Chci vědět všechno

Optické vlákno

Pin
Send
Share
Send


Optická vlákna.

An optické vlákno (nebo optické vlákno) je skleněné nebo plastové vlákno určené k vedení světla po jeho délce omezením co nejvíce světla v propagační formě. U vláken s velkým průměrem jádra je uvěznění založeno na úplném vnitřním odrazu. V jádrových vláknech s menším průměrem (běžně používaných pro většinu komunikačních spojení delších než 200 metrů (m)) se vězení spoléhá na vytvoření vlnovodu. Vláknová optika je překrývání aplikované vědy a techniky týkající se těchto optických vláken. Optická vlákna jsou široce používána v komunikaci s optickými vlákny, což umožňuje přenos na větší vzdálenosti a při vyšších rychlostech přenosu dat než jiné formy kabelové a bezdrátové komunikace. Používají se také k vytváření senzorů a v řadě dalších aplikací.

Termín optické vlákno zahrnuje řadu různých návrhů, včetně optických vláken s odstupňovaným indexem, optických vláken s postupným indexem, vláken s dvojitou polarizací a v poslední době vláken z fotonických krystalů, s designem a vlnovou délkou světla šířícího se ve vlákně. diktování toho, zda se bude jednat o multimódové optické vlákno nebo o single-mode optické vlákno. Kvůli mechanickým vlastnostem běžnějších skleněných optických vláken jsou zapotřebí speciální metody spojování vláken a jejich připojení k jinému vybavení. Výroba optických vláken je založena na částečném roztavení chemicky dopovaného předlisku a tažení tekoucího materiálu na tažné věži. Vlákna jsou zabudována do různých druhů kabelů v závislosti na tom, jak budou použity.

Dějiny

Světelně vodivý princip optických vláken poprvé demonstrovali Daniel Collodon a Jaques Babinet ve 40. letech 20. století, kdy irský vynálezce John Tyndall nabídl veřejné displeje pomocí vodních fontán o deset let později.1 Praktické aplikace, například blízké vnitřní osvětlení během stomatologie, se objevily na počátku dvacátého století. Přenos obrazu trubkami byl ve dvacátých letech 20. století nezávisle demonstrován rozhlasovým experimentátorem Clarencem Hansellem a televizním průkopníkem Johnem Logiem Bairdem. Princip byl poprvé použit pro interní lékařské vyšetření Heinrichem Lammem v následující dekádě. V 50. letech 20. století se objevila moderní optická vlákna, kde je skleněná vlákna potažena průhledným potahem, který nabízí vhodnější index lomu. Optická vlákna se staly praktickými pro použití v komunikacích na konci 70. let, jakmile byl útlum dostatečně snížen; od té doby bylo provedeno několik technických vylepšení za účelem zlepšení útlumových a disperzních vlastností optických vláken (tj. umožnění signálům cestovat dále a přenášení více informací) a snížení nákladů na systémy optických komunikací.

V roce 1952 fyzik Narinder Singh Kapany provedl experimenty, které vedly k vynálezu optického vlákna, založené na Tyndallových dřívějších studiích. Pozdější vývoj, počátkem poloviny dvacátého století, se zaměřil na vývoj svazků vláken pro přenos obrazu, přičemž primární aplikací byl lékařský gastroskop. První vláknitý optický polopružný gastroskop byl patentován Basilem Hirschowiczem, C. Wilburem Petersem a Lawrence E. Curtissem, vědci z University of Michigan, v roce 1956. V průběhu vývoje gastroskopu Curtiss produkoval první skleněné plátno vlákna;

