Fibre optique
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Une fibre optique ( ou fibre optique) est une fibre flexible transparent du verre ( silice ) ou en plastique, l??g??rement plus ??pais qu'un cheveu humain. Il fonctionne comme un guide d'onde, ou " conduit de lumi??re ", pour transmettre la lumi??re entre les deux extr??mit??s de la fibre. Le domaine de la sciences appliqu??es et de g??nie concern?? avec la conception et l'application de fibres optiques est connu comme la fibre optique. Les fibres optiques sont largement utilis??s dans communications ?? fibre optique, qui permet la transmission sur de longues distances et au sup??rieur bandes passantes (taux de donn??es) que les autres formes de communication. Les fibres sont utilis??es ?? la place du m??tal fils parce que les signaux se d??placent le long eux avec moins la perte et sont ??galement ?? l'abri les interf??rences ??lectromagn??tiques. Les fibres sont ??galement utilis??es pour illumination, et sont envelopp??s dans des paquets de sorte qu'ils peuvent ??tre utilis??s pour r??aliser des images, permettant ainsi la visualisation dans des espaces confin??s. Fibres sp??cialement con??us sont utilis??s pour une vari??t?? d'autres applications, y compris des capteurs et des lasers ?? fibre.
Les fibres optiques comprennent en g??n??ral un transparent un coeur entour?? par transparent mat??riau gaine avec un faible indice de r??fraction. La lumi??re est maintenu dans le noyau par r??flexion interne totale. Cela provoque la fibre ?? agir en tant que guide d'ondes. Fibres qui prennent en charge de nombreux trajets de propagation ou sont appel??s modes transverses fibres multi-mode (MMF), tandis que ceux qui ne prennent en charge un seul mode sont appel??s fibres monomodes (SMF). Fibres multi-mode ont g??n??ralement un diam??tre de base plus large, et sont utilis??s pour les liaisons de communication ?? courte distance et pour les applications o?? la puissance ??lev??e doit ??tre transmis. Fibres monomodes sont utilis??s pour la plupart des liens de communication de plus de 1050 m??tres (3440 pieds).
Rejoindre longueurs de fibre optique est plus complexe que de rejoindre fil ??lectrique ou le c??ble. Les extr??mit??s des fibres doivent ??tre soigneusement cliv??, puis ??piss?? ensemble, soit m??caniquement ou par les fusionnant avec la chaleur. Sp??cial connecteurs de fibres optiques pour les connexions amovibles sont ??galement disponibles.
Histoire
Fibre optique, bien que largement utilis?? dans le monde moderne, est assez simple, et relativement ancienne, de la technologie. Principes de la lumi??re par r??fraction, le principe qui rend possible la fibre optique, a ??t?? d??montr??e par Daniel Colladon et Jacques Babinet ?? Paris au d??but des ann??es 1840. John Tyndall comprenait une d??monstration de celui-ci dans ses conf??rences publiques ?? Londres , 12 ans plus tard. Tyndall a ??galement ??crit sur la propri??t?? de r??flexion interne totale dans un livre d'introduction sur la nature de la lumi??re en 1870: ??Quand la lumi??re passe de l'air dans l'eau, le rayon r??fract?? est pli?? vers le perpendiculaire ... Lorsque le rayon passe ?? partir de l'eau ?? l'air est pli?? ?? partir de la perpendiculaire ... Si l'angle que fait le rayon dans l'eau forme avec la perpendiculaire ?? la surface soit sup??rieure ?? 48 degr??s, le rayon ne quitte l'eau ?? tous: il sera totalement r??fl??chie par la surface .... L'angle qui marque la limite o?? commence la r??flexion totale est appel?? l'angle limite de la moyenne. Pour l'eau, cet angle est de 48 ?? 27 ', pour ce verre flint est de 38 ?? 41', tandis que pour ce diamant est de 23 ?? 42 '. "Cheveux humains non pigment?? On a ??galement montr?? ?? agir comme une fibre optique.
Les applications pratiques, telles que l'??clairage interne proche pendant la dentisterie, sont apparus au d??but du XXe si??cle. La transmission des images ?? travers des tubes a ??t?? d??montr??e de fa??on ind??pendante par l'exp??rimentateur radio Clarence Hansell et le pionnier de la t??l??vision John Logie Baird dans les ann??es 1920. Le principe a ??t?? utilis?? d'abord pour des examens m??dicaux internes par Heinrich Lamm dans la d??cennie suivante. Fibres optiques modernes, o?? la fibre de verre est rev??tue d'un rev??tement transparent d'offrir une plus appropri??e indice de r??fraction, est apparu plus tard dans la d??cennie. D??veloppement ensuite port?? sur des faisceaux de fibres pour la transmission de l'image. Harold Hopkins et Narinder Singh au Kapany Imperial College de Londres atteint transmission de la lumi??re ?? faible perte ?? travers un long faisceau 75 cm qui combinait plusieurs milliers de fibres. Leur article intitul?? "Un fibroscope souple, en utilisant un balayage statique?? a ??t?? publi?? dans la revue Nature en 1954. La premi??re fibre optique semi-flexible gastroscope a ??t?? brevet?? par Basil Hirschowitz, C. Wilbur Peters, et Lawrence E. Curtiss, les chercheurs du Universit?? du Michigan, en 1956. Dans le processus d'??laboration du gastroscope, Curtiss a produit les premi??res fibres de verre v??tu; fibres optiques pr??c??dents ??taient fond??s sur des huiles d'air ou peu pratiques et les cires comme la mati??re de gainage ?? faible indice.
Une vari??t?? d'autres applications de transmission d'image rapidement suivi.
En 1880, Alexander Graham Bell et Sumner Tainter a invent?? le ' Photophone 'au Volta Laboratory ?? Washington, DC, pour transmettre des signaux vocaux sur un faisceau optique. Ce ??tait une forme avanc??e de t??l??communications, mais sujette ?? des interf??rences atmosph??riques et peu pratique jusqu'?? ce que le transport s??curis?? de la lumi??re qui serait offert par les syst??mes de fibre optique. Dans la fin du 19e et d??but du 20e si??cles, la lumi??re a ??t?? guid?? par des tiges de verre cintr?? pour ??clairer les cavit??s du corps. Jun-ichi Nishizawa, un scientifique japonais au Universit?? de Tohoku, a ??galement propos?? l'utilisation de fibres optiques pour les communications en 1963, comme indiqu?? dans son livre publi?? en 2004 dans l'Inde . Nishizawa a invent?? d'autres technologies qui ont contribu?? au d??veloppement des communications par fibres optiques, tels que la fibre optique ?? gradient d'indice comme un canal pour transmettre la lumi??re des lasers ?? semi-conducteurs. Le premier travail Syst??me de transmission de donn??es ?? fibre optique a ??t?? d??montr??e par le physicien allemand Manfred B??rner au Telefunken Research Labs ?? Ulm en 1965, qui a ??t?? suivie par la premi??re demande de brevet pour cette technologie en 1966. Charles K. Kao et George A. Hockham de la soci??t?? britannique Standard Telephones and Cables (STC) ont ??t?? les premiers ?? promouvoir l'id??e que la att??nuation dans les fibres optiques peut ??tre r??duit en dessous de 20 d??cibels par kilom??tre (dB / km), la fabrication de fibres un moyen de communication pratique. Ils ont propos?? que l'att??nuation dans les fibres disponibles ?? ce moment a ??t?? provoqu??e par des impuret??s qui pourraient ??tre supprim??s, plut??t que par des effets physiques fondamentales telles que la diffusion. Ils correctement et syst??matiquement th??oris?? les propri??t??s lumi??re perte de fibre optique, et a soulign?? le bon mat??riel ?? utiliser pour ces fibres - verre de silice de haute puret??. Cette d??couverte a valu Kao le prix Nobel de physique en 2009.
