Оптика волокно: как работает и другие секреты стеклянных нитей

Содержание

как работает и другие секреты стеклянных нитей

В момент чтения этого текста терабайты информации проходят по всей планете через стеклянные нити, протянутые всевозможными способами. Это больше напоминает волшебство, но на самом деле это одна из важнейших технологий, изобретенных человечеством.

Она появилась благодаря естествоиспытателям XIX века, которые в теории предположили возможность управления светом. Сама идея была воплощена в жизнь после более детального изучения оптических свойств разных материалов. Что такое оптоволокно, как работает, особенности и производство кабеля – все это темы нашей статьи.

Передача света

Через медную витую пару проходит огромное количество электронов. Ток переходит по проводнику, передавая закодированную последовательность импульсов – данные. Сам код состоит из нулей и единиц (двоичный). Оптоволокно отправляет сигналы по аналогичному принципу, хотя в плане физики здесь сложнее.

Лучше обойтись без теории и просто понимать, что аналогично электронам, световые волны также умеют передавать данные. К примеру, когда на аэродромах отказывает связь по радио, используется запасной вариант – сигналы отправляются по прожекторам. Однако, такой способ можно использовать лишь в прямой видимости, а оптоволокно передает свет на тысячи километров и не всегда по прямой.

Изначально ученые пытались передавать свет на долгие расстояния с помощью зеркал. Так, металлические трубы внутри покрывались зеркальным слоем и в них направлялся световой луч. Но цена таких световодов оказалась слишком высокой, а свет рано или поздно терял свои свойства и угасал.

Позже решение было найдено – свет можно запереть, если использовать для его передачи две среды с разными оптическими свойствами. При этом будет достаточно даже небольшого различия.

Световоды по новой технологии

Что такое оптоволокно, вы узнаете, посмотрев следующее видео:

Уже понятно, что для простой передачи света не столь важен выбор материалов. Для физических опытов в школе достаточно иметь под рукой воду и трубку из пластмассы. Тем не менее, для трансляции сигналов на тысячи километров необходимы максимально чистые материалы с практически идеальными оптическими свойствами и с минимальными примесями.

Наиболее подходящим материалом оказался диоксид кремния (кварцевое стекло). Для получения в нем разных коэффициентов преломления света используется хитрость. Так, его центр оставили чистым, а внешние слои насытили германием, позволяющим изменить свойства стекла.

Производство световолокна

Болванка (которая в будущем превратится в провод) спекается из двух подготовленных трубок, вставляемых одна в одну. Существует и другой вариант, когда сердцевина насыщается германием.

Однако, лучше наполнить трубки изнутри газом. Затем достаточно подождать, чтобы германий сам осел на стекло с минимальным слоем. После этого останется разогреть трубку и растянуть на метр. Вдобавок, полость внутри закроется самостоятельно.

У готового стержня будет сердцевина и оболочка с различными оптическими свойствами.

Именно он подходит для будущего оптоволоконного провода. Хотя заготовка с диаметром несколько десятков сантиметров не слишком его напоминает, зато стекло из кварца отлично можно растянуть.

Поэтому готовую болванку поднимают на башню с высотой 10 метров, укрепляют ее и начинают равномерно подогревать, чтобы ее консистенция начала напоминать нугу. Начиная с определенного момента, из болванки под ее весом начнет тянуться тонкая нить. Опускаясь вниз, она застынет и станет достаточно гибкой. Это вызывает удивление, однако, сверхтонкие стекла хорошо сгибаются.

Приготовленное оптоволокно, постоянно опускающееся вниз, спускают в наполненную жидким пластиком емкость. Это позволяет нанести защиту на кварцевую поверхность, затем нить сматывают. Процесс идет до того момента, пока болванка не превратится в одну нить, длиной 100-200 километров.

Уже с такой нити плетутся кабели, которые могут содержать от двух до двухсот стекловолокон. Далее кабель оснащают вставками для упрочнения, экранирующими слоями и оболочкой для защиты.

Передача информации со скоростью света

Для запуска в производство оптоволокна необходимо строить специализированные заводы, специально обучать персонал, не забывая при этом об огромных вложениях. В любом случае, вложения стоят полученной выгоды.

Скорость света – это максимальный предел, позволяющий обмениваться информацией. Медные провода такого предела достигнуть не могут.

Единственным конкурентом оптоволокна можно назвать линию прямого оптического соединения.

В постсоветских странах в основном домашний интернет проводят посредством двужильного кабеля, где толщина жил составляет от одного до двух миллиметров. Максимальная скорость передачи данных составляет 100 Мбит/сек. Ее вполне хватит для нескольких компьютеров, однако, при наличии Smart TV, NAS сервера и других смарт-устройств, будет недостаточно кабеля даже с восемью жилами. При этом у оптоволокна с толщиной 9 микрон пропускная способность в 30 раз выше, а сам оптоволоконный кабель работает на нескольких жилах.

Еще одно преимущество применения оптоволоконного кабеля – его меньший вес, по сравнению с медными проводами, и габариты. Это удобно при прокладывании магистральных линий.

Благодаря оптическим кабелям, появилась возможность соединить даже целые континенты. Например, в России первая линия была проложена в Москве. Подводным кабелем первым соединили Санкт-Петербург и Аберслунд (Дания).

После этого оптоволокно стали использовать для связи между предприятиями, банками и госучреждениями. Что касается интернета для населения, в городах применяется практика, когда такими линиями провайдеры подключают многоквартирные дома, а уже в квартиры интернет поступает при помощи традиционной витой пары. Тем не менее, некоторые пользователи уже начали переходить на оптику, хотя такая возможность доступна не всем.

Предлагаю к просмотру познавательный документальный фильм про оптоволокно:

Сложность технологии и ограничения

Оптоволокно не только дорого и сложно производить. Львиную долю затрат занимает его обслуживание. Здесь невозможно обойтись стандартной изолентой. Во время монтажа кабелей кварц нужно сращивать с применением специальной технологии, а линии необходимо доукомплектовывать дополнительным оборудованием.

Благодаря разным коэффициентам преломления света, в оболочке и сердцевине теоретически можно получить световод. Однако, пущенный через кварц свет будет постепенно затухать, поскольку свое дело делают примеси в стекле. При этом устранить этот недостаток полностью почти невозможно. Да и нескольких молекул h30 на целый километр провода хватит для появления ошибок в сигнале и понижения максимального расстояния его передачи.

Аналогичная проблема еще появлялась у электриков во время изготовления медных и других проводов. Позже был введен новый термин «дистанция регенерации» – максимальное расстояние, по которому без проблем передается сигнал.

Одна оптоволоконная жила в состоянии держать свет до двух-трех сотен километров. Однако, рано или поздно потребуется дополнительно усиливать и восстанавливать сигнал.

Для стандартных линий связи достаточно установить недорогие усилители. Для оптоволокна необходим монтаж сложного оборудования, для работы которого необходимо использовать редкоземельные металлы и запускать инфракрасные лазеры.

Так, в линию связи нужно врезать участок специального стекловолокна, насыщенного эрбием. Его атомы, благодаря накачиванию светом, будут находиться в возбужденном состоянии. Для поддержания такого состояния и нужен специальный лазер. Когда сигнал проходит через эту область, его мощность увеличивается почти вдвое, так как эрбий излучает свет, аналогичной сигналу, волны. Следовательно, зашифрованная информация сохраняется также. Далее свет может пройти еще 100 километров, где нужно еще раз повторить усиление.

Для поддержания этой системы нужен обслуживающий персонал и беспрерывный присмотр. Поэтому экономический эффект от прокладки оптики для абонентов почти во всех странах мира остается под большим вопросом. Тем не менее, оптоволокно для передачи данных – универсальный вариант.

Именно на данной технологии основан интернет современного уровня, позволяющий передавать видео в высоком разрешении, вести видеостриминг, поддерживать серверы онлайн-игр практически без задержек, предоставлять моментальную связь между любыми городами мира, а также обеспечивать мобильную передачу данных. Ведь станции мобильных операторов соединены между собой тоже стекловолокнами.

Хотя специалисты работают над созданием новых средств коммуникации, более мощная технология появится в обиходе еще нескоро. Да, некоторые решения позволяют увеличить пропускную способность примерно в два раза, а между континентами прокладываются все более толстые жилы из кварца.

Обойти принципиальный предел, связанный с максимальной скоростью света, через кварц, скорее всего, не получится. Можно отказаться от кварца и обеспечить передачу сигнала лазерами. Однако, это можно делать только по прямой линии. Поэтому передатчики потребуется устанавливать только в космосе или хотя бы над орбитой земли.

прошлое и настоящее / Блог компании НАГ / Хабр

В 1966 году ученый и выходец из Китая Чарльз Као Куэн представил миру результаты собственного исследования. Основной посыл его разработок заключался в том, что оптическую связь можно организовать с помощью стеклянного волокна. В своей работе Као представил миру уникальные конструктивные особенности волокна и его материалов. Исследования ученого можно по праву считать основой волоконно-оптических телекоммуникаций сегодняшнего дня. Первое же упоминание термина “оптическое волокно” впервые было использовано в 1956 году компанией NS Kapany из США.

Сегодня технологии волоконно-оптической связи настолько прочно проникли в нашу жизнь, что мы уже не видим в них ничего удивительного и воспринимаем их наличие также, как наличие водопровода в многоквартирном доме. Поэтому в этой публикации хотелось бы подробнее поговорить об оптике и рассказать несколько интересных фактов о технологии, на которой основана современная высокоскоростная связь.

Немного истории


За время истории развития волоконной оптики было проведено множество интересных исследований и экспериментов. Остановим свой взгляд лишь на некоторых из них.

Английский физик Джон Тиндалл провел эксперимент с отражением светового луча в струе воды, описание которого он зафиксировал в своей книге.

«Если угол, под которым падает луч света из воды в воздух (т.е. угол между поверхностью двух сред и перпендикуляром), превышает 48 градусов, то луч не выходит из воды – он полностью отражается от границы вода-воздух… Если наименьший угол падения, при котором наблюдается полное внутреннее отражение, назвать предельным углом, то для воды он будет равным 48°27», для бесцветного стекла (флинтглас) – 38°41", а для алмаза – 23°42", — пишет Тиндалл.

Экспериментальная установка Джона Тиндалла

Этот эксперимент при желании может дома поставить любой желающий. Лазерной указкой нужно светить под разными углами в ванной на струю воды из крана. Под определенным углом световой луч будет полностью отражаться в потоке воды.

Аналогичный эксперимент можно произвести и с фонариком. Для этого в прозрачной пластиковой бутылке нужно сделать отверстие сбоку. Пропускаем воду через бутылку и начинаем светить фонарем с противоположной стороны бутылки. Если мы подставив ладонь, то на ней будет отражаться пятно света.

Активные разговоры о волоконных светодиодах начались еще в пятидесятых годах прошлого столетия. Тогда же и начали их делать из разного рода прозрачных материалов. Но прозрачности тех материалов не хватало для хорошей проводимости света.

В те годы Советский Союз даже опережал Запад в сфере волоконной оптики. Первая оптическая линия связи была запущена в СССР в 1977 году в Зеленограде. Канал был создан для соединения Северной промзоны и администрации города. Изготовлена она была на оптическом кабеле разработки особого конструкторского бюро кабельной промышленности (ОКБ КП), входящего в Концерн «Радиоэлектронные технологии» (КРЭТ) Государственной корпорации Ростех, специализирующегося на производстве кабелей и кабельных сборок.

В мае 1981 года в СССР вышло Постановление ЦК КПСС и СМ СССР «О разработке и внедрении световодных систем связи и передачи информации». Это событие стало толчком для развития волоконно-оптической связи и увеличению количества разработок в этой сфере.

В начале 60-х сначала в СССР, а затем и на Западе ученые приходят к выводу, что светопоглощение стекла сильно зависит от красящих материалов и продуктов разъедания огнеупоров. Экспериментально было доказано, что светопоглощение идеально чистого стекла настолько мало, что лежит за пределами чувствительности измерительных приборов.
В 1966 году группа ученых во главе Чарльзом Куэн Као приходит к выводу, что наиболее подходящим материалом для волоконно-оптической связи будет кварцевое стекло. Уже тогда Као считал, что с помощью оптики можно будет передавать информацию и вскоре этот вид связи заменит передачи сигнала по медным проводам.

Спустя три года Као получил волокно с коэффициентом затухания на уровне 4 дБ/км. Это результат стал первым экземпляром сверхпрозрачного стекла. Еще год спустя компания Corning Incorporated произвела волокна со ступенчатым профилем показателя преломления и достигла коэффициента затухания 20 дБ/км на длине волны 633 нм. Впервые кварцевое волокно пропустило световой луч на расстояние до 2 километров.

Согласитесь в схожем темпе сейчас развивается квантовая передача данных. По чуть-чуть, да понемногу. В качестве экспериментов и коммерческого использования на небольших расстояниях.

Где оптоволокно применяется помимо телекома


Сегодня волокно применяется во множестве отраслей помимо телекома. Это рентгеновские аппараты, где оно обеспечивает гальваническую развязку между источником высокого напряжения и низковольтным управляющим оборудованием. Так персонал и пациенты получают изоляцию от высоковольтной части аппаратуры. Волокно применяют в распределительных устройствах электроподстанций в качестве датчика системы защиты.

Обширно оптические волокна используют в разного рода измерительных системах, где невозможно применять традиционные электроприборы. Например, в системах измерения температуры в реактивных двигателях самолета, в аппаратах МРТ (томографические медицинские аппараты для исследования внутренних органов, в том числе головного мозга) и др. Датчики на основе оптических волокон могут измерять частоту вибраций, вращения, смещения, скорость и ускорение, вращающий момент, скручивание и другие параметры.

Сегодня применяются гироскопы на основе оптического волокна, которые работают на основе эффекта Саньяка. У такого гироскопа нет подвижных частей, что делает его весьма надежным. Несмотря на то что в современных системах навигации используется огромное количество различных датчиков, благодаря которым определяется положение объекта, наиболее независимую систему можно создать лишь на основе волоконно-оптических гироскопов.
Оптика широко применяется в охранной сигнализации. Устроена такая охранная система следующим образом: когда злоумышленник проникает на территорию условия прохождения света через световод изменяются, и срабатывает сигнализация.

Пример реализации волоконно-оптического гироскопа

Трехосевой волоконно-оптический инерциальный измерительный модуль серии ASTRIX производства фирмы AIRBUS DEFENCE&SPACE; в датчик по каждому направлению встроен LiNb03 модулятор

Волокно активно используется в декоративных целях, как украшение праздников, в искусстве и рекламе.

Постоянно разрабатываются новые типы оптических волокон. К примеру, фотонно-кристаллических световоды. Распространение света в них основано на несколько иных принципах. Такое волокно можно использовать в качестве жидкостных, химических и газовых датчиков. Кроме того его можно применять для для транспортировки мощного излучения в промышленных или медицинских целях.

Уже не в новинку волоконные лазеры с выходной мощностью непрерывного излучения в несколько десятков киловатт. Оружие на основе 6-волоконных 5.5 кВт лазеров еще в 2014 году испытали в американском флоте. Волоконным лазерами режут металл и бетон. Например, установка для резки металла компании IPG Photonics имеет мощность в 100 кВт.

