광섬유 기술은 계속해서 빠르게 발전하고 있으며 정보화 시대에 중추적인 역할을 수행하고 있습니다."특별 광섬유"라고 불리는 새로운 종류가 등장하고 있습니다.이 섬유는 광 통신의 특수 부대로서 신호 처리, 장치 상호 연결 및 기타 전문 응용 분야에서 독특하고 중요한 기능을 수행합니다.이 특유 의 섬유 를 이렇게 특별 하게 만드는 것 은 무엇 입니까?이 기사 는 몇 가지 대표적 인 특수 섬유 를 살펴보고, 그 기술 원칙, 응용 및 과제를 탐구 합니다.
표준 단일 모드 섬유 (SMF) 가 지배하는 광학 전송 시스템에서는 염색분산이 중요한 과제를 제시합니다. 분산은 광 펄스 확장을 유발합니다.신호 품질 저하 및 전송 거리와 속도를 제한분산 보상 섬유 (DCF) 는이 문제에 대한 효과적인 해결책을 제공합니다. DCF의 주요 특징은 1550nm 파장 창에서 큰 부정적인 분산 값입니다.이는 표준 SMF에서 생성되는 긍정적 분산을 보완합니다..
특히 DCF는 일반적으로 약 D ≈ -95 ps/ ((nm·km의 분산 계수를 가지고 있다. 이것은 DCF의 약 14 km가 표준 SMF의 80 km의 분산을 보상할 수 있다는 것을 의미한다.실용적 적용, DCF는 일반적으로 시스템 통합을 용이하게하기 위해 분산 보상 모듈 (DCM) 으로 패키지됩니다.
섬유 브래그 격자 (FBG) 와 같은 다른 분산 보상 기술과 비교하면 DCF는 넓은 파장 창, 높은 신뢰성,그리고 매우 낮은 분산 파동은 모든 파장 분할 멀티플렉싱 (WDM) 시스템에 매우 중요합니다.또한 DCF는 분산 기울기를 보상하도록 설계 될 수 있으며, 넓은 파장 WDM 애플리케이션에 이상적입니다.
그러나 DCF에는 한계가 있다. 단위 길이 당 제한된 분산 값으로 인해 DCF는 큰 전체 분산 보상이 필요할 때 상대적으로 높은 attenuation을 나타낸다.1550nm 파장 창에서 음분산을 달성하기 위해, DCF의 효과적인 코어 면적은 일반적으로 작습니다 (Aeff ≈ 15 μm2), 표준 SMF의 약 5분의 1입니다. 이것은 DCF에서 비선형 효과를 크게 향상시킵니다.DCF를 탑재한 측정 장치를 설계할 때 고려해야 하는 사항.
이상적인 단일 모드 섬유는 원형 가로 절편을 가지고 있으며 서로 정사각형 양극화 상태와 동일한 전파 상수를 갖춘 두 가지 퇴행 모드를 가지고 있습니다.외부 스트레스는 섬유의 양복절을 유발할 수 있습니다., 이러한 퇴행 모드가 다른 전파 상수를 개발하도록 만듭니다. The distribution of optical signals between these two polarization modes depends not only on the coupling conditions between the light source and the fiber but also on energy coupling between the modes during propagation—a process that is typically random결과적으로, 섬유를 통해 몇 미터 정도 퍼진 후에도, 출력 신호의 양극화 상태는 보통 무작위화됩니다.모드 결합 및 출력 양극화 상태는 온도 변동과 같은 외부 장애에 매우 민감합니다.기계적 스트레스 변화와 마이크로와 매크로 굽기.
두 정사각형 양극화 모드 사이의 에너지 결합을 최소화하기 위해, 그들의 전파 상수의 차이는 충분히 커져야 한다.이것은 핵에 비대칭 스트레스 적용 하기 위해 섬유 클래핑에 추가 요소를 통합함으로써 달성 됩니다서로 다른 재료의 열 팽창 계수 때문에, 섬유 드래잉 과정 중에 코어에서 일방적 스트레스가 생성 될 수 있습니다. 스트레스를 적용하는 부분 (SAP) 의 모양에 따라,PM 섬유는 "판다" 또는 "보위" 유형으로 분류됩니다.
