Gelişmiş Optik Fiberler Modern İletişim Ağlarını Dönüştürüyor

Fiber optik teknolojisi hızla gelişmeye devam ediyor ve bilgi çağında kilit bir rol oynuyor."Özel optik lifler" olarak bilinen yeni bir sınıf ortaya çıkıyor.Bu lifler optik iletişimde özel kuvvetler olarak hizmet verir, sinyal işleme, cihaz bağlantısı ve diğer özel uygulamalarda benzersiz ve kritik fonksiyonlar yerine getirir.Bu özel lifleri bu kadar dikkat çekici kılan nedir?Bu makalede, teknik ilkelerini, uygulamalarını ve zorluklarını araştıran çeşitli temsilci özel lifler incelenir.

Standart tek mod lifleri (SMF) tarafından egemen olan optik iletim sistemlerinde, kromatik dağılım önemli bir zorluk oluşturur.sinyal kalitesinin bozulması ve iletim mesafesinin ve hızının sınırlanması. Dağınıklık telafi lif (DCF) bu soruna etkili bir çözüm sağlar. DCF'nin temel özelliği, 1550 nm dalga boyu penceresinde büyük negatif dağılım değeridir.Standart SMF'de üretilen pozitif dağılımı telafi eden.

Özellikle DCF'nin tipik olarak yaklaşık D ≈ -95 ps/(nm·km'lik bir dağılım katsayısı vardır.Pratik uygulamalar, DCF genellikle daha kolay sistem entegrasyonu için bir dağılım telafi modülü (DCM) olarak paketlenir.

Fiber Bragg ızgaraları (FBG) gibi diğer dağılım telafi teknikleri ile karşılaştırıldığında, DCF geniş dalga boyu penceresi, yüksek güvenilirlik,ve son derece düşük dağılım dalgalanması dalga boyu bölünme multipleksing (WDM) sistemleri için çok önemlidir.Ek olarak, DCF, dağılım eğimini telafi etmek için tasarlanabilir ve geniş dalga boylu WDM uygulamaları için idealdir.

Bununla birlikte, DCF'nin sınırlamaları vardır. Birim boyu başına sınırlı dağılım değeri nedeniyle, DCF, büyük toplam dağılım telafi edilmesi gerektiğinde nispeten yüksek zayıflama gösterir.1550 nm dalga boyu penceresinde negatif dağılım elde etmek için, DCF'nin etkili çekirdek alanı tipik olarak küçüktür (Aeff ≈ 15 μm2), standart SMF'nin yaklaşık beşte biri.DCF'yi içeren ölçüm cihazlarını tasarlarken dikkate alınması gerekenler.

İdeal tek mod lifleri, birbirine ortogonal kutuplaşma durumlarına ve aynı yayılma sabitlerine sahip iki dejenere modla dairesel kesimlere sahiptir.Dış gerginlikler liflerde birefringense'ye neden olabilir, bu dejenerasyon modlarının farklı yayılma sabitleri geliştirmesine neden olur. 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 randomSonuç olarak, fiber üzerinden sadece birkaç metre yayıldıktan sonra bile, çıkış sinyalinin kutuplaşma durumu genellikle rastgele hale gelir.Mod eşleştirme ve çıkış kutuplaşma durumları sıcaklık değişimleri gibi dış bozukluklara karşı son derece hassastır, mekanik stres değişiklikleri ve hem mikro hem de makro bükümler.

İki ortogonal kutuplaşma modu arasındaki enerji çiftleşmesini en aza indirmek için, yayılma sabitlerindeki fark yeterince büyük olmalıdır.Bu, çekirdeğe asimetrik gerginlik uygulamak için lif kaplamasına ek elemanlar dahil ederek elde edilir.Farklı malzemelerin termal genişleme katsayısı nedeniyle, lif çizim süreci sırasında çekirdeğe tek yönlü gerginlik oluşabilir.,PM lifleri "Panda" veya "Bowtie" türleri olarak sınıflandırılır.