La NASA a utilis?? la fibre optique dans les cam??ras de t??l??vision qui ont ??t?? envoy??s sur la lune. ?? l'??poque, l'utilisation dans les appareils photo a ??t?? class??e confidentielle, et seuls ceux qui l'habilitation de s??curit?? droite ou celles accompagn??es par une personne ayant l'autorisation de s??curit?? droit ont ??t?? autoris??s ?? manipuler les cam??ras.
La limite d'att??nuation crucial de 20 dB / km a ??t?? atteint en 1970, par des chercheurs Robert D. Maurer, Donald Keck, Peter C. Schultz, et Frank Zimar travailler pour le fabricant de verre am??ricain Corning Glass Works, maintenant Corning Incorporated. Ils ont d??montr?? une fibre avec 17 dB / km att??nuation par dopage verre de silice avec du titane . Quelques ann??es plus tard ils ont produit une fibre avec seulement 4 dB / km en utilisant l'att??nuation le dioxyde de germanium en tant que dopant de base. Cette faible att??nuation optique inaugur?? t??l??communications par fibres. En 1981, General Electric produite fusionn?? quartz lingots qui pourraient ??tre entra??n??s dans la fibre optique brins 25 miles (40 km) de long.
Att??nuation des c??bles optiques modernes est beaucoup moins que dans les c??bles ??lectriques en cuivre, conduisant ?? des connexions en fibre long-courriers avec des distances de 70 ?? 150 r??p??teurs de 43 ?? 93 km (mi). Le Amplificateur ?? fibre dop??e ?? l'erbium, ce qui r??duit le co??t des syst??mes ?? fibre longue distance en r??duisant ou en ??liminant les r??p??teurs optique-??lectrique-optique, a ??t?? co-d??velopp?? par ??quipes dirig??es par David N. Payne de la Universit?? de Southampton et Emmanuel Desurvire au Bell Labs en 1986. fibre optique moderne robuste utilise le verre ?? la fois ??me et la gaine, et est donc moins sujettes au vieillissement. Il a ??t?? invent?? par Gerhard Bernsee de Schott verre en Allemagne en 1973.
Le domaine ??mergent de cristaux photoniques conduit ?? l'??laboration en 1991 de fibres ?? cristal photonique, qui guide la lumi??re par diffraction d'une structure p??riodique, plut??t que par r??flexion interne totale. Les premi??res fibres ?? cristaux photoniques sont devenus disponibles dans le commerce en 2000. Les fibres ?? cristal photonique peut transporter une puissance plus ??lev??e que les fibres conventionnelles et leurs propri??t??s de longueur d'onde d??pendant peuvent ??tre manipul??s pour am??liorer les performances.
Applications
Communication par fibre optique
La fibre optique peut ??tre utilis?? comme un moyen de t??l??communication et r??seaux informatiques, car il est flexible et peut ??tre livr?? que des c??bles. Il est particuli??rement avantageux pour les communications longue distance, parce que la lumi??re se propage ?? travers la fibre avec peu d'att??nuation par rapport aux c??bles ??lectriques. Cela permet de longues distances pour ??tre fractionn??s avec peu r??p??teurs. De plus, les signaux lumineux se propageant par canal dans la fibre ont ??t?? modul??es ?? des taux aussi ??lev??s que 111 gigabits par seconde par NTT, bien que 10 ou 40 Gbit / s est typique dans les syst??mes d??ploy??s. Chaque fibre peut transporter de nombreux canaux ind??pendants, chacun utilisant une longueur d'onde diff??rente de la lumi??re ( multiplexage spectral (WDM)). Le taux net de donn??es (taux de donn??es sans octets g??n??raux) par fibre est le taux par canal donn??es r??duit par la surcharge FEC, multipli?? par le nombre de canaux (g??n??ralement jusqu'?? quatre-vingts dans commerciale syst??mes WDM denses ?? partir de 2008). Le record de d??bit de donn??es ?? fibre optique de laboratoire actuel, d??tenu par Alcatel-Lucent de Villarceaux, en France, est multiplexage 155 canaux, chacun portant ?? 100 Gbit / s sur une fibre de 7000 km. Nippon Telegraph and Telephone Corporation a ??galement r??ussi 69,1 Tbit / s sur une seule fibre 240 km (multiplexage 432 canaux, ce qui ??quivaut ?? 171 Gbit / s par canal). De Bell Labs a aussi battu un 100 p??tabit par seconde barri??re de kilom??tres (15,5 Tbit / s sur une fibre unique km 7000).
Pour les applications ?? courte distance, comme un r??seau dans un immeuble de bureaux, le c??blage fibre optique peut ??conomiser de l'espace dans des goulottes. Ce est parce que une seule fibre peut transporter beaucoup plus de donn??es que les c??bles ??lectriques tels que la norme c??blage Ethernet de cat??gorie 5, qui se ??tend g??n??ralement ?? 100 Mbits / s ou 1 Gbit / s vitesses. La fibre est ??galement insensible aux interf??rences ??lectriques; il n'y a pas de diaphonie entre les signaux dans les diff??rents c??bles, et aucun ramassage du bruit ambiant. C??bles de fibres non-blind??s ne conduit pas l'??lectricit??, ce qui rend la fibre une bonne solution pour la protection des ??quipements de communication dans environnements ?? haute tension, tels que installations de production d'??lectricit??, ou des structures de communication de m??tal sujettes ?? la foudre. Ils peuvent ??galement ??tre utilis??s dans des environnements o?? les vapeurs explosives sont pr??sentes, sans risque d'inflammation. ??coutes t??l??phoniques (dans ce cas, ??coutes fibres) est plus difficile par rapport aux connexions ??lectriques, et il ya des fibres dual core concentriques que l'on dit ??tre prise ?? l'??preuve.
Les capteurs ?? fibres optiques
Fibres ont de nombreuses utilisations de la t??l??d??tection. Dans certaines applications, le capteur lui-m??me est une fibre optique. Dans d'autres cas, la fibre est utilis?? pour connecter un capteur ?? fibres optiques non ?? un syst??me de mesure. Selon l'application, la fibre peut ??tre utilis??e en raison de sa petite taille, ou du fait qu'aucun l'??nergie ??lectrique ne est n??cessaire ?? l'emplacement distant, ou parce que de nombreux capteurs peuvent ??tre multiplex??s sur la longueur d'une fibre en utilisant diff??rentes longueurs d'onde de lumi??re pour chaque capteur, ou par d??tection de la temporisation tant que la lumi??re passe le long de la fibre ?? travers chaque capteur. La temporisation peut ??tre d??termin??e en utilisant un dispositif tel qu'un r??flectom??tre optique dans le domaine temporel.
Les fibres optiques peuvent ??tre utilis??es comme capteurs pour mesurer souche, la temp??rature , pression et d'autres quantit??s en modifiant une fibre sorte que la propri??t?? pour mesurer module la intensit??, de phase, polarisation, longueur d'onde, ou le temps de transit de la lumi??re dans la fibre. Capteurs variant l'intensit?? de la lumi??re sont les plus simples, puisque seulement une source simple et d??tecteur sont n??cessaires. Une caract??ristique particuli??rement utile de tels capteurs ?? fibres optiques est qu'elles peuvent, si n??cessaire, fournir d??tection r??partie sur des distances allant jusqu'?? un m??tre.