Полным ходом идет разработка оптоволокна, с помощью которого можно было бы передавать энергию лазерного излучения мощность в несколько киловатт. В теории передача излучения мощность 10 кВт по волокну длиной 250 м при диаметре сердцевины 150 мкм считается возможной.

Фотонно-кристаллическое волокно

Также стоит отметить, что сегодня активно разрабатываются многосердцевинные волокна. Их использование позволит значительно увеличить общую пропускную способность ВОЛС.
Волокну уже за пятьдесят, но технология явно не собирается на пенсию. Инновации в сфере оптоволокна появляются регулярно и телеком здесь далеко не единственная отрасль заинтересованная в развитии технологии.

Оптический кабель и его применение. Где применяют оптоволокно?

Современные телекоммуникационные сети функционируют благодаря оптоволоконным кабелям. Они применяются, как для прокладки домашних сетей, так и межконтинентальных линий. Этот материал стал монополистом в своей сфере благодаря высокой защите сигнала и ряду других причин. 

Сферы применения оптоволокна

Различные задачи требуют разных видов волоконно-оптического кабеля, поэтому на рынке присутствуют определенные виды кабелей для: внутренней, внешней прокладки и специализированного назначения.

Волоконно-оптические линии связи ВОЛС

Основной сферой применения для оптических волокон является передача информации в телекоммуникационных сетях разного типа. У оптоволоконных сетей (они же ВОЛС) есть отличительные преимущества: высокая степень защиты от несанкционированного доступа; высокая скорость исходящего и входящего сигнала; возможность манипуляции этими скоростями, несмотря на их существенные недостатки по скорости распространения сигнала, в сравнении с медными кабелями. Благодаря этим качествам, оптоволокна используют, как в домашних телекоммуникационных сетях, так и на межконтинентальном уровне. Купить кабель и арматуру для ВОЛС можно на нашем сайте https://sts-kabel.ru/.


Каждое волокно в кабели использует технологию уплотнения каналов с помощью спектров, поэтому они могут передавать одновременно до сотен сигналов, что позволяет достичь скорости для передачи информации в несколько терабит. Наивысшая скорость, которую удалось зафиксировать, равна отметке в 255 Тбит/с.

Волоконно-оптические датчики

Оптоволокно нашло свое очередное применение в сфере датчиков для определения температуры, напряжения и других показателей. Благодаря своим небольшим размерам и малому количеству потребления электричества, такие модели имеют преимущество над обычными датчиками аналогичного функционала.

Особое применение оптическое волокно нашло в сфере измерения звука и ультразвука, принцип которого применяется в гидрофонах. На основе этой технологии были созданы приборы для измерения сейсмической активности, а также приборы для гидролокации, которые используют флоты некоторых государств. Гидрофоны, также, активно используются в нефтедобывающей сфере.


Датчики, созданные на базе оптоволокна, позволяют измерить температуру и давление на скважинах с нефтью. Из-за своей способности выдерживать высокие температуры, оптика идеально подходит для такой среды, где полупроводниковые датчики полностью бесполезны.

Новая технология, созданная на основе полимерного оптоволокна, позволила создать особые сенсоры, используемые в химической и экологической отрасли. Такие материалы можно использовать для измерения газа, жидкости или химического состава. Так, к примеру, можно определить точный уровень аммония в воде. Благодаря их свойствам, возможно создать большое излучение, что может быть использовано для построения новых типов источников излучения.

Волоконно-оптические датчики позволяют бороться с короткими замыканиями в сетях. Преимущества таких моделей заключается в быстродействии и эффективности применения, благодаря своей нечувствительности к помехам электромагнитных волн.

Оптико-волоконные датчики нашли свое применение: в машиностроении, в самолетостроении и даже в космических кораблях. Так, к примеру, Boeing 767 использует лазерные гироскопы для навигации. Такие же гироскопы можно встретить на некоторых моделях автомобилей. Даже международная космическая станция использует особые датчики для измерения магнитного поля и тока.

Другие области применения

Оптические волокна нашли свое широкое применение в освещении. Их активно используют в качестве декорации различного товара и услуг.
В медицине, оптику используют в рентгеновских аппаратах или в случаях, когда необходимо осветить труднодоступные участки организма человека. Это особо полезно при эндоскопических операциях или при диагностике заболеваний.

Особое применение оптоволокно нашло в сигнализациях, где при условии нарушения прохождения света, возникает реакция, в качестве звука или других сигналов.
Оптика широко применяется не только в науке, в медицине или в технике, но и в искусстве. С помощью этого материала можно создать отдельные световые виды произведений искусства. В частности для этого применяют оптоволокно бокового сечения:

Пластиковое оптическое волокно (POF)

Когда речь заходит об оптическом волокне, большинство людей имеют в виду волокно, изготовленное из кварцевого стекла – то, которое за последние десятилетия буквально опутало земной шар и без которого уже невозможно представить себе сферу телекоммуникаций. И хотя кварцевое оптоволокно действительно является самым распространенным типом оптических световодов, кварц – не единственный материал, который используется для их производства. Последние годы все большую популярность приобретает волокно, целиком изготовленное из полимерных материалов, – пластиковое (полимерное) оптическое волокно (POF – Plastic/Polymer Optical Fiber). На рис. 1 изображен внешний вид кабеля с пластиковым оптическим волокном.

Рис. 1. Волоконно-оптический кабель POF

 

Хотя оптические свойства полимерных материалов не позволяют пластиковому волокну вытеснить кварцевое волокно из сферы передачи данных, благодаря ряду отличительных особенностей оно может составить конкуренцию как кварцевому волокну, так и медным линиям (витой паре, коаксиальному кабелю), в некоторых областях применения. Более того, можно с уверенностью сказать, что POF уже заняло достойное место на рынке телекоммуникаций.

 

Немного истории

Первое пластиковое оптическое волокно было изготовлено еще в 1960-х годах компанией DuPont. Потери в первых пластиковых волокнах были на уровне 1000 дБ/км. Совершенствование технологии позволило снизить величину затухания до нескольких сотен дБ/км, что, тем не менее, не шло ни в какое сравнение с затуханием, которое было достигнуто в кварцевом волокне (около 1 дБ/км). К началу 1990-х кварцевое волокно стало активно использоваться для передачи на дальние расстояния. А в непротяженных низкоскоростных линиях связи главенствовали традиционные линии из меди. Все это привело к тому, что разработка и производство пластикового оптоволокна практически прекратилось.

Однако последующее увеличение потока передаваемой информации, появление все большего числа систем, требующих передачи цифрового сигнала на короткие расстояния, а также развитие автоматизации промышленных процессов, привело к тому, что оптическое волокно стало все больше использоваться в коротких линиях связи, особенно там, где медные линии не обеспечивали качественной передачи информации. При этом ставилась задача создать среду для передачи сигнала, обладающую всеми преимуществами оптического волокна, но в то же время имеющую конкурентоспособную стоимость в сравнении с медными линиями. И в этот момент разработчики снова обратили внимание на пластиковое оптическое волокно.

 

Структура и особенности пластикового волокна

Пластиковое оптическое волокно представляет собой многомодовое оптоволокно большого диаметра, сердцевина и оболочка которого изготовлены из полимерных материалов.

Химический состав используемых полимеров, геометрические размеры и профиль показателя преломления сильно варьировались на протяжении последнего полувека. Некоторые из разработок были стандартизированы. Так, стандарт IEC-60793-2-40 выделяет восемь типов пластикового волокна, отличающихся своей структурой и, как следствие, оптическими характеристиками. Однако наибольшее распространение получило пластиковое волокно с диаметром сердцевины и оболочки 980/1000 мкм и ступенчатым показателем преломления. Внешняя защитная оболочка обычно имеет диаметр 2,2 мм. В качестве материала сердцевины используется полиметилметакрилат (PMMA) – материал, известный также под названиями оргстекло, акрил, плексиглас и т.д. Внешняя оболочка, как правило, изготавливается из полиэтилена. Именно об этом типе POF мы и поговорим подробнее (рис. 2).

Рис. 2. Структура пластикового оптического волокна

 

В пластиковом оптоволокне, диаметр которого значительно превосходит диаметр кварцевого волокна (стандартное многомодовое кварцевое волокно имеет размеры 50/125 мкм), одновременно может распространяться огромное число пространственных мод оптического излучения. Это число может достигать нескольких миллионов. Числовая апертура пластикового волокна (NA) имеет величину около 0,5. Одномодовое пластиковое волокно не производится.

Оптические свойства полимерных материалов обуславливают значительное возрастание потерь в пластиковом волокне по сравнению с кварцевым. Типичный спектр затухания пластикового волокна изображен на рис. 3. Как видно, минимумы затухания POF находятся в видимом диапазоне (520, 560 и 650 нм) и имеют значения от 100 до 200 дБ/км. Отметим, что при использовании вместо PMMA перфторированных полимеров в качестве материала сердцевины минимум потерь смещается в ИК диапазон (около 1300 нм). Большое количество распространяемых мод способствует межмодовой дисперсии и уширению распространяемого сигнала во времени.

Рис. 3. Спектральная характеристика затухания в пластиковом оптическом волокне

 

Преимущества POF

Линии на основе пластикового оптоволокна привлекают инженеров, прежде всего, стоимостью и простотой монтажа.

Благодаря большой апертуре пластикового волокна ввод излучения в него значительно проще, чем в случае волокон с маленькой сердцевиной. Поэтому вместо дорогостоящих узконаправленных лазеров или специальной фокусирующей оптики в передатчиках для POF используются дешевые светодиоды (LED) с широким углом расходимости, излучающие в видимом диапазоне.

Другим неоспоримым преимуществом работы с POF является простота монтажа коннектора. Для POF производятся как стандартные коннекторы (ST, FC, SMA…), так и коннекторы специальной конструкции (например, семейства Versatile Link от Avago Technologies, см. рис. 4). Поскольку полимерный материал легче поддается обработке, чем кварц, работа с ним требует меньших навыков и времени. Процесс оконцовки сводится к снятию внешней оболочки кабеля, скалыванию волокна, установке коннектора и полировке торца (видео). Для монтажа некоторых коннекторов также нужен обжимной инструмент. Все необходимые приспособления имеют значительно меньшую стоимость, чем в случае кварцевого оптоволокна. Эпоксидный клей, как правило, не используется.

Рис. 4. Коннекторы Versatile Link для пластикового волокна

 

Кроме того, пластиковое волокно можно присоединить к передатчикам и приемникам без использования коннектора (для этого некоторые модули имеют специальный механизм фиксации). В этом случае необходимо только сформировать ровный торец волокна и вставить его в разъем устройства.

В конструкции пластикового волоконно-оптического кабеля для коротких линий, как правило, не используются какие-либо упрочняющие элементы. Это связано с хорошими механическими характеристиками самого волокна (прочность, стойкость к нагрузкам и изгибам) и с теми условиями, в которых обычно оно используется (об этом речь пойдет далее).

Таким образом, использование пластикового волокна позволяет существенно ускорить процесс прокладывания линии связи, а также быстро заменить поврежденные участки при необходимости. Хотя само по себе пластиковое волокно стоит несколько дороже кварцевого, общая стоимость компонентов линии и затраты на монтаж и ремонт значительно снижаются.

Помимо особенностей, присущих самому POF, этот тип волокна имеет все те же преимущества перед медными линиями, что и кварцевое волокно, например, невосприимчивость к электромагнитному излучению и изолирующие свойства (защита от высоких напряжений), меньшие габариты и вес.

 

Применение

Несмотря на все эти преимущества, нерешенным остается вопрос: что же делать с тем огромным по меркам ВОЛС затуханием, возникающим в полимерных материалах? Действительно, POF имеет заметные ограничения по скорости и дальности передачи информации. Обычно линии на основе пластикового волокна имеют длину порядка нескольких десятков метров, а максимальная скорость передачи ограничивается примерно 200 Мбит/с (скорость передачи может достигать и нескольких Гбит/с, но при этом используются волокна с другим профилем показателя преломления и технология мультиплексирования).

Однако именно эти ограничения и определили сферу применения пластикового волокна. По дальности и скорости передачи POF никогда не смогут конкурировать с кварцевым волокном. Однако в непротяженных сетях, не требующих к тому же высоких скоростей, проявляются преимущества пластикового волокна, о которых писалось выше.

Итак, применение пластикового волокна целесообразно в следующих областях:

  • Промышленные линии связи. Поскольку пластиковое волокно (как и кварцевое) является диэлектриком, его можно использовать вблизи мощных источников электромагнитных помех, например, вблизи электродвигателей, преобразователей электрической энергии, силовых кабелей. Также POF эффективно осуществляет высоковольтную развязку оборудования с разными потенциалами, а потому может быть использовано там, где оптронная или какая-либо другая развязка неэффективна. Таким образом, пластиковое волокно успешно заменяет медные линии в индустриальных сетях, работающих по протоколам RS-485, Fast Ethernet, Fieldbus.
  • Датчики. POF с успехом применяется в различного рода промышленных датчиках. Один из примеров – датчик электрической дуги в КРУ подстанций – подробно разбирался на нашем сайте.
  • Автомобильная электроника. В современной автомобильной промышленности все большее внимание уделяется программно-аппаратным комплексам управления различными системами внутри транспортных средств, в частности мультимедийными системами. Пластиковое волокно полностью удовлетворяет требованиям для среды передачи в таких условиях. Разрабатываются специальные протоколы для автомобильных линий связи (например, MOST – Media Oriented Systems Transport).
  • Медицина. В медицине пластиковое волокно может использоваться, например, для защиты (изоляции) пациента от пробоя диагностического и лечебного оборудования, а также для связи между блоком управления и высоковольтным оборудованием (рентгеновский аппарат).
  • Специальные/корпоративные сети передачи данных. Эта сфера применения пластикового волокна пока не получила большого распространения в нашей стране. Однако в масштабах квартиры или офиса пластиковое волокно вполне может конкурировать с традиционными медными линиями.
  • Системы удаленного освещения. POF может быть использовано не только для передачи информационного сигнала, но и для подсветки удаленных объектов и в рекламных конструкциях.

 

Если подвести итог, то сфера использования пластикового волокна – любые короткие низкоскоростные линии связи. Особенно эффективно его применение в условиях, в которых передача по медным линиям сопряжена с трудностями или же невозможна вообще, а использование кварцевого волокна экономически невыгодно.

 

Что предлагаем мы?

Компания «ЭФО» является официальным дистрибьютором компании Broadcom Limited (ранее Avago Technologies) – одного из ведущих мировых производителей компонентов для пластикового оптического волокна. Компания выпускает пластиковый оптический кабель (симплексный и дуплексный) с величиной затухания 0,22 и 0,19 дБ/м, соединительные изделия (коннекторы, адаптеры), а также широкий ассортимент передатчиков, приемников и трансиверов для пластикового волокна. Большую часть этого сегмента продукции Avago составляют компоненты линейки Versatile Link («Универсальное соединение»), отличающиеся высокой надежностью, привлекательной стоимостью и простотой эксплуатации (рис. 5). Компоненты Versatile Link давно пользуются популярностью у разработчиков промышленных линий связи по всему миру. Кроме того, мы поставляем инструменты и расходные материалы для работы с пластиковым волокном.

