Dalam komunikasi optik, pandu gelombang optik yang diperlukan untuk penghantaran isyarat optik jarak jauh- ialah pandu gelombang dielektrik silinder yang dipanggil gentian optik (atau ringkasnyagentian optik). Gentian optik ialah pandu gelombang dielektrik yang beroperasi pada frekuensi optik, membimbing tenaga cahaya untuk merambat sepanjang arah selari dengan paksinya.
Struktur dan klasifikasi gentian optik
△Prinsip panduan gentian optik
Struktur gentian optik:
Gentian optik (OF) ialah gentian dielektrik lutsinar yang digunakan untuk memandu cahaya. Gentian optik praktikal terdiri daripada pelbagai lapisan dielektrik telus. Struktur tipikal gentian optik, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2-1, boleh dibahagikan kepada tiga lapisan: teras dengan indeks biasan yang lebih tinggi, pelapisan dengan indeks biasan yang lebih rendah, dan salutan luar. Struktur teras dan pelapisan memenuhi keperluan untuk bimbingan cahaya, mengawal perambatan gelombang cahaya di sepanjang teras; salutan terutamanya berfungsi sebagai fungsi perlindungan (kerana ia tidak memandu cahaya, ia boleh dicelup dalam pelbagai warna).
(Rajah 2-1 Struktur gentian optik biasa)
(1) Teras Gentian Teras gentian terletak di tengah gentian optik (diameter 5~80µm). Komposisinya ialah silikon dioksida ketulenan tinggi-, dengan jumlah surih dopan seperti germanium dioksida dan fosforus pentoksida ditambah. Tujuan menambah jumlah kecil dopan ini adalah untuk meningkatkan indeks biasan (n) teras gentian dengan sewajarnya. Untuk gentian optik komunikasi, diameter teras ialah 5~10µm (gentian mod-tunggal) atau 50~80µm (gentian pelbagai mod).
(2) Pelapisan: Pelapisan terletak di sekeliling teras gentian (diameternya kira-kira 125 μm), dan komposisinya juga adalah-silikon dioksida ketulenan tinggi yang mengandungi jumlah dopan yang sangat kecil. Peranan dopan (seperti boron trioksida) adalah untuk mengurangkan indeks biasan optik (n2) pelapisan dengan sewajarnya, menjadikannya lebih rendah sedikit daripada indeks biasan teras gentian. Untuk memenuhi keperluan panduan cahaya yang berbeza, pelapisan boleh dibuat sebagai satu lapisan atau berbilang lapisan.
(3) Lapisan paling luar gentian optik bersalut ialah salutan yang terdiri daripada akrilat, getah silikon, dan nilon, yang meningkatkan kekuatan mekanikal dan fleksibiliti gentian optik. Salutan biasanya dibahagikan kepada salutan primer dan salutan sekunder. Salutan sekunder ialah lapisan tambahan bahan termoplastik yang digunakan di atas salutan primer, oleh itu ia juga dipanggil pelapisan. Diameter luar gentian optik bersalut biasanya kira-kira 1.5 cm.
Ketebalan teras gentian, pengagihan indeks biasan bahan teras, dan indeks biasan bahan pelapisan memainkan peranan yang menentukan dalam ciri penghantaran gentian optik. Bahan pelapisan biasanya merupakan bahan homogen dengan indeks biasan yang tetap. Jika terdapat berbilang lapisan pelapisan, indeks biasan bagi setiap lapisan pelapisan adalah berbeza. Indeks biasan teras gentian boleh seragam atau ia boleh berbeza-beza di sepanjang jejari teras r. Oleh itu, fungsi taburan indeks biasan n(r) sepanjang jejari biasanya digunakan untuk mencirikan perubahan dalam indeks biasan teras.
