרחקים קצרים. סיב אופטי עם אובדן אופטי של 10 ~ 100dB/km יכול לשדר מאות מטרים
סיבים לשמירה על קיטוב
סיבים שומרים על קיטוב: סיבים שומרים על קיטוב מעביר אור מקוטב ליניארי, שנמצא בשימוש נרחב בתחומים שונים של הכלכלה הלאומית כגון תעופה וחלל, תעופה, ניווט, טכנולוגיית ייצור תעשייתי ותקשורת. בחיישן הסיבים האינטרפרומטריים המבוסס על זיהוי קוהרנטי אופטי, השימוש בסיב השומר על קיטוב יכול להבטיח שכיוון הקיטוב הליניארי יישאר ללא שינוי, לשפר את יחס האות לרעש הקוהרנטי ולהשיג מדידה מדויקת של כמויות פיזיקליות. כסוג מיוחד של סיבים אופטיים, סיבים לשמירה על קיטוב משמשים בעיקר בחיישנים כגון גירוסקופים סיבים אופטיים, הידרופונים סיבים אופטיים ומערכות תקשורת סיבים אופטיים כגון DWDM ו-EDFA. מכיוון שניתן להשתמש בג'ירוסקופים סיבים אופטיים והידרופונים סיבים אופטיים בניווט אינרציאלי וסונאר צבאיים, הם מוצרי היי-טק, וסיבים לשמירה על קיטוב הוא מרכיב הליבה שלו, ולכן סיבים לשמירה על קיטוב נכלל ברשימת האמברגו נגד סין על ידי מדינות מערביות מפותחות. בתהליך השרטוט של סיבים לשמירה על קיטוב, עקב פגמים מבניים שנוצרו בתוך הסיב, ביצועי השמירה על הקיטוב יקטן. כלומר, כאשר אור מקוטב ליניארי מועבר לאורך ציר אופייני של הסיב, חלק מהאות האופטי יצורף לתוך ציר אחר. פגם זה משפיע על אפקט השבירה הדו-פעמית בסיבים. בסיב השומר על קיטוב, ככל שהשפעת השבירה הדו-פעמית חזקה יותר וככל שאורך הגל קצר יותר, כך טוב יותר לשמור על מצב הקיטוב של האור המועבר.
יישום וכיוון פיתוח עתידי של שמירה על קיטוב סיבים
לסיבים אופטיים לשמירה על קיטוב תהיה ביקוש גדול יותר בשוק בשנים הקרובות. עם ההתפתחות המהירה של טכנולוגיות חדשות בעולם ופיתוח מתמשך של מוצרים חדשים, סיבים אופטיים שומרי קיטוב יתפתחו בכיוונים הבאים:
(1) השתמש בטכנולוגיה החדשה של סיבי גביש פוטוניים לייצור סוג חדש של סיבים בעלי ביצועים גבוהים לשמירה על קיטוב;
(2) לפתח סיב אופטי לשמירה על קיטוב המותאם לטמפרטורה כדי לעמוד בדרישות תעופה וחלל ותחומים אחרים;
(3) לפתח סיבים נדירים לשמירה על קיטוב מסוממים באדמה כדי לענות על הצרכים של מגברים אופטיים ויישומי מכשירים אחרים;
(4) לפתח סיבים לשמירה על קיטוב פלואוריד כדי לקדם את פיתוח טכנולוגיית הפרעות סיבים אופטיים בתחום טכנולוגיית האסטרונומיה האינפרא אדום;
(5) סיב השומר על קיטוב מופחת נמוך: עם השיפור המתמיד של טכנולוגיית הסיבים במצב יחיד, אובדן, פיזור חומר ופיזור מוליך גל אינם עוד הגורמים העיקריים המשפיעים על תקשורת הסיבים, ופיזור מצב הקיטוב (PMD) של יחיד- סיב מצב הפך בהדרגה למגבלה צוואר הבקבוק החמור ביותר של איכות תקשורת סיבים אופטיים בולט במיוחד במערכות תקשורת סיבים אופטיים במהירות גבוהה של 10 Gbit/s ומעלה.
(6) השתמש באפקט Kerr ובאפקט סיבוב Faraday לייצור התקני אור מקוטב.
בנוסף, לפי ראשי הסיבים השונים קיימים: C-Lens. G-Lens. עדשה ירוקה
קיפול מפרטי סיבים אופטיים נפוצים
מצב יחיד: 8/125 מיקרומטר, 9/125 מיקרומטר, 10/125 מיקרומטר
מולטי מצב: 50/125 מיקרומטר, תקן אירופאי
62.5/125 מיקרומטר, תקן אמריקאי
רשתות תעשייתיות, רפואיות ומהירות נמוכה: 100/140 מיקרומטר, 200/230 מיקרומטר
פלסטיק: 98/1000 מיקרומטר, משמש לבקרת רכב