Рис. 5. Компоненты семейства Versatile Link для пластикового оптического волокна: 1 - передатчики/приемники, 2 - трансивер, 3 - дуплексный патч-корд, 4 - дуплексные адаптеры (розетки)

 

Также мы предлагаем пластиковые кабели компаний Mitsubishi Chemical (ранее Mitsubishi Rayon) и Asahi Kasei. Эти японские компании являются одними из лидеров в сфере производства POF и предлагают широкий ассортимент пластиковых волокон различных диаметров (от 125 мкм до 3 мм) и в различных внешних оболочках, что позволяет использовать их, в частности, в экстремальных условиях. Затухание в волокнах Mitsubishi Chemical и Asahi Kasei обычно составляет 0,15-0,19 дБ/м. Кроме стандартных POF волокон с одной сердцевиной эти компании разрабатывают многосердцевинные волокна, имеющие малые потери на изгибе. Кабели Mitsubishi Chemical и Asahi Kasei могут применяться не только для передачи данных, но и в различных датчиках, системах освещения и передачи изображений.

В таблице ниже приводится сравнение основных параметров POF кабелей волоконом 1 мм, предлагаемых компаниями Broadcom, Mitsubishi Chemical и Asahi Kasei.

Параметр сравнения Broadcom Mitsubishi Chemical Asahi Kasei
Затухание, дБ/км 0,19
0,22
 
 
0,16
0,17
0,19
0,20
0,15
0,16
0,25
 
Материал оболочки PE
Halogen-free PE
 
 
 
PE
Chlorinated PE
Cross-linked PE
PVC
PA
PE
Halogen-free PE
LSZH PE
PVC
PA
Температурный диапазон, °С -40/+85
 
 
 
 
-40/+70
-40/+85
-55/+70
-55/+85
-55/+105
-55/+70
-55/+80
-55/+85
-55/+90
-55/+105

________________________________________________________________

Другие статьи об оптическом волокне и его разновидностях:

Волоконная оптика: Основы | photonica.pro

Оптические волокна изготавливаются из стекла или пластика. Большинство из них примерно соответствует диаметру человеческого волоса, и они могут быть длиной в много миль. Свет передается по центру волокна от одного конца к другому, и туда может быть наложен сигнал. Волокно-оптические системы превосходят металлические проводники во многих областях применения. Их наибольшее преимущество — пропускная способность. Из-за длины волны света можно передавать сигнал, который содержит значительно больше информации, чем это возможно с металлическим проводником — даже с коаксиальным проводником. Другие преимущества:

  • Электрическая изоляция. Волоконная оптика не нуждается в заземлении. Как передатчик, так и приемник изолированы друг от друга и поэтому не имеют проблем с заземлением. Кроме того, нет опасности искры или поражения электрическим током.
  • Свобода от электромагнитных помех. Волоконная оптика невосприимчива к электромагнитным помехам (EMI), и они сами не излучают, чтобы вызвать другие помехи.
  • Низкие потери мощности. Это позволяет использовать более длинные кабельные трассы и меньше количество ретрансляционных усилителей.
  • Легче и меньше. Волокно весит меньше и требует меньше места, чем металлические проводники с эквивалентной пропускной способностью.

Медная проволока примерно в 13 раз тяжелее. Волокно также проще в установке и требует меньше места в канале.

 Применения

Некоторые из основных областей применения оптических волокон:

  • Коммуникационные линии. Передача голоса, данных и видеосигнала является наиболее распространенным применением волоконной оптики, в том числе:

— Телекоммуникации

— Локальные сети (ЛВС)

— Промышленные системы управления

— Авионические системы

— Военные системы управления, контроля и связи

  • Детектирование. Волоконно-оптическая система может использоваться для передачи света от удаленного источника к детектору для измерения давления, температуры или спектральной информации. Волокно также может использоваться непосредственно в качестве преобразователя для измерения ряда воздействий окружающей среды, таких как деформация, давление, электрическое сопротивление и рН. Изменения окружающей среды влияют на интенсивность света, фазу и / или поляризацию способами, которые могут быть измерены на другом конце волокна.
  • Перенос электроэнергии. Оптические волокна могут обеспечить чрезвычайно высокий уровень мощности для таких задач, как лазерная резка, сварка, маркировка и сверление.
  • Освещение. Пучок волокон, вместе с источником света на одном конце может освещать области, которые труднодоступны, например, внутри человеческого тела, в сочетании с эндоскопом. Кроме того, они могут использоваться в качестве подсветки или просто как декоративное освещение.

Рисунок 1. Оптическое волокно состоит из сердцевины, оболочки и покрытия.

 Конструкция

Оптическое волокно состоит из трех основных концентрических элементов: сердцевины, оболочки и внешнего покрытия (рис. 1).

Сердцевина обычно изготавливается из стекла или пластика, хотя иногда используются другие материалы в зависимости от желаемого спектра пропускания.

Сердцевина представляет собой светопередающую часть волокна. Обычно оболочка изготавливается из того же материала, что и сердцевина, но с немного более низким показателем преломления (обычно примерно на 1 процент ниже). Эта разность показателей преломления  вызывает полное внутреннее отражение на границе м/у разными показателями преломления по всей длине волокна, так что свет передается по волокну и не проходит через боковые стенки.

Рисунок 2. Пучок света, проходящий из одного материала во второй с другим показателем преломления, отклоняется  или преломляется на границе раздела

Покрытие обычно содержит одно или несколько слоев пластикового материала для защиты волокна от воздействий среды. Иногда металлическая оболочка добавляется к покрытию для физической защиты.

Оптические волокна обычно определяются их размерами, указанными как внешний диаметр сердечника, оболочки и покрытия. Например, 62,5 / 125/250 относится к волокну с сердечником диаметром 62,5 мкм, оболочкой диаметром 125 мкм и диаметром внешнего покрытия 0,25 мм.

 Основные положения

Оптические материалы характеризуются показателем преломления, обозначаемым n. Показателем преломления материала является отношение скорости света в вакууме к скорости света в среде. Когда луч света переходит из одного материала в другой с другим показателем преломления, луч отклоняется (или преломляется) на границе раздела (рис. 2).

Преломление описывается законом Снеллиуса:

где nI и nR — показатели преломления материалов, через которые проходит луч, а I и R — углы падения и преломления луча. Если угол падения больше критического угла (обычно около 82° для оптических волокон), свет отражается от границы обратно в среду без потерь посредством процесса, известным как полное внутреннее отражение (рис. 3).

Рисунок 3. Полное внутреннее отражение позволяет свету оставаться внутри сердцевины волокна.

Посмотрите видео о полном внутреннем отражении на EDU.Photonics.com.

Моды

Когда свет распространяется по волокну (когда микроволны распространяются по волноводу), фазовые сдвиги происходят на каждой отражающей границе. Существует конечное дискретное число путей по оптическому волокну (известное как моды), которые производят конструктивные ( в фазе и, следовательно, суммируемые) фазовые сдвиги, которые усиливают передачу. Поскольку каждая мода возникает под другим углом к оси волокна, когда луч перемещается вдоль длины, каждая из них проходит разную длину от входа к выходу. Только одна мода, мода нулевого порядка, перемещается по  волокну без отражений от боковых стенок. Это известно как одномодовое волокно. Фактическое количество мод, которые могут распространяться в данном оптическом волокне, определяется длиной волны света, диаметром и показателем преломления сердцевины волокна.

 

Затухание

Сигналы теряют интенсивность, когда они распространяются по волокну; это известно как ослабление луча. Затухание измеряется в децибелах (дБ) по соотношению:

где Pin и Pout — это входная и выходная мощности. В приведенной ниже таблице показана мощность, обычно теряемая в волокне для нескольких значений затухания в децибелах.

Затухание оптического волокна зависит от длины волны. В экстремумах кривой пропускания преобладает многофотонное поглощение. Затухание обычно выражается в дБ/км на определенной длине волны. Типичные значения варьируются от 10 дБ/км на 850 нм для волокон со ступенчатым профилем показателя до нескольких десятых дБ/км для одномодовых волокон на 1550 нм.

Затухание (дБ)

Потеря мощности (%)

10.0

90

3.0

50

0.1

2

Зависимость потерь мощности от затухания

В оптическом волокне есть несколько причин затухания:

  • Рэлеевское рассеяние. Изменения в показателях преломления материала сердцевины в микроскопическом масштабе могут вызвать значительное рассеяние луча, что приводит к значительным потерям оптической мощности. Рэлеевское рассеяние зависит от длины волны и менее значимо на более длинных волнах. Это самый важный механизм потерь в современных оптических волокнах, который, как правило, составляет до 90 процентов от всех потерь.
  • Поглощение. Современные методы производства уменьшили поглощение, вызванное посторонними включениями (в первую очередь водой в волокне) до очень низких уровней. В полосе пропускания волокна потери из-за поглощения незначительны.
  • Изгибы. Методы производства могут создавать мелкие изгибы в геометрии волокна. Иногда эти изгибы будут достаточно большими, чтобы свет внутри ядра попадал в границу сердцевина/оболочка меньше чем под критическим углом, и свет пройдет в материал оболочки. Это также может произойти, когда волокно согнуто в изгиб малого радиуса (меньше, скажем, нескольких сантиметров). Чувствительность к изгибам обычно выражается в потерях дБ/км для конкретного радиуса изгиба и длины волны.

Рисунок 4. Числовая апертура зависит от угла при котором лучи входят в волокно и от диаметра сердцевины волокна.

Числовая апертура

Числовая апертура (NA), показанная на рисунке 4, представляет собой меру максимального угла, при котором световые лучи будут входить и распространяться по волокну. Она выражается следующим уравнением:

Дисперсия

Когда оптические импульсы распространяются по волокну, они расширяются или удлиняются во времени. Это называется дисперсией. Поскольку импульсы в конечном итоге станут настолько несинронизированными, что они начнут перекрывать друг друга и портить данные, дисперсия устанавливает верхний предел пропускной способности волокна. Для этого расширения существуют три основные причины:

  • Хроматическая дисперсия. Различные длины волн движутся с разной скоростью по волокну. Поскольку типичные источники света создают некоторый диапазон длин волн, а не одну дискретную спектральную линию, импульсы должны распространяться по длине волокна по мере их поступления. Высокоскоростные лазеры, используемые в коммуникациях, имеют очень узкие спектральные характеристики выходного излучения, что значительно снижает эффект хроматической дисперсии.
  • Модальная дисперсия. Различные моды волокна отражаются под разными углами по мере продвижения по волокну. Поскольку каждый модальный угол создает несколько другую длину пути для луча, моды более высокого порядка достигают выходного конца волокна за модами более низкого порядка.
  • Дисперсия волновода. Эта незначительная причина рассеяния обусловлена геометрией волокна и приводит к разным скоростям распространения для каждой из мод.

Диапазон пропускания

Диапазон пропускания измеряет пропускную способность оптического волокна и выражается как произведение частоты данных и пройденного расстояния (как правило, МГц*км или ГГц*км). Например, волокно с диапазоном пропускания 400 МГц*км может передавать 400 МГц на расстояние 1 км или передавать 20 МГц данных на 20 км. Основной предел пропускной способности — это уширение импульсов, что обусловлено модальной и хроматической дисперсией волокна. Типичные значения для разных типов волокон:

Тип волокна

Диапазон пропускания

Одномодовое волокно

100 ГГц*км

Волокно с плавным измерением показателя преломления

500 МГц*км на 1300 нм

160 МГц*км на 850 нм

Волокно со ступенчатым профилем показателя преломления

20 МГц*км

Передача мощности

Количество энергии, которую волокно может передавать (без угрозы повреждения), обычно выражается максимально допустимой плотностью мощности. Плотность мощности это отношение максимальной выходной мощности лазера и площади лазерного луча. Например, 15Вт лазерный луч, фокусируемый на пятно диаметром 150 мкм, создает плотность мощности

Выходное излучение импульсного лазера (обычно заданное в миллиджоулях за импульс) должно быть сначала преобразовано в мощность на импульс. Например, импульсный лазер, который создает импульс с энергией 50 мДж и длительностью 10 нс, обеспечивает выходную мощность

Затем плотность мощности можно рассчитать по размеру пятна.

Чтобы передать абсолютные максимальные энергии по волокну, концевые поверхности волокна должны быть абсолютно гладкими и отполированными и перпендикулярными оси волокна и световому лучу. Кроме того, диаметр луча должен быть не более примерно половины площади сердцевины (или диаметра сердцевины). Если луч не сфокусирована должным образом, часть энергии может пройти в оболочку, что может быстро повредить кварцевое оптоволокно с полимерным защитным покрытием. По этой причине лучше использовать кварцевое волокно с кварцевой оболочкой в приложениях с более высокой плотностью мощности.

 Типы волокон

Существует в основном три типа оптического волокна: одномодовое, многомодовое с плавным изменением показателя преломления и многомодовое со ступенчато-изменяющимся показателем преломления. Они характеризуются тем, как свет распространяется по волокну и зависят как от длины волны света, так и от механической геометрии волокна. Примеры распространения света в таких волокнах показаны на рисунке 5.

Рисунок 5. Распространение мод в волокне.

Одномодовое волокно

В одномодовом волокне распространяется только основная мода нулевого порядка. Световой луч проходит прямо через волокно без отражений от боковых стенок оболочки. Одномодовое волокно характеризуется значением предельной длины волны (отсечки), которое зависит от диаметра сердцевины, NA и рабочей длины волны. Ниже длины волны отсечки могут также распространяться моды более высокого порядка, что изменяет характеристики волокна.

Поскольку в одномодовом волокне распространяется только основная  мода, модальная дисперсия (основная причина перекрытия импульсов) устраняется. Таким образом, пропускная способность одномодового волокна намного выше, чем у многомодового волокна. Это означает, что импульсы могут передаваться гораздо ближе друг к другу во времени без перекрытия. Из-за этой более высокой пропускной способности одномодовые волокна используются во всех современных системах связи на большие расстояния. Типичные диаметры сердцевины составляют от 5 до 10 мкм.

Фактическое количество мод, которые могут распространяться по волокну, зависит от диаметра сердцевины, числовой апертуры и длины волны передаваемого света. Они могут быть объединены в нормированный частотный параметр ( V),

где a — радиус сердцевины, λ — длина волны, n — показатель преломления сердцевины и оболочки. Условием для одномодового режима является то, что

Возможно, более важной и полезной является длина волны отсечки. Это длина волны, ниже которой волокно позволит распространяться нескольким модам и может быть выражено как:

Обычно волокно выбирается с длиной волны отсечки, немного меньшей желаемой рабочей длины волны. Для лазеров, обычно используемых в качестве источников (с длинами волн от 850 до 1550 нм), диаметр сердцевины одномодового волокна находится в диапазоне от 3 до 10 мкм.