PM 섬유는 기본적으로 직각 양극화 모드의 결합을 최소화하도록 설계된 고도로 양복형 섬유입니다.PM 섬유로 신호의 양극화 상태를 유지하기 위해, 입력 신호의 양극화는 섬유의 느린 축 또는 빠른 축에 맞춰져야 합니다. 그렇지 않으면 두 퇴행 모드가 흥분 될 것입니다.그들의 상대적인 광적 단계는 여전히 섬유 장애에 영향을받을 것입니다., 출력 양극화 상태가 유지되는 것을 방지합니다.
따라서, 광 시스템에서 PM 섬유를 사용할 때, 입력 신호의 극진 상태의 신중한 정렬은 중요합니다. 그렇지 않으면 출력 극진 안정성에 대해,PM 섬유는 표준 단일 모드 섬유보다 더 나쁜 성능을 보일 수 있습니다. PM 섬유의 또 다른 과제는 연결 및 스플라이싱에 대한 어려움입니다. 두 개의 PM 섬유를 결합 할 때, 그들의 쌍결축이 완벽하게 정렬되어야합니다.잘못된 정렬은 입력 양극화 잘못된 정렬과 같은 문제를 일으킨다정확한 축 회전과 정렬을 제공하는 PM 섬유 스플라이커는 복잡성으로 인해 기존 섬유 스플라이커보다 5배 더 많은 비용이 들 수 있습니다.
광성 결정섬유 (PCF), 광성 방드gap 섬유로도 알려져 있으며, 기존 섬유와 근본적으로 다른 파도 유도 메커니즘을 가진 완전히 새로운 섬유 유형을 나타냅니다.PCF는 일반적으로 가로 절개에 주기적으로 분산 된 많은 공기 구멍을 가지고 있습니다.PCF의 빛 안내 메커니즘은 섬유의 가로 방향으로의 브라그 공명 효과에 의존합니다.즉, 저손실 전송 창은 대폭 갱격 구조의 디자인에 의존합니다..
큰 코어 영역 PCF는 큰 코어 영역을 유지하면서 예외적으로 넓은 파장 창 (예를 들어, 750-1700 nm) 에서 단일 모드 작동을 허용합니다.큰 코어 영역 PCF는 더 넓은 낮은 손실 창을 제공합니다.비록 그 비선형 매개 변수는 표준 SMF보다 낮지만, 일반적으로 홀코어 PCF보다 훨씬 높습니다.
매우 비선형 PCF, 그것의 매우 작은 고체 코어 가로 절개로, 코어에서 매우 높은 전력 밀도를 가능하게 합니다. 예를 들어,λ0 = 710 nm에서 0분산 파장의 높은 비선형 PCF는 핵 지름이 1만큼 작을 수 있습니다..8μm 및 비선형 매개 변수 γ > 100 W−1 km−1?? 표준 SMF보다 40배 높습니다.이 유형의 PCF는 일반적으로 변수 증폭 및 초연속 생성과 같은 비선형 광적 신호 처리 응용 프로그램에서 사용됩니다..
홀코어 PCF는 공기 핵을 통해 빛 신호를 안내합니다. 고 굴절 지수가 있는 고체 다이 일렉트릭 물질을 필요로 하는 전통적인 파도 안내기와는 달리,PCF의 광학 밴드gap 구조는 공기 핵에 전파되는 빛 파도를 제한하는 가상 거울처럼 작용합니다대부분의 홀코어 PCF에서는 95% 이상의 광전력이 공기를 통해 이동하여 신호 전력과 유리 물질 사이의 상호 작용을 최소화합니다.공기의 비선형성은 실리카보다 3배 정도 낮기 때문에, 홀코어 PCF는 매우 낮은 비선형성을 나타낼 수 있으므로 고전력 광 신호를 전송하기에 적합합니다.