Extrins??ques capteurs ?? fibres optiques utilisent un C??ble ?? fibres optiques, une normalement une multi-mode, ?? transmettre lumi??re modul??e par le capteur-optique ou un capteur ??lectronique reli?? ?? un ??metteur optique soit un non-fibre. Un avantage majeur de capteurs extrins??ques est leur capacit?? ?? atteindre des endroits autrement inaccessibles. Un exemple est la mesure de la temp??rature ?? l'int??rieur de l'a??ronef des r??acteurs en utilisant une fibre ?? transmettre le rayonnement en un rayonnement pyrom??tre ?? l'ext??rieur du moteur. Capteurs extrins??ques peuvent ??tre utilis??s de la m??me mani??re pour mesurer la temp??rature interne de transformateurs ??lectriques, o?? l'extr??me champs ??lectromagn??tiques pr??sentent faire d'autres techniques de mesure impossible. Capteurs extrins??ques mesurer les vibrations, la rotation, d??placement, la vitesse, l'acc??l??ration, le couple et la torsion. Une version ?? l'??tat solide du gyroscope en utilisant l'interf??rence de la lumi??re, a ??t?? d??velopp??e. Le gyroscope ?? fibre optique (FOG) n'a pas de pi??ces mobiles, et exploite la Effet Sagnac pour d??tecter une rotation m??canique.
Les utilisations courantes pour les capteurs de fibres optiques englobe les syst??mes de s??curit?? de d??tection d'intrusion avanc??e. La lumi??re est transmise le long d'un c??ble de capteur ?? fibres optiques plac??e sur un, d'un pipeline, ou le c??blage de communication de cl??ture, et le signal de retour est surveill?? et analys?? pour d??terminer les perturbations. Ce signal de retour est trait??e num??riquement pour d??tecter des perturbations et de d??clencher une alarme si un intrusion a eu lieu.
D'autres utilisations de fibres optiques
Les fibres sont largement utilis??s dans des applications d'??clairage. Ils sont utilis??s comme guides de lumi??re dans des applications m??dicales et d'autres o?? la lumi??re lumineuse doit ??tre brillaient sur une cible sans un chemin clair line-of-sight. Dans certains b??timents, fibres optiques voie la lumi??re du soleil sur le toit ?? d'autres parties du b??timent (voir Optique non imageante). ??clairage par fibre optique est ??galement utilis?? pour des applications d??coratives, y compris signes, l'art , les jouets et artificielle Arbres de No??l. boutiques Swarovski utilisent des fibres optiques pour ??clairer leurs vitrines en cristal de nombreux angles diff??rents alors que seulement employant une source de lumi??re. La fibre optique est une partie intrins??que du produit de construction en b??ton de transmission de lumi??re, LiTraCon.
La fibre optique est ??galement utilis?? dans l'optique d'imagerie. Un faisceau coh??rent de fibres est utilis??, parfois avec des lentilles, pour un long dispositif d'imagerie fine appel?? endoscope, qui est utilis?? pour afficher les objets ?? travers un petit trou. Endoscopes m??dicaux sont utilis??s pour les mini-invasive d'exploration ou d'intervention chirurgicale. Endoscopes industriels (voir fibroscope ou endoscope) sont utilis??s pour inspecter quelque chose de dur ?? atteindre, comme les int??rieurs de moteurs ?? r??action. Beaucoup de microscopes utilisent des sources de lumi??re ?? fibre optique pour fournir un ??clairage intense des ??chantillons ?? l'??tude.
Dans la spectroscopie , des faisceaux de fibres optiques transmettent la lumi??re ?? partir d'un spectrom??tre ?? une substance qui ne peut pas ??tre plac?? ?? l'int??rieur du spectrom??tre lui-m??me, afin d'analyser sa composition. Un spectrom??tre analyse substances en faisant rebondir la lumi??re sur des et ?? travers eux. En utilisant des fibres, un spectrom??tre peut ??tre utilis?? pour ??tudier des objets ?? distance.
Une fibre optique dop?? avec certains ??l??ments de terres rares tels que l'erbium peuvent ??tre utilis??s comme le gagner moyen d'un laser ou Amplificateur optique. Fibres optiques dop??es terres rares peuvent ??tre utilis??s pour fournir le signal d'amplification par ??pissage une courte section de fibre dop??e dans un (non dop??) ligne r??guli??re de fibre optique. La fibre dop??e est pompage optique ?? une seconde longueur d'onde laser qui est coupl??e ?? la ligne, en plus de l'onde signal. Les deux longueurs d'onde de la lumi??re sont transmis ?? travers la fibre dop??e, qui transf??re l'??nergie de la seconde pompe ?? la longueur d'onde de l'onde de signal. Le proc??d?? qui provoque l'amplification est l'??mission stimul??e.
Les fibres optiques dop??es avec un longueur d'onde shifter recueillir lumi??re de scintillation dans exp??riences de physique.
La fibre optique peut ??tre utilis?? pour fournir un niveau de puissance faible (environ un watt) ?? l'??lectronique situ??e dans un environnement difficile ??lectrique. Des exemples de ce sont l'??lectronique ?? ??l??ments d'antenne haute puissance et des dispositifs de mesure utilis??s dans les ??quipements de transmission haute tension.
Le sites fer pour les armes de poing, des fusils, des fusils de chasse et peuvent utiliser de petits morceaux de fibre optique pour l'am??lioration de contraste.
Principe de fonctionnement
Une fibre optique est cylindrique Guide d'ondes di??lectrique ( guide d'ondes non-conducteur) qui transmet la lumi??re le long de son axe, par le proc??d?? de r??flexion interne totale. La fibre se compose d'un coeur entour?? par un couche de gainage, qui sont tous deux fait de des mat??riaux di??lectriques. Pour confiner le signal optique dans le coeur, le indice de r??fraction de l'??me doit ??tre sup??rieur ?? celui de la gaine. La limite entre le coeur et la gaine peut ??tre soit brusque, en fibres ?? saut d'indice, ou progressive, en fibre ?? gradient d'indice.
Indice de r??fraction
L'indice de r??fraction est un moyen de mesure de la vitesse de la lumi??re dans un mat??riau. La lumi??re voyage plus rapide dans un vide comme l'espace. La vitesse de la lumi??re dans le vide est d'environ 300000 km (186000 milles) par seconde. Indice de r??fraction est calcul??e en divisant la vitesse de la lumi??re dans le vide par la vitesse de la lumi??re dans un autre milieu. L'indice de r??fraction du vide est donc 1, par d??finition. La valeur typique pour le rev??tement d'une fibre optique est de 1,52. La valeur de base est g??n??ralement 1,62. Plus l'indice de r??fraction, la lumi??re se d??place plus lentement dans ce milieu. De cette information, une bonne r??gle de base est que signal en utilisant la fibre optique pour la communication se rendra ?? environ 200 000 kilom??tres par seconde. Ou pour le dire autrement, de voyager 1000 kilom??tres en fibres, le signal aura 5 millisecondes se propager. Ainsi, un appel t??l??phonique effectu?? par fibre entre Sydney et New York, sur une distance de 12.000 km, signifie qu'il ya un retard minimum absolu de 60 millisecondes (soit environ 1/16 de seconde) entre le moment o?? un appelant parle au moment o?? les autres Entend . (Bien s??r, la fibre dans ce cas sera probablement voyager un itin??raire plus long, et il y aura des retards suppl??mentaires dus ?? la commutation de l'??quipement de communication et le processus de codage et de d??codage de la voix sur la fibre).