Aplikace

Komunikace optickými vlákny

Optické vlákno lze použít jako médium pro telekomunikace a sítě, protože je flexibilní a může být spojeno jako kabely. Je to zvláště výhodné pro dálkovou komunikaci, protože světlo se šíří vláknem s malým útlumem ve srovnání s elektrickými kabely. To umožňuje překlenutí dlouhých vzdáleností pomocí několika opakovačů. Navíc, světelné signály šířící se ve vlákně mohou být modulovány rychlostí až 40 Gigabit (Gb) / s, a každé vlákno může nést mnoho nezávislých kanálů, každý s odlišnou vlnovou délkou světla. Celkově může jediný kabel z optických vláken přenášet data rychlostí až 14444 Terabit (Tb) / s. Na krátké vzdálenosti, například při vytváření sítí v budově, vlákno šetří místo v kabelovodech, protože jediné vlákno může nést mnohem více dat než jediný elektrický kabel. Vlákno je také odolné vůči elektrickému rušení, které zabraňuje vzájemnému přenosu signálů v různých kabelech a zachycování okolního hluku. Protože jsou neelektrické, lze vláknové kabely použít v prostředí, ve kterém jsou přítomny výbušné výpary, bez nebezpečí vznícení.

Ačkoli vlákna mohou být vyrobena z průhledného plastu, skla nebo jejich kombinace, vlákna používaná v telekomunikačních aplikacích na velké vzdálenosti jsou vždy sklo, kvůli nižšímu optickému útlumu. Pro komunikaci se používají jak multimode, tak single-mode vlákna, přičemž multimode vlákno se používá většinou na krátké vzdálenosti (do 500 m), a single-mode vlákno se používá pro spojení na delší vzdálenosti. Kvůli přísnějším tolerancím požadovaným pro spojení světla do a mezi vlákny v jednom módu jsou vysílače, přijímače, zesilovače a další komponenty v jednom režimu obecně dražší než součásti s více režimy.

Vláknové optické senzory

Optická vlákna lze použít jako senzory k měření napětí, teploty, tlaku a dalších parametrů. Malá velikost a skutečnost, že na vzdáleném místě není potřeba žádná elektrická energie, dává výhodu optického senzoru konvenčnímu elektrickému senzoru v určitých aplikacích.

Optická vlákna se používají jako hydrofony pro seismické aplikace nebo aplikace SONAR. Byly vyvinuty hydrofonní systémy s více než 100 senzory na vláknový kabel. Hydrofonové senzorové systémy se používají v ropném průmyslu i v námořních silách několika zemí. Používají se jak hydrofonová pole namontovaná na dně, tak i systémy tažených návazců. Německá společnost Sennheiser vyvinula mikrofon pracující s laserem a optickými vlákny.2

Senzory optických vláken pro teplotu a tlak byly vyvinuty pro měření vrtu v ropných vrtech. Vláknový optický senzor je vhodný pro toto prostředí, protože pracuje při příliš vysokých teplotách pro polovodičové senzory (Distributed Sensing Sensing).

Další použití optického vlákna jako senzoru je optický gyroskop, který se používá v Boeingu 767, některé modely automobilů (pro navigační účely) a vodíkové mikrosenzory.

Ostatní použití optických vláken

Frisbee osvětlená vláknovou optikou

Vlákna se široce používají v osvětlovacích aplikacích. Používají se jako světlovody v lékařských a jiných aplikacích, kde je třeba na cíl svítit jasné světlo bez průhledné cesty. V některých budovách se optická vlákna používají k nasměrování slunečního světla ze střechy do jiných částí budovy (viz neobrazovací optika). Osvětlení optickým vláknem se také používá pro dekorativní aplikace, včetně nápisů, umění a umělých vánočních stromků. Butiky Swarovski používají optická vlákna k osvětlení svých křišťálových vitrín z mnoha různých úhlů, přičemž zaměstnávají pouze jeden zdroj světla. Optické vlákno je vlastní součástí betonového stavebního produktu propouštějícího světlo, LiTraCon.

Optické vlákno se také používá v zobrazovací optice. Soudržný svazek vláken se používá, někdy spolu s čočkami, pro dlouhé, tenké zobrazovací zařízení zvané endoskop, které se používá k prohlížení objektů skrz malou díru. Lékařské endoskopy se používají pro minimálně invazivní průzkumné nebo chirurgické zákroky (endoskopie). Průmyslové endoskopy (viz fibroskop nebo borescope) se používají pro inspekci všeho těžko dosažitelného, ​​například interiérů proudových motorů.