그러나 PCF는 상대적으로 좁은 전송창 (특히 홀코어 PCF,일반적으로 200 nm) 는 공기 핵에 신호 에너지를 제한하는 주기 구조의 강한 공명 효과로 인해· 및 상대적으로 높은 약화, 주로 공기 구멍 벽 거칠성으로 이어지는 제조 결함으로 인해 발생합니다.PCF의 거대한 공기/유 인터페이스 면적은 작은 표면 거칠성조차도 상당한 산란 손실을 일으킬 수 있음을 의미합니다.따라서 PCF는 고가의 고급 섬유 유형으로 남아 있으며 대부분 킬로미터보다 미터에 의해 판매됩니다.표면 처리를 복잡하게 만드는 공기 구멍으로 인한 부서지기 쉽고 다루기 어려운, 종료, 연결 및 스플라이싱은 광범위한 채택을 제한합니다.
최근에는, 홀코어 네스트드 안티레소넌트 노드리스 파이버 (HC-NANF) 라는 특별한 종류의 홀코어 PCF가 초고속 광학 전송에 유망하다는 것을 보여주었습니다.HC-NANF의 핵 구조는 중앙 공기 핵 주위를 둘러싼 6 쌍의 둥지를 틀은 실리카 모세혈관이 있습니다.이 嵌套 설계는 모드 필드를 공기 핵의 중심 영역으로 밀어내는데 도움이 되고, 실리카 물질과의 상호작용을 줄이고 잠재적으로 약화를 현저히 감소시킨다.적당한 모세혈관 두께의 설계, 지름, 위치, HC-NANF의 저손실 대역폭은 1100-1600 nm 파장 창 전체를 커버 할 수 있습니다. 개선 된 제조 기술은 이미 HC-NANF의 저하를 0으로 줄였습니다.28 dB/km결국, 빛의 필드는 최소한의 실리카 상호작용으로 공기 중심에 퍼지기 때문에,제조 기술이 더 발전하면 고유 손실은 표준 고핵 섬유보다 훨씬 낮을 수 있습니다..
홀코어 섬유는 추가적인 이점을 제공합니다: 무시할 수 없는 비선형성이 비선형 저하 우려없이 더 높은 신호 전력을 허용합니다.그리고 빛 신호는 n≈1에서 굴절 지수가 줄어들기 때문에 표준 고핵 섬유보다 약 30% 더 빠르게 퍼집니다..47에서 n≈1까지, 전송 지연을 줄이는 데 도움이 된다. 고속 WDM 전송 실험은 HC-NANF가 WDM 광 시스템 및 네트워크에 대한 현재 SMF에 대한 유망한 대안이 될 수 있음을 시사한다.
플라스틱 광섬유 (POF) 는 저렴한 대안을 제공하며 또한 다루기 쉽습니다. POF 코어는 일반적으로 PMMA (폴리메틸 메타크릴레이트) 로 만들어집니다.클레이딩은 일반적으로 코어보다 낮은 굴절 지수를 가진 플루오린 폴리머로 구성됩니다.. POF 가로 절단 디자인은 실리카 섬유보다 더 유연하며 다양한 핵 크기와 핵 / 클래핑 비율을 허용합니다. 예를 들어 큰 POF에서,95%의 직경은 빛 전송을 위한 핵심이 될 수 있습니다..
POF 제조는 실리카 기반 섬유에 필수적인 비싼 MOCVD 프로세스를 필요로 하지 않습니다.POF는 가격과 유연성 때문에 비용 민감한 영역에서 점점 더 많은 응용 프로그램을 찾습니다.. POF 연결 및 설치 비용은 특히 낮으며, 가구용 광선 애플리케이션에 매력적입니다.
그러나 POF의 전송 손실은 약 0.25 dB/m로 실리카 섬유보다 거의 3 차원 높으며 장거리 광학 전송을 배제합니다. 대부분의 POF는 멀티모드입니다.저속으로 제한하는, 가정 네트워크, 광학 상호 연결, 자동차 네트워크 및 유연한 조명 / 계기 솔루션과 같은 단거리 응용 프로그램.