PM liflerinin, ortogonal kutuplaşma modları arasındaki çiftleşmeyi en aza indirmek için tasarlanmış yüksek derecede birefringent lifler olduğunu belirtmek önemlidir.Bir sinyalin kutuplaşma durumunu korumak için bir PM fiber için, giriş sinyalinin kutuplaşması liflerin yavaş veya hızlı eksenine uyum sağlamalıdır. aksi takdirde her iki dejenere mod da heyecanlanır ve aralarındaki minimum enerji çiftleşmesine rağmen,Onların göreceli optik fazları hala lif bozuklukları tarafından etkilenecektir, çıkış polarizasyon durumunun korunmasını engeller.

Bu nedenle, optik sistemlerde PM liflerini kullanırken, giriş sinyalinin kutuplaşma durumunun dikkatli bir şekilde hizalandırılması çok önemlidir.PM lifleri standart tek mod liflerinden daha kötü performans gösterebilir. PM liflerle ilgili bir diğer zorluk, onları bağlama ve birbirine bağlama zorluğudur. İki PM lifini birleştirirken, çift kırma eksenleri mükemmel bir şekilde hizalandırılmalıdır.Yanlış hizalama giriş kutuplaşması yanlış hizalama ile aynı sorunlara neden olurKesin bir eksen dönüşümü ve hizalanmasını sağlayan PM fiber splicer'lar, karmaşıklıklarından dolayı geleneksel fiber splicer'lardan beş kat daha pahalı olabilir.

Fotonik bant boşluğu lifleri olarak da bilinen fotonik kristal lif (PCF), geleneksel liflerden temelde farklı bir dalga yönlendirme mekanizması olan tamamen yeni bir lif türünü temsil eder.PCF tipik olarak çapraz kesiminde düzenli olarak dağıtılan çok sayıda hava deliğine sahiptir.PCF'nin ışık yönlendirme mekanizması, liflerin çapraz yönündeki Bragg rezonans etkilerine dayanır.Yani düşük kayıplı aktarım pencereleri büyük ölçüde bandgap yapısının tasarımına bağlı..

Büyük çekirdek alanlı PCF, büyük bir çekirdek alanını korurken, olağanüstü geniş bir dalga boyu penceresinde (örneğin 750-1700 nm) tek modlu çalışmaya izin verir.Büyük çekirdek alanlı PCF, daha geniş düşük kayıp pencereleri sunarDoğrusal olmayan parametresi standart SMF'den daha düşük olsa da, tipik olarak boş çekirdekli PCF'den çok daha yüksektir.

Yüksek derecede doğrusal olmayan PCF, çok küçük katı çekirdek kesimi ile çekirdekte çok yüksek güç yoğunluğunu sağlar.λ0 = 710 nm'de sıfır dağılım dalga boyuna sahip yüksek derecede doğrusal olmayan bir PCF'nin çekirdek çapı 1 kadar küçük olabilir.8 μm ve doğrusal olmayan parametre γ > 100 W−1 km−1 ̇40 defa standart SMF'den daha yüksek.Bu tür PCF, parametrik amplifikasyon ve süper sürekli jenerasyon gibi doğrusal olmayan optik sinyal işleme uygulamalarında yaygın olarak kullanılır..

Çürük çekirdekli PCF, hava çekirdeği üzerinden ışık sinyallerini yönlendirir.PCF'nin kaplamadaki fotonik bant boşluğu yapısı, yayılan ışık dalgalarını hava çekirdeğine sınırlayan sanal bir ayna gibi davranırÇoğu boş çekirdekli PCF'lerde, optik gücün% 95'inden fazlası hava üzerinden geçer ve sinyal gücü ile cam malzemesi arasındaki etkileşimi en aza indirger.Havanın doğrusal olmayanlığı silikten yaklaşık üç büyüklük derecesi daha düşük olduğundan, boş çekirdekli PCF son derece düşük bir doğrusal olmayanlığı gösterebilir ve bu nedenle yüksek güçlü optik sinyaller iletebilir.

