La fibre optique est l'abréviation de fibre optique, une fibre en verre ou en plastique, qui peut être utilisée comme outil de transmission de la lumière. Le principe de transmission est'réflexion totale de la lumière'. Les anciens présidents de l'Université chinoise de Hong Kong Gao Kun et George A. Hockham ont d'abord proposé l'idée que la fibre optique puisse être utilisée pour la transmission des communications. Pour cette raison, Gao Kun a remporté le prix Nobel de physique 2009.
présenter
La minuscule fibre optique est encapsulée dans une gaine en plastique afin qu'elle puisse être pliée sans se casser. Généralement, le dispositif de transmission à une extrémité de la fibre optique utilise une diode électroluminescente (DEL) ou un faisceau laser pour transmettre des impulsions lumineuses à la fibre optique, et le dispositif de réception à l'autre extrémité de la fibre optique utilise un élément photosensible pour détecter les impulsions.
Dans la vie quotidienne, comme la perte de transmission de la lumière dans les fibres optiques est bien inférieure à celle de l'électricité dans les fils, les fibres optiques sont utilisées pour la transmission d'informations à longue distance.
Habituellement, les deux termes fibre optique et câble optique sont confondus. La plupart des fibres optiques doivent être recouvertes de plusieurs couches de structures de protection avant utilisation, et les câbles recouverts sont appelés câbles optiques. La couche protectrice et la couche isolante sur la couche externe de la fibre optique peuvent éviter d'endommager la fibre optique du fait de l'environnement environnant, tel que l'eau, le feu et les chocs électriques. Le câble optique est divisé en : fibre optique, couche tampon et revêtement. La fibre optique est similaire au câble coaxial, sauf qu'il n'y a pas de blindage maillé. Au centre se trouve le noyau de verre à travers lequel la lumière se propage.
Dans une fibre multimode, le diamètre du coeur est de 50 µm et 62,5 µm, ce qui équivaut à peu près à l'épaisseur d'un cheveu humain. Le coeur de la fibre monomode a un diamètre de 8 m à 10 m. Le noyau est entouré d'une enveloppe de verre avec un indice de réfraction inférieur à celui du noyau pour garder la lumière à l'intérieur du noyau. À l'extérieur se trouve une fine enveloppe en plastique pour protéger l'enveloppe. Les fibres optiques sont généralement groupées et protégées par un boîtier. Le noyau de la fibre est généralement un cylindre concentrique à double couche avec une petite section transversale en verre de quartz. Il est cassant et facile à casser, une couche protectrice externe est donc nécessaire.
principe
La lumière et ses caractéristiques
1. La lumière est une onde électromagnétique
La gamme de longueurs d'onde de la lumière visible est de 390 ~ 760 nm (nanomètre). La partie supérieure à 760 nm est la lumière infrarouge et la partie inférieure à 390 nm est la lumière ultraviolette. La fibre optique est utilisée en trois types : 850 nm, 1310 nm et 1550 nm.
2. Réfraction, réflexion et réflexion totale de la lumière.
Étant donné que la vitesse de propagation de la lumière dans différentes substances est différente, lorsque la lumière est émise d'une substance à une autre, la réfraction et la réflexion se produisent à l'interface des deux substances. De plus, l'angle de la lumière réfractée change avec l'angle de la lumière incidente. Lorsque l'angle de la lumière incidente atteint ou dépasse un certain angle, la lumière réfractée disparaîtra et toute la lumière incidente sera réfléchie, ce qui correspond à la réflexion totale de la lumière. Différents matériaux ont des angles de réfraction différents pour la lumière de la même longueur d'onde (c'est-à-dire que différents matériaux ont des indices de réfraction différents), et le même matériau a des angles de réfraction différents pour la lumière de différentes longueurs d'onde. La communication par fibre optique est formée sur la base des principes ci-dessus.
1. Structure de fibre optique :
La fibre nue de la fibre optique est généralement divisée en trois couches: le noyau central en verre à indice de réfraction élevé (le diamètre du noyau est généralement de 50 ou 62,5 m), le milieu est le revêtement en verre de silice à faible indice de réfraction (le diamètre est généralement de 125 m), et le plus à l'extérieur est le revêtement de résine pour le renforcement. Sol.
2. Ouverture numérique de la fibre optique :
La lumière incidente sur la face d'extrémité de la fibre optique ne peut pas être entièrement transmise par la fibre optique, mais uniquement la lumière incidente dans une certaine plage angulaire. Cet angle est appelé ouverture numérique de la fibre. La plus grande ouverture numérique de la fibre optique est bénéfique pour la connexion bout à bout de la fibre optique. Les fibres optiques produites par différents fabricants ont des ouvertures numériques différentes (AT& T CORNING).