Jako získávací médium laseru nebo optického zesilovače lze použít optické vlákno dopované určitými prvky vzácných zemin, jako je erbium. Optická vlákna dopovaná rare-earth mohou být použita pro zajištění zesílení signálu spojením krátké části dopovaného vlákna do pravidelné (neotevřené) linie optického vlákna. Dopované vlákno je opticky čerpáno druhou laserovou vlnovou délkou, která je připojena k vedení kromě signální vlny. Obě vlnové délky světla jsou přenášeny dotovaným vláknem, které přenáší energii z druhé vlnové délky čerpadla na signální vlnu. Proces, který způsobuje zesílení, je stimulovaná emise.

Optická vlákna dopovaná posunovačem vlnových délek se používají při sběru scintilačního světla ve fyzikálních experimentech.

Optické vlákno může být použito pro dodávání nízké úrovně energie (kolem jednoho wattu) do elektroniky umístěné v obtížném elektrickém prostředí. Příkladem je elektronika ve vysoce výkonných anténních prvcích a měřicí zařízení používaná ve vysokonapěťových přenosových zařízeních.

Princip fungování

Optické vlákno je válcový dielektrický vlnovod, který propouští světlo podél své osy procesem úplného vnitřního odrazu. Vlákno se skládá z a jádro obklopen vrstvou pláště. Aby se omezil optický signál v jádru, musí být index lomu jádra větší než index pláště. Hranice mezi jádrem a pláštěm může být buď náhlá, u vlákna s postupným indexem, nebo postupná, u vlákna s odstupňovaným indexem.

Multimode vlákno

Šíření světla optickým vláknem s více režimy.

Vlákno s velkým průměrem jádra (nad 10 mikrometrů) lze analyzovat geometrickou optikou. Takové vlákno se nazývá multimodové vlákno z elektromagnetické analýzy (viz níže). V multimodovém vláknu s krokovým indexem jsou paprsky světla vedeny podél jádro vlákna úplným vnitřním odrazem. Paprsky, které splňují hranici opláštění jádra ve velkém úhlu (měřeno vzhledem k přímce kolmé k hranici), větší než kritický úhel pro tuto hranici, se zcela odrazí. Kritický úhel (minimum úhel pro celkový vnitřní odraz) je určen rozdílem indexu lomu mezi jádrem a materiálem pláště. Paprsky, které splňují hranici pod nízkým úhlem, jsou lomeny z jádra do pláště a nepřenášejí světlo, a tedy informace, Kritický úhel určuje úhel přijetí vlákna, často uváděný jako numerická apertura. Vysoký numerický apertura umožňuje, aby se světlo šířilo po vlákně v paprscích obou v blízkosti osa a v různých úhlech, což umožňuje účinné spojení světla do vlákna. Tento vysoký numerický otvor však zvyšuje množství rozptylu, protože paprsky v různých úhlech mají různé délky dráhy, a proto trvá určitou dobu, než vlákno projde. Proto může být žádoucí nízký numerický otvor.

U vlákna s odstupňovaným indexem index lomu v jádru neustále klesá mezi osou a pláštěm. To způsobuje, že světelné paprsky se hladce ohýbají, když se přibližují k opláštění, spíše než aby se náhle odrazily od hranice jádra-opláštění. Výsledné zakřivené dráhy snižují vícecestné rozptylování, protože paprsky s velkým úhlem procházejí spíše obvodem jádra s nižším indexem než středem s vysokým indexem. Indexový profil je zvolen tak, aby minimalizoval rozdíl v rychlostech axiálního šíření různých paprsků ve vlákně. Tento ideální index je velmi blízký parabolickému vztahu mezi indexem a vzdáleností od osy.

Singlemode vlákno

Typické optické vlákno s jedním režimem, zobrazující průměry vrstev komponent.

