Ciri gentian optik (bahagian 2)

Sifat geometri dan optik gentian optik

Sifat geometri

Ciri-ciri geometri bagigentian optikberkait rapat dengan pembinaan dan sambungan-rendah. Ciri geometri ini termasuk diameter teras, dimensi pelapisan, ketumpu gentian dan bukan-bulatan.

(1) Diameter Teras: Diameter teras adalah keperluan untuk gentian optik berbilang mod. ITU-T menentukan diameter teras gentian optik berbilang mod sebagai (50 ± 3) μm.

(2) Diameter Luar: Diameter luar gentian optik merujuk kepada diameter gentian terdedah. Tidak kira sama ada gentian mod berbilang mod atau -tunggal, ITU-T menentukan diameter luar gentian optik yang digunakan untuk komunikasi sebagai (125 + 3) μm.

(3) Kepekatan Gentian dan Kekeluaran-daripada-Kepekatan: Kepekatan ialah nisbah jarak antara pusat teras dan pusat pelapisan kepada diameter teras. Di luar-daripada-pekeliling termasuk-daripada-pekeliling teras dan pelapisan, dan boleh dinyatakan dengan formula berikut:

Dalam formula, D_maksdan D_minialah diameter maksimum dan minimum teras (pelapisan); D_coialah diameter piawai teras (pelapis).

ITU-T menyatakan bahawa: ralat ketumpuan gentian berbilang mod hendaklah kurang daripada 6%; teras bukan pekeliling-hendaklah kurang daripada 6% (termasuk mod-tunggal); pekeliling bukan pelapis-hendaklah kurang daripada 2%; dan ralat ketumpuan gentian mod-tunggal hendaklah 1μm.

Sifat optik

Sifat optik gentian optik adalah faktor penting yang menentukan prestasi penghantarannya.

(1) Taburan Indeks Biasan: Taburan indeks biasan gentian berbilang mod menentukan lebar jalur gentian dan kehilangan sambungan; taburan indeks biasan gentian mod tunggal-menentukan pemilihan panjang gelombang operasi. Formula umum untuk indeks biasan gentian optik ialah:

Dalam formula, ialah jarak dari paksi gentian; n(0) ialah indeks biasan bagi teras gentian apabila r=0; g ialah indeks taburan indeks biasan, yang mempunyai nilai yang berbeza menghasilkan taburan indeks biasan yang berbeza, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2-2; ialah jejari teras gentian (μm); dan △ ialah perbezaan indeks biasan relatif.

Indeks biasan teras: apabila r < ,n(r)=n(0)[1-2△(r/a)^g]^1/2
Indeks biasan pelapisan: apabila r Lebih besar daripada atau sama dengan ,n=n(r)=n(0)[1-2△]^1/2

(2) Bukaan berangka (NA) gentian optik berkait rapat dengan kecekapan gandingan sumber cahaya, sensitiviti kehilangan gentian kepada lenturan mikro, dan lebar jalur. Apertur berangka yang lebih besar memudahkan gandingan, mengurangkan kepekaan lenturan mikro dan menghasilkan lebar jalur yang lebih sempit. Apertur berangka teoritikal maksimum ditakrifkan seperti berikut:

Dalam formula, n ialah indeks biasan bagi teras seragam langkah-gentian indeks (indeks biasan n(0) pusat teras bagi gentian indeks-gred); ng ialah indeks biasan bagi pelapisan seragam.

(3) Diameter medan mod Diameter medan mod boleh ditakrifkan oleh fungsi pemindahan medan mod asas Ea, iaitu lebar antara dua titik 1/é pada lengkung hubungan antara fungsi pemindahan medan mod asas Ea dan jejari r ialah diameter medan mod.

Anggaran diameter medan acuan:2S.=2入/(πn√△)

Dalam gentian mod tunggal-, diameter medan mod digunakan dan bukannya diameter teras. Sebabnya ialah gentian dengan diameter teras yang sama akan mempunyai pengagihan medan mod yang berbeza di bawah pengagihan indeks biasan yang berbeza, dan prestasi penghantaran gentian bergantung pada pengagihan medan mod.

Untuk pembinaan, jika diameter medan mod tidak sepadan dalam sambungan gentian, sisihan yang besar akan meningkatkan kehilangan sambungan. ITU-T menentukan diameter medan mod sebagai (9-10) ± 1 μm.