Bununla birlikte, PCF iki ana zorlukla karşı karşıyadır: nispeten dar aktarım pencereleri (özellikle boş çekirdekli PCF için,Genellikle 200 nm civarında) hava çekirdeğinde sinyal enerjisini sınırlayan periyodik yapıların güçlü rezonans etkileri nedeniyle· ve nispeten yüksek zayıflama, öncelikle hava deliği duvarı kabalığına yol açan üretim kusurlarından kaynaklanır.PCF'deki muazzam hava/şüşe arayüz alanı, küçük bir yüzey kabalığının bile önemli dağılım kayıplarına neden olabileceği anlamına gelir.Sonuç olarak, PCF, çoğunlukla kilometreye değil metreye satılan pahalı, üst düzey bir fiber türü olarak kalıyor.Yüzey işlemini zorlaştıran hava deliklerinden kaynaklanan kırılganlıkları ve kullanım zorlukları, sonlandırma, bağlantı ve eşleştirme daha da yaygın kabulü sınırlıyor.

Yakın zamanda, boş çekirdekli yuvarlak antiresonanslı düğümsüz lif (HC-NANF) adı verilen bir tür boş çekirdekli PCF, yüksek hızlı optik iletim için umut verici olduğunu gösterdi.HC-NANF'in çekirdek yapısı, merkezi bir hava çekirdeğinin etrafında düzenlenmiş altı çift yuvalanmış silik kaşıntıdan oluşurBu yuvarlak tasarım, mod alanını hava çekirdeğinin merkezi bölgesine doğru itmeye yardımcı olur, silik maddelerle etkileşimi azaltır ve potansiyel olarak zayıflamayı önemli ölçüde azaltır.Kapilyar kalınlığının uygun tasarımı ileHC-NANF'nin düşük kayıp bant genişliği, 1100-1600 nm dalga boyu penceresinin tamamını kapsayabilir.28 dB/kmSonuçta, ışık alanı hava çekirdeğinde en az silikon etkileşimi ile yayıldığı için,Eğer üretim teknikleri daha da gelişirse, kendiliğinden kayıplar standart katı çekirdekli liflerden çok daha düşük olabilir..

Çürük çekirdekli lifler ek avantajlar sunar: önemsiz doğrusal olmayanlık, doğrusal olmayan bozulma endişeleri olmadan daha yüksek sinyal gücüne izin verir,ve ışık sinyalleri n≈1'den kırılma endeksinin azalması nedeniyle standart katı çekirdek liflerine göre yaklaşık% 30 daha hızlı yayılırYüksek hızlı WDM iletim deneyleri, HC-NANF'nin WDM optik sistemleri ve ağları için mevcut SMF'ye umut verici bir alternatif olabileceğini göstermektedir.

Plastik optik fiber (POF) kullanımı da kolay olan düşük maliyetli bir alternatif sunar. POF çekirdekleri tipik olarak PMMA'dan (polimetil metakrilat) yapılır.kaplama genellikle çekirdeğe göre daha düşük kırılma indeksi olan fluorlu polimerden oluşur. POF kesit tasarımları, çeşitli çekirdek boyutlarına ve çekirdek / kaplama oranlarına izin veren silik liflerden daha esnektir.Çapraz kesimin% 95'i ışık iletiminde çekirdek olabilir..

POF üretimi, silikaslı lifler için gerekli olan pahalı MOCVD işlemini gerektirmez ve bu da maliyetlere katkıda bulunur.POF, uygun maliyeti ve esnekliği nedeniyle maliyet duyarlı alanlarda artan uygulamalar buluyorPOF bağlantısı ve kurulum maliyetleri özellikle düşüktür ve bu da fiber-to-the-home uygulamaları için çekici hale getirir.

Bununla birlikte, POF'nin yaklaşık 0.25 dB/m'lik iletim kaybı, uzun mesafeli optik iletimi engellerek silik fiber'den neredeyse üç büyüklük katı daha yüksektir.Onları düşük hızda sınırlamak., ev ağları, optik bağlantılar, otomotiv ağları ve esnek aydınlatma/instrumentasyon çözümleri gibi kısa mesafe uygulamaları.