Vlákno s průměrem jádra menším než desetinásobkem vlnové délky šířeného světla nelze modelovat pomocí geometrické optiky. Místo toho musí být analyzována jako elektromagnetická struktura řešením Maxwellových rovnic redukovaných na rovnici elektromagnetických vln. Elektromagnetická analýza může být také vyžadována k pochopení chování, jako je skvrna, ke které dochází, když se koherentní světlo šíří v multimódovém vlákně. Jako optický vlnovod podporuje vlákno jeden nebo více omezených příčných režimů, kterými se může světlo šířit podél vlákna. Vlákno podporující pouze jeden režim se nazývá single-mode nebo mono režim vlákno. Chování multimodového vlákna s větším jádrem lze také modelovat pomocí vlnové rovnice, která ukazuje, že takové vlákno podporuje více než jeden způsob šíření (odtud název). Výsledky takového modelování multimódového vlákna přibližně souhlasí s předpovědi geometrické optiky, pokud je jádro vlákna dostatečně velké, aby podporovalo více než několik režimů.

Analýza vlnovodu ukazuje, že světelná energie ve vlákně není v jádru úplně omezena. Místo toho, zejména u vláken s jedním režimem, značná část energie ve vázaném režimu putuje v opláštění jako evanescentní vlna.

Nejběžnější typ single-mode vlákna má průměr jádra 8 až 10 μm a je navržen pro použití v blízké infračervené oblasti. Struktura režimu závisí na vlnové délce použitého světla, takže toto vlákno skutečně podporuje malé množství dalších režimů na viditelných vlnových délkách. Vlákno s více režimy je pro srovnání vyrobeno s průměrem jádra tak malým jako 50 mikronů a až stovkami mikronů.

Vlákno pro speciální účely

Některá speciální optická vlákna jsou konstruována s neválcovou vrstvou jádra a / nebo pláště, obvykle s eliptickým nebo obdélníkovým průřezem. Patří sem vlákno udržující polarizaci a vlákno určené k potlačení šíření šeptajícího galerijního režimu.

Materiály

Skelná optická vlákna jsou téměř vždy vyrobena z oxidu křemičitého, ale pro infračervené aplikace s delší vlnovou délkou se používají některé jiné materiály, jako je fluorozirkonát, fluorohlinitan a chalkogenidová skla. Stejně jako jiná skla mají tato skla index lomu asi 1,5. Rozdíl mezi jádrem a pláštěm je obvykle menší než jedno procento.

Umělohmotné optické vlákno (POF) je obvykle multimodové vlákno s indexovým indexem s průměrem jádra 1 mm nebo větším. POF má obvykle mnohem vyšší útlum než skleněné vlákno (to znamená, že amplituda signálu v něm klesá rychleji), 1 decibel (dB) / metr (m) nebo vyšší, a toto vysoké útlum omezuje rozsah systémů založených na POF.

Vláknová pojistka

Při vysokých optických intenzitách nad 2 megawatty na čtvereční centimetr (cm), když je vlákno vystaveno nárazu nebo jinak náhle poškozeno, pojistka z vláken může dojít. Odraz od poškození odpařuje vlákno těsně před přerušení a tato nová vada zůstává reflexní, takže se poškození šíří zpět směrem k vysílači rychlostí 1 až 3 metry za sekundu (mps). 3 Systém řízení otevřených vláken, který zajišťuje bezpečnost laserového oka v případě zlomeného vlákna, může také účinně zastavit šíření pojistky vlákna.4 V situacích, jako jsou podmořské kabely, kde mohou být použity vysoké úrovně výkonu bez potřeby otevřeného řízení vláken, může ochranné zařízení „vláknové pojistky“ na vysílači přerušit obvod, aby se zabránilo jakémukoli poškození.

Výrobní

Standardní optická vlákna jsou vyráběna nejprve konstrukcí velkého průměru předlisek, s pečlivě kontrolovaným profilem lomu a poté tahání předlisek pro vytvoření dlouhého, tenkého optického vlákna. Předlisek je běžně vyráběn třemi způsoby chemické depozice par: Uvnitř depozice par vnější depozice par, a parní axiální depozice.