(4) Panjang Gelombang Potongan (Keadaan Penghantaran Mod-Tunggal) Panjang gelombang potong ialah syarat untuk gentian-mod tunggal untuk menjamin penghantaran mod-tunggal. Di luar panjang gelombang ini, mod LP-tertib kedua tidak lagi merambat. Panjang gelombang cutoff berbeza daripada parameter lain kerana ia tidak tetap tetapi berubah mengikut panjang. Ini memerlukan panjang gelombang potong bagi gentian mod tunggal- lebih kecil daripada panjang gelombang operasi sistem komunikasi optik. Pada masa ini, panjang gelombang pemotongan gentian mod tunggal- ialah 1.10~1.28µm, ditentukan oleh perbezaan indeks biasan relatif Δ dan bentuk keratan-rentas.

Kesan bukan linear gentian optik

Dalam sistem komunikasi gentian optik berkelajuan tinggi-tinggi-dengan erbium-penguat gentian terdop (DWDM), gentian optik menghantar berbilang panjang gelombang dan kuasa tinggi hari ini. Kuasa optik yang tinggi ini boleh menyebabkan pelbagai kesan tak linear disebabkan oleh interaksi antara isyarat dan gentian. Jika kesan tak linear ini tidak ditindas dengan betul, ia boleh menjejaskan prestasi sistem dengan teruk dan mengehadkan jarak pengulang yang boleh dijana semula. Kelinearan atau ketaklinieran merujuk kepada sifat cahaya dalam medium penghantaran, bukan sifat cahaya itu sendiri. Walau bagaimanapun, kehadiran medan optik mengubah sifat medium. Apabila medium tertakluk kepada medan optik yang kuat, elektron dalam atom atau molekul yang membentuk medium beralih atau bergetar, menyebabkan polarisasi. Gelombang dipol muncul dalam medium terkutub, dan dipol ini memancarkan gelombang elektromagnet dengan frekuensi yang sama, yang ditindih pada medan kejadian asal, menjadi jumlah medan optik dalam medium. Ini menunjukkan bahawa perubahan dalam sifat medium, seterusnya, mempengaruhi medan optik.

Kesan bukan linear gentian optik boleh dibahagikan kepada dua kategori: serakan terstimulasi dan gangguan indeks biasan.

◇Serakan terstimulasi berlaku dalam sistem termodulat di mana isyarat optik berinteraksi dengan gelombang akustik atau getaran sistem dalam gentian optik; iaitu, medan optik memindahkan sedikit tenaga kepada medium tak linear. Penyerakan Raman yang dirangsang dan penyebaran Brillouin yang dirangsang tergolong dalam kategori ini.

Penyerakan Raman Terrangsang (SRS) disebabkan oleh modulasi (interaksi) getaran molekul dalam medium pada cahaya kejadian (dipanggil cahaya pam), mengakibatkan penyerakan cahaya kejadian. Biarkan kekerapan cahaya tuju ialah , dan kekerapan getaran molekul medium ialah ν, maka frekuensi cahaya yang terserak ialah ∞=∞∞ dan ν=∞, +∞. Fenomena ini dipanggil hamburan Raman yang dirangsang. Cahaya bertaburan dengan frekuensi ∞ dipanggil gelombang Stokes; cahaya bertaburan dengan frekuensi ν dipanggil anti-gelombang Stokes.

◇Di bawah kuasa optik yang rendah, indeks biasan gentian kaca silika kekal malar disebabkan gangguan indeks biasan. Walau bagaimanapun, apabila menggunakan penguat gentian balast untuk mendapatkan kuasa optik yang tinggi, menukar keamatan isyarat yang dihantar boleh menyebabkan perubahan dalam indeks biasan gentian. Tiga kesan tak linear yang disebabkan oleh gangguan indeks biasan ialah-pemodulatan fasa (SPM) sendiri,-pemodulatan fasa (CPM) dan empat-pencampuran gelombang.

Modulasi fasa-sendiri (SPM) merujuk kepada fenomena di mana fasa nadi optik berubah semasa penghantaran, yang membawa kepada peluasan spektrum nadi. SPM berkait rapat dengan fokus-kendiri; jika teruk, dalam sistem pemultipleksan pembahagian panjang gelombang padat (DWDM), pelebaran spektrum boleh bertindih ke saluran bersebelahan.