광섬유 기술은 계속해서 빠르게 발전하고 있으며 정보화 시대에 중추적인 역할을 수행하고 있습니다."특별 광섬유"라고 불리는 새로운 종류가 등장하고 있습니다.이 섬유는 광 통신의 특수 부대로서 신호 처리, 장치 상호 연결 및 기타 전문 응용 분야에서 독특하고 중요한 기능을 수행합니다.이 특유 의 섬유 를 이렇게 특별 하게 만드는 것 은 무엇 입니까?이 기사 는 몇 가지 대표적 인 특수 섬유 를 살펴보고, 그 기술 원칙, 응용 및 과제를 탐구 합니다.
표준 단일 모드 섬유 (SMF) 가 지배하는 광학 전송 시스템에서는 염색분산이 중요한 과제를 제시합니다. 분산은 광 펄스 확장을 유발합니다.신호 품질 저하 및 전송 거리와 속도를 제한분산 보상 섬유 (DCF) 는이 문제에 대한 효과적인 해결책을 제공합니다. DCF의 주요 특징은 1550nm 파장 창에서 큰 부정적인 분산 값입니다.이는 표준 SMF에서 생성되는 긍정적 분산을 보완합니다..
특히 DCF는 일반적으로 약 D ≈ -95 ps/ ((nm·km의 분산 계수를 가지고 있다. 이것은 DCF의 약 14 km가 표준 SMF의 80 km의 분산을 보상할 수 있다는 것을 의미한다.실용적 적용, DCF는 일반적으로 시스템 통합을 용이하게하기 위해 분산 보상 모듈 (DCM) 으로 패키지됩니다.
섬유 브래그 격자 (FBG) 와 같은 다른 분산 보상 기술과 비교하면 DCF는 넓은 파장 창, 높은 신뢰성,그리고 매우 낮은 분산 파동은 모든 파장 분할 멀티플렉싱 (WDM) 시스템에 매우 중요합니다.또한 DCF는 분산 기울기를 보상하도록 설계 될 수 있으며, 넓은 파장 WDM 애플리케이션에 이상적입니다.
그러나 DCF에는 한계가 있다. 단위 길이 당 제한된 분산 값으로 인해 DCF는 큰 전체 분산 보상이 필요할 때 상대적으로 높은 attenuation을 나타낸다.1550nm 파장 창에서 음분산을 달성하기 위해, DCF의 효과적인 코어 면적은 일반적으로 작습니다 (Aeff ≈ 15 μm2), 표준 SMF의 약 5분의 1입니다. 이것은 DCF에서 비선형 효과를 크게 향상시킵니다.DCF를 탑재한 측정 장치를 설계할 때 고려해야 하는 사항.
이상적인 단일 모드 섬유는 원형 가로 절편을 가지고 있으며 서로 정사각형 양극화 상태와 동일한 전파 상수를 갖춘 두 가지 퇴행 모드를 가지고 있습니다.외부 스트레스는 섬유의 양복절을 유발할 수 있습니다., 이러한 퇴행 모드가 다른 전파 상수를 개발하도록 만듭니다. The distribution of optical signals between these two polarization modes depends not only on the coupling conditions between the light source and the fiber but also on energy coupling between the modes during propagation—a process that is typically random결과적으로, 섬유를 통해 몇 미터 정도 퍼진 후에도, 출력 신호의 양극화 상태는 보통 무작위화됩니다.모드 결합 및 출력 양극화 상태는 온도 변동과 같은 외부 장애에 매우 민감합니다.기계적 스트레스 변화와 마이크로와 매크로 굽기.
두 정사각형 양극화 모드 사이의 에너지 결합을 최소화하기 위해, 그들의 전파 상수의 차이는 충분히 커져야 한다.이것은 핵에 비대칭 스트레스 적용 하기 위해 섬유 클래핑에 추가 요소를 통합함으로써 달성 됩니다서로 다른 재료의 열 팽창 계수 때문에, 섬유 드래잉 과정 중에 코어에서 일방적 스트레스가 생성 될 수 있습니다. 스트레스를 적용하는 부분 (SAP) 의 모양에 따라,PM 섬유는 "판다" 또는 "보위" 유형으로 분류됩니다.