3. Types de fibre optique :
Il existe de nombreux types de fibres optiques, et les fonctions et performances requises varient selon les usages. Cependant, les principes de conception et de fabrication de la fibre optique pour la télévision par câble et la communication sont fondamentalement les mêmes, tels que : ① faible perte ; ② certaine bande passante et faible dispersion; câblage facile ; intégration facile ; haute fiabilité ; ⑥ comparaison de fabrication Simple; ⑦Pas cher et ainsi de suite. La classification de la fibre optique est principalement résumée à partir de la longueur d'onde de travail, de la distribution de l'indice de réfraction, du mode de transmission, de la matière première et de la méthode de fabrication. Voici des exemples de diverses classifications comme suit.
(1) Longueur d'onde de travail : fibre ultraviolette, fibre observable, fibre proche infrarouge, fibre infrarouge (0,85μm, 1,3μm, 1,55μm).
(2) Distribution de l'indice de réfraction : fibre de type step (SI), fibre de type near step, fibre de type gradué (GI), autres (telles que le type triangle, le type W, le type en retrait, etc.).
(3) Mode de transmission : fibre monomode (y compris fibre à maintien de polarisation et fibre à maintien de non-polarisation), fibre multimode.
(4) Matières premières : fibre optique de quartz, fibre optique en verre à plusieurs composants, fibre optique en plastique, fibre optique composite (telle que le revêtement en plastique, le noyau liquide, etc.), les matériaux infrarouges, etc. Selon le matériau de revêtement, il peut être divisé en matériaux inorganiques (carbone, etc.), matériaux métalliques (cuivre, nickel, etc.) et plastiques.
(5) Méthodes de fabrication : la préplastification comprend le dépôt axial en phase vapeur (VAD), le dépôt chimique en phase vapeur (CVD), etc., et les méthodes de tréfilage incluent les méthodes Rod intube et double creuset.
Fibre optique de silice
La fibre de silice est une fibre optique dans laquelle le dioxyde de silicium (SiO2) est la principale matière première, et la distribution de l'indice de réfraction du noyau et de la gaine est contrôlée en fonction de différentes quantités de dopage. Les fibres optiques de la série quartz (verre) ont les caractéristiques d'une faible consommation d'énergie et d'une large bande, et sont maintenant largement utilisées dans les systèmes de télévision et de communication par câble.
L'avantage de la fibre optique en verre de quartz est sa faible perte. Lorsque la longueur d'onde de la lumière est de 1,0～1,7μm (environ 1,4μm), la perte n'est que de 1dB/km, et la plus faible à 1,55μm n'est que de 0,2dB/km.
Fibre dopée au fluor
La fibre dopée au fluor est l'un des produits typiques de la fibre de silice. Généralement, dans la fibre optique de communication à bande de 1,3 µm, le dopant contrôlant le cœur est du dioxyde de germanium (GeO2) et la gaine est en SiO2. Cependant, la plupart des cœurs des fibres connectées au fluor utilisent du SiO2, mais le fluor est dopé dans la gaine. Parce que la perte de diffusion de Rayleigh est un phénomène de diffusion de la lumière causé par des changements d'indice de réfraction. Par conséquent, il est souhaitable de former des dopants de facteurs de fluctuation d'indice de réfraction, et moins c'est mieux. Le principal effet du fluor est de réduire l'indice de réfraction du SIO2. Par conséquent, il est souvent utilisé pour le dopage de la gaine.
Par rapport aux fibres optiques d'autres matières premières, la fibre optique en quartz a également un large spectre de transmission de la lumière allant de la lumière ultraviolette à la lumière proche infrarouge. En plus des fins de communication, il peut également être utilisé dans des domaines tels que le guide de lumière et la transmission d'images.
Fibre infrarouge
En tant que longueur d'onde de travail de la fibre optique série quartz développée dans le domaine de la communication optique, bien qu'elle soit utilisée sur une distance de transmission plus courte, elle ne peut être utilisée qu'en 2μm. Pour cette raison, il peut fonctionner dans le domaine des longueurs d'onde infrarouges plus longues, et la fibre optique développée est appelée fibre optique infrarouge. La fibre optique infrarouge est principalement utilisée pour la transmission de l'énergie lumineuse. Par exemple : mesure de température, transmission d'images thermiques, traitement médical au scalpel laser, traitement d'énergie thermique, etc. Le taux de pénétration est encore faible.
Fibre composite
La fibre composée est constituée de matière première SiO2, puis d'oxydes mélangés de manière appropriée tels que l'oxyde de sodium (Na2O), l'oxyde de bore (B2O3), l'oxyde de potassium (K2O) et d'autres oxydes pour fabriquer une fibre de verre à plusieurs composants, caractérisée par plusieurs -verre à composants Il a un point de ramollissement inférieur à celui du verre de quartz et une grande différence d'indice de réfraction entre le cœur et la gaine. Endoscopes à fibre optique principalement utilisés dans les services médicaux.