Многомодовое волокно с плавным изменением показателя преломления

Диаметры сердцевин многомодовых волокон намного больше, чем у одномодовых волокн. В результате распространяются также и моды более высокого порядка.

Показатель преломления сердцевины  волокна с плавно меняющимся показателем радиально непрерывно уменьшается от центра до поверхности оболочки. В результате свет распространяется быстрее на краю сердцевины, чем в центре. Различные моды перемещаются по изогнутым путям с почти равным временем движения. Это значительно уменьшает модальную дисперсию волокна.

В результате волокна такие волокна имеют полосы пропускания, которые значительно больше, чем у волокон со ступенчатым профилен показателя преломления, но все же намного ниже, чем у одномодовых волокн. Типичные диаметры сердцевин составляют 50, 62,5 и 100 мкм. Основным применением для волокон с плавно меняющимся показателем преломления  является связь средней дальности, например, локальные сети.

Многомодовое волокно со ступенчато-изменяющимся показателем преломления

Ядро волокна со ступенчатым профилем показателя преломления имеет единый показатель преломления вплоть до границы раздела с оболочкой, где индекс изменяется ступенчато. Поскольку разные моды в волокне со ступенчатым профилем показателя преломления проходят разные длины пути при их распространении  по волокну, расстояния передачи данных должны быть короткими, чтобы избежать значительных проблем с дисперсией.

Волокна данного типа доступны с диаметром сердцевины от 100 до 1500 мкм. Они хорошо подходят для применений, требующих высокой плотности мощности, таких как перенос мощности от медицинских и промышленных лазерных источников.

На основе материала портала EDU.Photonics

Линия Света - Оптоволоконное Освещение

Линия Света - Оптоволоконное Освещение

Приносим Свет в дома

Системы светодиодного и оптоволоконного освещения

  • Парная — самая важная часть бани или сауны. Обстановка в парной должна соответствовать функциональному назначению помещения — оздоровление, проведение банных процедур и общая релаксация.

  • Хамам — это место отдыха. Благоприятный температурный режим располагает к длительному пребыванию в бане. Традиционно посещение хамама воспринимается как повод для дружеского общения, неспешной беседы в комфортной обстановке. В то же время помещение хамама используется для проведения различных спа-процедур.

  • Сегодня благодаря комплектам «Звездное небо» от компании Cariitti OY (Финляндия) у нас с Вами есть возможность создавать собственное небо на потолках самых разнообразных помещений.

  • Студия «Линия Света» предлагает различные оптико-волоконные и светодиодные светильники для подсветки бассейна производства финской компании Cariitti OY с прозрачным или матовым стеклом, с углом освещения 15 или 50 град.

  • Студия «Линия Света» предлагает разнообразные системы освещения и подсветки интерьера квартиры производства финской компании Cariitti OY, с которой сотрудничаем на протяжении уже 10 лет.

  • Компания «Линия света» предлагает комплекты для светодиодного освещения и подсветки ванной комнаты производства финской компании Cariitti OY.

  • Студия «Линия света» предлагает широкое разнообразие освещения центров досуга и развлечений от финского производителя Cariitti OY.

  • Кухня – это место в квартире, где постоянно бурлит жизнь. Поэтому очень важно, чтобы освещение кухни было подобрано правильно.

  • Освещение в интерьере — в помещении для отдыха, в бане, бассейне, прихожей, в кухне – чрезвычайно важный элемент восприятия данной среды. Именно оно архитектурно подчеркивает и расставляет акценты в необходимых зонах.

  • Если у Вас перестали работать светодиодные светильники или другие приборы, входящие в систему освещения, не спешите покупать новые. В большинстве случаев, оптоволоконное и светодиодное оборудование подлежит ремонту.

За время сотрудничества с Cariitti OY мы осуществили множество проектов освещения самых разных объектов. Среди них порядка 170 финских саун, где были использованы как комплекты для освещения сауны, так и эффектные декоративные подсветки «Пламя», «Северное сияние», оригинальные светящиеся аксессуары: шайки с подсветкой, светящиеся термометры, гигрометры, песочные часы.

Мы спроектировали и смонтировали освещение более 100 турецких бань (хамам). В этих проектах применены как оптико-волоконные, так и светодиодные технологии освещения и подсветки.

Например, для освещения сауны «Линия Света» предлагает Вашему вниманию комплекты от финского производителя Cariitti OY. В состав комплектов включены стекловолокна разной длины, а также линза для эффектной подсветки пара над каменкой.

Это современное оборудование позволяет создать особенную атмосферу в помещении парной.

Создать индивидуальный дизайн сауны можно и с помощью специальных светильников – факел, маяк и др.

У нас вы можете купить продукцию финского производителя Cariitti OY

  • Комплекты ”звездное небо” состоят из проектора и оптоволоконного жгута. Часть проекторов снабжена эффектом мерцания, который воспроизводит мерцание звезд. В некоторые комплекты входят хрустальные насадки.

    РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОБЪЕМУ ЗВЕЗДНОГО НЕБА

    Площадь 1-2 м2 2 — 3 м2 3 — 4 м2 4 — 6 м2 6 — 10 м2 10 — 20 м2
    Эти количества — только рекомендации. Количество волокон будет меньше при использовании хрустальных насадок. 75 шт. 75-100 шт. 75-150 шт. 100-200 шт. 150-300 шт. 300-600 шт.
    Подробнее
  • «Линия Света» предлагает Вашему вниманию комплекты для освещения сауны от финского производителя Cariitti OY. Это  высокотехнологичное  оборудование отвечает всем современным требованиям  безопасности и позволяет создать особенную атмосферу.

    Создать индивидуальный дизайн из отдельных элементов можно,  добавив к готовым комплектам  светящиеся аксессуары или светильники.  Для удобства монтажа в комплектацию включены волокна разной длины.

    Подробнее
  • Следует знать, что светильник для бани — это не просто источник света, он имеет еще одну функцию – создание атмосферы покоя и умиротворенности, которая способствует полной релаксации. Светодиодные светильники для бани и сауны финской компании Cariitti OY отвечают всем этим требованиям.

    Подробнее
  • Светильники Cariitti отлично подходят для освещения бассейнов и джакузи. Ими можно также освещать паровую баню и дорожки влажных помещений и подчеркивать отдельные детали, что не всегда получается традиционными светильниками.

    Подробнее
  • «Линия Света» предлагает оборудование финской компании Cariitti OY, предназначенное для освещения ванных комнат. Кроме выполнения основной функции, освещение создается с целью декорирования помещения, расстановки акцентов в интерьере, для повышения эмоционального фона. В ванной комнате подсветка сделает ту или иную деталь более выразительной, выделит оригинальные предметы, их формы, линии и изгибы. Подсветка позволяет менять интенсивность освещения, создавая определенное настроение.

    Подробнее
  • Кроме основного освещения, иногда хочется внести в интерьер помещения некую «изюминку», придать ему неповторимый облик, добавить что-то эксклюзивное в его дизайн.

    Рекомендуем Вам люстры и светящиеся перегородки (занавеси) производства финской компании Сariitti OY. Эти великолепные изделия способны украсить интерьер квартиры, загородного дома, отеля, ресторана.

    Подробнее
  • Эти аксессуары легко устанавливать. Цвет — золото, хром или белый. Минимальная толщина монтажной поверхности 6 мм. Конец волокна рассеивает свет под углом ок. 40-60°. Линзовая насадка, в зависимости от линзы, рассеивает свет под углом 25-35°.

    Хрустальные насадки легко устанавливаются с помощью поставляемых вместе с ними запирающих пружин. Диаметр монтажного отверстия 14 мм. Цвета — золото и хром. Минимальная толщина монтажной поверхности 6 мм. Рекомендуется волокно С-Flex 4-6 М8. Конец волокна рассеивает свет под углом ок. 40-60°. Декоративные хрустальные насадки рассеивают свет под углом 180° и даже больше.

    Подробнее
  • Блоки питания поставляются готовыми приборами. Это ускоряет установку, и подключение светодиодных светильников происходит при помощи удобных соединителей.

    В зависимости от того, какая техника управления подключена к управляемому светильнику, пульт управления позволяет включать и выключать функции, управлять сменой цветов и возможным регулированием света, а также переходить с одной предварительно запрограммированной световой сцены на другую.

    Подробнее
  • Студия «Линия Света» является официальным дилером финской компании Cariitti OY, которая производит различные виды кухонного освещения. Такие светильники отличаются великолепным внешним видом и  смогут украсить любую кухню.

    Подробнее
  • Ассортимент Cariitti включает проекторы для разных световых решений с разными способами установки.

    Все проекторы Cariitti имеют светодиодный источник света. Это обеспечивает хорошее качество света и длительный срок службы. В ассортимент входят также проекторы со сменой цветов и с разными эффектами.

    Подробнее
  • Изделия Cariitti основываются на новейшей светодиодной технологии. Это обеспечивает высокую светоотдачу, низкое энергопотребление, отличную вибростойкость,электробезопасность, низкую степень нагрева поверхности и весьма длительный срок службы. Светодиодные светильники Cariitti имеют срок службы 50 000 часов — с уменьшением светового потока 30 %

    Подробнее
  • Оптическим волокном свет можно подвести в любую точку, оно не передает электричество или тепло, только свет. Оптоволоконные жгуты включают загерметизированный общий ввод, который предотвращает загрязнение волокна и плавление его на более поздней стадии. Общие вводы волоконных жгутов защищены теплозащитным фильтром. Все волоконные соединения и оконцевания выполнены без применения клея т.н. методом «dry polishing». Таким образом достигается самый высокий КПД светопроводности среди аналогов.

    Подробнее

Виды и преимущества современного освещения

Оптоволоконная технология открыла принципиально новые возможности световых решений дизайна интерьеров, ландшафтов и фасадов. Здесь активно используется точечное освещение. Точечное освещение имеет положительную особенность – простота и удобство размещения при оформлении интерьера помещений.

Особой популярностью в последнее время пользуется светодиодное освещение или освещение светодиодными светильниками. Использование светодиодов даёт возможность добиться высокой эффективности подсветки, которая к тому же намного экономичнее.

Современное освещение абсолютно безопасно, т.к. оптоволокно не проводит электричество и тепло, а только свет. Это делает оптоволоконный кабель незаменимым для безопасного освещения, другими словами - если главное для вас безопасность, то Ваш выбор должен остановиться на оптоволокне.

Почему Вы должны выбрать компанию «Линия Света»?

  • Наряду с продажей серийно производимых компанией Cariitti комплектов для освещения сауны, комплектов подсветки «Звездное небо», светящихся аксессуаров для сауны и других светильников, мы занимаемся комплектацией индивидуальных проектов освещения любой сложности. При этом мы рассчитываем как необходимое количество светильников с учетом размеров помещения, так и предлагаем конкретные светильники исходя из пожеланий заказчика, при этом особое внимание уделяется не только количеству света, но и соответствию конкретных видов осветительного оборудования дизайнерским задачам именно этого объекта.
  • Воплощение индивидуальны проектов освещения – то, что уже многие годы выделяет нас среди дилеров Cariitti.
  • Специалисты нашей компании не раз участвовали в обучающих семинарах, организованных производителем оборудования, компанией Cariitti, на производстве в Финляндии. В нашем офисе регулярно проходят встречи с руководителем Департамента по экспорту компании Cariitti, на которых происходят презентации новых видов продукции.

Область применения оптоволоконного и светодиодного освещения:

Оптоволоконные и светодиодные системы освещения широко используются в самых разных проектах: для оформления интерьера квартиры, элементов ландшафта, для декоративной подсветки фасадов зданий. Незаменимыми они являются в помещениях с высокой влажностью и температурой – банях, саунах, в ванных комнатах и даже под водой – в бассейнах.

Галерея работ

Купить оборудование для освещения, а также заказать его монтаж Вы можете в компании Линия света. Всю интересующую вас информацию, в том числе о ценах вы можете узнать, позвонив по телефону 8 (495) 707-18-40 либо (916) 691-80-39.

Скачать каталог

RP Photonics Encyclopedia - волокна, приложения, волоконная оптика, одномодовые и многомодовые, поляризация, кабели, NA, номер V, стеклянные оптические волокна

Энциклопедия

> буква F> волокна

можно найти в Руководстве покупателя RP Photonics. Среди них:

Найдите более подробную информацию о поставщиках в конце этой статьи энциклопедии или посетите наш

Вас еще нет в списке? Получите свою заявку!

Моделирование в волоконной оптике

RP Photonics имеет обширный опыт в области оптических волокон и предлагает мощное программное обеспечение для моделирования оптоволоконных устройств .Помимо этой энциклопедии, доктор Пашотта является автором полевого руководства SPIE по оптоволоконной технологии и подробного учебного пособия « Passive Fiber Optics ».

Определение: разновидность длинных и тонких световодов, которые можно до некоторой степени изгибать.

Альтернативные термины: оптические волокна, волокна (британское написание)

Более конкретные термины: пассивные волокна, активные волокна, волокна, легированные редкоземельными элементами, волокна с двойной оболочкой, волокна со ступенчатым коэффициентом преломления, волокна с градиентным коэффициентом преломления, волокна с сохранением поляризации, кремнеземные волокна, фторидные волокна, волокна среднего инфракрасного диапазона, одиночные -кристаллические волокна, пластиковые оптические волокна, волокна со смещенной дисперсией, фотонно-кристаллические волокна, волокна с фотонной запрещенной зоной, полые волокна, нановолокна, одномодовые волокна, однополяризационные волокна, маломодовые волокна, многомодовые волокна, волокна с большой сердцевиной , волокна с большой площадью моды, конические волокна, телекоммуникационные волокна, специальные волокна

немецкий: optische Fasern

Категория: волоконная оптика и волноводы

Как цитировать статью; предложить дополнительную литературу

Автор: Dr.Rüdiger Paschotta

Оптические волокна являются основными компонентами волоконной оптики и играют особенно важную роль в фотонике в целом. Это своего рода оптические волноводы, которые обычно изготавливаются из какого-то стекла, потенциально могут быть очень длинными (сотни километров) и - в отличие от других волноводов - довольно гибкими. Хотя стекло обычно довольно хрупкое, особенно тонкие волокна диоксида кремния, защищенные полимерным покрытием, можно существенно согнуть, например вокруг пальца, без разрушения.

Наиболее часто используемым стеклом для оптических волокон является диоксид кремния (кварцевое стекло, аморфный диоксид кремния = SiO 2 ) в чистом виде или с некоторыми легирующими добавками. Кремнезем так широко используется из-за его выдающихся свойств, в частности, из-за его способности к чрезвычайно низким потерям распространения (реализовано с использованием сверхчистого материала) и его удивительно высокой механической прочности против растяжения и даже изгиба (при условии, что поверхности хорошо подготовлены). Однако для некоторых специальных применений требуются специальные волокна, изготовленные из других типов стекла, например.г. фторидные волокна (см. ниже).