La r??flexion interne totale
Lorsque la lumi??re se d??pla??ant dans un milieu optiquement dense frappe une limite ?? un angle raide (plus grande que la angle critique de la limite), la lumi??re est compl??tement r??fl??chie. Ceci est appel?? la r??flexion totale interne. Cet effet est utilis?? dans les fibres optiques ?? confiner la lumi??re dans le coeur. La lumi??re se propage ?? travers le coeur de la fibre, rebondissant d'avant en arri??re de la limite entre le coeur et la gaine. Parce que la lumi??re doit frapper la fronti??re avec un angle sup??rieur ?? l'angle critique, seule lumi??re qui p??n??tre dans la fibre dans une certaine gamme d'angles peuvent voyager dans la fibre sans fuite. Cette gamme d'angles est appel?? c??ne acceptation de la fibre. La taille de ce c??ne d'acceptation est une fonction de la diff??rence d'indice de r??fraction entre le coeur et la gaine de la fibre.
En termes plus simples, il existe un angle maximum de l'axe de la fibre au cours de laquelle la lumi??re peut p??n??trer dans la fibre de sorte qu'elle se propage, ou Voyage, dans le coeur de la fibre. Le sinus de cet angle maximum est la ouverture num??rique (NA) de la fibre. Fibre avec un plus grand NA n??cessite moins de pr??cision pour l'??pissure et de travailler avec de la fibre avec un plus petit NA. Fibre monomode a un petit NA.
Mode multi-fibre
Fibre avec un diam??tre de base grande (sup??rieure ?? 10 microm??tres) peut ??tre analys?? par optique g??om??trique. Une telle fibre est appel??e fibre multi-mode, de l'analyse ??lectromagn??tique (voir ci-dessous). Dans une fibre multimode ?? saut d'indice, les rayons lumineux sont guid??s le long du coeur de la fibre par r??flexion interne totale. Rayons qui r??pondent ?? la fronti??re entre le noyau et la gaine ?? un angle ??lev?? (mesur??s par rapport ?? une ligne la normale ?? la limite), sup??rieure ?? la angle critique pour cette limite, sont compl??tement r??fl??chie. L'angle critique (angle minimum de r??flexion interne totale) est d??termin??e par la diff??rence d'indice de r??fraction entre les mat??riaux de coeur et de gaine. Rayons qui r??pondent ?? la fronti??re ?? un angle faible sont r??fract??s de la coeur dans la gaine, et ne transmet pas la lumi??re et donc l'information le long de la fibre. L'angle critique d??termine la angle d'acceptance de la fibre, souvent rapport?? comme un ouverture num??rique. Une grande ouverture num??rique permet ?? la lumi??re de se propager dans la fibre dans les rayons ?? la fois ?? proximit?? de l'axe et ?? diff??rents angles, permettant le couplage efficace de la lumi??re dans la fibre. Toutefois, cette ouverture num??rique ??lev??e augmente la quantit?? de dispersion sous forme de rayons ?? diff??rents angles ont diff??rentes longueurs de trajet et prennent donc des moments diff??rents pour traverser la fibre.
Dans fibre ?? gradient d'indice, l'indice de r??fraction dans le coeur diminue de fa??on continue entre l'axe et la gaine. Cela provoque rayons lumineux se plier en douceur ?? l'approche de la gaine, plut??t que de refl??ter brusquement de la fronti??re entre le noyau-gaine. Les voies courbes r??sultantes r??duire la dispersion par trajets multiples ??lev??es parce que les rayons d'angle passent plus par le biais de la p??riph??rie inf??rieure d'indice du coeur, plut??t que le centre ?? haut indice. Le profil d'indice est choisi pour minimiser la diff??rence de vitesses de propagation axiales des diff??rents rayons dans la fibre. Ce profil d'indice id??al est tr??s proche d'une relation parabolique entre l'indice et la distance de l'axe.
Fibre monomode
1. Noyau: 8 pm de diam??tre
2. Bardage: 125 um dia.
3. Tampon: 250 um dia.
4. Jacket: 400 um dia.
Fibre ayant un diam??tre de base inf??rieur ?? environ dix fois le longueur d'onde de la lumi??re se propageant ne peut ??tre mod??lis??e en utilisant l'optique g??om??trique. Au lieu de cela, elle doit ??tre analys??e comme un ??lectromagn??tique la structure, par une solution d' ??quations de Maxwell r??duite ?? la Rayonnement ??lectromagn??tique. L'analyse ??lectromagn??tique peut ??galement ??tre n??cessaire pour comprendre les comportements tels que speckle qui se produire lorsque lumi??re coh??rente se propage dans la fibre multi-mode. Comme un guide optique, la fibre prend en charge un ou plusieurs confin?? modes transverses par lequel la lumi??re peuvent se propager le long de la fibre. Fibre supporter un seul mode est appel?? mode simple ou une fibre mono-mode. Le comportement de grand-core fibres multi-mode peut aussi ??tre mod??lis??e en utilisant l'??quation d'onde, ce qui montre que cette fibre prend en charge plus d'un mode de propagation (d'o?? le nom). Les r??sultats de cette mod??lisation de la fibre multi-mode sont d'accord avec les pr??dictions environ de l'optique g??om??trique, si le coeur de la fibre est suffisamment grande pour supporter plus de quelques modes.
L'analyse montre que le guide d'onde de l'??nergie lumineuse dans la fibre ne est pas enti??rement confin?? dans le coeur. Au lieu de cela, en particulier dans les fibres monomodes, une fraction importante de l'??nergie dans le mode li?? dans la gaine se d??place en tant que onde ??vanescente.
Le type le plus commun de fibre monomode a un diam??tre de base de 8-10 microm??tres et est con??u pour une utilisation dans le proche infrarouge. La structure du mode d??pend de la longueur d'onde de la lumi??re utilis??e, de sorte que cette fibre appuie en fait un petit nombre de modes suppl??mentaires aux longueurs d'onde visibles. La fibre multi-mode, par comparaison, est fabriqu?? avec des diam??tres aussi petits que 50 microm??tres et aussi grandes que des centaines de microm??tres base. Le fr??quence normalis??e V pour cette fibre doit ??tre inf??rieure ?? la premi??re z??ro de la fonction de Bessel J 0 (environ 2,405).
Fibres ?? usage sp??cial
Certains fibre optique ?? usage sp??cial est construit avec un noyau non cylindrique et / ou la couche de rev??tement, g??n??ralement avec une section transversale elliptique ou rectangulaire. Il se agit notamment fibres et fibres ?? maintien de polarisation con??ue pour supprimer chuchotant propagation de mode galerie. des fibres ?? maintien de polarisation sont du type unique de fibres qui est couramment utilis?? dans les capteurs ?? fibre optique en raison de sa capacit?? ?? maintenir la polarisation de la lumi??re ins??r??e en elle.