Fibre CFC
Fibre de fluorure La fibre de chlorure (fibre de fluorure) est une fibre optique en verre fluoré. Ce matériau de fibre optique est également appelé ZBLAN (c'est-à-dire que les matériaux en verre fluoré tels que le ZrF2), le fluorure de baryum (BaF2), le fluorure de lanthane (LaF3), le fluorure d'aluminium (AlF3) et le fluorure de sodium (NaF) sont simplifiés en abréviation de, fonctionne principalement dans le service de transmission optique de longueur d'onde 2～10μm. Parce que ZBLAN a la possibilité d'une fibre à très faible perte, le développement de la faisabilité de la fibre de communication longue distance est en cours, par exemple : sa perte théorique la plus faible, en Elle peut atteindre 10-2～10-3dB/km à 3μm de longueur d'onde, tandis que la fibre de quartz est comprise entre 0,15 et 0,16 dB/Km à 1,55 μm. À l'heure actuelle, la fibre ZBLAN ne peut être utilisée qu'à 2,4～2,7 en raison de la difficulté de réduire la perte de diffusion. Les capteurs de température m et la transmission d'images thermiques n'ont pas encore été largement utilisés. Récemment, afin d'utiliser le ZBLAN pour la transmission longue distance, un amplificateur à fibre dopée au praséodyme (PDFA) de 1,3 m est en cours de développement.
Fibre optique revêtue de plastique
La fibre plaquée en plastique (fibre plaquée en plastique) est une fibre de type étagé dans laquelle du verre de silice de haute pureté est utilisé comme noyau, et du plastique avec un indice de réfraction légèrement inférieur à celui de la silice, tel que le gel de silice, est utilisé comme revêtement . Comparé à la fibre de silice, il présente les caractéristiques d'une location de noyau et d'une ouverture numérique élevée (NA). Par conséquent, il est facile à combiner avec la source lumineuse LED à diode électroluminescente et la perte est faible. Par conséquent, il est très approprié pour le réseau local (LAN) et la communication à courte distance.
Fibre optique en plastique
Il s'agit d'une fibre optique dont le cœur et la gaine sont en plastique (polymère). Les premiers produits étaient principalement utilisés dans les communications optiques pour la décoration et l'éclairage guidé par la lumière et les circuits de liaison optique à courte distance. Les matières premières sont principalement le verre organique (PMMA), le polystyrène (PS) et le polycarbonate (PC). La perte est limitée par la structure combinée CH inhérente des plastiques, généralement jusqu'à des dizaines de dB par km. Afin de réduire les pertes, des plastiques fluorés sont en cours de développement et d'application. Étant donné que le diamètre du noyau de la fibre optique en plastique est de 1000 μm, ce qui est 100 fois plus grand que la fibre de quartz monomode, la connexion est simple et il est facile à plier et à construire. Ces dernières années, avec les progrès de la large bande, le développement de la fibre optique plastique multimode à indice de réfraction gradué (GI) a suscité l'intérêt de la société. Récemment, l'application est relativement rapide dans le réseau local interne de la voiture', et elle peut également être utilisée dans le réseau local domestique à l'avenir.
Fibre monomode
Fibre monomode Il s'agit de la fibre qui ne peut transmettre qu'un seul mode de propagation dans la longueur d'onde de travail, généralement appelée fibre monomode (SMF : Single Mode Fiber). À l'heure actuelle, c'est la fibre optique la plus utilisée dans la télévision par câble et les communications optiques. Étant donné que le cœur de la fibre est très mince (environ 10 µm) et que l'indice de réfraction est dans une distribution en escalier, lorsque le paramètre de fréquence V normalisé est inférieur à 2,4, théoriquement, seule une transmission monomode peut être formée. De plus, SMF n'a pas de dispersion multimode. Non seulement la bande de fréquence de transmission est plus large que la fibre avec plus de mode, mais également la dispersion matérielle et la dispersion structurelle de SMF sont ajoutées et décalées, et sa caractéristique de synthèse se trouve pour former la caractéristique de dispersion nulle, ce qui rend la bande de fréquence de transmission plus large . Dans SMF, il existe de nombreux types en raison des différences de dopants et de méthodes de fabrication. DePr-essed Clad Fiber (DePr-essed Clad Fiber), sa gaine forme une double structure, et la gaine adjacente au noyau a un indice de réfraction inférieur à celui de la gaine inversée externe.