Большинство оптических волокон, используемых в лазерной технологии, имеют сердцевину с показателем преломления, который несколько выше, чем у окружающей среды (так называемая оболочка ). Самый простой случай - это волокно со ступенчатым показателем преломления , в котором показатель преломления постоянен внутри сердцевины и внутри оболочки. Индексный контраст между сердцевиной и оболочкой определяет числовую апертуру волокна (см. Ниже) и, как правило, невелик, так что оптические волокна слабо направляют.свет, попадающий в сердцевину, направляется вдоль сердцевины, т. е. распространяется в основном в области сердцевины, хотя распределение интенсивности может несколько выходить за пределы сердцевины. Благодаря наведению и низким потерям на распространение оптическая интенсивность может поддерживаться на больших длинах волокна.

Хотя большинство оптических волокон имеют только одну сердцевину, существуют также так называемые многожильные волокна, содержащие несколько сердцевин или даже большое их количество.

Реже используемый принцип направления света основан на запрещенной фотонной полосе (→ световод с фотонной запрещенной зоной ).Например, это можно реализовать с помощью концентрических колец с разным показателем преломления, образующих своего рода двумерное брэгговское зеркало.

Рисунок 1: Простая установка для ввода света в оптическое волокно (без масштаба). Коллимированный лазерный луч фокусируется в сердцевину волокна. Свет распространяется вдоль сердцевины и выходит из другого конца волокна в виде расходящегося пучка. Сердцевина и оболочка световода изготовлены из стекла. Полимерная оболочка защищает стекловолокно.

Термин специальные волокна используется для многих различных типов оптических волокон со специальными свойствами и поэтому не очень конкретен.В основе таких волокон могут быть необычные очки или просто необычный дизайн.

Фигура 2: Волокно, в котором происходит генерация суперконтинуума. Часть света рассеивается из волокна, поэтому его можно увидеть. Изображение любезно предоставлено Исследовательским центром оптоэлектроники Саутгемптонского университета.

Применение оптических волокон

Существует множество важных применений волоконной оптики. Некоторые из самых важных:

  • В оптоволоконной связи используются оптические волокна в основном для передачи данных на большие расстояния, но иногда и на короткие расстояния.Огромные объемы данных могут быть быстро отправлены по одному волокну, которое также невосприимчиво к внешним воздействиям, таким как электрические и магнитные поля.
  • Активные волоконно-оптические устройства содержат некоторое количество волокна, легированного редкоземельными элементами. Волоконные лазеры могут генерировать лазерный свет на различных длинах волн, и могут использоваться, например, волоконно-оптические усилители. для увеличения оптической мощности или усиления некоторых слабых телекоммуникационных сигналов.
  • Волоконно-оптические датчики могут использоваться, например, для распределенных измерений температуры и деформации в зданиях, нефтепроводах и крыльях самолетов.
  • Пассивные оптические волокна [14] полезны для переноса света от одного источника в другую точку, например для таких целей, как освещение, диодная накачка лазеров и питание по волокну. Также они используются для соединения компонентов в волоконно-оптических устройствах, таких как интерферометры и волоконные лазеры. Затем они играют ту же роль, что и электрические провода в электронных устройствах.

Таким образом, волоконная оптика стала особенно важной областью в технологии фотоники.

Режимы волокна

- одномодовые и многомодовые волокна

Оптическое волокно может поддерживать одну или несколько (иногда даже много) направленных мод , распределения интенсивности которых расположены на сердцевине волокна или непосредственно вокруг нее, хотя часть интенсивности может распространяться внутри оболочки волокна. Кроме того, существует множество режимов оболочки, которые не ограничиваются областью сердцевины. Оптическая мощность в модах оболочки обычно теряется после некоторого умеренного расстояния распространения, но в некоторых случаях может распространяться на большие расстояния.Снаружи оболочки обычно имеется защитное полимерное покрытие, которое придает волокну улучшенную механическую прочность и защиту от влаги, а также определяет потери для мод оболочки. Такие буферные покрытия могут состоять, например, из акрилата, силикона или полиимида. На концах волокна часто приходится снимать покрытие.

Важное различие между одномодовыми и многомодовыми волокнами:

  • Одномодовые волокна обычно имеют относительно небольшую сердцевину (диаметром всего несколько микрометров) и могут направлять только одну пространственную моду (без учета того факта, что существуют два разных направления поляризации), профиль которой в большинстве случаев имеет примерно гауссову форму.Изменение условий запуска влияет только на мощность, вводимую в управляемый режим, тогда как пространственное распределение света, выходящего из волокна, является фиксированным. Для эффективного ввода света в одномодовое волокно обычно требуется лазерный источник с хорошим качеством луча и точной настройкой фокусирующей оптики для достижения согласования мод. Радиус моды одномодового волокна часто составляет порядка 5 мкм, но существуют также волокна с большой площадью моды с одномодовым наведением. В последнем случае допуски совмещения ниже по положению, но выше по углу (что может быть менее проблематичным).
  • Многомодовые волокна
  • имеют большую сердцевину и / или большую разницу в показателях преломления между сердцевиной и оболочкой, поэтому они поддерживают несколько режимов с различным распределением интенсивности (рис. 3). В этом случае пространственный профиль света, выходящего из сердцевины волокна, зависит от условий запуска, которые определяют распределение мощности между пространственными модами.
Рисунок 3: Профили амплитуды электрического поля в ближней зоне для всех направленных мод волокна с профилем показателя преломления в форме цилиндра (→ ступенчатое волокно с показателем преломления ).Два цвета обозначают разные знаки значений электрического поля. Мода низшего порядка ( l = 0, m = 1, называемая мода LP 01 ) имеет профиль интенсивности, подобный профилю интенсивности гауссова пучка. Как правило, свет, попадающий в многомодовое волокно, вызывает суперпозицию различных мод, которые могут иметь сложную форму. Рисунок 4: Амплитуды поля в дальней зоне для того же волокна, что и на рисунке 3.

В системах оптоволоконной связи большой дальности обычно используются одномодовые волокна, поскольку разные групповые скорости разных мод могут искажать сигнал при высоких скоростях передачи данных (→ интермодальная дисперсия).Однако для более коротких расстояний многомодовые волокна более удобны, поскольку требования к источникам света и выравниванию компонентов ниже. Поэтому в локальных сетях (ЛВС), за исключением сетей с максимальной пропускной способностью, обычно используется многомодовое волокно.

Одномодовые волокна также обычно используются для волоконных лазеров и усилителей. Многомодовые волокна часто используются, например, для транспортировки света от лазерного источника к месту, где это необходимо, особенно когда источник света имеет плохое качество луча и / или для высокой оптической мощности требуется большая площадь моды.

Различные моды оптического волокна могут быть связаны посредством различных эффектов, например из-за изгиба или часто из-за неровностей профиля показателя преломления. Они могут быть нежелательными или намеренно введенными, например в качестве волоконных решеток Брэгга. Теория волноводов показывает, что важным фактором для связи между различными модами волокна является разница в их волновых числах, которые для эффективной связи должны соответствовать пространственной частоте помехи связи.

Основные параметры

Конструкция волокна со ступенчатым показателем преломления может быть охарактеризована только двумя параметрами: e.г. радиус сердцевины a и разность показателей преломления Δ n между сердцевиной и оболочкой. Типичные значения радиуса сердцевины составляют несколько микрон для одномодовых волокон и десятки микрон или более для многомодовых волокон.

Вместо разницы показателей преломления обычно используется числовая апертура, определяемая как

, который является синусом максимально допустимого угла падающего луча по отношению к оси волокна (с учетом запуска из воздуха в сердцевину на лучево-оптическом изображении).( n 0 - показатель преломления окружающей среды, близкий к 1 в случае воздуха.) АН также количественно определяет силу руководства. Типичные значения для одномодовых волокон составляют порядка 0,1, хотя фактические значения варьируются в относительно большом диапазоне. Например, одномодовые волокна с большой площадью моды могут иметь низкую числовую апертуру ниже 0,05, тогда как некоторые волокна, легированные редкоземельными элементами, имеют значения 0,3 и выше для высокой эффективности усиления. Значения NA около 0,3 являются типичными для многомодовых волокон.Чувствительность волокна к потерям на изгибе сильно уменьшается с увеличением числовой апертуры, что приводит к сильному ограничению модового поля в сердцевине.

Другой часто используемый параметр - это номер V

- это нормализованная частота. Одномодовое наведение достигается, когда число V ниже ≈ 2,405. Многомодовые волокна могут иметь огромные значения В и . Затем количество режимов масштабируется с помощью V 2 .

В качестве числового примера рассмотрим типичное кварцевое волокно со ступенчатым показателем преломления для одномодового режима в 1.Спектральный диапазон 5 мкм, длина волны отсечки 1,3 мкм и числовая апертура 0,1. Показатель преломления оболочки из чистого кремнезема на длине волны 1,5 мкм составляет ≈ 1,444. Индекс ядра ≈ 1,4475, т.е. разница показателей ≈ 0,0035. Диаметр сердцевины составляет 10 мкм, а номер V равен 2,1.

Профили показателя преломления

Профиль показателя преломления оптических волокон часто существенно отличается от профиля показателя преломления ступеньки (с постоянным показателем преломления внутри сердцевины):

  • Из-за преимущественного испарения легирующей примеси во время схлопывания преформы (если предположить, что преформа изготовлена ​​методом химического осаждения из паровой фазы, см. Ниже), в центре часто наблюдается выраженный провал показателя преломления.Для одномодовых волокон с малой площадью мод это не должно сильно влиять на распределение поля моды, которое в большинстве случаев очень напоминает гауссову форму.
  • Некоторые волокна изготавливаются с профилями градиентного показателя преломления (волокна с градиентным показателем преломления ), где показатель преломления постепенно уменьшается по мере удаления от центра, например с параболической формой. Профили параболического индекса полезны, например, для многомодовых волокон, поскольку они минимизируют интермодальную дисперсию (см. ниже).
  • Существуют также «W-профили», в которых сердцевина окружена областью с показателем преломления ниже, чем у оболочки (, углубленная оболочка, ).В принципе, могут быть даже дополнительные ступени показателя преломления или комбинации с плавными изменениями показателя преломления.
  • Треугольный, трапециевидный и гауссов профили показателя преломления используются для волокон со смещенной дисперсией.
  • Индексные профили не обязательно должны быть цилиндрическими. Например, эллиптическая форма сердцевины может обеспечить повышенное двулучепреломление (→ волокна с сохранением поляризации ) или даже однополяризационное наведение (→ однополяризационные волокна ) (см. Ниже).

Обратите внимание, что определения числовой апертуры и, следовательно, числа V становятся несколько неоднозначными для непрямоугольных профилей индекса.

Кроме того, существуют так называемые фотонно-кристаллические волокна (см. Ниже), профиль показателя преломления которых сильно структурирован.

Потери при распространении

Потери мощности при распространении света в оптическом волокне могут быть чрезвычайно малыми, особенно для одномодовых волокон из кварцевого стекла, используемых в телекоммуникациях. В результирующем затухании обычно преобладает рэлеевское рассеяние на коротких волнах и многофононное поглощение на длинных волнах. Рэлеевское рассеяние возникает из-за флуктуаций показателя преломления, которые до некоторой степени неизбежны в стекле, но могут сильно увеличиваться из-за флуктуаций концентрации в волокнах с большой числовой апертурой.Другой вклад в потери вносят неупругое рассеяние (спонтанное рассеяние Бриллюэна и комбинационное рассеяние), поглощающие примеси и флуктуации диаметра сердцевины.

Для кварцевых волокон минимум потерь составляет около 1,5–1,6 мкм и может быть ниже 0,2 дБ / км (≈ 4,5% на км), что близко к теоретическому пределу, основанному на рэлеевском рассеянии в аморфном стеклянном материале. Часто наблюдается некоторый пик потерь около 1,4 мкм, который можно в значительной степени устранить, однако, путем тщательной оптимизации химического состава сердечника, чтобы снизить содержание ОН (т.е.е. концентрация гидроксильных связей). Интересно, что волокна с высоким содержанием ОН могут иметь более низкие потери для ультрафиолетового света, тогда как они демонстрируют ярко выраженные пики потерь в инфракрасной области спектра.

Многомодовые волокна и, как правило, волокна с высокой числовой апертурой, как правило, имеют значительно более высокие потери на распространение, в основном потому, что более высокий уровень легирования сердцевины увеличивает потери на рассеяние. Волокна, легированные редкоземельными элементами, также имеют гораздо более высокие потери, но поскольку такие волокна длиной более нескольких десятков метров используются редко, это обычно не имеет значения для их применений.

Свойства поляризации

Дисперсионные свойства

Производство волокна

Большинство оптических волокон изготавливается путем вытягивания из так называемой заготовки , которая представляет собой стеклянный стержень диаметром несколько сантиметров и длиной примерно 1 м. Вдоль своей оси преформа содержит область с повышенным показателем преломления, которая образует сердцевину. Когда преформа нагревается до температуры плавления в печи (печи), тонкое волокно диаметром обычно 125 мкм и длиной многие километры может вытягиваться из нижней части преформы.Перед намоткой на волокно обычно наносится полимерное буферное покрытие для механической и химической защиты.

Сердцевина волокна может быть легирована лазерно-активными ионами, обычно редкоземельными ионами эрбия, неодима, иттербия или тулия. Когда эти ионы возбуждаются подходящим светом накачки, происходит оптическое усиление, которое можно использовать в волоконных лазерах или усилителях.

Подробнее читайте в статье о производстве волокна.

Волоконно-оптические кабели

Фигура 5: Оптоволоконный разъем на конце оптоволоконного кабеля.Фотография любезно предоставлена ​​NKT Photonics.

Стекловолокно удивительно прочные, учитывая, что стекло известно как особенно хрупкий материал. Однако дополнительная защита часто требуется, когда волокна используются в среде, например доступны операторам. Для лабораторного использования, например для передачи света от телекоммуникационной установки к некоторым диагностическим приборам, а также в крупных промышленных узлах удобно использовать оптоволоконные кабели с разъемами (оптоволоконные патчкорды , , см. рисунок 5), где фактическое волокно окружено дополнительными защитными слоями.Хотя голое стекловолокно может иметь типичный диаметр 125 мкм, а полимерный буфер и оболочка увеличивают его до нескольких сотен микрометров, общий диаметр волоконного кабеля может составлять несколько миллиметров. Помимо значительного усиления кабеля, материал кабеля (обычно желтого цвета) также значительно упрощает распознавание оператором волокна, что позволяет избежать слишком сурового обращения.

Более толстые волоконно-оптические кабели используются для передачи мощных лучей, напримерот диодных лазеров с волоконной связью до твердотельных лазерных головок или некоторого оборудования для обработки материалов. Для уровней мощности от сотен ватт до многих киловатт оптоволоконный кабель может иметь диаметр в несколько сантиметров. Волоконно-оптические кабели большой мощности могут также содержать датчики для обнаружения повреждений кабеля, чтобы можно было немедленно выключить лазерный источник, когда существует риск выхода мощного лазерного излучения из кабеля в месте повреждения. Такие меры предосторожности могут быть очень важны для лазерной безопасности.

Волоконно-оптические кабели для оптоволоконной связи на большие расстояния также довольно толстые, потому что они часто проходят через суровые условия и требуют соответствующей защиты. В крайнем случае, такие кабели могут лежать на морском дне или немного там закопаны. Требуется высокий уровень защиты от механических воздействий как во время установки, так и в более поздние сроки.

