Što je posebno optička vlakna?
Jun 28, 2025
1. Što jePosebno optičko vlakno(Detaljno)
Posebna optička vlakna razlikuju se od standardnih telekomunikacijskih vlakana u strukturi jezgre/obloga, materijala, dizajna valovoda i doping profila. Ta vlakna sudizajniran za određene fizičke pojave, poput održavanja polarizacije, nelinearnih učinaka ili otpornosti na okoliš.
Standardna vlakna: SMF-28, Multimode, uglavnom se koristi za telekom.
Posebna vlakna: Prilagođen isporuci napajanja, osjetljivosti, laserskom stvaranju ili kvantnom prijenosu.
2. Vrste posebnih optičkih vlakana(Proširena tablica)
| Tip | Ključne značajke | Koristi slučajevi |
|---|---|---|
| PM (održavanje polarizacije) | Asimetrični stresni štapovi za očuvanje polarizacije | Interferometri, žiroskopi, QKD |
| Fotonička kristalna vlakna (PCF) | Rešetka zračne rupe u oblozi; Beskrajno jednosmjerni | Izvori superkontinuuma, nelinearna optika |
| Hollow-jezg | Svjetlost se širi kroz zrak (niska kašnjenja) | Ultra brze podatke, UV svjetlosni transport |
| Dvostruko obučeno vlakno | Unutarnja jezgra za signal, vanjska obloga za svjetlo pumpe | Laseri visokih vlakana |
| Er/yb/tm dopirana vlakna | Doping rijetkosti za dobitak/lasing na 980/1064/1550+ nm | Pojačala, laseri |
| Višeslojna vlakna (MCF) | Nekoliko neovisnih jezgara | SDM (multipleksiranje svemirske podjele), paralelno računanje |
| Vlakno | Dopirani ili zaštićeni da se odupire ionizirajućem zračenju | Prostor, nuklearni reaktori |
| Područje velikog načina (LMA) | Promjer jezgre veći ili jednak 20 µm; niska nelinearnost | Dostava napajanja, pulsirani laseri |
| Vlakna neosjetljivog zavoja (BIF) | Indeks indeksa uz pomoć rova ili loma | FTTH, tijesni prostori |
| Plastično optičko vlakno (POF) | PMMA jezgra, fleksibilna, jeftina | Industrijski senzori, mreže automobila |
| Visokotemperaturno vlakno | Poliimidno premazivanje ili safirno vlakno | Naftni bunari, mlazni motori |
| Vlaknasti ili spljoštena vlakna | Optimizirana disperzija za dugotrajne ili širokopojasne mreže | DWDM, 5G Backhaul |
3. Karakteristike posebnih optičkih vlakana (ključne metrike)
| Parametar | Opis | Tipična vrijednost |
|---|---|---|
| Promjer jezgre | Može se prilagoditi: od 1 µm do 100 µm+ | npr. 8 µm (PMF), 25 µm (LMA) |
| Na (numerički otvor) | Kontrolira polje načina rada, kut prihvaćanja | 0.08 – 0.45 |
| Operativna temp | Izdržati 250 stupnjeva - 1000 stupnjeva (s poliimidom/safirom) | Do 700 stupnjeva |
| Tolerancija zračenja | Izraženo u KGY ili MRAD | Do 10⁶ gy |
| Polumjer savijanja | Minimum bez gubitka signala | Manje ili jednako 10 mm (BIF) |
| Omjer izumiranja polarizacije (PMF) | Stupanj očuvanja polarizacije | >25 dB |
4.Svrha posebnih optičkih vlakana(Kategorije vođene uporabom)
| Svrha | Vlaknasta | Provedba |
|---|---|---|
| Precizna kontrola polarizacije | PMF | Kvantna šifriranje, vlaknasti optički žiroskopi |
| Pojačanje snage i laseri | Dvostruko obložena, er/yb-dopiran | Industrijski laserski rezači, Lidar |
| Tolerancija na okoliš | Vlaknastim vlaknima | Naftni/plinski bunari, sateliti |