Fibre multimode
La fibre multimode désigne la fibre dans laquelle le mode de propagation possible de la fibre est multimode selon la longueur d'onde de travail, appelée fibre multimode (MMF : MULti ModeFiber). Le diamètre du cœur est de 50 µm, et comme le mode de transmission peut atteindre plusieurs centaines, par rapport au SMF, la bande passante de transmission est principalement dominée par la dispersion modale. Historiquement, il a été utilisé pour la transmission à courte distance dans les systèmes de télévision par câble et de communication. Depuis l'émergence de la fibre SMF, elle semble avoir constitué un produit historique. Mais en fait, comme le MMF a un diamètre de noyau plus grand que le SMF et est plus facile à combiner avec des sources lumineuses telles que les LED, il présente plus d'avantages dans de nombreux réseaux locaux. Par conséquent, MMF continue de retenir l'attention dans le domaine de la communication à courte distance. Lorsque le MMF est classé selon la distribution de l'indice de réfraction, il existe deux types : le type gradient (GI) et le type pas (SI). L'indice de réfraction de type GI est le plus élevé au centre du coeur, et diminue progressivement le long de la gaine. Lorsque l'onde lumineuse de type SI est réfléchie dans la fibre optique, la différence de temps de chaque trajet lumineux est générée, ce qui provoque la distorsion de l'onde lumineuse émise et le choc de couleur est important. En conséquence, la bande passante de transmission est réduite et il existe actuellement moins d'applications MMF de type SI.
Fibre à dispersion décalée
Lorsque la longueur d'onde de fonctionnement d'une fibre monomode est de 1,3 pm, le diamètre du champ de mode est d'environ 9 pm et sa perte de transmission est d'environ 0,3 dB/km. A ce moment, la longueur d'onde de dispersion zéro est exactement à 13h. Parmi les fibres optiques en quartz, la perte de transmission dans la section 1.55pm est la plus petite (environ 0.2dB/km) de la matière première. Étant donné que l'amplificateur pratique à fibre dopée à l'erbium (EDFA) fonctionne dans la bande de 13h55, si une dispersion nulle peut être atteinte dans cette bande, il sera plus propice à l'application de la transmission longue distance dans la bande de 13h55. Par conséquent, en utilisant intelligemment les caractéristiques de décalage composite de la dispersion du matériau de quartz dans le matériau fibreux et la dispersion de la structure centrale, la dispersion zéro d'origine de la section de 1,3 pm peut être déplacée vers la section de 1,55 pm pour constituer une dispersion nulle. Par conséquent, il est nommé Dispersion Shifted Fiber (DSF : DispersionShifted Fiber). La méthode d'augmentation de la dispersion structurelle consiste principalement à améliorer les performances de distribution de l'indice de réfraction du noyau. Dans la transmission longue distance de la communication optique, la dispersion de fibre nulle est importante, mais pas la seule. Les autres propriétés incluent une faible perte, une connexion facile, la formation de câbles ou de petits changements de caractéristiques pendant le travail (y compris les effets de la flexion, de l'étirement et des changements environnementaux). Le DSF est conçu pour prendre en compte ces facteurs de manière exhaustive.
Fibre plate de dispersion
La fibre à dispersion décalée (DSF) est une fibre monomode conçue avec une dispersion nulle dans la bande de 1.55pm. La fibre à dispersion aplatie (DFF : Dispersion Flattened Fiber) a une large gamme de longueurs d'onde de 1,3 pm à 1,55 pm. La dispersion peut être rendue très faible et la fibre qui atteint une dispersion presque nulle est appelée DFF. Parce que DFF doit réduire la dispersion dans la plage de 13h à 13h55. Il est nécessaire de réaliser une conception compliquée pour la distribution d'indice de réfraction de la fibre optique. Cependant, ce type de fibre est très adapté aux lignes à multiplexage par répartition en longueur d'onde (WDM). Parce que le processus de la fibre DFF est plus compliqué, le coût est plus élevé. À l'avenir, à mesure que la production augmentera, les prix diminueront également.
Fibre de compensation de dispersion
Pour les systèmes interurbains utilisant des fibres monomodes, la plupart d'entre eux sont construits à l'aide de fibres à dispersion nulle dans la bande de 13 h. Cependant, maintenant, la plus petite perte est de 13h55. En raison de l'utilisation pratique de l'EDFA, il serait très avantageux que la longueur d'onde de 1,55 pm puisse être exploitée sur une fibre à dispersion nulle de 1,3 pm. Parce que, dans la fibre à dispersion nulle 1,3Pm, la dispersion dans la bande 1,55Pm est d'environ 16ps/km/nm. Si un tronçon de fibre de signe opposé de la dispersion est inséré dans cette ligne de fibre optique, la dispersion de toute la ligne optique peut être rendue nulle. La fibre utilisée à cet effet est appelée Dispersion Compensation Fiber (DCF : DisPersion Compe-nsation Fiber). Par rapport à la fibre à dispersion zéro standard de 1,3 pm, le DCF a un diamètre de noyau plus fin et une plus grande différence d'indice de réfraction. DCF est également une partie importante des lignes optiques WDM.