Конечно, волоконный кабель может содержать несколько волокон. Таким образом, и без того огромные возможности передачи данных по одному волокну могут быть увеличены до чрезвычайно высоких уровней.

Волоконно-оптические компоненты

Многие оптические компоненты могут быть изготовлены непосредственно из волокон. Вот несколько примеров:

Другие оптоволоконные компоненты содержат объемные элементы с прикрепленными оптоволоконными соединениями. Примеры так называемых устройств с оптоволоконными выводами :

Волоконный коллиматор обеспечивает соединение между волоконной оптикой и оптикой свободного пространства. По сути, такое устройство содержит коллимационную линзу, преобразующую сильно расходящийся пучок от конца волокна в коллимированный пучок.Наконец, существуют механические соединения, обеспечивающие полупостоянные соединения между волокнами.

Полировка, скалывание и стыковка

Чистые и гладкие концы волокон можно получить с помощью техники полировки. Их также можно использовать для изготовления торцевых поверхностей, не перпендикулярных оси волокна. При угле наклона порядка 10 ° (полировка под углом ) отражения от концов волокна могут быть эффективно устранены на пути луча, так что, например, лазеры, чувствительные к отражению, хорошо защищены.

Намного более быстрый способ подготовки концов волокон - это скалывание . Здесь обычно тянут волокно, царапая его сбоку, например с вибрирующим алмазным диском. Это приводит к разрыву волокна с обычно довольно гладкими торцами - по крайней мере, вокруг области сердцевины. Скручиванием волокна во время этого процесса, можно получить угловые сколы, но результаты менее воспроизводимы, чем при полировке.

Оптические волокна (особенно из диоксида кремния) также могут быть сращены вместе.Для изготовления прочных соединений волокон можно использовать технику сварки плавлением. Более простой способ - это механическое сращивание , при котором концы волокна прочно удерживаются вместе некоторыми механическими средствами, но не свариваются. Однако здесь потери при сварке обычно выше, даже когда они уменьшаются с помощью геля с согласованным показателем преломления между поверхностями.

Существует также много типов волоконных соединителей, которые позволяют получить хороший механический контакт (как при механическом сращивании), а также легко разъединять волокна по мере необходимости.

В общем, обращение с концами волокна является довольно деликатным делом по сравнению с обращением с электрическими соединениями. Помимо проблем, связанных с пылью, жиром и т.п., концы волокна относительно чувствительны и легко поцарапываются. Для их обращения часто требуется очень дорогое оборудование (например, высококачественные сварочные аппараты), особенно когда требуются надежные результаты в полевых условиях, то есть в сравнительно грязной среде. С другой стороны, справедливое сравнение с электрическими кабелями должно учитывать гораздо более высокую пропускную способность волокна.

Проблемы безопасности

Лазерная безопасность с точки зрения безопасности глаз - серьезная проблема для высокомощных волоконных устройств. Очень вредный мощный свет может выйти из поврежденного оптоволоконного кабеля; поэтому такие кабели должны быть хорошо защищены от повреждений и, возможно, контролироваться встроенными сенсорными системами.

В оптоволоконной связи уровни оптической мощности часто достаточно малы, чтобы избежать проблем с безопасностью глаз, особенно при использовании безопасного для глаз диапазона длин волн около 1,5 мкм.Однако иногда могут возникать опасные уровни мощности, например в приложениях кабельного телевидения, где мощный усилитель создает сигнал, достаточный для разделения сигналов на множество волокон.

Другой риск для глаз связан не с лазерным излучением, а с острыми обрезками концов волокон, как, например, при расщеплении волокон. Эти обрезки очень острые, могут попасть в глаза, например, когда они прилипают к пальцу, а также могут проникать через кожу. Их также нельзя проглатывать.По этим причинам следует аккуратно утилизировать обрывки волокна в надлежащим образом промаркированный контейнер сразу же после их появления, принять меры, чтобы сделать их хорошо видимыми в рабочей зоне, и избегать еды и питья рядом с рабочей зоной.

Специальные типы волокон

Так называемые волокна с двойной оболочкой могут иметь одномодовую сердцевину и многомодовую внутреннюю оболочку, последняя переносит свет накачки, например мощного волоконного лазера или усилителя.

Существуют различные типы оптических волокон , сохраняющих поляризацию, в большинстве своем реализованных на основе сильного двулучепреломления.Линейная поляризация света сохраняется при условии, что начальная ось поляризации совмещена с осью двулучепреломления волокна. Кроме того, существуют также однополяризационные волокна ( поляризационные волокна ), в которых одно направление поляризации испытывает большие потери.

Особым видом оптических волокон является фотонно-кристаллическое волокно ( PCF ), также называемое микроструктурным волокном или дырчатым волокном. Такие волокна обычно состоят только из одного материала (обычно кремнезема), содержащего очень маленькие воздушные отверстия с диаметром значительно меньше 1 мкм.Изготовление таких волокон возможно за счет использования преформ с отверстиями, например путем штабелирования капиллярных трубок. Изменяя расположение воздушных отверстий, можно получить волокна с очень разными свойствами, например

Волоконно-фотонно-кристаллические волокна в настоящее время вызывают большой интерес для широкого круга приложений, включая чрезвычайно нелинейные волоконно-оптические устройства, солитонные волоконные лазеры, работающие на коротких длинах волн, и мощные волоконные усилители.

Хотя большинство сердечников волокна состоят из некоторых разновидностей кремнезема (например,г. германосиликатное или алюмосиликатное стекло), также можно использовать другие стеклянные материалы. Примеры:

Недорогие многомодовые волокна могут быть изготовлены из полимеров (, пластиковые оптические волокна, , POF), которые являются дешевыми материалами, позволяют простое производство путем экструзии, а также являются прочными и гибкими даже при изготовлении с большим диаметром. В некоторых областях применения они позволяют получать значительно более дешевые решения, чем это возможно со стекловолокном. В настоящее время даже фотонно-кристаллические волокна можно изготавливать из полимеров.Некоторые полимерные волокна также могут использоваться для направления терагерцовых волн.

В некоторых случаях волокна сделаны из кристаллических материалов, таких как сапфир, но эти волокна обычно не гибкие и могут рассматриваться как тонкие стержни с использованием волноводного распространения (со структурой сердечника в центре или без нее). Их можно использовать для очень мощных волоконных лазеров и усилителей.

Повреждение волокон

Оптоволоконные устройства могут быть повреждены во время работы различными способами. В этом контексте актуальны различные аспекты:

Рисунок 6: Торцевая крышка без сердечника на стержне из фотонно-кристаллического волокна.Фотография любезно предоставлена ​​NKT Photonics.
  • Концы волокна особенно уязвимы для лазерных повреждений. Граница раздела воздух – стекло имеет более низкий порог разрушения, чем объемный материал. Например, для кварцевых световодов флюенс повреждения поверхности составляет ≈ 22 Дж / см 2 для импульсов длительностью 1 нс на длине волны 1 мкм [11]. Для импульсов с более высокой пиковой интенсивностью или плотностью энергии может потребоваться использование торцевых заглушек без сердечника (рисунок 6). Поверхности из волокна становятся еще более уязвимыми при попадании пыли.Кроме того, воздействие высокой оптической мощности на конец волокна может привести к перегреву расположенного рядом полимерного покрытия.
  • Даже при не очень высоких средних мощностях первоначальное повреждение конца волокна может иметь следствием расплавление волокна, распространяющееся по всему волокну в обратном направлении.
  • При слишком высоких пиковых мощностях может возникнуть самофокусировка, которая еще больше увеличивает интенсивность и приводит к немедленному повреждению. Для кварцевых волокон этот эффект имеет тенденцию проявляться выше пороговой мощности примерно 4 МВт, относительно независимо от площади моды.
  • В волоконных усилителях с высоким коэффициентом усиления, изготовленных из волокон, легированных редкоземельными элементами, может возникать паразитная генерация с последующим своего рода эффектом модуляции добротности, который может разрушить волокно.
  • Из-за слишком высокой рассеиваемой мощности на единицу длины волокно может перегреться. В особенности это касается акрилатных покрытий. Водяное охлаждение является эффективным средством подавления таких эффектов.

Сравнение оптических волокон с электрическими кабелями

В некоторых технических областях, таких как оптическая передача данных на большие расстояния или между компьютерными микросхемами, оптические волокна (или другие волноводы) конкурируют с электрическими кабелями.По сравнению с последними они имеют ряд ярко выраженных преимуществ:

  • Волоконно-оптические кабели намного легче электрических кабелей.
  • Пропускная способность оптического волокна для передачи данных на порядки выше, чем у любого электрического кабеля.
  • Потери передачи волокна могут быть очень низкими: значительно ниже 1 дБ / км для оптимальных длин волн, которые составляют около 1,5 мкм.
  • Большое количество каналов может быть повторно усилено в одном волоконном усилителе, если требуется для очень больших расстояний передачи.
  • Оптические соединения для передачи данных по оптоволокну сравнительно трудно перехватить и ими управлять, что обеспечивает дополнительную безопасность даже без использования методов шифрования. Для очень высокого уровня безопасности можно использовать квантовую криптографию.
  • Оптоволоконные соединения невосприимчивы к электромагнитным помехам, проблемам с контурами заземления и т.п.
  • Волокна не представляют опасности возгорания или взрыва взрывчатых веществ (если только волокно с высокой оптической мощностью не порвется).

С другой стороны, волокна также имеют свои недостатки:

  • Оптоволоконные соединения сравнительно чувствительны и трудны в обращении, особенно при использовании одномодовых волокон. Требуется точное выравнивание и высокая чистота. По этим причинам волоконно-оптические соединения часто являются конкурентоспособными только в том случае, если можно использовать широкую полосу пропускания.
  • Стекловолокно нельзя изгибать очень сильно, поскольку это может вызвать большие потери при изгибе или даже поломку. Это может быть проблемой e.г. в контексте технологий "оптоволокно до дома". Однако обратите внимание, что кварцевые волокна на удивление устойчивы к изгибу - намного больше, чем большинство других изделий из стекла.

Поставщики

Справочник покупателя RP Photonics содержит информацию о 157 поставщиках волокон. Среди них:

NKT Photonics

Наш ассортимент специализированных волокон Crystal Fiber включает в себя нелинейные волокна, оптимизированные для генерации суперконтинуума с охватом октавы, крупнейшие в мире одномодовые волокна с усилением на иттербии для мощных лазеров и усилителей, а также современные волокна с полой сердцевиной, направляющие свет в воздухе.Наши одномодовые волокна LMA также доступны в виде патч-кордов со стандартной оконечной нагрузкой в ​​нашем ассортименте продукции aeroGUIDE.

TOPTICA Photonics

Оптические волокна от TOPTICA: идеально подходят для перестраиваемых диодных лазеров TOPTICA:

- поддержание поляризации (PM)

- мощные, AR и оптоволоконные делители / сумматоры

- широкий диапазон длин волн (350 нм - 1625 нм)

- идеально подходит для FiberDock и FiberOut

- отдельные варианты оптоволокна для различных приложений

Вопросы и комментарии пользователей

Здесь вы можете оставлять вопросы и комментарии.Если они будут приняты автором, они будут отображаться над этим абзацем вместе с ответом автора. Автор принимает решение о приеме на основании определенных критериев. По сути, вопрос должен представлять достаточно широкий интерес.

Пожалуйста, не вводите здесь личные данные; в противном случае мы бы скоро удалили его. (См. Также нашу декларацию о конфиденциальности.) Если вы хотите получить личный отзыв или консультацию от автора, пожалуйста, свяжитесь с ним, например по электронной почте.

Отправляя информацию, вы даете свое согласие на возможную публикацию ваших материалов на нашем веб-сайте в соответствии с нашими правилами.(Если позже вы откажетесь от своего согласия, мы удалим эти данные.) Поскольку ваши материалы сначала рассматриваются автором, они могут быть опубликованы с некоторой задержкой.

Библиография

[1] К. К. Као и Г. А. Хокхэм, «Поверхностные световоды из диэлектрического волокна для оптических частот», Proc. Inst. Избрать. Англ. 113, 1151 (1966), DOI: 10.1049 / piee.1966.0189
[2] К. К. Као, Т. В. Дэвис, «Спектрофотометрические исследования оптических стекол со сверхнизкими потерями - I: однолучевой метод», J.Phys. E 2 (1), 1063 (1968), doi: 10.1088 / 0022-3735 / 1/11/303
[3] D. Gloge, «Слабо направляющие волокна», Appl. Опт. 10 (10), 2252 (1971), DOI: 10.1364 / AO.10.002252
[4] WA Gambling, «Рост и подъем оптических волокон», JSTQE 6 (6), 1084 (2000) ( информативный обзор развития стекловолокна)
[5] А.В. Снайдер, «Путеводный свет в тысячелетие», J. Sel. Верхний. Quantum Electron.6 (6), 1408 (2000), DOI: 10.1109 / 2944.5
[6] М. Дж. Пэджетт, «Орбитальный угловой момент через 25 лет», Опт. Express 25 (10), 11265 (2017), doi: 10.1364 / OE.25.011265
[7] Ключевые слова Timbercon для оптоволокна
[8] AW Снайдер и Дж. Д. Лав, оптический волновод Theory , Chapman and Hall, London (1983)
[9] J. Hecht, City of Light, The Story of Fiber Optics , Oxford University Press, New York (1999)
[ 10] Дж.A. Buck, Основы оптических волокон , Wiley, Hoboken, New Jersey (2004)
[11] W. Koechner, Solid-State Laser Engineering , 6-е изд., Springer, Berlin (2006) )
[12] F. Mitschke, Fiber Optics: Physics and Technology , Springer, Berlin (2010)
[13] R. Paschotta, Field Guide to Optical Fiber Technology , SPIE Press, Беллингхэм, Вашингтон (2010)
[14] R.Пашотта, учебное пособие по «Пассивной волоконной оптике»
[15] Р. Пашотта, учебное пособие по «Моделирование волоконных усилителей и лазеров»

(Предлагайте дополнительную литературу!)

См. Также: волоконная оптика, кремнеземные волокна, пластиковые оптические волокна, волокна, легированные редкоземельными элементами, волокна среднего инфракрасного диапазона, волокна с двойной оболочкой, одномодовые волокна, многомодовые волокна, волокна с градиентным коэффициентом преломления, моды, моды LP, фотонные кристаллические волокна, волокна с большой площадью моды, специальные волокна, эффективная площадь мод, преобразователи поля моды, длина волны отсечки, сужающиеся волокна, волокна с сохранением поляризации, волокна с уменьшенной дисперсией, волокна со смещенной дисперсией, волоконные решетки Брэгга, волоконно-оптические датчики , мощность по волокну, волоконные лазеры, волноводы, моды оболочки, поляризационная модовая дисперсия, числовая апертура, стыки волокон, расщепление волокон, сварка волокон, торцевые заглушки без сердечника, предохранитель волокна, The Photonics Spotlight 2006-12-03
и другие статьи категории волоконная оптика и волноводы


Если вам нравится эта страница, поделитесь ссылкой со своими друзьями и коллегами, e.г. через соцсети:

Эти кнопки общего доступа реализованы с учетом конфиденциальности!