S vnitřní depozice par, dutá skleněná trubice přibližně 40 cm dlouhá, známá jako „předlisek“, se umístí vodorovně a pomalu se otáčí na soustruhu a plyny, jako je chlorid křemičitý (SiCl)4) nebo chlorid germannatý (GeCl4) jsou injikovány kyslíkem na konec zkumavky. Plyn se potom zahřívá pomocí externího vodíkového hořáku, čímž se teplota plynu zvýší až na 1900 kelvinů, kde tetrachloridy reagují s kyslíkem za vzniku částic oxidu křemičitého nebo germania (oxid germania). Když jsou reakční podmínky zvoleny tak, aby umožňovaly této reakci v plynné fázi v celém objemu zkumavky, na rozdíl od dřívějších technik, kde k reakci došlo pouze na povrchu skla, se tato technika nazývá modifikovaná chemická depozice par.

Oxidové částice se pak shlukují za vzniku velkých řetězců částic, které se následně usazují na stěnách zkumavky jako saze. Depozice je způsobena velkým rozdílem teploty mezi jádrem plynu a stěnou, což způsobuje, že plyn vytlačuje částice ven (to je známé jako termoforéza). Hořák se pak posouvá nahoru a dolů po délce trubky, aby se materiál rovnoměrně uložil. Poté, co hořák dosáhl konce zkumavky, je poté přiveden zpět na začátek zkumavky a nanesené částice jsou poté roztaveny, aby vytvořily pevnou vrstvu. Tento proces se opakuje, dokud není uloženo dostatečné množství materiálu. Pro každou vrstvu může být složení změněno změnou složení plynu, což má za následek přesnou kontrolu optických vlastností hotového vlákna.

Při depozici vnějších par nebo axiálních depozicích par je sklo tvořeno hydrolýza plamenem, reakce, při níž se chlorid křemičitý a chlorid germannatý oxidují reakcí s vodou (H2O) v kyslíkovém vodíku. Při depozici vnější páry se sklo nanáší na pevnou tyč, která se před dalším zpracováním odstraní. Při axiální depozici par je krátká semenná tyč je použit a na jejím konci je vytvořen porézní předlisek, jehož délka není omezena velikostí zdrojové tyče. Porézní předlisek je konsolidován do průhledného pevného předlisku zahřátím na asi 1800 kelvinů.

Předlisek, jakkoli zkonstruovaný, je potom umístěn do zařízení známého jako a kreslení věž, kde se hrot předlisku zahřeje a optické vlákno se vytáhne jako struna. Měřením výsledné šířky vlákna lze regulovat napětí vlákna tak, aby byla zachována tloušťka vlákna.

Tento výrobní proces je realizován mnoha společnostmi z optických vláken, jako je Corning, OFS, Sterlite Optical Technologies, Furukawa, Sumitomo, Fujikura a Prysmian. Kromě toho existují různí výrobci komponentů z optických vláken, montážní domy a vlastní poskytovatelé optických vláken.

Kabely z optických vláken

V praktických vláknech je plášť obvykle potažen tvrdou pryskyřicí pufr vrstva, která může být dále obklopena a Bunda vrstva, obvykle plastová. Tyto vrstvy zvyšují pevnost vlákna, ale nepřispívají k jeho vlastnostem vedení optických vln. Sestavy tuhých vláken někdy mezi vlákna vkládají sklo absorbující světlo („tmavé“), aby se zabránilo vniknutí světla, které uniká z jednoho vlákna, do druhého. To snižuje zkřížené rozhovory mezi vlákny nebo snižuje vzplanutí v aplikacích zobrazování svazků vláken.

Pro vnitřní použití je plášťové vlákno obvykle uzavřeno se svazkem pružného vláknitého polymeru členy síly jako Aramid (například Twaron nebo Kevlar), v lehkém plastovém krytu, který tvoří jednoduchý kabel. Každý konec kabelu může být "zakončen" specializovaným konektorem optického vlákna, aby mohl být snadno připojen a odpojen od vysílacího a přijímacího zařízení.