Fibre de maintien de polarisation
Les ondes lumineuses se propageant dans la fibre optique ont les propriétés des ondes électromagnétiques. Ainsi, en plus du mode simple d'ondes lumineuses de base, il existe essentiellement deux modes orthogonaux de distribution du champ électromagnétique (TE, TM). Généralement, du fait que la structure de la section de fibre est à symétrie circulaire, les constantes de propagation des deux modes de polarisation sont égales et les deux lumières polarisées n'interfèrent pas l'une avec l'autre. Cependant, en fait, la fibre n'est pas complètement à symétrie circulaire. Les facteurs de combinaison entre les modes de polarisation sont irrégulièrement répartis sur l'axe optique. La dispersion causée par ce changement de lumière polarisée est appelée dispersion de mode de polarisation (PMD). Pour la télévision par câble, qui distribue principalement des images, l'impact n'est pas trop important, mais pour certains services qui ont des exigences particulières pour l'ultra large bande à l'avenir, tels que :
① Lorsque la détection hétérodyne est utilisée dans la communication cohérente, lorsque la polarisation des ondes lumineuses doit être plus stable ;
②Lorsque les caractéristiques d'entrée et de sortie de l'équipement optique sont liées à la polarisation ;
③Lors de la fabrication de coupleurs optiques à maintien de polarisation et de polariseurs ou dépolariseurs, etc. ;
Fabriquer des capteurs à fibre optique qui utilisent des interférences lumineuses, etc.,
Lorsque la polarisation doit être maintenue constante, la fibre qui a été modifiée pour rendre l'état de polarisation inchangé est appelée fibre à maintien de polarisation (PMF : Polarization Maintaining fiber), ou fibre à polarisation fixe.
Fibre biréfringente
La fibre biréfringente fait référence à une fibre monomode qui peut transmettre deux modes de polarisation inhérents qui sont orthogonaux l'un à l'autre. Le phénomène de variation de l'indice de réfraction avec la direction de la déviation est appelé biréfringence. Elle est également appelée fibre PANDA, c'est-à-dire fibre à maintien de polarisation ET à réduction d'absorption. Il est disposé dans deux directions transversales du noyau, avec une partie en verre à fort coefficient de dilatation thermique et de section circulaire. Dans le processus de fibrage à haute température, ces pièces rétrécissent, ce qui entraîne un étirement dans la direction y du noyau, et en même temps une contrainte de compression dans la direction x. Il en résulte un effet photoélastique du matériau fibreux, et une différence d'indice de réfraction dans la direction X et la direction y. Selon ce principe, l'effet de maintenir la polarisation constante est obtenu.
Fibre anti-mauvais environnement
La température normale de l'environnement de travail de la fibre optique pour la communication peut être comprise entre -40 et 60 ℃, et la conception est également basée sur le principe qu'elle n'est pas exposée à une grande quantité de rayonnement. En revanche, pour la température plus basse ou plus élevée et l'environnement difficile qui peut être soumis à une pression élevée ou à une force externe, et exposé au rayonnement, la fibre qui peut également fonctionner est appelée fibre résistante aux conditions dures (fibre résistante aux conditions dures). Généralement, afin de protéger mécaniquement la surface de la fibre optique, une couche supplémentaire de plastique est enduite. Cependant, à mesure que la température augmente, la fonction protectrice du plastique diminue, ce qui limite la température d'utilisation. Si vous passez à des plastiques résistants à la chaleur, comme le Teflon (Teflon) et d'autres résines, vous pouvez travailler à 300°C. Il existe également des métaux tels que le nickel (Ni) et l'aluminium (Al) revêtus à la surface du verre de quartz. Ce type de fibre est appelé fibre résistante à la chaleur (fibre résistante à la chaleur). De plus, lorsque la fibre optique est irradiée par un rayonnement, la perte optique va augmenter. En effet, lorsque le verre de quartz est exposé à un rayonnement, des défauts structurels (également appelés centre de couleur : Color Center) apparaîtront dans le verre et la perte augmentera surtout à la longueur d'onde de 0,4 à 0,7 pm. La méthode de prévention consiste à passer au verre de quartz dopé avec un élément OH ou F, ce qui peut supprimer les défauts de perte causés par le rayonnement. Ce type de fibre est appelé fibre résistante aux radiations et est principalement utilisé dans les miroirs à fibre optique pour la surveillance des centrales nucléaires.
Fibre enduite hermétique
Afin de maintenir la stabilité à long terme de la résistance mécanique et de la perte de la fibre optique, la surface du verre est recouverte de matériaux inorganiques tels que le carbure de silicium (SiC), le carbure de titane (TiC) et le carbone (C) pour empêcher l'eau et l'hydrogène provenant de l'extérieur. Diffusion de la fibre optique fabriquée (HCF Hermeically Coated Fiber). À l'heure actuelle, il est couramment utilisé dans le processus de production de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) pour utiliser une couche de carbone à accumuler à grande vitesse pour obtenir un effet d'étanchéité suffisant. Cette fibre optique revêtue de carbone (CCF) peut efficacement couper l'intrusion de la fibre optique des molécules d'hydrogène externes. Il est rapporté qu'il peut être maintenu pendant 20 ans sans augmenter les pertes dans un environnement d'hydrogène à température ambiante. Bien entendu, son coefficient de fatigue (Paramètre de fatigue) peut atteindre plus de 200 en empêchant l'intrusion d'humidité et en retardant le processus de fatigue de la résistance mécanique. Par conséquent, le HCF est utilisé dans des systèmes qui nécessitent une fiabilité élevée dans des environnements difficiles, tels que les câbles optiques sous-marins.