Код для ссылок на других сайтах

Если вы хотите разместить ссылку на эту статью на каком-либо другом ресурсе (например, на своем веб-сайте, в социальных сетях, дискуссионном форуме, Википедии), вы можете получить здесь необходимый код.

HTML-ссылка на эту статью:

   
Статья о волокнах

в
Энциклопедия RP Photonics

С изображением предварительного просмотра (см. Рамку чуть выше):

   
alt = "article">

Для Википедии, например в разделе «== Внешние ссылки ==»:

  * [https://www.rp-photonics.com/fibers.html 
статья «Волокна» в энциклопедии RP Photonics]

Что такое волоконная оптика? - Определение, значение и объяснение

Центр ресурсов по специальным возможностям Перейти к основному содержанию Личное Бизнес Магазин Магазин Магазин Магазин
  • Обзор магазина Обзор магазина
  • Устройства Устройства Устройства
    • Смартфоны Смартфоны
    • Телефоны 5G Телефоны 5G
    • Телефоны с предоплатой Телефоны с предоплатой
    • Другие телефоны Другие телефоны Другие телефоны
      • Обзор других телефонов Обзор других телефонов
      • Базовые телефоны Базовые телефоны
      • Сертифицированный б / у Сертифицированный б / у
      • Разблокированные телефоны Разблокированные телефоны
    • Аксессуары Аксессуары Аксессуары
      • Обзор принадлежностей Обзор принадлежностей
      • Чехлы и защита Чехлы и защита
      • Мощность Мощность
      • Наушники и колонки Наушники и колонки
      • Носимая техника Носимая техника
      • Умный дом Умный дом
      • Работа на дому Работа на дому
      • Просмотреть все Просмотреть все
      • Сделки Сделки
    • Торгуйте в своем телефоне Торгуйте в своем телефоне
    • Принеси свое устройство Принеси свое устройство
    • Планшеты / Ноутбуки Планшеты / Ноутбуки
    • Часы Часы
    • Ракеты и точки доступа Ракеты и точки доступа
    • Рекомендуемые Рекомендуемые Рекомендуемые
      • Apple iPhone 12 Pro Max Apple iPhone 12 Pro Max
      • Samsung Galaxy Note20 5G Samsung Galaxy Note20 5G
      • Google Pixel 5 Google Pixel 5
      • 5G по всей стране 5G по всей стране
    • Apple iPhone 12 Pro Max Apple iPhone 12 Pro Max
    • Samsung Galaxy Note20 5G Samsung Galaxy Note20 5G
    • Google Pixel 5 Google Pixel 5
    • 5G по всей стране 5G по всей стране
  • Планы Планы Планы
    • Обзор планов Обзор планов
    • Безлимитный Безлимитный
    • Общие данные Общие данные
    • Предоплата Предоплата
    • Подключенные устройства Подключенные устройства
    • Те, кто служат Те, кто служат Те, кто служат
      • Те, кто обслуживает Обзор Те, кто обслуживает Обзор
      • Планы учителя Планы учителя
      • Планы медсестер Планы медсестер
      • Первые респонденты Первые респонденты
      • Военные планы Военные планы
    • Детские планы Детские планы Детские планы
      • Обзор детских планов Обзор детских планов
      • Планы Just Kids Планы Just Kids
      • Гул Гул
    • Студенческие планы Студенческие планы
    • Другие планы Другие планы Другие планы
      • Обзор других планов Обзор других планов
      • Международные услуги Международные услуги
      • Планы подключенных автомобилей Планы подключенных автомобилей
      • Скидки для сотрудников Скидки для сотрудников
    • Принеси свое устройство Принеси свое устройство
  • Главная Главная Главная
    • Обзор дома Обзор дома
    • Fios Домашний Интернет Fios Домашний Интернет
    • Домашний Интернет 5G Домашний Интернет 5G
    • LTE Домашний Интернет LTE Домашний Интернет
    • Fios TV Fios TV
    • Переезд Переезд
    • Аксессуары Аксессуары Аксессуары
      • Обзор принадлежностей

Волоконно-оптическая сеть | О Verizon

Центр ресурсов по специальным возможностям Перейти к основному содержанию

Узнайте больше о реакции Verizon на COVID-19ЛичныйБизнесО VerizonНаша компанияНаша компанияНаша компанияНаша компания
  • Обзор Обзор
  • Кто мыКто мы Кто мы есть
    • Обзор Обзор
    • Разнообразие и инклюзивность Разнообразие и инклюзивность
    • История и хронология История и хронология
    • Главный офис Главное управление
    • Информационный бюллетень Verizon Информационный бюллетень Verizon
    • Лидерство Лидерство
    • Награды Награды
  • Что мы делаемЧто мы делаем Что мы делаем
    • Обзор Обзор
    • 5 г 5G
    • 5G Labs Лаборатории 5G
    • 4G LTE 4G LTE
    • Широкополосный доступ и оптоволокно Широкополосный доступ и оптоволокно
    • СМИ и технологии СМИ и технологии
    • Интернет вещей Интернет вещей
    • Управляемая безопасность Управляемая безопасность
  • Как мы работаем Как мы работаем
    • Обзор Обзор
    • Кодекс поведения Нормы поведения
    • Управленческое управление Управление Управление
    • Открытый Интернет Открытый Интернет
    • Политики Политики
    • Пенсионеры Пенсионеры
    • Департамент государственного управления Государственное управление делами
    • Разнообразие поставщиков Разнообразие поставщиков
НовостиНовостиНовостиНовости
  • Новости отдел новостей
    • Пресс-релизы Пресс-релизы
    • Контакты для СМИ Контакты для СМИ
    • B-roll и изображения B-ролл и изображения
    • Информационный бюллетень Verizon Информационный бюллетень Verizon
    • RSS-каналы RSS-каналы
    • Verizon на выставке CES 2021 Verizon на выставке CES 2021
  • Характеристики Особенности
    • Обзор Обзор
    • Business Tech Бизнес-технологии
    • Сообщество Сообщество
    • Воспитание в цифровом мире Воспитание в цифровом мире
    • Люди люди
    • Персональные технологии Персональные технологии
    • Политика Политика
  • Внутри VerizonInside Verizon Внутри Verizon
    • Обзор Обзор
    • Добро пожаловать, команда V Добро пожаловать в команду V
    • Призыв к доброте Призыв к доброте
    • # Next20 - голоса будущего # Next20 - голоса будущего
    • Социальная справедливость Социальная справедливость
    • Подкасты Подкасты
  • Центр экстренной помощи Центр экстренной помощи Центр аварийных ресурсов
    • Обзор Обзор
    • Ответ на Covid-19 Ответ на Covid-19
    • Ресурсы для сотрудников по Covid-19 Ресурсы для сотрудников по Covid-19
ОтветственностьОтветственностьОтветственность
  • Обзор Обзор
  • Цифровое включениеЦифровое включение Цифровое включение
    • Обзор Обзор
    • Инновационное обучение Verizon Инновационное обучение Verizon
  • Защита климатаЗащита от климата Защита климата
    • Обзор Обзор
    • Устойчивое развитие Устойчивость
  • Человеческое процветание Человеческое процветание

Волоконно-оптический кабель - Волоконный кабель »Электроника

- обзор или учебное пособие по волоконно-оптическим кабелям - конструкции волоконно-оптических кабелей, принципам их работы, их применениям и характеристикам.


Оптоволоконная связь Включает:
Основы оптоволоконной связи Оптоволокно Разъемы Сращивание Оптический передатчик Оптический приемник


В последние годы оптические волокна или оптические волокна и волоконно-оптические кабели упали в цене, что сделало их экономически доступными для многих других приложений телекоммуникаций и сетей передачи данных. В результате волоконная оптика в настоящее время широко используется и составляет основу большинства телекоммуникационных сетей и многих локальных сетей передачи данных.

Несмотря на то, что для создания волоконно-оптической линии связи (волоконно-оптической линии связи) используется множество компонентов, очевидно, что волоконно-оптическая разводка является ключевым элементом.

Конструкция оптического волокна

Волоконно-оптическая технология основана на том факте, что световой луч можно направить по тонкому волокну соответствующей конструкции. Оптоволоконный кабель состоит из стеклянной или кремнеземной сердцевины. Сердцевина оптического волокна окружена аналогичным материалом, то есть стеклом или диоксидом кремния, называемым оболочкой, которая имеет показатель преломления, который немного ниже, чем у сердцевины.Обнаружено, что даже когда оболочка имеет немного более высокий показатель преломления, свет, проходящий по сердцевине, подвергается полному внутреннему отражению и, таким образом, содержится в сердцевине оптического волокна.

Снаружи облицовки находится пластиковый кожух. Это используется для защиты самого оптического волокна. В дополнение к этому, оптические волокна обычно группируются в жгуты, и они защищены общей внешней оболочкой. Это не только обеспечивает дополнительную защиту, но и удерживает вместе оптические волокна.

Типы оптического волокна

Существует множество различных типов оптоволоконных кабелей, которые можно использовать, и есть несколько способов различать типы. Есть две основные категории:

  • Ступенчатый оптоволоконный кабель
  • Волоконно-оптические кабели с градуированным индексом индекса

Кабель со ступенчатым показателем преломления относится к кабелю, в котором имеется ступенчатое изменение показателя преломления между сердечником и оболочкой. Этот тип используется чаще.Другой тип, как указано в названии, более плавно изменяется по диаметру волокна. Используя этот тип кабеля, свет преломляется к центру кабеля.

Оптические волокна или оптические волокна также можно разделить на одномодовое волокно и многомодовое волокно. В литературе часто встречаются упоминания как об одномодовом, так и многомодовом волокне.

Одномодовое волокно Этот вид оптического волокна используется практически исключительно в наши дни.Обнаружено, что если диаметр оптического волокна уменьшить до нескольких длин волн света, то свет может распространяться только по прямой линии и не будет отражаться из стороны в сторону волокна. Поскольку свет может распространяться только в одном режиме, этот тип кабеля называется одномодовым волокном. Обычно сердцевина одномодового волокна имеет диаметр от восьми до десяти микрон, что намного меньше волоса.

Одномодовое волокно не страдает многомодальной дисперсией, а это означает, что оно имеет гораздо более широкую полосу пропускания.Основное ограничение полосы пропускания - это так называемая хроматическая дисперсия, когда разные цвета, то есть длины волн распространяются с разной скоростью. Хроматическая дисперсия волоконно-оптического кабеля происходит в центре самого волокна. Обнаружено, что он отрицательный для коротких волн и изменяется, становясь положительным на более длинных волнах. В результате получается длина волны для одномодового волокна, на которой дисперсия равна нулю. Обычно это происходит на длине волны около 1310 нм, и это причина, по которой эта длина волны широко используется.

Недостатком одномодового волокна является то, что для его изготовления требуются высокие допуски, что увеличивает его стоимость. На фоне этого тот факт, что оно предлагает превосходные характеристики, особенно при длительных пробегах, означает, что для снижения затрат были предприняты значительные усилия по развитию одномодового волокна.

Многомодовое волокно Волокно этой формы имеет больший диаметр, чем одномодовое волокно, обычно около 50 микрон в диаметре, и это делает их более легкими в производстве, чем одномодовые волокна.

Многомодовое оптическое волокно имеет ряд преимуществ. Поскольку его диаметр больше, чем у одномодового волокна, он может захватывать свет от источника света и передавать его приемнику с высоким уровнем эффективности. В результате его можно использовать с недорогими светодиодами. Кроме того, больший диаметр означает, что не требуются высокоточные соединители. Однако этот вид волоконно-оптических кабелей страдает более высоким уровнем потерь, чем одномодовое волокно, и ввиду этого его использование является более дорогостоящим, чем можно было бы ожидать на первый взгляд.Он также страдает многомодовой модальной дисперсией, что сильно ограничивает используемую полосу пропускания. В результате он не получил широкого распространения с середины 1980-х годов. Одномодовый оптоволоконный кабель является предпочтительным типом.

Затухание в оптоволокне

Хотя волоконно-оптические кабели обладают гораздо лучшими характеристиками, чем те, которые могут быть достигнуты с другими видами кабелей, они, тем не менее, страдают от некоторых уровней затухания. Это вызвано несколькими эффектами:

  • Убыток, связанный с примесями В сердцевине оптического волокна всегда будет некоторое количество примесей.Это вызовет некоторое поглощение света внутри волокна. Одна из основных примесей - вода, которая остается в волокне.
  • Потери, связанные с облицовкой Когда свет отражается от границы раздела между оболочкой и сердечником, свет фактически проходит в сердечник на небольшое расстояние, прежде чем отразиться обратно. Этот процесс вызывает небольшой, но значительный уровень потерь и является одним из основных факторов общего затухания сигнала по оптоволоконному кабелю.
  • Потери, связанные с длиной волны Установлено, что уровень затухания сигнала в оптическом волокне зависит от используемой длины волны. Уровень увеличивается на определенных длинах волн из-за определенных примесей.

Несмотря на то, что затухание является проблемой, тем не менее, можно передавать данные по одномодовым волокнам на значительные расстояния. Линии со скоростью передачи данных до 50 Гбит / с способны покрывать расстояния до 100 км без необходимости усиления.

Материалы, используемые для изготовления оптических волокон

Для оптических волокон используются два основных типа материалов. Это стекло и пластик. Они обладают очень разными характеристиками, поэтому волокна, изготовленные из двух разных веществ, находят применение в самых разных областях.

Размеры оптического волокна

Один из основных способов определения волоконно-оптических кабелей - это диаметр внутренней жилы и внешней оболочки. Как и следовало ожидать, для них существуют отраслевые стандарты, и это помогает уменьшить разнообразие фитингов, необходимых для соединителей, стыков и инструментов, необходимых для установки.

Стандарт для большинства оптических волокон составляет 125 микрон (мкм) для оболочки и 245 микрон (мкм) для внешнего защитного покрытия. Многомодовые оптические волокна имеют размер сердцевины 50 или 62,5 микрон, тогда как стандарты для одномодовых волокон составляют приблизительно от 8 до 10 микрон.

При описании волоконно-оптических кабелей диаметр обычно составляет основную часть спецификации кабеля. Многомодовое волокно с диаметром сердцевины 50 микрон и диаметром оболочки 125 микрон будет называться волокном 50/125.

В дополнение к спецификации диаметра требуются и другие параметры, такие как потери и т. Д., Но эти элементы не являются частью типа кабеля так же, как диаметр.

Темы беспроводного и проводного подключения:
Основы мобильной связи 2G GSM 3G UMTS 4G LTE 5G Вай-фай IEEE 802.15.4 Беспроводные телефоны DECT NFC - связь ближнего поля Основы сетевых технологий Что такое облако Ethernet Серийные данные USB SigFox LoRa VoIP SDN NFV SD-WAN
Вернуться к беспроводному и проводному подключению

Введение в волоконную оптику - Avantes

Использование оптоволокна в качестве световода обеспечивает большую модульность и гибкость в настройке оптической измерительной системы.Оптические волокна могут быть изготовлены из многих материалов, таких как пластик, стекло и силикаты (SiO2). Для высококачественной волоконной оптики, используемой в спектроскопических приложениях, используется синтетический плавленый кварц (аморфный диоксид кремния), который может быть намеренно легирован микроэлементами для регулирования оптических свойств стекла.