PM 섬유는 기본적으로 직각 양극화 모드의 결합을 최소화하도록 설계된 고도로 양복형 섬유입니다.PM 섬유로 신호의 양극화 상태를 유지하기 위해, 입력 신호의 양극화는 섬유의 느린 축 또는 빠른 축에 맞춰져야 합니다. 그렇지 않으면 두 퇴행 모드가 흥분 될 것입니다.그들의 상대적인 광적 단계는 여전히 섬유 장애에 영향을받을 것입니다., 출력 양극화 상태가 유지되는 것을 방지합니다.
따라서, 광 시스템에서 PM 섬유를 사용할 때, 입력 신호의 극진 상태의 신중한 정렬은 중요합니다. 그렇지 않으면 출력 극진 안정성에 대해,PM 섬유는 표준 단일 모드 섬유보다 더 나쁜 성능을 보일 수 있습니다. PM 섬유의 또 다른 과제는 연결 및 스플라이싱에 대한 어려움입니다. 두 개의 PM 섬유를 결합 할 때, 그들의 쌍결축이 완벽하게 정렬되어야합니다.잘못된 정렬은 입력 양극화 잘못된 정렬과 같은 문제를 일으킨다정확한 축 회전과 정렬을 제공하는 PM 섬유 스플라이커는 복잡성으로 인해 기존 섬유 스플라이커보다 5배 더 많은 비용이 들 수 있습니다.
광성 결정섬유 (PCF), 광성 방드gap 섬유로도 알려져 있으며, 기존 섬유와 근본적으로 다른 파도 유도 메커니즘을 가진 완전히 새로운 섬유 유형을 나타냅니다.PCF는 일반적으로 가로 절개에 주기적으로 분산 된 많은 공기 구멍을 가지고 있습니다.PCF의 빛 안내 메커니즘은 섬유의 가로 방향으로의 브라그 공명 효과에 의존합니다.즉, 저손실 전송 창은 대폭 갱격 구조의 디자인에 의존합니다..
큰 코어 영역 PCF는 큰 코어 영역을 유지하면서 예외적으로 넓은 파장 창 (예를 들어, 750-1700 nm) 에서 단일 모드 작동을 허용합니다.큰 코어 영역 PCF는 더 넓은 낮은 손실 창을 제공합니다.비록 그 비선형 매개 변수는 표준 SMF보다 낮지만, 일반적으로 홀코어 PCF보다 훨씬 높습니다.
매우 비선형 PCF, 그것의 매우 작은 고체 코어 가로 절개로, 코어에서 매우 높은 전력 밀도를 가능하게 합니다. 예를 들어,λ0 = 710 nm에서 0분산 파장의 높은 비선형 PCF는 핵 지름이 1만큼 작을 수 있습니다..8μm 및 비선형 매개 변수 γ > 100 W−1 km−1?? 표준 SMF보다 40배 높습니다.이 유형의 PCF는 일반적으로 변수 증폭 및 초연속 생성과 같은 비선형 광적 신호 처리 응용 프로그램에서 사용됩니다..
홀코어 PCF는 공기 핵을 통해 빛 신호를 안내합니다. 고 굴절 지수가 있는 고체 다이 일렉트릭 물질을 필요로 하는 전통적인 파도 안내기와는 달리,PCF의 광학 밴드gap 구조는 공기 핵에 전파되는 빛 파도를 제한하는 가상 거울처럼 작용합니다대부분의 홀코어 PCF에서는 95% 이상의 광전력이 공기를 통해 이동하여 신호 전력과 유리 물질 사이의 상호 작용을 최소화합니다.공기의 비선형성은 실리카보다 3배 정도 낮기 때문에, 홀코어 PCF는 매우 낮은 비선형성을 나타낼 수 있으므로 고전력 광 신호를 전송하기에 적합합니다.