Pro použití v náročnějších prostředích je vyžadována mnohem robustnější konstrukce kabelů. v konstrukce z volné trubice vlákno se spirálovitě pokládá do polotuhých trubic, což umožňuje, aby se kabel natahoval, aniž by napínal samotné vlákno. To chrání vlákno před napětím během pokládky a kvůli změnám teploty. Alternativně může být vlákno zabudováno do těžkého polymerového pláště, obvykle nazývaného konstrukce "těsného pufru". Tyto vláknové jednotky jsou obvykle spojeny s dalšími ocelovými pevnostními prvky, opět se spirálovým zákrutem, aby se umožnilo protažení.

Dalším kritickým problémem při kabeláži je ochrana vlákna před kontaminací vodou, protože jeho složka vodíkové (hydroniové) a hydroxylové ionty se mohou do vlákna difundovat, což snižuje sílu vlákna a zvyšuje optický útlum. Voda je udržována mimo kabel použitím pevných bariér, jako jsou měděné trubice, vodoodpudivá želé nebo v poslední době voda absorbující prášek, obklopující vlákno.

Nakonec může být kabel pancéřován, aby byl chráněn před nebezpečím pro životní prostředí, jako jsou stavební práce nebo hlodání zvířat. Podmořské kabely jsou ve svých blízkých pobřežních částech silněji pancéřovány, aby byly chráněny před kotvami lodí, lovnými zařízeními a dokonce i žraloky, které mohou být přitahovány k signálům elektrické energie, které jsou přenášeny do výkonových zesilovačů nebo opakovačů v kabelu.

Moderní optické kabely mohou obsahovat až tisíc vláken v jediném kabelu, takže výkon optických sítí snadno vyhovuje i dnešním požadavkům na šířku pásma na bázi point-to-point. Nevyužitá potenciální šířka pásma point-to-point se však netýká provozních zisků a odhaduje se, že ve skutečnosti nesvítí více než 1 procento optického vlákna pohřbeného v posledních letech.

Moderní kabely přicházejí v široké škále plášťů a brnění, které jsou určeny pro aplikace, jako je přímé pohřbení v zákopech, dvojí použití jako elektrické vedení, instalace do potrubí, připevnění k anténním sloupům telefonu, instalace ponorek nebo vložení do zpevněných ulic. V posledních letech se náklady na kabely s malým počtem vláknitých kabelů značně snížily kvůli vysoké japonské a jihokorejské poptávce po instalacích Fiber to the Home (FTTH).

Ukončení a sestřih

ST vlákno konektor na multimode vlákno

Optická vlákna jsou připojena k koncovému zařízení konektory optických vláken. Tyto konektory jsou obvykle standardního typu, například FC, SC, SVATÝ, LC, nebo MTRJ.

Optická vlákna mohou být navzájem spojena konektory nebo „sestřihem“, to znamená spojením dvou vláken dohromady za vzniku spojitého optického vlnovodu. Obecně přijímanou metodou spojování je spojování elektrickým obloukem, které taví konce vlákna společně s elektrickým obloukem. Pro rychlejší upevňovací práce se používá „mechanické spojení“.

Fúzní spojování se provádí pomocí speciálního nástroje, který obvykle pracuje takto: Dva konce kabelů jsou upevněny uvnitř spojovacího pouzdra, které bude chránit spoje, a konce vláken jsou zbaveny svého ochranného polymerního povlaku (stejně jako robustnějšího vnějšího pláště). , pokud je přítomen). Konce jsou „odříznuty“ (proříznuty) přesným sekáčkem, aby byly kolmé, a jsou umístěny do speciálních držáků ve splétači. Spoj se obvykle kontroluje pomocí zvětšené pozorovací obrazovky, aby se zkontrolovaly štěpení před spojením a po spoji. Spojovač používá malé motory k zarovnání čelních ploch k sobě a vydává malou jiskru mezi elektrodami v mezeře, aby spálil prach a vlhkost. Potom spojka generuje větší jiskru, která zvyšuje teplotu nad bodem tání skla a spojuje konce dohromady dohromady. Poloha a energie jiskry jsou pečlivě kontrolovány tak, aby se roztavené jádro a pláště nemíchaly, což minimalizuje optické ztráty. Odhad ztráty spoje se měří spojovacím zařízením, směrováním světla přes plášť na jedné straně a měřením úniku světla z plášťu na druhé straně. Typická je ztráta spojů pod 0,1 dB. Složitost tohoto procesu je hlavní věc, která ztěžuje spojování vláken než spojování měděných drátů.

