Ключевые принципы и пределы производительности многомодового волоконно-оптического кабеля

Оптическое волокно, являясь критически важным компонентом оптических волноводов, все чаще используется в телекоммуникациях, спектроскопии, освещении и сенсорных приложениях. Понимание принципов их работы и методов оптимизации производительности необходимо для максимального раскрытия их потенциала в практических реализациях.

Оптические волокна функционируют как волноводы, используя полное внутреннее отражение (ПВО) для удержания и направления света внутри твердых или жидких структур. Наиболее распространенный тип волокна — ступенчатое волокно — состоит из сердцевины с более высоким показателем преломления, окруженной оболочкой. Когда свет падает на границу раздела сердцевина-оболочка под углом, превышающим критический угол, происходит ПВО, захватывающее свет внутри сердцевины.

Угол приема (θ ^acc ) определяет максимальный угол падения для ПВО и рассчитывается по закону Снелла:

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

где n ^core и n ^clad представляют собой показатели преломления сердцевины и оболочки соответственно, а n обозначает показатель преломления внешней среды. Производители обычно характеризуют светособирающую способность с помощью числовой апертуры (NA):

NA = √(n ^core ² - n ^clad ²)

Для многомодовых волокон со ступенчатым профилем это формула дает точные значения NA. Экспериментальное определение путем измерения профиля дальнего поля (определение угла, при котором интенсивность падает до 5% от максимальной) предлагает альтернативную проверку.

Каждый потенциальный путь света через волокно представляет собой направленный режим. Геометрия волокна и свойства материала определяют количество режимов, варьирующееся от одномодового до тысяч режимов. Нормированная частота (V-число) оценивает поддерживаемые режимы:

V = (2πa/λ) × NA

где a — радиус сердцевины, а λ — длина волны в свободном пространстве. Многомодовые волокна имеют значения V >>1 (например, V≈40,8 для волокна 50µм/0,39NA при 1,5µм), поддерживая примерно V²/2 режимов. Одномодовые волокна поддерживают V<2.405 за счет меньших сердцевин и более низкой NA.

• Взаимодействия с собственными фононами в плавленом кремнеземе преобладают за пределами 2000 нм
• Загрязнители, такие как ионы OH⁻, создают пики поглощения на 1300 нм и 2,94µм
• Инженерная разработка легирующих добавок обеспечивает настраиваемые окна пропускания

• Рэлеевское рассеяние (∝1/λ⁴) преобладает на коротких длинах волн
• Дефекты при производстве или обращении увеличивают внешнее рассеяние

• Диаметр луча <70% размера сердцевины
• Предпочитает режимы низкого порядка
• Сниженная чувствительность к изгибу
• Более высокая плотность мощности в сердцевине

• Луч превышает размеры сердцевины
• Возбуждает все режимы одинаково
• Более высокая начальная пропускная способность
• Быстрое затухание режимов высокого порядка на расстоянии

• Вызванные изгибом: Локальный нагрев на крутых изгибах
• Фотопотемнение: УФ/коротковолновое индуцированное затухание

1. Осмотрите и очистите все интерфейсы волокна перед установкой
2. Проверьте соединения при низкой мощности перед работой с высокой мощностью
3. Постепенно увеличивайте мощность, контролируя производительность
4. Выберите подходящие типы волокон для конкретных применений
5. Примените надлежащие методы намотки и снятия напряжения