Fibre enduite de carbone
Une fibre optique recouverte d'un film de carbone à la surface d'une fibre optique en quartz est appelée Carbon Coated Fiber (CCF : Carbon Coated Fiber). Le mécanisme consiste à utiliser un film de carbone dense pour isoler la surface de la fibre optique du monde extérieur afin d'améliorer la perte de fatigue mécanique de la fibre optique et d'augmenter la perte de molécules d'hydrogène. Le CCF est un type de fibre optique à revêtement hermétique (HCF).
Fibre optique revêtue de métal
La fibre à revêtement métallique (fibre à revêtement métallique) est une fibre optique recouverte d'une couche métallique telle que Ni, Cu, Al, etc. sur la surface de la fibre optique. Il existe également des revêtements plastiques à l'extérieur de la couche métallique dans le but d'améliorer la résistance à la chaleur et d'être disponibles pour la mise sous tension et le soudage. C'est l'une des fibres optiques anti-mauvais environnement et peut également être utilisée comme composant de circuits électroniques. Les premiers produits étaient fabriqués par revêtement de métal en fusion pendant le processus d'étirage. Parce que cette méthode a trop de différence de coefficient de dilatation entre le verre et le métal, elle augmentera la petite perte de flexion et le taux pratique n'est pas élevé. Récemment, en raison du succès du procédé de revêtement non électrolytique à faible perte sur la surface de la fibre optique en verre, les performances ont été considérablement améliorées.
Fibre dopée aux terres rares
Dans le cœur de la fibre, la fibre est dopée avec des éléments de terres rares tels que Er, Nd et Pr. En 1985, Payne de l'Université de Southampton au Royaume-Uni a découvert pour la première fois que la fibre DoPed de terres rares (Rare Earth DoPed Fiber) présentait le phénomène d'oscillation laser et d'amplification de la lumière. Ainsi, depuis lors, le voile d'amplification de la lumière comme les appâts a été dévoilé. L'EDFA de 1.55pm qui est maintenant pratique consiste à utiliser une fibre monomode dopée à l'appât et à utiliser un laser à 1.47pm pour l'excitation afin d'obtenir une amplification du signal optique à 1.55pm. De plus, des amplificateurs à fibre fluorée dopés par erreur (PDFA) sont en cours de développement.
Fibre Raman
L'effet Raman signifie que lorsque la lumière monochromatique de fréquence f est projetée dans une substance, la lumière diffusée de fréquence f±fR et f±2fR autre que la fréquence f apparaîtra dans la lumière diffusée. Ce phénomène est appelé effet Raman. . Parce qu'il est produit par l'échange d'énergie entre le mouvement moléculaire de la substance et le mouvement du réseau. Lorsqu'une substance absorbe de l'énergie, le nombre de vibrations lumineuses diminue et la lumière diffusée est appelée ligne de Stokes. Inversement, la lumière diffusée qui obtient de l'énergie de la matière et augmente le nombre de vibrations est appelée ligne anti-Stokes. Par conséquent, l'écart FR du nombre de vibrations reflète le niveau d'énergie et peut montrer la valeur inhérente à la substance. La fibre fabriquée en utilisant ce support non linéaire est appelée fibre Raman (RF : fibre Raman). Afin de confiner la lumière dans le petit noyau de fibre pour une propagation longue distance, l'effet d'interaction entre la lumière et la matière apparaîtra, ce qui peut rendre la forme d'onde du signal non déformée et réaliser une transmission longue distance. Lorsque la lumière d'entrée est améliorée, une lumière diffusée induite cohérente sera obtenue. Les lasers à fibre Raman sont utilisés pour détecter la lumière diffusée Raman, qui peut être utilisée comme source d'alimentation pour les mesures spectroscopiques et les tests de dispersion des fibres. De plus, la diffusion Raman induite, dans la communication à longue distance de la fibre optique, est à l'étude en tant qu'amplificateur optique.