Mechanické spoje vláken jsou navrženy tak, aby se rychleji a snadněji instalovaly, ale stále existuje potřeba stripování, pečlivého čištění a přesného štěpení. Konce vláken jsou zarovnány a drženy pohromadě přesným pouzdrem, často používajícím čirý gel (index vyrovnávací gel), který zvyšuje přenos světla přes kloub. Takové klouby mají obvykle vyšší optickou ztrátu a jsou méně robustní než fúzní spoje, zejména pokud je použit gel. Všechny sestřihovací techniky zahrnují použití krytu, do kterého je sestřih umístěn pro ochranu poté.

Vlákna jsou zakončena v konektorech, takže konec vlákna je držen na čelní straně přesně a bezpečně. Konektor z optických vláken je v podstatě tuhý válcový válec obklopený pouzdrem, které drží válec v jeho protilehlé objímce. To může být push and click, otočit a západky, nebo závitové. Typický konektor se instaluje přípravou konce vlákna a jeho vložením do zadní části těla konektoru. Rychle tuhnoucí lepidlo se obvykle používá tak, aby vlákno bylo bezpečně drženo a odlehčení tahu je zajištěno vzadu. Po zaschnutí lepidla je konec vyleštěn do zrcadla. V závislosti na typu vlákna a použití se používají různé typy polského profilu. U jednovidových vláken jsou konce vláken obvykle vyleštěny mírným zakřivením, takže když jsou spojky spojeny, vlákna se dotýkají pouze na jejich jádrech. Toto je známé jako polský „fyzický kontakt“ (PC). Zakřivená plocha může být leštěna v úhlu, aby se vytvořilo úhlové spojení fyzického kontaktu (APC). Taková připojení mají vyšší ztráty než připojení PC, ale výrazně omezují zpětný odraz, protože světlo, které se odráží od úhlového povrchu, uniká z jádra vlákna; výsledná ztráta síly signálu se nazývá ztráta mezery.

Byly popsány různé způsoby zarovnání dvou konců vláken k sobě navzájem nebo jednoho vlákna k optickému zařízení (VCSEL, LED, vlnovod atd.). Všichni sledují buď aktivní přístup k vyrovnání vláken nebo přístup k pasivnímu vyrovnání vláken.

V roce 1965 Charles K. Kao a George A. Hockham z britské společnosti Standard Telephones and Cables jako první navrhli, že útlum současných vláken byl způsoben nečistotami, které mohly být odstraněny, spíše než základními fyzickými jevy, jako je rozptyl. Spekulovali, že optické vlákno by mohlo být praktickým prostředkem pro komunikaci, pokud by útlum mohl být snížen pod 20 dB na kilometr (km) (Hecht, 1999, s. 114) .Tato úroveň útlumu byla poprvé dosažena v roce 1970 vědci Robertem D Maurer, Donald Keck, Peter Schultz a Frank Zimar, kteří pracují pro amerického výrobce skla Corning Glass Works, nyní Corning Inc. Ukázali vlákno s optickým útlumem 17 dB na km dopováním křemičitého skla titanem. O několik let později vyrobili vlákno s pouhými 4 db / km s použitím oxidu germania jako jádrového dopantu. Takové nízké útlumy vyvolaly telekomunikaci s optickými vlákny a umožnily internet.