| Spektralni inženjering | PCF, raspršivanje | Supercontinuum, širokopojasno senzor |
| Ušteda prostora | Višeslojno vlakno | Podatkovni centri, računalstvo s visokim propusnošću |
| Brza dostava svjetla | Šuplji | Kvantna, mikrovalna fotonika |
5. Rješenja pomoću posebnih optičkih vlakana(Po industriji)
| Industrija | Vlaknasta | Inženjerstvo |
|---|---|---|
| Zrakoplovstvo | Zračenje iscrpljen, PMF | Optički međusobno povezani sateliti, inercijalna navigacija |
| Obrana | PMF, LMA, robusna vlakna | Oružje vođeno vlaknima, senzori velike snage |
| Nafta i plin | Vlakna visokog tempa, DTS vlakno | Nadgledanje rupa na 200+ stupnju |
| Telekomunikacija | MCF, BIF, DSF | 5G okosnica, skaliranje kapaciteta omogućeno SDM |
| Laserska obrada | Lma, dvostruko obložena, yb-dopirana | Mikromatiranje, graviranje od čelika |
| Medicinski | PCF, fleksibilni POF | Operacija osigurana vlaknima, laserska ablacija |
| Kvantni | PMF, šuplji jezgro | Raspodjela kvantne ključeve s niskom bukom |
6. Primjene posebnih optičkih vlakana(Tehnički primjeri)
Generacija superkontinuuma
– Korištenje PCF -a ili visoko nelinearnih vlakana (HNLF) pumpanih femtosekundnim laserima.
→ Za spektroskopiju, OCT (optička koherencijska tomografija)
Laseri vlakana za proizvodnju
– Dvostruka vlakna s dopiranim YB-om u kilovat-razredu lasera
→ Lasersko zavarivanje, rezanje metala
Vlaknasti optički žiroskopi (FOG)
– Senzor zatvorene petlje s PMF zavojnicom
→ Navigacija za zrakoplove i podmornice
Rasprostranjeno osjet temperature (DTS)
– Raman/Brillouin senzori u optičkim vlaknima s visokim tempom
→ Otkrivanje propuštanja cjevovoda
Data Center Multipleksiranje prostora (SDM)
– Korištenje 7-jezgrenih ili 19-jeznih MCF-a s uređajima za ventilator/ventilator
→ Ultra guste optičke veze
Kvantna komunikacija
– PMF ili šuplja vlakna osiguravaju nisku dekoherenciju
→ Distribucija zapetljanja i QKD
Lidar sustavi
– Vlakna u velikom načinu rada u pulsiranim izvorima
→ Autonomna vozila, atmosferski nadzor
Nadgledanje zračenja u nuklearnim reaktorima
– Rad-Hard optička vlakna s optičkom dozimetrijom u stvarnom vremenu
→ Dijagnostika jezgre reaktora
7. Načela dizajna posebnih optičkih vlakana
Dizajn posebnih optičkih vlakana uključuje manipuliranje:
| Parametar | Uloga | Pristup dizajnu |
|---|---|---|
| Indeks jezgre/obloge | Kontrolira lagano ograničenje | Očuh-indeks, stupanj indeksa, potpomognut rovovima |
| Geometrija | Određuje modalno ponašanje i otpornost na savijanje | Kružni, D-oblik, pravokutni, multicore |
| Materijalni sustav | Utječe na trajnost, spektralni raspon i gubitak | Silicijev dioksid, fluoridno staklo, halkogenid, plastika |
| Doping profil | Dodaje dobitak, nelinearnost ili otpornost na zračenje | Ioni rijetke zemlje (er³⁺, yb³⁺), ge/f/p doping |
| Premaz | Zaštitite vlakna u teškim okruženjima | Akrilat, poliimid, metal, hermetički ugljik |
Primjer:
Neosjetljivo vlaknokoristi rov u oblozi za stvaranje aDepresija indeksa loma, učinkovitije vođenje svjetla u tijesnim prostorima.