Fibre excentrique
Le noyau de la fibre optique standard est placé au centre de la gaine, et la forme en coupe transversale du noyau et de la gaine est concentrique. Cependant, en raison d'utilisations différentes, il existe également des cas où la position du noyau, la forme du noyau et la forme du revêtement sont rendues dans des états différents ou le revêtement est perforé pour former une structure de forme spéciale. Par rapport aux fibres optiques standard, ces fibres optiques sont appelées fibres optiques de forme spéciale. Fibre à noyau excentrique (fibre à noyau excentrique), c'est une sorte de fibre de forme spéciale. L'âme est décentrée et proche de la position excentrée de la ligne extérieure de la gaine. Étant donné que le noyau est proche de la surface, une partie du champ lumineux s'étendra sur le revêtement (ce qu'on appelle l'onde évanescente). En utilisant ce phénomène, la présence ou l'absence de substances attachées et les changements d'indice de réfraction peuvent être détectés. La fibre excentrique (ECF) est principalement utilisée comme capteur à fibre optique pour la détection de substances. Combiné avec la méthode de test du réflectomètre optique dans le domaine temporel (OTDR), il peut également être utilisé comme capteur de distribution.
Fibre lumineuse
Utilisez une fibre optique en matériau fluorescent. C'est une partie de la fluorescence générée lorsqu'elle est irradiée par des ondes lumineuses telles que des rayonnements, des rayons ultraviolets, etc., qui peuvent être transmises à travers la fibre optique en fermant la fibre optique. La fibre luminescente (fibre luminescente) peut être utilisée pour détecter les rayonnements et les rayons ultraviolets, ainsi que la conversion de longueur d'onde, ou comme capteur de température, capteur chimique. Elle est également appelée fibre de scintillation dans la détection de rayonnement. Du point de vue des matériaux fluorescents et du dopage, les fibres optiques plastiques sont en cours de développement.
Fibre multi-cœur
Une fibre optique normale est composée d'une région centrale et d'une région de gaine qui l'entoure. Cependant, la fibre multi-cœurs a plusieurs cœurs dans une zone de revêtement commune. En raison de la proximité des noyaux les uns aux autres, il y a deux fonctions. L'une est que l'espacement des noyaux est grand, c'est-à-dire qu'il n'y a pas de structure de couplage optique. Ce type de fibre optique peut augmenter la densité d'intégration par unité de surface de la ligne de transmission. Dans les communications optiques, des câbles plats à plusieurs noyaux peuvent être fabriqués, tandis que dans les domaines autres que les communications, en tant que faisceaux d'images de fibres optiques, des milliers de noyaux sont fabriqués. La seconde consiste à réduire la distance entre les noyaux, ce qui peut produire un couplage d'ondes lumineuses. Sur la base de ce principe, un capteur à double cœur ou un dispositif de circuit optique est en cours de développement.
Fibre creuse
La fibre optique est transformée en un noyau creux pour former un espace cylindrique. La fibre optique utilisée pour la transmission de la lumière est appelée fibre creuse (Hollow Fiber). La fibre optique creuse est principalement utilisée pour la transmission d'énergie et peut être utilisée pour la transmission d'énergie lumineuse aux rayons X, ultraviolets et infrarouges lointains. Il existe deux types de structures à fibres creuses : l'une consiste à donner au verre une forme cylindrique, et les principes du noyau et du revêtement sont les mêmes que ceux du type à gradins. Utilisez la réflexion totale de la lumière entre l'air et le verre pour diffuser. Comme la majeure partie de la lumière peut être transmise dans l'air sans perte, elle a pour fonction de diffuser une certaine distance. La seconde est de rendre la réflectance de la surface intérieure du cylindre proche de 1, pour réduire la perte de réflexion. Afin d'améliorer la réflectivité, un diélectrique est placé dans la lampe pour réduire la perte dans la plage de longueur d'onde de travail. Par exemple, la perte de longueur d'onde 10.6pm peut atteindre plusieurs dB/m.
Polymère
Selon le matériau, il existe une fibre optique inorganique et une fibre optique polymère. Le premier est largement utilisé dans l'industrie. Les matériaux de fibres optiques inorganiques sont divisés en deux types : à un seul composant et à plusieurs composants. Le seul composant est le quartz et les principales matières premières sont le tétrachlorure de silicium, l'oxychlorure de phosphore et le tribromure de bore. Sa pureté nécessite que la teneur en impuretés des ions de métaux de transition tels que le cuivre, le fer, le cobalt, le nickel, le manganèse, le chrome et le vanadium soit inférieure à 10 ppb. De plus, le besoin en ions OH est inférieur à 10 ppb. La fibre de quartz a été largement utilisée. Il existe de nombreuses matières premières à plusieurs composants, principalement le dioxyde de silicium, le trioxyde de bore, le nitrate de sodium, l'oxyde de thallium, etc. Ce matériau n'est pas encore populaire. La fibre optique polymère est une fibre optique constituée d'un polymère transparent, qui est composé d'un matériau de noyau de fibre et d'un matériau de gaine. Le matériau central est une fibre constituée de polyméthacrylate de méthyle ou de polystyrène de haute pureté et à haute transmission, et la couche externe est un polymère contenant du fluor ou un polymère de silicium organique.