Dne 22. dubna 1977, General Telephone and Electronics poslala první živý telefonní provoz prostřednictvím optických vláken, rychlostí 6 Mbit / s, v Long Beach v Kalifornii.

Vláknový zesilovač dopovaný erbiem, který snížil náklady na optické vláknové systémy na dlouhou vzdálenost tím, že eliminoval potřebu opticko-elektrických-optických opakovačů, vynalezl David Payne z University of Southampton a Emmanuel Desurvire v Bell Laboratories v roce 1986. The v roce 1998 získali dva průkopníci medaili Benjamina Franklina v inženýrství.

Prvním transatlantickým telefonním kabelem používajícím optické vlákno byl TAT-8, založený na optimalizované laserové zesilovací technologii Desurvire. Do provozu byl uveden v roce 1988.

TAT-8 byl vyvinut jako první transatlantické podmořské vlákno optické spojení mezi USA a Evropou. TAT-8 je dlouhý více než 3000 námořních mil a byl prvním kabelem z oceánských optických vláken. Byl navržen tak, aby zpracovával kombinaci informací. Když byla slavnostně otevřena, měla odhadovanou životnost přesahující 20 let. TAT-8 byl první z nové třídy kabelů, i když již byl použit v dálkových pozemních a krátkodomořských podmořských operacích. Jeho instalaci předcházely rozsáhlé hlubinné experimenty a pokusy provedené na počátku 80. let, aby se prokázala proveditelnost projektu.

V roce 1991 vznikající pole fotonických krystalů vedlo k vývoji vlákna fotonických krystalů, které vede světlo pomocí difrakce z periodické struktury, spíše než úplným vnitřním odrazem. První vlákna z fotonických krystalů byla komerčně dostupná v roce 1996.5 Vlákna z fotonických krystalů mohou být navržena tak, aby nesla vyšší výkon než konvenční vlákna, a jejich vlastnosti závislé na vlnové délce mohou být upraveny, aby se zlepšil jejich výkon v určitých aplikacích.

Poznámky

  1. ↑ Regis J. Bates, Příručka pro optické přepínání a vytváření sítí (New York: McGraw Hill, 2001, ISBN 007137356X).
  2. ↑ Telepolis, Der Glasfaser. Načteno 26. října 2017.
  3. ↑ Dopisy z optiky, stopa z vláknité pojistky. Načteno 26. října 2017.
  4. ↑ Koji Seo, Naoya Nishimura, Masato Shiino, Ren'ichi Yuguchi a Hirokazu Sasaki, Vyhodnocení vytrvalosti v optických vláknech. Načteno 26. října 2017.
  5. ↑ John D. Cressler, Silicon Earth: Úvod do mikroelektroniky a nanotechnologií, druhé vydání (CRC Press, 2015, ISBN 978-1498708258).

Reference

  • Bates, Regis J. Příručka pro optické přepínání a vytváření sítí. New York: McGraw Hill, 2001. ISBN 007137356X
  • Cressler, John D. Silicon Earth: Úvod do mikroelektroniky a nanotechnologií, druhé vydání. CRC Press, 2015. ISBN 978-1498708258
  • Goware, Johne. Optické komunikační systémy. 2 ed. Hempstead, Velká Británie: Prentice-Hall, 1993. ISBN 0136387276
  • Hecht, Jeffe. Město světla, příběh vláknové optiky. New York, NY: Oxford University Press, 1999. ISBN 0195108183
  • Hecht, Jeffe. Porozumění vláknové optice. 4. ed. Upper Saddle River, NJ: Prentice-Hall, 2002. ISBN 0130278289
  • Mirabito, Michael M.A., a Barbara L. Morgenstern. Nové komunikační technologie: aplikace, zásady a dopady. 5. ed. Woburn, MA: Focal Press, 2004. ISBN 0240805860
  • Ramaswami, R. a K. N. Sivarajan. Optické sítě: praktická perspektiva. San Francisco: Morgan Kaufmann Publishers, 1998. ISBN 1558604456

Pin
Send
Share
Send