Оптические волокна. Типы
В волокнах градиентного типа преломление в сердцевине постоянно уменьшается между оболочкой и осью. Это приводит к тому, что световые лучи, когда они приближаются к оболочке, гладко сгибаются, а не отражаются резко от границы ядра и оболочки. Результирующие изогнутые контуры уменьшают многолучевую дисперсию, так как лучи высокого угла проходят через более низкий индекс периферии ядра, а не при высоком индексе центра. Профиль индекса выбирается так, чтобы свести к минимуму разницу в осевых скоростях распространения различных лучей в волокне. Этот идеальный профильный индекс очень близок к параболической зависимости между индексом и расстоянием от оси.
Волокно одномодовое
Структура типичного одномодового волокна.
- Ядро: диаметр 8 мкм
- Покрытие: 125 мкм.
- Буфер: 250 мкм.
- Обертка: 400 мкм.
Волокно с диаметром сердцевины, примерно в десять раз большей волны распространяющегося света, не может моделироваться с помощью геометрической оптики. Вместо этого важно его проанализировать, как электромагнитную структуру, путем решения уравнений Максвелла. Это сводится к уравнению электромагнитной волны. Также может потребоваться для понимания поведения электромагнитный анализ. В качестве оптического волновода волокно поддерживает ограниченное пространство при наличии поперечного мода, с помощью которого свет может распространяться вдоль волокна. Волокно, которое поддерживает только один режим, называется одномодовым или моно-режимным волокном. Поведение большего сердечника многомодового волокна также может быть смоделировано с использованием волнового уравнения, которое показывает, что такое волокно поддерживает более одного режима распространения (отсюда и название). Результаты такого моделирования многомодового волокна согласуются с предсказаниями геометрической оптики, если сердцевина волокна достаточно велика, чтобы поддерживать несколько режимов.
Анализ показывает, что волновод энергии света в волокне не полностью заключен в ядре. Вместо этого, особенно в одномодовых волокнах, значительная часть энергии в связанном режиме проходит в оболочке, как затухающая волна.
Наиболее распространенный тип одномодового волокна имеет диаметр сердцевины 8 – 10 мкм и предназначен для использования в ближней области спектра инфракрасного типа. Структура режима зависит от определенной длины волн применяемого света, таким образом, чтобы это волокно фактически поддерживало небольшое количество дополнительных режимов в видимом диапазоне. Многомодовое волокно, путем сравнения, изготавливается с диаметром сердцевины размером до 50 мкм и размером в сотни микрометров. Нормированная частота для этого слоя должна быть меньше первого нуля функции Бесселя (приблизительно 2.405).
Волокна специального предназначения
Специальные волокна создаются нецилиндрическим сердечником или слоем оболочки, как правило, с поперечным сечением в виде прямоугольника или эллипса. К ним относятся поляризационное сохраняющее волокно и волокно, предназначенное для подавления режима распространения. Поляризационное сохраняющее волокно – это уникальный тип, используемый в датчиках. Оно может поддерживать световую поляризацию того света, который в него вставлен.
Микроструктурированное волокно выпускается с обычным рисунком вариации индекса (обычно в виде отверстий цилиндрического типа, проходящие по всему волокну). В таком волокне применяются эффекты дифракции, заменяющие или дополняющие полное внутреннее отражение для ограничения света в сердцевине волокна. Свойства волокон легко адаптируются к определенной сфере применения.