Klasifikasi gentian optik:
Berikut ialah terjemahan bahasa Inggeris bagi teks daripada imej:
"Pada masa ini, terdapat banyak jenis gentian optik, tetapi kaedah pengelasan mereka secara amnya dibahagikan kepada 4 kategori: pengelasan mengikut pengedaran indeks biasan gentian, pengelasan mengikut mod penghantaran, klasifikasi mengikut panjang gelombang kerja, dan klasifikasi mengikut bahan jaket dan pelapis. Di samping itu, mengikut komposisi komponen gentian optik, sebagai tambahan kepada gentian optik silika yang paling biasa digunakan, terdapat juga gentian optik plastik dan fluorida plastik.
(1) Klasifikasi mengikut taburan indeks biasan gentian: boleh dibahagikan kepada Fiber Indeks Langkah (SIF) dan Gentian Indeks Bergred (GIF).
1. Gentian optik indeks langkah: merujuk kepada teras gentian dan kawasan pelapisan di mana taburan indeks biasan adalah seragam, nilainya adalah pemalar dan taburan indeks biasan menunjukkan langkah-seperti struktur berlapis. Variasi indeks biasan adalah seperti langkah-. Taburan indeks biasan gentian optik indeks langkah ditunjukkan dalam Rajah 2-2.
Ungkapan taburan indeks biasannya ialah:
n(r) = {n₁(r Kurang daripada atau sama dengan a₁)
{n₂ (a₁< r Kurang daripada atau sama dengan a₂)
Gentian optik indeks langkah ialah bentuk struktur awal gentian optik. Kemudian, dalam gentian optik berbilang mod, ia secara beransur-ansur digantikan dengan gentian optik indeks gred (kerana gentian optik indeks gred boleh mengurangkan penyebaran warna mod yang dimiliki gentian optik multimod). Walau bagaimanapun, ia masih agak biasa untuk menggunakannya untuk menghantar cahaya berdenyut dalam gentian optik. Pada masa ini, apabila gentian optik mod tunggal{3}}secara beransur-ansur menggantikan gentian optik berbilang mod sebagai produk utama gentian optik komersial, struktur gentian optik indeks langkah telah menjadi satu-satunya bentuk struktur gentian optik mod tunggal - ia mesti seperti langkah-.
2. Gentian optik indeks gred: merujuk kepada gentian optik yang taburan indeks biasannya berbeza-beza mengikut jejari r. Apabila jarak dari pusat bertambah dan beransur-ansur berkurangan, jejari secara beransur-ansur menjadi lebih kecil. Peraturan variasinya secara amnya mematuhi peraturan eksponen kuasa. Apabila mencapai teras gentian dan antara muka pelapisan, ia dipotong kepada nilai yang sepadan dengan pelapisan; di kawasan pelapisan, taburan indeks biasannya adalah seragam, iaitu, n₂. Taburan indeks biasan gentian optik indeks tergred ditunjukkan dalam Rajah 2-3."
Taburan indeks biasannya dinyatakan seperti berikut:
"Dalam persamaan, g ialah nombor taburan indeks biasan; ia mewakili nilai yang berbeza pada taburan indeks biasan yang berbeza; n₁ ialah indeks biasan di tengah teras gentian; n₂ ialah indeks biasan pelapisan; a₁ ialah jejari teras; Δ ialah perbezaan indeks biasan relatif, {{0}²} ({{}₁}², {{0}²} n₂²)/2n₁²=(n₁ - n₂)/n₁.
Sebab utama bagi pengurangan serakan antara mod gentian optik indeks gred ialah ia mengurangkan serakan modal, memanjangkan jarak penghantaran dan meningkatkan kapasiti penghantaran.
(2) Pengelasan mengikut mod penghantaran:Boleh dibahagikan kepada Multi-Fiber Mod (MMF) dan Single Mode Fiber (SMF). Seperti namanya, gentian optik berbilang mod boleh menghantar berbilang mod, manakala gentian optik-mod tunggal hanya boleh menghantar mod asas dan mod medan elektrik. Umumnya dipercayai bahawa penyelesaian penghantaran generasi baharu harus dikuasai oleh gentian optik-mod tunggal kerana ia boleh menghantar lebih jauh daripada gentian optik pelbagai mod. Apabila kehilangan dan penyebaran medium penghantaran adalah sama, kapasiti pembawaan maklumat selepas modulasi-tunggal adalah lebih tinggi daripada modulasi mod berbilang mod.