Fibre ?? cristal photonique est compos?? d'un motif r??gulier de variation d'indice (souvent sous la forme de trous cylindriques qui se ??tendent le long de la longueur de la fibre). De telles utilisations de fibres effets de diffraction ?? la place ou en plus ?? la r??flexion interne totale, pour confiner la lumi??re au c??ur de la fibre. Les propri??t??s de la fibre peuvent ??tre adapt??s ?? une large vari??t?? d'applications.
M??canismes d'att??nuation
L'att??nuation dans les fibres optiques, ??galement connus sous le nom de perte de transmission, est la r??duction de l'intensit?? du faisceau de lumi??re (ou un signal) qui se d??place ?? travers le support de transmission. coefficients d'att??nuation dans les fibres optiques utilisent g??n??ralement des unit??s de dB / km ?? travers le milieu en raison de la qualit?? relativement ??lev??e de la transparence des m??dias de transmission optique moderne. Le support est g??n??ralement une fibre de verre de silice qui confine le faisceau lumineux incident ?? l'int??rieur. L'att??nuation est un facteur important limitant la transmission d'un signal num??rique sur de grandes distances. Ainsi, beaucoup de recherches ont ??t?? consacr??s ?? la fois limiter l'att??nuation et de maximiser l'amplification du signal optique. Recherches empiriques ont montr?? que l'att??nuation dans la fibre optique est caus??e principalement par deux diffusion et absorption.
Diffusion de la lumi??re
La propagation de la lumi??re ?? travers le coeur d'une fibre optique est bas?? sur une r??flexion interne totale de l'onde lumineuse. Les surfaces rugueuses et irr??guli??res, m??me au niveau mol??culaire, peuvent causer des rayons lumineux se refl??tent dans des directions al??atoires. Cela se appelle r??flexion diffuse ou diffusion, et il est g??n??ralement caract??ris?? par grande vari??t?? d'angles de r??flexion.
Diffusion de la lumi??re d??pend de la longueur d'onde de la lumi??re ??tant dispers??s. Ainsi, des limites ?? des ??chelles spatiales de visibilit?? se pr??sentent, selon la fr??quence de la lumi??re incidente d'onde et la dimension physique (ou ??chelle spatiale) du centre de diffusion, qui est g??n??ralement sous la forme d'une caract??ristique sp??cifique de micro-structure. Depuis la lumi??re visible a une longueur d'onde de l'ordre de une centres de microm??tre (un millioni??me de m??tre) de diffusion auront dimensions sur une ??chelle spatiale similaire.
Ainsi, l'att??nuation r??sultant de la diffusion incoh??rente de la lumi??re au interne surfaces et interfaces. Dans les (poly) des mat??riaux cristallins tels que les m??taux et les c??ramiques, en plus des pores, la plupart des surfaces internes ou interfaces sont sous la forme de joints de grains minuscules qui s??parent les r??gions de l'ordre cristallin. Il a ??t?? montr?? r??cemment que, lorsque la taille du centre de diffusion (ou joints de grains) est r??duite au-dessous de la taille de la longueur d'onde de la lumi??re ??tant diffus??e, la diffusion ne se produit plus dans une mesure significative. Ce ph??nom??ne a donn?? lieu ?? la production de mat??riaux c??ramiques transparents.
De m??me, la diffusion de la lumi??re dans la fibre de verre de qualit?? optique est provoqu??e par des irr??gularit??s au niveau mol??culaire (fluctuations de composition) dans la structure de verre. En effet, une ??cole de pens??e ??mergente est qu'un verre est tout simplement le cas limite d'un solide polycristallin. Dans ce cadre, ??domaines?? pr??sentant divers degr??s d'ordre ?? courte distance deviennent les blocs de construction des deux m??taux et alliages, ainsi que les verres et les c??ramiques. R??partis entre et dans ces domaines sont des micro-structurelle d??fauts qui fournissent les endroits les plus id??ales pour diffusion de la lumi??re. Ce m??me ph??nom??ne est consid??r?? comme l'un des facteurs limitants de la transparence des d??mes de missile IR.
Au puissances optiques ??lev??es, la diffusion peut aussi ??tre caus??e par des processus optiques non lin??aires dans la fibre.
UV-Vis-absorption IR
En plus de la diffusion de lumi??re, l'att??nuation ou la perte de signal peuvent ??galement se produire en raison de l'absorption s??lective des longueurs d'onde sp??cifiques, d'une mani??re similaire ?? celle responsable de l'apparition de la couleur. Consid??rations mat??rielles primaires comprennent ?? la fois des ??lectrons et des mol??cules comme suit:
1) Au niveau ??lectronique, cela d??pend si les orbitales d'??lectrons sont espac??es (ou "quantifi??") de telle sorte qu'ils peuvent absorber un quantum de lumi??re (photons ou) d'une longueur d'onde ou de fr??quence sp??cifique dans l'ultraviolet (UV) ou les plages visibles . Ce est ce qui donne lieu ?? la couleur.
2) Au niveau atomique ou mol??culaire, cela d??pend de la fr??quence des vibrations atomiques ou mol??culaires ou des liaisons chimiques, la proximit??-emball??s ses atomes ou mol??cules sont, et si oui ou non les atomes ou les mol??cules pr??sentent ordre ?? longue port??e. Ces facteurs d??termineront la capacit?? du mat??riau ?? transmettre des longueurs d'onde dans l'infrarouge (IR), loin des plages IR, radio et micro-ondes.
La conception de tout dispositif optiquement transparente n??cessite la s??lection des mat??riaux bas??s sur la connaissance de ses propri??t??s et les limitations. Le Treillis les caract??ristiques d'absorption observ??s au niveau des zones de plus basse fr??quence (IR milieu ?? une longueur d'onde dans l'infrarouge lointain) d??finissent la limite de longueur d'onde de transparence du mat??riau. Ils sont le r??sultat de l'activit?? interactive le couplage entre les mouvements des vibrations induites thermiquement des atomes et des mol??cules constitutives du treillis solide et le rayonnement d'onde de la lumi??re incidente. Par cons??quent, tous les mat??riaux sont d??limit??es par des r??gions d'absorption caus??s par les vibrations atomiques et mol??culaires (obligations d'??tirement) en infrarouge lointain (> 10 um) limitant.
Ainsi, l'absorption multi-phonons se produit lorsque deux ou plusieurs phonons interagissent pour produire simultan??ment des moments dipolaires ??lectriques avec lequel le rayonnement incident peut couple. Ces dip??les peuvent absorber l'??nergie du rayonnement incident, pour atteindre un couplage maximum de rayonnement lorsque la fr??quence est ??gale ?? la mode de vibration fondamental du dip??le mol??culaire (par exemple, liaison Si-O) dans l'infrarouge lointain, ou une de ses harmoniques.
L'absorption s??lective de l'infrarouge (IR) de la lumi??re par un mat??riau particulier se produit parce que la fr??quence s??lectionn??e de l'onde lumineuse correspondant ?? la fr??quence (ou un multiple entier de la fr??quence) ?? laquelle les particules de cette mati??re vibrer. Depuis des atomes et des mol??cules ont des fr??quences propres de vibration, ils absorbent s??lectivement des fr??quences diff??rentes (ou des parties du spectre) de l'infrarouge (IR).
La r??flexion et la transmission des ondes lumineuses se produisent parce que les fr??quences des ondes lumineuses ne correspondent pas aux fr??quences de r??sonance propres de vibration des objets. Lorsque la lumi??re infrarouge de ces fr??quences frappe un objet, l'??nergie est soit r??fl??chie ou transmise.
