اصول کلیدی و محدودیت‌های عملکرد فیبر نوری چند حالته

فیبرهای نوری، به عنوان اجزای حیاتی موجبر نوری، به طور فزاینده ای در سراسر مخابرات، طیف سنجی، روشنایی و کاربردهای حسگر استفاده می شوند. درک اصول عملکرد و تکنیک های بهینه سازی عملکرد آنها برای به حداکثر رساندن پتانسیل آنها در پیاده سازی های عملی ضروری است.

فیبرهای نوری به عنوان موجبرها با استفاده از بازتاب داخلی کلی (TIR) برای محدود کردن و هدایت نور در ساختارهای جامد یا مایع عمل می کنند. متداول ترین نوع فیبر - فیبر پله ای - شامل یک هسته با ضریب شکست بالاتر است که توسط غلاف احاطه شده است. هنگامی که نور با زاویه ای بیش از زاویه بحرانی به رابط هسته-غلاف برخورد می کند، TIR رخ می دهد و نور را در داخل هسته به دام می اندازد.

زاویه پذیرش (θ ^acc ) حداکثر زاویه برخورد برای TIR را دیکته می کند و با استفاده از قانون اسنل محاسبه می شود:

θ ^acc = arcsin(√(n ^core ² - n ^clad ²) / n)

که در آن n ^core و n ^clad به ترتیب نشان دهنده شاخص های شکست هسته و غلاف هستند و n نشان دهنده ضریب شکست محیط خارجی است. تولیدکنندگان معمولاً ظرفیت جمع آوری نور را از طریق دیافراگم عددی (NA) مشخص می کنند:

NA = √(n ^core ² - n ^clad ²)

برای فیبرهای چند حالته پله ای با هسته بزرگ، این فرمول مقادیر NA دقیقی را ارائه می دهد. تعیین تجربی از طریق اندازه گیری پروفیل پرتو میدان دور (شناسایی زاویه ای که در آن شدت به 5٪ از حداکثر کاهش می یابد) تأیید جایگزین را ارائه می دهد.

هر مسیر نور بالقوه از طریق یک فیبر، یک حالت هدایت شده را تشکیل می دهد. هندسه فیبر و خواص مواد، تعداد حالت ها را تعیین می کند که از تک حالته تا هزاران حالت متغیر است. فرکانس نرمال شده (عدد V) حالت های پشتیبانی شده را تخمین می زند:

V = (2πa/λ) × NA

که در آن a شعاع هسته و λ طول موج فضای آزاد است. فیبرهای چند حالته مقادیر V >>1 را نشان می دهند (به عنوان مثال، V≈40.8 برای فیبر 50µm/0.39NA در 1.5µm)، تقریباً از حالت های V²/2 پشتیبانی می کنند. فیبرهای تک حالته V را حفظ می کنند <2.405 از طریق هسته های کوچکتر و NA کمتر.

• تعاملات فونون ذاتی در سیلیس ذوب شده فراتر از 2000 نانومتر غالب است
• آلاینده هایی مانند یون های OH⁻ قله های جذب را در 1300 نانومتر و 2.94µm ایجاد می کنند
• مهندسی دوپانت، پنجره های انتقال سفارشی را فعال می کند

• پراکندگی ریلی (∝1/λ⁴) در طول موج های کوتاه تر غالب است
• نقص از تولید یا جابجایی، پراکندگی خارجی را افزایش می دهد

• قطر پرتو <70٪ اندازه هسته
• حالت های مرتبه پایین را ترجیح می دهد
• حساسیت خمشی کاهش یافته است
• چگالی توان هسته بالاتر

• پرتو از ابعاد هسته فراتر می رود
• همه حالت ها را به طور مساوی تحریک می کند
• توان اولیه بالاتر
• تضعیف سریع حالت بالا در مسافت

• ناشی از خم شدن: گرمایش موضعی در خم های تنگ
• تاریک شدن نوری: تضعیف ناشی از UV/طول موج کوتاه

1. بازرسی و تمیز کردن تمام رابط های فیبر قبل از نصب
2. اتصالات را با توان کم قبل از عملکرد با توان بالا تأیید کنید
3. به تدریج توان را افزایش دهید در حالی که عملکرد را نظارت می کنید
4. انواع فیبر مناسب را برای کاربردهای خاص انتخاب کنید
5. تکنیک های سیم پیچ و کاهش فشار مناسب را پیاده سازی کنید