Di bawah keadaan panjang gelombang kerja tertentu, terdapat banyak mod penghantaran dalam gentian optik, dan mod gentian ini ialah gentian optik berbilang mod. Indeks biasan modal gentian optik berbilang mod adalah lebih kurang sama dengan indeks biasan teras gentian, dan bilangan mod adalah lebih kurang berkadar dengan kuasa dua V (frekuensi ternormal). Oleh itu, ia juga dipanggil gentian optik berbilang mod berperingkat. Kemudian, ia secara beransur-ansur menjadi gentian optik indeks gred.
Di bawah keadaan panjang gelombang kerja tertentu, jika terdapat hanya satu mod penghantaran dalam gentian optik, ia dipanggil gentian optik-mod tunggal. Gentian optik mod tunggal-hanya boleh menghantar mod asas (mod paksi) dan tiada serakan antara mod semasa menghantar dalam mod ini. Berbanding gentian optik berbilang mod dengan sebilangan besar mod tertib-lebih tinggi, ini sangat berguna untuk-sistem komunikasi gentian optik berkelajuan tinggi.
(3) Pengelasan mengikut panjang gelombang kerja: Boleh dibahagikan kepada gentian optik-panjang gelombang pendek dan gentian optik-panjang gelombang panjang.
1. Gentian optik-panjang gelombang pendek: Pada peringkat awal pembangunan komunikasi gentian optik, panjang gelombang yang biasa digunakan ialah antara 0.6 ~ 0.9 μm. Sebab utama pada masa itu ialah sumber cahaya laser semikonduktor dan pengesan yang beroperasi dalam jalur panjang gelombang ini agak matang, dan gentian optik-panjang gelombang pendek ialah produk utama. Pada masa ini, ia jarang digunakan.
2. Gentian optik-panjang gelombang: Semasa kerja penyelidikan diteruskan, apabila memasuki jalur panjang gelombang 1.31 μm dan 1.55 μm, kedua-dua jalur panjang gelombang ini telah menunjukkan kehilangan rendah, penyebaran sifar dan ciri kehilangan lenturan minimum. Oleh itu, kerja penyelidikan telah beralih secara beransur-ansur ke arah dua jalur panjang gelombang ini, dan gentian optik dengan prestasi yang lebih baik telah muncul. Amalan telah membuktikan bahawa pada panjang gelombang 1.0 ~ 2.0 μm, gentian optik mempunyai kehilangan yang lebih rendah berbanding gentian optik-panjang gelombang pendek.
(4)Gentian optik-panjang gelombang sangat sesuai untuk komunikasi gentian optik jarak-jauh,-tinggi kerana kelebihannya seperti pengecilan rendah dan lebar jalur lebar.
1. Gentian optik konvensional: merujuk kepada gentian optik yang teras gentiannya didop dengan germanium, pelapisan, dan pengagihan indeks biasan teras digabungkan dalam nisbah tertentu. Oleh kerana gentian optik jenis ini mempunyai ciri-ciri yang baik dan agak mudah untuk dihasilkan, ia telah melepasi beberapa generasi penambahbaikan.
Ini disebabkan oleh pekali pengembangan bahan yang tinggi dengan germanium sebagai bahan mentah. Pada suhu rendah, ia akan mengecut dan retak. Birefringence tekanan akan berlaku, menambah asimetri pada gentian optik.
2. Serakan-gentian optik teralih: Merujuk kepada gentian optik yang menjalani rawatan haba selepas doping dengan germanium, menggerakkan sifar-titik serakan ke dalam satu panjang gelombang, bukan tiga atau tiga kali panjang gelombang.
Proses pembuatan gentian optik jenis ini agak rumit. Antaranya, diameter teras mesti sepadan dengan tahap doping untuk mengoptimumkan gentian optik. Oleh itu, ia belum digunakan secara meluas lagi."