Fabrication
Mat??riels
Des fibres optiques en verre sont presque toujours fabriqu??s ?? partir de silice , mais d'autres mat??riaux, tels que fluorozirconate, fluoro, et verres de chalcog??nure ainsi que des mat??riaux cristallins tels que saphir, sont utilis??s pour plus d'onde infrarouges applications sp??cialis??es ou d'autres. De la silice et des verres de fluorure ont g??n??ralement des indices de r??fraction d'environ 1,5, mais certains mat??riaux tels que les chalcog??nures peuvent avoir des indices aussi ??lev??s que 3. Typiquement, la diff??rence d'indice entre le coeur et la gaine est inf??rieur ?? un pour cent.
Fibres optiques plastiques (POF) sont g??n??ralement ?? saut d'indice multimode fibres d'un diam??tre de base de 0,5 millim??tres ou plus. POF ont g??n??ralement des coefficients d'att??nuation plus ??lev??s que les fibres de verre, 1 dB / m ou plus, et cette forte att??nuation limite la gamme de syst??mes bas??s sur POF.
Silice
Silice expositions assez bonne de transmission optique sur une large gamme de longueurs d'onde. Dans le le proche infrarouge (proche IR) partie du spectre, en particulier autour de 1,5 um, la silice peut avoir extrêmement faible absorption et de diffusion des pertes de l'ordre de 0,2 dB / km. Ces pertes sont remarquablement bas possible que parce que le silicium ultra-pur est disponible, il est essentiel pour la fabrication de circuits intégrés et des transistors discrets. Une transparence élevée dans la région de 1,4 um est obtenue par le maintien d'une faible concentration en groupes hydroxyle (OH). Alternativement, une haute OH concentration est meilleure pour la transmission dans l' ultraviolet région (UV).
Silice peut être tirée en fibres à des températures raisonnablement élevées, et a une assez large gamme de transformation du verre. Un autre avantage est que l'épissure par fusion et le clivage de fibres de silice est relativement efficace. fibre de silice a également une résistance mécanique élevée à la fois contre la traction et la flexion, même, à la condition que la fibre ne soit pas trop épaisse et que les surfaces ont été bien préparé au cours du traitement. Même clivage simple (rupture) des extrémités de la fibre peut fournir des surfaces bien plat avec une qualité optique acceptable. La silice est également relativement inerte chimiquement. En particulier, il est pas hygroscopique (ne pas absorber l'eau).
verre de silice peut être dopée avec divers matériaux. Un but de dopage est d'élever la indice de réfraction (par exemple avec du dioxyde de Germanium (GEO 2 ) ou l'oxyde d'aluminium (Al 2 O 3 )) ou de l'abaisser (par exemple avec du fluor ou de trioxyde de bore (B 2 O 3 )). Le dopage est également possible avec des ions actifs laser (par exemple, des fibres dopées aux terres rares) afin d'obtenir des fibres actives à utiliser, par exemple, à des amplificateurs à fibre ou laser applications. Tant le coeur de la fibre et la gaine sont généralement dopées, de sorte que la totalité de l'ensemble (coeur et la gaine) est effectivement le même composé (par exemple un aluminosilicate, germanosilicate, phosphosilicate ou le verre de borosilicate).
En particulier pour des fibres actives, la silice pure est généralement pas un verre hôte très approprié, car il présente une faible solubilité pour des ions de terres rares. Cela peut conduire à des effets dus à une grappe d'ions de dopant de trempe. Aluminosilicates sont beaucoup plus efficaces à cet égard.
fibres de silice présente également un seuil élevé pour dommage optique. Cet établissement assure une faible tendance à la dégradation induite par laser. Ceci est important pour des amplificateurs à fibre lorsqu'elle est utilisée pour l'amplification d'impulsions courtes.
En raison de ces propriétés des fibres de silice sont le matériau de choix dans de nombreuses applications optiques, telles que les communications (à l'exception de très courtes distances à fibre optique en matière plastique), des lasers, des amplificateurs à fibre à fibre, et des capteurs à fibres optiques. Pour les efforts mis en avant dans le développement de divers types de fibres de silice ont encore augmenté le rendement de ces fibres par rapport aux autres matériaux.
Fluorures
Le fluorure est un verre de classe non-oxyde de la qualité optique des verres constitués de fluorures de divers métaux . En raison de leur faible viscosité, il est très difficile d'éviter complètement lors du traitement de cristallisation à travers la transition vitreuse (ou étirage de la fibre à partir de la masse fondue). Ainsi, bien que de lourdes lunettes de fluorure métallique (HMFG) présentent une très faible atténuation optique, ils ne sont pas seulement difficiles à fabriquer, mais ils sont très fragiles et ont une mauvaise résistance à l'humidité et d'autres attaques environnementales. Leur meilleure attribut est qu'ils manquent de la bande d'absorption associée à la groupe hydroxyle (OH) (3200-3600 cm -1 ), qui est présent dans presque tous les verres à base d'oxydes.
Un exemple d'un verre épais de fluorure métallique est le groupe de verre ZBLAN, composé de zirconium , de baryum , de lanthane , aluminium et sodium fluorures. Leur application technologique principal est que guides d'ondes optiques à la fois plane et fibres forme. Ils sont particulièrement avantageux dans le moyen infrarouge (2000-5000 nm).
HMFGs ont été initialement prévu pour des applications de fibres optiques, car les pertes intrinsèques d'une fibre mi-IR peuvent en principe être inférieurs à ceux des fibres de silice, qui sont transparents jusqu'à seulement environ 2 pm. Cependant, ces faibles pertes ont jamais été réalisé dans la pratique, et de la fragilité et le coût élevé de fibres fluorure firent moins idéal comme candidats aux primaires. Plus tard, l'utilité des fibres de fluorure pour diverses autres applications a été découvert. Ceux-ci comprennent la mi spectroscopie IR, capteurs à fibre optique, la thermométrie, et l'imagerie. En outre, des fibres fluorées peuvent être utilisés pour la transmission d'onde lumineuse guidée dans les médias tels que YAG ( oxyde d'yttrium alumine grenat) lasers à 2,9 um, tel que requis pour les applications médicales (par exemple, de l'ophtalmologie et dentisterie).
Phosphates
Verre phosphate constitue une classe de verres optiques composées de métaphosphates de divers métaux. Au lieu de la SiO 4 tétraèdres observé dans des verres de silicate, le bloc de construction pour ce verre est ancien pentoxyde de phosphore (P 2 O 5 ), qui cristallise dans au moins quatre formes différentes. La plus connue polymorphe (voir figure) comprend des molécules de P 4 O 10 .
verres de phosphate peut être avantageuse par rapport à des verres de silice pour fibres optiques à forte concentration de dopage des ions de terres rares. Un mélange de verre de fluorure et le verre de phosphate est le verre fluoro.
Chalcogenides
Le chalcog??nes-??l??ments dans groupe 16 du tableau périodique -particularly soufre (S), le sélénium (Se) et le tellure (Te) -react avec plusieurs éléments électropositifs tels que l'argent , pour former des chalcogénures. Ce sont des composés extrêmement versatile, en ce qu 'ils peuvent être cristalline ou amorphe, métallique ou semi-conductrice, et les conducteurs d' ions ou d' électrons . fibres de chalcogénures sont utiles pour la transmission infrarouge lointain, mais sont difficiles à produire.