Sifat mekanikal dan suhu gentian optik

Sifat mekanikal gentian optik

Sifat mekanikal gentian optik adalah penting. Gentian optik kuarza yang digunakan dalam komunikasi ialah filamen kaca nipis dengan diameter luar lebih kurang 125 μm. Kaca ialah bahan yang sangat keras, tidak-mulur dan rapuh. Had kekuatannya ditentukan oleh daya ikatan ikatan Si-O dalam strukturnya. Secara teorinya, tegasan yang diperlukan untuk memecahkan ikatan atom Si-O dianggarkan pada 19600–24500 N/mm², oleh itu, gentian optik dengan diameter luar lebih kurang 125 μm boleh menahan kekuatan tegangan 294 N. Walau bagaimanapun, keretakan pasti wujud pada permukaan atau dalam gentian optik sebenar. Apabila gentian tertakluk kepada daya luaran, retakan mikro-yang sangat kecil pun boleh mengembang dan merambat, menyebabkan kerosakan besar, yang mengurangkan kekuatan patah gentian (kira-kira 1/4 daripada nilai teori). Oleh itu, daripada pembangunan hingga aplikasi gentian optik berskala besar-, usaha, sumber dan pembiayaan yang besar telah dilaburkan untuk mengatasi cabaran ini. Pada masa ini, jabatan penyelidikan, pembuatan, pengkabelan dan pembinaan sedang menyiasat lebih lanjut cara meningkatkan kekuatan tegangan dan hayat perkhidmatan gentian optik.

Kekuatan tegangan gentian optik yang boleh didapati secara komersial mestilah tidak kurang daripada 2.35 N daya tegangan. Pada masa ini, kekuatan tegangan gentian optik yang tersedia secara komersial telah mencapai 0.5% ketegangan, atau 432 g daya tegangan. Gentian optik yang digunakan secara domestik untuk projek kejuruteraan umumnya mempunyai kekuatan tegangan lebih daripada 400 g daya tegangan. Gentian optik asing yang lebih berkualiti mempunyai kekuatan tegangan melebihi 700 g daya tegangan, dan gentian yang digunakan untuk kabel dasar selam memerlukan kekuatan yang lebih tinggi. Keperluan untuk kekuatan tegangan gentian optik ini dicapai melalui kaedah saringan semasa proses pembuatan gentian.

Jangka hayat gentian optik biasanya dirujuk sebagai hayat perkhidmatannya. Dari perspektif prestasi mekanikal, hayat perkhidmatan merujuk kepada jangka hayat patahnya. Dalam pembuatan dan kejuruteraan gentian optik dan kabel, hayat perkhidmatan selama 20 tahun secara amnya direka bentuk. Walau bagaimanapun, hayat perkhidmatan sebenar gentian optik tidak sepenuhnya konsisten disebabkan oleh pengaruh persekitaran operasi (seperti suhu, kelembapan, dan kelesuan statik dan dinamik). Anggaran semasa mencadangkan gentian optik yang direka untuk jangka hayat 20 tahun sebenarnya boleh bertahan 30 hingga 40 tahun.

Ciri-ciri suhu gentian optik

Ciri-ciri suhu gentian optik merujuk kepada kesan suhu tinggi dan rendah terhadap kehilangan gentian, secara amnya mengakibatkan peningkatan kehilangan. Kehilangan gentian meningkat di bawah kedua-dua keadaan suhu tinggi dan rendah kerana bahan yang digunakan dalam salutan gentian dan pelapisan adalah resin dan plastik organik, yang mempunyai pekali penguncupan dan pengembangan yang jauh lebih besar daripada kuarza. Oleh itu, pada suhu rendah, gentian mengalami daya mampatan paksi, menyebabkan mikro-lentur, manakala pada suhu tinggi, ia mengalami daya pemanjangan paksi, menjana tegasan dan membawa kepada peningkatan kehilangan. Ciri-ciri suhu gentian optik menunjukkan bahawa apabila suhu menurun, kehilangan gentian juga meningkat. Apabila suhu menurun kepada sekitar -55 darjah , kehilangan meningkat secara mendadak, menjadikan sistem tidak boleh digunakan. Pada masa ini, ciri suhu rendah-gentian optik telah mencapai tahap yang baik; secara amnya, pada -20 darjah , peningkatan kerugian adalah kurang daripada 0.1dB/km, dan untuk gentian berkualiti tinggi, ia kurang daripada 0.05dB/km.

Prestasi suhu rendah-gentian optik adalah penting. Untuk kabel dan talian optik overhed di kawasan utara, prestasi suhu-rendah yang rendah akan menjejaskan kualiti komunikasi dengan teruk. Oleh itu, semasa pembuatan gentian optik, adalah penting untuk memilih bahan salutan dan pelapisan yang sesuai dan menambah baik proses. Dalam reka bentuk kejuruteraan, adalah penting untuk memilih gentian optik dengan ciri-ciri cemerlang.