La perte optique de la fibre optique polymère est relativement élevée. En 1982, Japan Telegraph and Telegraph Company a utilisé un filament de polymère de méthacrylate de méthyle deutéré comme matériau de base, et le taux de perte optique a été réduit à 20 dB/km. Cependant, la caractéristique de la fibre optique polymère est qu'elle peut fabriquer une fibre optique de grande taille et à grande ouverture numérique, une efficacité de couplage élevée de la source lumineuse, une bonne flexibilité, une légère flexion n'affecte pas la capacité de guidage de la lumière, une disposition et une liaison faciles, facile à utiliser , et à faible coût. Cependant, la perte optique est importante et ne peut être utilisée que sur de courtes distances. La fibre optique avec une perte optique de 10～100dB/km peut transmettre des centaines de mètres
Fibre de maintien de polarisation
Fibre à maintien de polarisation : la fibre à maintien de polarisation transmet une lumière polarisée linéairement, qui est largement utilisée dans divers domaines de l'économie nationale tels que l'aérospatiale, l'aviation, la navigation, la technologie de fabrication industrielle et les communications. Dans le capteur à fibre interférométrique basé sur la détection optique cohérente, l'utilisation d'une fibre à maintien de polarisation peut garantir que la direction de polarisation linéaire reste inchangée, améliorer le rapport signal sur bruit cohérent et obtenir une mesure de haute précision des quantités physiques. En tant que type spécial de fibre optique, la fibre à maintien de polarisation est principalement utilisée dans les capteurs tels que les gyroscopes à fibre optique, les hydrophones à fibre optique et les systèmes de communication à fibre optique tels que DWDM et EDFA. Parce que les gyroscopes à fibre optique et les hydrophones à fibre optique peuvent être utilisés dans la navigation inertielle militaire et le sonar, ce sont des produits de haute technologie, et la fibre à maintien de polarisation est son composant principal, donc la fibre à maintien de polarisation a été incluse dans la liste des embargos contre la Chine par les pays développés occidentaux. Dans le processus d'étirage de la fibre à maintien de polarisation, en raison de défauts structurels générés à l'intérieur de la fibre, les performances de maintien de polarisation diminueront. C'est-à-dire que lorsque la lumière polarisée linéairement est transmise le long d'un axe caractéristique de la fibre, une partie du signal optique sera couplée dans un autre. L'axe caractéristique entraîne finalement une diminution du taux d'extinction de polarisation du signal lumineux polarisé de sortie. Ce défaut affecte l'effet de biréfringence dans la fibre. Dans une fibre à maintien de polarisation, plus l'effet de biréfringence est fort et plus la longueur d'onde est courte, meilleur est le maintien de l'état de polarisation de la lumière transmise.
Application et direction du développement futur de la fibre à maintien de polarisation
La fibre optique à maintien de polarisation fera l'objet d'une demande accrue du marché au cours des prochaines années. Avec le développement rapide de nouvelles technologies dans le monde et le développement continu de nouveaux produits, les fibres optiques à maintien de polarisation se développeront dans les directions suivantes :
(1) Utiliser la nouvelle technologie de fibre à cristal photonique pour fabriquer un nouveau type de fibre à maintien de polarisation haute performance ;
(2) Développer une fibre optique à maintien de polarisation adaptative à la température pour répondre aux exigences de l'aérospatiale et d'autres domaines ;
(3) Développer diverses fibres de maintien de polarisation dopées aux terres rares pour répondre aux besoins des amplificateurs optiques et d'autres applications de dispositifs ;
(4) Développer une fibre à maintien de polarisation au fluorure pour promouvoir le développement de la technologie d'interférence à fibre optique dans le domaine de la technologie d'astronomie infrarouge;
(5) Fibre à maintien de polarisation à faible atténuation : avec l'amélioration continue de la technologie des fibres monomodes, la perte, la dispersion des matériaux et la dispersion du guide d'ondes ne sont plus les principaux facteurs affectant la communication par fibre, et la dispersion de mode de polarisation (PMD) des fibres monomodes la fibre de mode est progressivement devenue une limitation Le goulot d'étranglement le plus sérieux de la qualité de la communication par fibre optique est particulièrement important dans les systèmes de communication par fibre optique à haut débit de 10 Gbit/s et plus.
(6) Utilisez l'effet Kerr et l'effet de rotation Faraday pour fabriquer des dispositifs à lumière polarisée.
De plus, selon les différentes têtes de fibre, il existe : C-Lens. Objectif G. Lentille verte
Pliage des spécifications communes des fibres optiques
Mode unique : 8/125μm, 9/125μm, 10/125μm
Multimode : 50/125μm, norme européenne
62,5/125μm, norme américaine
Réseaux industriels, médicaux et bas débit : 100/140μm, 200/230μm
Plastique : 98/1000μm, utilisé pour le contrôle automobile