8. Proizvodni procesi
Posebna proizvodnja vlakana slijedi temeljne kemijske tehnike taloženja pare, ali dodaje složenost:
| Tehnika | Opis | Iskoristiti |
|---|---|---|
| MCVD (modificirano taloženje kemijske pare) | Naloži staklene slojeve unutar silikatne cijevi | Standard za PMF, dopirano vlakno |
| OVD (vanjsko taloženje pare) | Tvori čašu izvana, a zatim sintera | Masovna proizvodnja, niska vlakna OH |
| PCVD (CVD aktiviran u plazmi) | Nudi visoku doping kontrolu | Er-dopirani, dobivaju vlakno |
| Gomila | Za fotonska kristalna/šuplja vlakna | Nizovi zračnih rupa i specijalne strukture |
| Slaganje | Ručni raspored šipki/cijevi | Višeslojni, oblikovana vlakna |
Kvalitetna razmatranja:
Kontrola promjera polja (MFD)
Koncentričnost premaza
Gubitak zbog kolapsa za rupu zraka (u PCF)
Usklađivanje stresa (za PMF)
9. Izazovi u implementaciji i integraciji
Izazovi na razini sustava:
| Izazov | Uzrok | Rješenja |
|---|---|---|
| Podudaranje načina rada | Neusklađenost između posebnih vlakana i SMF -a | Konusno spajanje, adapteri za vlaknasti način |
| Gubitak spajanja | Jezgra neusklađenosti, neusklađenost geometrije | Fusion Spajanje s prethodno usklađivanjem, poklopcem |
| Priključak | Teško u LMA, PCF | Prilagođene ferule, poliranje kuta |
| Starenje okoliša | Degradacija premaza pri visokoj t ili zračenje | Poliimid, hermetički ugljični premazi |
| Polarizacijski odljev | Mehanički stres ili temperatura | Aktivni kontroleri polarizacije ili dizajn usmjeravanja PMF -a |
10. Trendovi i tehnologije u nastajanju
1. Šuplje jezgre negativna zakrivljenost vlakana
Niže raspršivanje i kašnjenje od silicijevog dioksida
Upotrijebljen uKoherentna mikrovalna fotonikaiTHz prijenos
2. Multicore + valna duljina + sdm
Kombinirajte MCF s DWDM i SDM za ultra guste optičke mreže
Ključ zapodatkovni centriiSljedeće genske internetske backbones
3. Nelinearna specijalna vlakna
Visoko nelinearna vlakna (HNLF), ZBLAN staklena vlakna za Mid-IR
Koristi se zafrekvencijski češljevi, optička parametrijska pojačala, iIR spektroskopija
4. Fotoničke lampione
Sučelje između multimodnih vlakana i MCF/SMF polja
Omogućavanjeastrofotonikaimultipleksiranje načina rada
11. Primjeri tehničke performanse
| Vlaknasta | Prigušenje | MFD | Maksimalna temp | Prijava |
|---|---|---|---|---|
| PM1550 | ~ 0,3 dB/km | 10.4 µm | ~ 85 stupnjeva | Interferometrija, QKD |
| Šuplje jezgre | < 0.2 dB/m | 25 µm | ~ 60 stupnjeva | Mreže s niskim kašnjenjem |
| Dvostruko obložena vlakna Yb | ~ 0,05 dB/m | 6–20 µm | ~ 70 stupnjeva | Vlaknasti laseri (500W–5kW) |
| Safirno vlakno | ~ 1 dB/m (vidljivo) | 20–100 µm | >1000 stupnjeva | Senzor s visokim tempom |
| Fluorid zblen vlakno | ~ 0,1–0,3 dB/m | 8–10 µm | ~ 250 stupnjeva | MID-IR prijenos (3–5 µm) |
12. Posebni moduli i komponente vlakana
Često ćete pronaći posebna optička vlakna integrirana u napredne module:
| Komponenta | Opis | Korištena vrsta vlakana |
|---|---|---|
| Pojačalo vlakna (EDFA, YDFA) | Pojačanje optičkog signala | Er/yb/tm dopirana vlakna |
| Modul za lasersko vlakno | CW ili pulsirani izlaz | Dvostruka vlakna LMA |
| Magla zavojnica | Precizno senzor | PMF rana u spiralu |
| DTS senzor kabel | Senzor na daljinu | Visoka tempna oklopna vlakna |
| Pretvaranje načina rada / ventilator ventilatora | Povezuje MCF na SMF nizove | Višeslojno vlakno |
| Izvor superkontinuuma | Generacija širokog spektra | Nelinearni PCF |
| Kombinator pumpe | Kombinira svjetlosno svjetlo pumpe | Sustavi s dvostrukim vlaknima |