그러나 PCF는 상대적으로 좁은 전송창 (특히 홀코어 PCF,일반적으로 200 nm) 는 공기 핵에 신호 에너지를 제한하는 주기 구조의 강한 공명 효과로 인해· 및 상대적으로 높은 약화, 주로 공기 구멍 벽 거칠성으로 이어지는 제조 결함으로 인해 발생합니다.PCF의 거대한 공기/유 인터페이스 면적은 작은 표면 거칠성조차도 상당한 산란 손실을 일으킬 수 있음을 의미합니다.따라서 PCF는 고가의 고급 섬유 유형으로 남아 있으며 대부분 킬로미터보다 미터에 의해 판매됩니다.표면 처리를 복잡하게 만드는 공기 구멍으로 인한 부서지기 쉽고 다루기 어려운, 종료, 연결 및 스플라이싱은 광범위한 채택을 제한합니다.
최근에는, 홀코어 네스트드 안티레소넌트 노드리스 파이버 (HC-NANF) 라는 특별한 종류의 홀코어 PCF가 초고속 광학 전송에 유망하다는 것을 보여주었습니다.HC-NANF의 핵 구조는 중앙 공기 핵 주위를 둘러싼 6 쌍의 둥지를 틀은 실리카 모세혈관이 있습니다.이 嵌套 설계는 모드 필드를 공기 핵의 중심 영역으로 밀어내는데 도움이 되고, 실리카 물질과의 상호작용을 줄이고 잠재적으로 약화를 현저히 감소시킨다.적당한 모세혈관 두께의 설계, 지름, 위치, HC-NANF의 저손실 대역폭은 1100-1600 nm 파장 창 전체를 커버 할 수 있습니다. 개선 된 제조 기술은 이미 HC-NANF의 저하를 0으로 줄였습니다.28 dB/km결국, 빛의 필드는 최소한의 실리카 상호작용으로 공기 중심에 퍼지기 때문에,제조 기술이 더 발전하면 고유 손실은 표준 고핵 섬유보다 훨씬 낮을 수 있습니다..
홀코어 섬유는 추가적인 이점을 제공합니다: 무시할 수 없는 비선형성이 비선형 저하 우려없이 더 높은 신호 전력을 허용합니다.그리고 빛 신호는 n≈1에서 굴절 지수가 줄어들기 때문에 표준 고핵 섬유보다 약 30% 더 빠르게 퍼집니다..47에서 n≈1까지, 전송 지연을 줄이는 데 도움이 된다. 고속 WDM 전송 실험은 HC-NANF가 WDM 광 시스템 및 네트워크에 대한 현재 SMF에 대한 유망한 대안이 될 수 있음을 시사한다.
플라스틱 광섬유 (POF) 는 저렴한 대안을 제공하며 또한 다루기 쉽습니다. POF 코어는 일반적으로 PMMA (폴리메틸 메타크릴레이트) 로 만들어집니다.클레이딩은 일반적으로 코어보다 낮은 굴절 지수를 가진 플루오린 폴리머로 구성됩니다.. POF 가로 절단 디자인은 실리카 섬유보다 더 유연하며 다양한 핵 크기와 핵 / 클래핑 비율을 허용합니다. 예를 들어 큰 POF에서,95%의 직경은 빛 전송을 위한 핵심이 될 수 있습니다..
POF 제조는 실리카 기반 섬유에 필수적인 비싼 MOCVD 프로세스를 필요로 하지 않습니다.POF는 가격과 유연성 때문에 비용 민감한 영역에서 점점 더 많은 응용 프로그램을 찾습니다.. POF 연결 및 설치 비용은 특히 낮으며, 가구용 광선 애플리케이션에 매력적입니다.
그러나 POF의 전송 손실은 약 0.25 dB/m로 실리카 섬유보다 거의 3 차원 높으며 장거리 광학 전송을 배제합니다. 대부분의 POF는 멀티모드입니다.저속으로 제한하는, 가정 네트워크, 광학 상호 연결, 자동차 네트워크 및 유연한 조명 / 계기 솔루션과 같은 단거리 응용 프로그램.