Processus
Des fibres optiques standards sont fabriqués par la construction d'un premier grand diamètre " préforme ", avec un profil d'indice de réfraction soigneusement contrôlée, puis« tirer »la préforme pour former la longue fibre optique mince. La préforme est communément réalisée par trois procédés de dépôt en phase vapeur chimique: dépôt en phase vapeur à l'intérieur , en dehors de dépôt en phase vapeur , et dépôt axial en phase vapeur .
Avec dépôt en phase vapeur à l'intérieur , la préforme commence comme un tube de verre creux d'environ 40 centimètres (16 pouces) de long, qui est placé horizontalement et en rotation lente sur un tour. gaz tels que le tétrachlorure de silicium (SiCl 4 ) ou le tétrachlorure de germanium (GeCl 4 ) sont injectés avec de l'oxygène dans l'extrémité du tube. Les gaz sont ensuite chauffées au moyen d'un brûleur d'hydrogène externe, ce qui porte la température du gaz jusqu'à 1900 K (1600 ° C, 3000 ° F), où les tétrachlorures réagissent avec l'oxygène pour produire la silice ou Germania (dioxyde de germanium) des particules. Lorsque les conditions de réaction sont choisis pour permettre cette réaction de se produire dans la phase gazeuse dans tout le volume du tube, contrairement aux techniques antérieures, où la réaction a eu lieu seulement sur ??????la surface du verre, cette technique est appelée dépôt chimique en phase vapeur modifié (MCVD) .
Les particules d'oxyde ensuite aggloméré pour former des chaînes de particules grosses qui se déposent ensuite sur les parois du tube que de la suie. Le dépôt est dû à la grande différence de température entre le coeur de gaz et le gaz provoquant la paroi à pousser les particules vers l'extérieur (ce qui est connu comme thermophorèse). La torche est alors traversé de haut en bas le long du tube pour déposer uniformément la matière. Après la torche a atteint l'extrémité du tube, il est alors ramené au début du tube et les particules déposées sont ensuite fondu pour former une couche solide. Ce processus est répété jusqu'à ce qu'une quantité suffisante de matière a été déposée. Pour chaque couche de la composition peut être modifiée en faisant varier la composition du gaz, ce qui entraîne un contrôle précis des propriétés optiques de la fibre fini.
En dehors de dépôt en phase vapeur ou par dépôt axial en phase vapeur, le verre est formé par hydrolyse à la flamme , une réaction dans laquelle le tétrachlorure de silicium et le tétrachlorure de germanium sont oxydés par réaction avec de l'eau (H 2 O) dans une flamme oxhydrique. En dehors de dépôt en phase vapeur du verre est déposée sur une tige solide, qui est ensuite éliminé avant un traitement ultérieur. Dans le dépôt axial en phase vapeur, à une courte tige d'amorçage est utilisé, et une préforme poreuse, dont la longueur est pas limitée par la taille de la tige de source, est constitué à son extrémité. La préforme poreuse est consolidée en une préforme solide transparent par chauffage à environ 1800 K (1500 ° C, 2800 ° F).
La préforme, mais construite, est ensuite placé dans un dispositif connu comme une tour d'étirage, où la pointe de la préforme est chauffée et la fibre optique est tirée sous forme de chaîne. En mesurant la largeur de la fibre résultante, la tension sur la fibre peut être commandée pour maintenir l'épaisseur de la fibre.
Coatings
La lumière est "guidé" au sein du noyau de la fibre par un "habillage" optique avec un indice de réfraction inférieur qui emprisonne la lumière dans le noyau grâce à "une réflexion interne totale."
Le revêtement est appliqué par un "tampon" qui le protège de l'humidité et les dommages physiques. Le tampon est ce qui est dépouillé la fibre pour la résiliation ou l'épissage. Ces revêtements sont des matériaux composites acrylate d'uréthane durci aux UV appliquées à l'extérieur de la fibre pendant le processus d'étirage. Les revêtements protègent les brins très fins de fibre de verre de la taille d'un cheveu humain et lui permettent de survivre aux rigueurs de la fabrication, les essais de preuve, le câblage et l'installation.
Verre optiques fibres tirage processus d'aujourd'hui emploient une approche de revêtement bi-couche. Un revêtement primaire interne est conçu pour agir comme un absorbeur de choc pour réduire au minimum l'atténuation provoquée par microcourbures. Un revêtement secondaire externe protège le revêtement primaire contre les dommages mécaniques et agit comme une barrière à des forces latérales. Parfois, une couche de blindage métallique est ajouté pour fournir une protection supplémentaire.
Ces couches de revêtement de fibre optique sont appliquées lors du tirage de la fibre, à des vitesses approchant 100 kilomètres par heure (60 mph). Revêtements de fibres optiques sont appliqués en utilisant une des deux méthodes: humide sur sec et mouillé sur mouillé . Dans humide sur sec, la fibre passe à travers une application de revêtement primaire, qui est ensuite durci aux UV-puis à travers l'application de revêtement secondaire, qui est ensuite durci. Dans l'état humide sur humide, la fibre passe à travers à la fois les applications de revêtement primaire et secondaire, puis va à durcissement par UV.
Revêtements de fibre optique sont appliqués en couches concentriques pour éviter d'endommager la fibre au cours de l'application de dessin et de maximiser la résistance des fibres et la résistance aux micro-courbure. Inégalement fibre revêtue connaîtra forces non uniformes lorsque le revêtement se dilate ou se contracte, et est susceptible d'être plus grande atténuation du signal. Dans le cadre des procédés d'étirage et de revêtement adéquats, les revêtements sont concentriques autour de la fibre, en continu sur toute la longueur de la demande et ont une épaisseur constante.
Revêtements de fibre optique de protéger les fibres de verre contre les rayures qui pourraient conduire à la dégradation de la force. La combinaison de l'humidité et des rayures accélère le vieillissement et la détérioration de la résistance des fibres. Lorsque la fibre est soumise à de faibles contraintes sur une longue période, la fatigue des fibres peut se produire. Au fil du temps ou dans des conditions extrêmes, ces facteurs se combinent pour provoquer les défauts microscopiques dans la fibre de verre à se propager, qui peut finalement entraîner une défaillance de la fibre.
Trois principales caractéristiques des guides d'ondes à fibres optiques peuvent être affectés par les conditions environnementales: la force, l'atténuation et de résistance aux pertes causées par microcourbure. Revêtements externes de fibre optique de protéger la fibre optique en verre de conditions environnementales qui peuvent affecter les performances et à long terme la durabilité de la fibre. A l'intérieur, revêtements assurent la fiabilité du signal étant effectuée et aider à minimiser l'atténuation due aux microcourbures.
Questions pratiques
Câbles à fibres optiques
Dans les fibres pratique, la gaine est généralement recouverte d'une dur r??sine tampon couche, qui peut en outre être entourée d'une enveloppe couche, généralement en verre. Ces couches augmentent la résistance de la fibre mais ne contribuent pas à ses propriétés de guidage d'ondes optique. Assemblages de fibres rigides mis parfois («sombre») verre absorbant la lumière entre les fibres, pour empêcher la lumière qui fuit sur ??????une fibre d'entrer dans une autre. Cela permet de réduire la diaphonie entre les fibres, ou réduit fusée dans des applications d'imagerie de faisceau de fibres.