Основные принципы

Основным принципом передачи света по оптическому волокну является полное внутреннее отражение. Это означает, что свет в пределах числовой апертуры волокна (NA = входной приемный конус) будет отражаться и проходить через волокно.Размер числовой апертуры зависит от материалов, используемых для сердечника и оболочки.

Можно выделить два основных типа кремнеземных волокон; одномодовые и многомодовые волокна, в зависимости от состояния распространения света, проходящего по волокну. Для большинства спектроскопических применений используются многомодовые волокна. Многомодовые волокна можно разделить на 2 подкатегории: ступенчатый индекс и градиентный индекс. Относительно большая сердцевина и высокая числовая апертура позволяют легко вводить свет в волокно, что позволяет использовать относительно недорогие методы оконечной нагрузки.Волокна со ступенчатым показателем преломления в основном используются в спектроскопии.

Многомодовые волокна с градиентным коэффициентом преломления имеют показатель преломления, постепенно снижающийся от сердцевины сквозь оболочку. Поскольку свет распространяется быстрее в материале с более низким показателем преломления, модальная дисперсия (степень распространения импульса) будет меньше.
Эти волокна с градиентным коэффициентом преломления в основном используются в телекоммуникационных приложениях, где важна дисперсия на больших расстояниях (2–15 км).

Коды продукции

Код продукта состоит из следующих атрибутов:

Тип продукции
  • FC: стандартный оптоволоконный кабель
  • FCB: раздвоенное волокно
  • FCR: оптоволоконный зонд
  • FDP: оптоволоконный зонд
Общее количество оптических волокон

Возможен почти любой номер, пожалуйста, свяжитесь с нами, чтобы обсудить возможности.

Диапазон длин волн
  • УФ: 200-800 нм
  • ИК: 350-2500 нм
  • УФИР: 200-2500 нм
Диаметр сердцевины волокна
  • 8 мкм *
  • 50 мкм **
  • 100 мкм ***
  • 200 мкм ***
  • 400 мкм ***
  • 600 мкм ***
  • 800 мкм ***
  • 1000 мкм ***

* Только для ИК-волокон
** Только для УФ- или ИК-волокон
*** Только для УФ-ИК-волокон

Общая длина

Выражается в метрах.Возможна практически любая длина, пожалуйста, свяжитесь с нами, чтобы обсудить возможности.

Покрытие
  • BX: нержавеющая сталь
  • ME: хромированная латунь
  • MS: металлический силикон
Другие опции
  • HT: высокая температура
  • HTX: экстремально высокая температура
  • PK: PEEK
  • HY: Hastelloy®

Волоконно-оптическая конструкция

Ядро

Для спектроскопических приложений обычно используются многомодовые кварцевые волокна со ступенчатым показателем преломления.Они имеют толщину сердцевины от 50 до 1000 микрон. Сердечник сделан из чистого кремнезема. Другие сердцевины волокна с гораздо более высоким поглощением сделаны из определенных типов стекла или пластика. Они не предлагаются в этой статье.

Во-первых, различают кремнезем с высоким и низким содержанием ОН. Волокна из диоксида кремния с высоким содержанием ОН (600-1000 частей на миллион) используются в диапазоне длин волн УФ / видимого света из-за низкого поглощения в УФ. Их называют волокнами UV / VIS. Для приложений Deep-UV (ниже 230 нм) могут использоваться специальные волокна, устойчивые к соляризации.

Содержание воды вызывает сильные пики поглощения в ближнем ИК-диапазоне. Чтобы получить хорошие волокна для ближнего инфракрасного диапазона, «вода» удаляется из диоксида кремния. В результате получаются волокна с низким содержанием ОН (<2 частей на миллион) с низким поглощением в ближнем инфракрасном диапазоне. Их называют волокнами VIS / NIR. Лучшее из обоих миров - это так называемые широкополосные волокна, которые можно использовать в диапазоне УФ-БИК (200-2500 нм), код продукта для этих волокон - УФИР. Avantes использует этот широкополосный тип волокна в качестве стандарта.

Облицовка

Чтобы получить световодный эффект, сердцевина покрыта материалом с более низким показателем преломления. Для волокон высочайшего качества с наименьшим поглощением это кремнезем, легированный фтором, так называемые кремнеземно-кремнеземные или полностью кремнеземные волокна с числовой апертурой (NA) 0,22.

Буферы

Без дополнительной защиты волокна легко сломаются из-за мелких царапин или других неровностей на поверхности. Поэтому добавляется следующий слой, буфер.Этот буфер также определяет, при каких обстоятельствах можно использовать волокно. Следует учитывать температурный диапазон, излучение, вакуум, химическую среду и изгиб.

Полиимидные буферы обеспечивают широкий диапазон температур (от -100 до 400 ° C) и превосходную стойкость к растворителям. Также этот материал негорючий. Недостатки - чувствительность к микроизгибам и сложность их устранения.

Для экстремальных температур (от -270 до 700 ° C) используются металлические буферы. Металлические буферы могут выдерживать постоянную высокую температуру до 500 ° C и кратковременную даже до 700 ° C.Низкое газовыделение делает их также идеальными для использования в средах сверхвысокого вакуума.

Волокнистый материал Стандартный
Диапазон температур от -190 ° C до + 400 ° C
Тип волокна Многорежимный индекс шага
Числовая апертура сердечника 0,22 ± 0,02
Буфер Полиимид
Доступные диаметры 50/100/200/400/600/800/1000 мкм
Сердечник, устойчивый к лазерным повреждениям 1,3 кВт / мм2 CW при 1060 нм, до 10 Дж, импульсный
Радиус изгиба Кратковременный радиус покрытия 100 x, длительный радиус покрытия 600 x

Передающие оптоволоконные кабели UV / VIS

Передающие оптоволоконные кабели VIS / NIR

Передающие оптоволоконные кабели UV / VIS / NIR

Устойчивые к солнечному излучению волокна для глубокого УФ-излучения

Большинство спектроскопических применений с волоконной оптикой ограничены диапазоном длин волн выше 230 нм, поскольку стандартные кремнеземные волокна с нелегированной сердцевиной и оболочкой, легированной фтором, часто повреждаются под воздействием глубокого УФ-света (ниже 230 нм).Этот эффект соляризации вызван образованием «центров окраски» с полосой поглощения 214 нм. Эти центры окраски образуются, когда примеси (например, Cl) присутствуют в материале сердцевины волокна и образуют несвязанные электронные пары на атоме Si, на которые воздействует глубокое УФ-излучение.

Не так давно были разработаны устойчивые к соляризации волокна, содержащие водород (UVI). Недостатком этих волокон является ограничение меньшего диаметра волокна и ограниченный срок службы из-за выделения газа h3 из волокна.Недавно, когда появилась модифицированная преформа сердечника, стало доступно новое волокно (UVM). Это волокно обеспечивает долговременную стабильность при пропускании 30-40% (для 215 нм).

Для этого были разработаны устойчивые к соляризации волокна, содержащие водород. Широкополосные волокна, используемые Avantes, устойчивы к соляризации. Это означает, что эти волокна обеспечивают долговременную стабильность при пропускании 30-40% (для 215 нм). Небольшая деградация передачи все еще может иметь место.

Первые пару часов этих волокон показывают значительное падение передачи (от 100% до 40%).Чтобы с самого начала иметь стабильную передачу, можно заказать опцию PRESOL. Когда PRESOL заказывается с оптоволокном или датчиком, Avantes предварительно загорал продукт в течение 10 часов, чтобы обеспечить постоянное пропускание 30-40% при 215 нм

Соляризация Нормальное волокно UV400

Соляризация UVIR200 Волокно

Соляризация 200 микрон UVIR волокно

PRESOL Предварительная поляризация волокна UVIR

Волоконно-оптическая оболочка

Для различных областей применения Avantes предлагает различные материалы оболочки.Стандартные оптоволоконные кабели и разветвленные кабели защищены внутренней трубкой из усиленного кевларом полипропилена с красной внешней оболочкой из ПВХ. Все наши стандартные датчики отражения защищены гибкой оболочкой из нержавеющей стали с блокирующим профилем (BX) или внешней оболочкой из хромированной латуни с профилем с крючками (ME) для оптимального снятия напряжения с внутренней трубкой из силикона или ПТФЭ.

Для водонепроницаемости и некоторых медицинских применений может быть использована спиральная оболочка из нержавеющей стали со стекловолокном и серым внешним покрытием из силиконовой резины.Внутри этой оболочки также используются внутренние трубки из силикона или ПТФЭ. Для тяжелых промышленных сред мы рекомендуем металлическую оболочку из нержавеющей стали (-BX). Его прочность на разрыв составляет 950 Н. Специально для небольших гибких эндоскопических зондов мы используем резиновую оболочку из ПВХ. Некоторые особенности оболочки можно найти в следующей технической информации. Свяжитесь с нами, если у вас есть особые требования.

  • Технические характеристики

  • Информация для заказа

ПВХ, армированный кевларом (стандарт) Хромированная латунь (ME) Нержавеющая сталь (BX) Нержавеющая сталь с силиконовым покрытием (MS)
Внутренняя трубка Полипропилен Кремний / ПТФЭ Кремний / ПТФЭ Кремний / ПТФЭ
Габаритные размеры 3.8 мм 5,0 мм 6.0 мм 5,8 мм
Макс. радиус изгиба 18 мм 18 мм 35 мм 18 мм
Диапазон температур от -20 ° C до + 65 ° C от -65 ° C до + 250 ° C от -65 ° C до + 250 ° C от -60 ° C до + 180 ° C
Предел прочности 150 N 350 N 950 N 70 N
Приложение Стандартный Промышленное Тяжелая промышленность Водонепроницаемый IP67
-MS Спиральный кожух из нержавеющей стали со стекловолокном и серым внешним силиконовым покрытием
-ME Гибкая внешняя оболочка из хромированной латуни с крючковатым профилем
-BX Металлический кожух из нержавеющей стали с полностью фиксирующимся профилем
Типы оболочки сверху вниз: стандарт, -MS, -ME, -BX

Свойства волоконно-оптического зонда

Все волоконно-оптические кабели и датчики Avantes могут быть изменены по запросу заказчика.Большинство материалов, которые мы используем в наших волоконно-оптических сборках, можно заменить другими, чтобы улучшить определенную химическую или термическую стойкость или улучшить характеристики вакуума или давления. Пожалуйста, свяжитесь с нашими инженерами по дизайну волокна с вашим конкретным запросом.

В следующих параграфах перечислены некоторые из наиболее важных технических параметров используемых нами материалов.

Термическое сопротивление

Термическое сопротивление волоконно-оптической сборки зависит от некоторых используемых материалов:

  • Волокно, стандартная конструкция волокна имеет полиимидный буфер, охватывающий широкий температурный диапазон от –190 до 400 ° C.Для более высоких температур рекомендуется использовать волокна с металлической оболочкой (до 500 ° C).
  • Оболочка, стандартная оболочка изготовлена ​​на основе ПВХ и имеет небольшой диапазон температур (от -20 ° C до 65 ° C), для более высоких температур рекомендуется гибкая металлическая оболочка (-BX / ME) с силиконовой внутренней трубкой (до 250 ° C). ° C) или трубки из нержавеющей стали (негибкой, до 750 ° C).
  • Концы зондов, соединители и наконечники в стандартном исполнении изготавливаются из металла и работают в широком диапазоне температур. Для специальных пластиков, таких как ПВХ, ПЭЭК и тефлон, применим ограниченный температурный диапазон.
  • Связующая эпоксидная смола, стандартная используемая эпоксидная смола представляет собой термоотверждаемую эпоксидную смолу с температурным диапазоном от –60 ° C до 175 ° C. Температура отверждения составляет стандартную 100 ° C, для высоких температур (код заказа -HT) температура отверждения составляет 200 ° C.
  • Технические характеристики

  • Информация для заказа

Диапазон температур Волокно Рукав Конец зонда Склеивание
от -20 ° C до + 65 ° C Стандартный полиимид Стандартный ПВХ Стандартный металл; ПВХ; ПЭЭК; ПТФЭ Стандартная эпоксидная смола
от -30 ° C до + 100 ° C Стандартный полиимид Металл (-ME / -BX) или силикон (-MS) Стандартный металл; ПВХ; ПЭЭК; ПТФЭ Стандартная эпоксидная смола
от -60 ° C до + 200 ° C (HT) Стандартный полиимид Металл (-ME / -BX) или силикон (-MS) Стандартный металл; ПВХ; ПЭЭК; ПТФЭ Эпоксидная смола высокотемпературного отверждения
-HT Высокотемпературное исполнение (до 200 ° C)

Химическая стойкость

Химическая стойкость волоконно-оптической сборки зависит от некоторых используемых материалов:

  • Волокно, стандартная конструкция волокна имеет полиимидный буфер, который обычно не контактирует с образцом; кварцевый сердечник обеспечивает хорошую стойкость к большинству растворителей.
  • Оболочка, стандартная оболочка изготовлена ​​на основе ПВХ и имеет относительно хорошую химическую стойкость. Оболочка из нержавеющей стали –BX и хромированной латуни –ME также обладает хорошей химической стойкостью, но не является водонепроницаемой. Силиконовая металлическая оболочка (-MS) рекомендуется для водонепроницаемой среды, биомедицинских применений и т. Д. Оболочка из ПЭЭК и ПТФЭ обладает наилучшей химической стойкостью.
  • Концы зондов, соединители и манжеты стандартно изготавливаются из нержавеющей стали (316) и не очень хорошо подходят для работы в агрессивной среде.Для большинства агрессивных сред рекомендуется использовать PEEK, PTFE или Hastelloy® C276.
  • Связующее, стандартная двухкомпонентная эпоксидная смола, отверждаемая при нагревании, устойчива к воде, неорганическим кислотам и солям, щелочам и многим агрессивным органическим растворителям и большинству нефтехимических продуктов, а также к расширенному диапазону органических и неорганических сред.

В таблице ниже приведены сводные данные о химической стойкости для большинства используемых материалов. Он составлен на основе соответствующих источников в соответствии с современным уровнем развития; не претендует на полноту.Данные представляют собой только рекомендации, ответственность за которые не распространяется.

Свяжитесь с нами, если у вас есть сомнения относительно материалов, которые будут использоваться для вашего приложения.

-ПК Материал зонда PEEK, заменяет нержавеющую сталь
-HY Материал датчика Hastelloy® C276, заменяет нержавеющую сталь

Волоконно-оптические соединители

Стандартные разъемы SMA

Мы поставляем все наши стандартные оптоволоконные кабели, жгуты и зонды с разъемами SMA-905, которые легко вписываются в наш полный ассортимент спектрометров, источников света и принадлежностей.

Разъемы SMA-905 привинчиваются и могут поворачиваться на 360 градусов.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *