Sobre fibra òptica

Definició de fibra òptica

1 、 Fibra òptica

La fibra òptica, abreujada com a fibra òptica, és un tipus de fibra feta de vidre o plàstic que es pot utilitzar com a eina per a la transmissió de llum. El principi de transmissió és 'Reflexió total de la llum '. 

2 、 Tipus de fibres òptiques

Hi ha molts tipus de fibres òptiques, i les funcions i el rendiment necessaris varien en funció del propòsit. Però per als cables de fibra òptica utilitzats en la televisió i la comunicació per cable, els principis de disseny i fabricació són bàsicament els mateixos, com ara: 

① baixa pèrdua; 

② té una certa amplada de banda i una baixa dispersió; 

③ cablejat fàcil; 

④ Fàcil d'unificar; 

⑤ Alta fiabilitat; 

⑥ La fabricació és relativament senzilla; 

⑦ assequible, etc. 

La classificació de fibres òptiques es resumeix principalment a partir de la longitud d’ona de treball, la distribució d’índexs de refracció, el mode de transmissió, les matèries primeres i els mètodes de fabricació. A continuació, es mostren diversos exemples de classificacions. 

(1) Longituds d'ona de treball: fibra UV, fibra observable, fibra d'infraroig proper, fibra d'infrarojos (0.85 pm, 1.3pm, 1.55 pm) 

(2) Distribució de l'índex de refracció: Pas (Si), Tipus de pas a prop, tipus de gradient (GI), altres (com ara triangular, tipus W, tipus còncau, etc.).

(3) Mode de transmissió: fibra de mode únic (incloent polarització mantenint fibra i no polarització de fibra), fibra multimode. 

(4) Matèries primeres: vidre de quars, vidre multi-component, plàstic, materials compostos (com ara revestiment de plàstic, nucli de fibra líquida, etc.), materials infrarojos, etc. Segons el material de recobriment, també es poden dividir en materials inorgànics (carboni, etc.), materials metàl·lics (coure, níquel, etc.) i plàstics. 

(5) Mètodes de fabricació: El modelat prèvia inclou la deposició axial de la fase de vapor (VAD), la deposició de vapor química (CVD), etc. Els mètodes de dibuix inclouen intube de varetes i mètodes dobles de gresol. 

La fibra òptica de quars és un tipus de fibra òptica que utilitza diòxid de silici (SiO2) com a matèria primera principal i controla la distribució de l’índex de refracció del nucli i del revestiment segons diferents quantitats de dopatge. Les fibres òptiques de la sèrie de quars (vidre) tenen les característiques del consum baix d’energia i la banda ampla, i ara s’utilitzen àmpliament en sistemes de comunicació i televisió per cable. En comparació amb altres fibres òptiques, la fibra de sílice també té un ampli espectre de transmissió de llum des de la llum ultraviolada fins a la llum gairebé infraroja. A més de la comunicació, també es pot utilitzar per a la llum i les seves característiques.

 

3. La llum és una ona electromagnètica

El rang de longitud d'ona de llum visible és de 390-760nm (mil·limicrons). La part superior a 760nm és de llum infraroja i la part inferior a 390nm és de llum ultraviolada. Les principals aplicacions en fibres òptiques són de 850nm ， 1310nm ， 1550nm.

 

4 、 La refracció, la reflexió i el reflex total de la llum 

A causa de les diferents velocitats de propagació de la llum en diferents substàncies, quan la llum es dirigeix d'una substància a una altra, la refracció i la reflexió es produeixen a la interfície entre les dues substàncies. A més, l'angle de la llum refractada varia amb l'angle de la llum incident. Quan l’angle de la llum incident arriba o supera un cert angle, la llum refractada desapareix i tota la llum incident es reflecteix, que s’anomena reflex total de la llum. Diferents substàncies tenen diferents angles de refracció per a la llum de la mateixa longitud d’ona (és a dir, diferents substàncies tenen índexs de refracció diferents), i la mateixa substància també té diferents angles de refracció per a la llum de diferents longituds d’ona. La comunicació de fibra òptica es forma a partir dels principis anteriors. 

 

5 、 Estructura de fibra òptica

Les fibres nues de fibra òptica es divideixen generalment en tres capes: un nucli de vidre d’índex alt de refracció central (diàmetre del nucli generalment 50 o 62,5 μm）, amb un revestiment de vidre de silici de baix índex de refracció al mig (normalment amb un diàmetre de 125 μm), el més exterior és el revestiment de resina que s’utilitza per al reforç. 

 

6 、 Apertura numèrica

L’incident de llum a la cara de l’extrem de la fibra no es pot transmetre completament per la fibra, només es pot transmetre la llum d’incident dins d’un determinat rang d’angle. Aquest angle s’anomena obertura numèrica de la fibra òptica. Una obertura numèrica més gran de fibres òptiques és beneficiosa per a l’acoblament de fibra. L’obertura numèrica de fibres òptiques produïdes per diferents fabricants varia.  

 

7 、 Fibra de mode únic i fibra multimode: 

(1) Segons el mode de transmissió de la llum en fibres òptiques, es pot dividir en fibres de mode únic i fibres multimode. 

Fibra multimode: el nucli de vidre central és més gruixut (50 o 62,5 μm.

Fibra òptica de mode únic: el nucli de vidre central és relativament prim (el diàmetre del nucli és generalment de 9μm. 

(2) Dividit per la finestra de freqüència de transmissió òptima: fibra convencional de mode únic i dispersió va canviar la fibra d'un sol mode. 

Tipus convencional: els fabricants de fibra òptica optimitzen la freqüència de transmissió de les fibres òptiques en una longitud d’ona única de llum, com ara 1300nm. 

Tipus de desplaçament de dispersió: Fabricants de fibra òptica optimitza la freqüència de transmissió de les fibres òptiques en dues longituds d’ona de llum, com ara 1300nm i 1550nm. 

(3) Segons la distribució de l'índex de refracció, es pot dividir en tipus de mutació i fibres òptiques de tipus de gradient. 

Tipus mutant: l’índex de refracció del nucli central de la fibra òptica al revestiment de vidre és brusc. Té un baix cost i una dispersió del mode interc. Apte per a una comunicació de baixa velocitat a curta distància, com el control industrial. Tot i això, a causa de la petita dispersió intermodal, les fibres d’un sol mode adopten un tipus de mutació.

Fibra de tipus de gradient: l’índex de refracció des del nucli central de la fibra fins al revestiment de vidre disminueix gradualment, permetent que la llum de mode elevat es propaga de manera sinusoïdal, reduint la dispersió del mode Inter, augmentant l’ample de banda de fibra i augmentant la distància de transmissió. Tot i això, el cost és relativament elevat. Avui en dia, les fibres multimode són majoritàriament fibres de tipus de gradient. 

 

8 、 Especificacions comunes de fibra òptica 

      Mode únic ： 9/125μm

      Multimode ： 50/125μm ， 62,5/125 μm

Xarxes industrials, mèdiques i de baixa velocitat ： 100/140μm ， 200/230μm  

Plàstics ： 98/1000μm ， S'utilitza en camps com la guia de llum de control de l'automoció i la transmissió d'imatges.