Câbles modernes viennent dans une grande variété de gaines et armures, conçus pour des applications telles que l'enfouissement direct dans les tranchées, l'isolement à haute tension, à double usage que les lignes électriques, l'installation dans un conduit, l'arrimage à des poteaux téléphoniques aériennes, installation sous-marine, et l'insertion dans les rues pavées . Le coût des petits câbles sur poteau fibre comptage a considérablement diminué en raison de la forte demande pour la fibre jusqu'au domicile (FTTH) installations au Japon et en Corée du Sud.
Câble à fibres peut être très flexible, mais augmente la perte de fibres traditionnel considérablement si la fibre est courbée avec un rayon inférieur à environ 30 mm. Cela crée un problème lorsque le câble est plié autour des coins ou enroulé autour d'une bobine, ce qui rend les installations FTTX plus compliqué. "fibres pliables", ciblées vers une installation plus facile dans les environnements de la maison, ont été normalisées de l'UIT-T G.657. Ce type de fibre peut être plié avec un rayon aussi faible que 7,5 mm sans impact négatif. Même les fibres plus flexibles ont été développés. La fibre peut également être souple et résistant à piratage de la fibre, dans lequel le signal dans une fibre est subrepticement surveillée par pliage de la fibre et la détection de la fuite.
Une autre caractéristique importante du câble est la capacité de câble pour résister à la force appliquée horizontalement. Il est techniquement appelée max résistance à la traction définissant la quantité de force peuvent appliquée au câble au cours de la période d'installation.
Certaines versions de câbles à fibre optique sont renforcés par des fils d'aramide ou des fils de verre que l'élément intermédiaire de la résistance. Sur le plan commercial, l'utilisation des fils de verre sont plus rentable tout sans perte de résistance mécanique du câble. Fils de verre protègent également l'âme du câble contre les rongeurs et les termites.
Résiliation et épissage
Les fibres optiques sont connectés à l'équipement terminal de connecteurs de fibres optiques. Ces connecteurs sont généralement de type standard tels que FC , ??????SC , ST , LC , MTRJ , ou SMA, qui est désigné pour la transmission de puissance plus élevée.
Les fibres optiques peuvent être reliés les uns aux autres par des connecteurs ou par épissage , qui est l'assemblage de deux fibres ensemble pour former un guide d'onde optique continue. Procédé d'épissage est généralement accepté arc épissage de fusion, qui fond les extrémités des fibres avec un arc électrique. Pour les travaux de fixation plus rapides, une "épissure mécanique" est utilisé.
Fusion épissage est effectuée avec un instrument spécialisé qui fonctionne typiquement de la façon suivante: Les deux extrémités du câble sont fixés à l'intérieur d'un boîtier pour une épissure qui va protéger les épissures et les extrémités des fibres sont dépouillés de leur couche protectrice de polymère (ainsi que l'enveloppe extérieure plus solide , si présent). Les extrémités sont clivés (couper) avec un couperet de précision pour les rendre perpendiculaire, et sont placés dans des supports spéciaux dans la colleuse. L'épissure est habituellement inspecté par un écran de visualisation agrandie pour vérifier les clive avant et après l'épissure. La colleuse utilise de petits moteurs à aligner la fin face ensemble, et émet une petite étincelle entre les électrodes à l'écart pour brûler la poussière et de l'humidité. Ensuite, le raccordeur génère une étincelle plus grande que élève la température au-dessus du point de fusion du verre, en fusionnant les extrémités ensemble en permanence. L'emplacement et l'énergie de l'étincelle est soigneusement contrôlée afin que le noyau en fusion et le revêtement ne se mélangent pas, et cela minimise la perte optique. Une estimation de la perte d'épissure est mesurée par la colleuse, en dirigeant la lumière à travers la gaine d'un côté et à mesurer la fuite de lumière à partir de la gaine de l'autre côté. Une perte d'épissure moins de 0,1 dB est typique. La complexité de ce processus rend l'épissage de fibres beaucoup plus difficile que le fil de cuivre de l'épissage.
Épissures mécaniques sont conçus pour être plus rapide et plus facile à installer, mais il ya toujours la nécessité pour le décapage, nettoyage soigneux et la précision clivage. Les extrémités des fibres sont alignées et maintenues ensemble par un manchon de précision faite, utilisant souvent un clair gel adaptateur d'indice qui améliore la transmission de la lumière à travers le joint. De tels joints ont généralement une perte optique supérieure et sont moins robustes que les épissures par fusion, en particulier si le gel est utilisé. Toutes les techniques d'épissage impliquent l'installation d'un boîtier qui protège l'épissure.
Les fibres sont terminées dans les connecteurs qui détiennent l'extrémité de fibre avec précision et en toute sécurité. Un connecteur de fibre optique est essentiellement un corps cylindrique rigide entouré par un manchon qui maintient le tube dans son support d'accouplement. Le mécanisme d'accouplement peut être poussée et cliquez , tournez et verrouillez ( baïonnette ), ou vis-à ( vissé ). Un connecteur typique est installé en préparant l'extrémité de fibre et de l'insérer dans l'arrière du corps de connecteur. Quick-set adhésif est généralement utilisé pour maintenir la fibre en toute sécurité, et un réducteur de tension est fixé à l'arrière. Une fois la colle sèche, la fin de la fibre est polie pour une finition miroir. Différents profils de vernis sont utilisés, selon le type de fibres et de l'application. Pour fibre monomode, extrémités de fibres sont généralement polies avec une légère courbure qui rend les connecteurs accouplés touchent seulement à leurs noyaux. Ceci est appelé un contact physique (PC) polish. La surface incurvée peut être poli à un angle, de faire un contact physique (APC) coudée connexion. Ces connexions ont perte plus élevée que les connexions de PC, mais considérablement réduit la rétro-réflexion, parce que la lumière qui reflète des fuites de surface inclinée sur le coeur de la fibre. La perte d'intensité du signal résultant est appelé écart de perte . Extrémités de fibre APC ont une faible réflexion arrière même lorsqu'il est déconnecté.
Dans les années 1990, se terminant câbles de fibre optique était de main-d'??uvre. Le nombre de parties par connecteur, le polissage des fibres, et la nécessité de faire cuire au four l'époxy dans chaque connecteur de terminaison firent difficile câbles à fibres optiques. Aujourd'hui, de nombreux types de connecteurs sont sur ??????le marché qui offrent plus facile, moins forte intensité de main des moyens de terminaison de câbles. Certains des connecteurs les plus populaires sont pré-polie à l'usine, et comprennent un gel à l'intérieur du connecteur. Ces deux étapes permettent d'économiser de l'argent sur ??????le travail, en particulier sur de grands projets. Un clivage est effectué à une longueur requise, pour obtenir que près de la pièce polie déjà à l'intérieur du connecteur. Le gel entoure le point où les deux pièces se rencontrent à l'intérieur du connecteur pour très peu de perte de lumière.
Couplage en espace libre
Il est souvent nécessaire d'aligner une fibre optique avec une autre fibre optique, ou d'un dispositif optoélectronique tel qu'une diode électroluminescente, une diode laser, ou un modulateur. Cela peut impliquer soit aligner soigneusement la fibre et de le placer en contact avec l'appareil, ou peut utiliser une lentille pour permettre le couplage sur un espace d'air. Dans certains cas, l'extrémité de la fibre est polie en une forme incurvée qui fait agir comme une lentille. Certaines entreprises peuvent même former la fibre dans des verres en les coupant avec des lasers.
Dans un environnement de laboratoire, une extrémité de la fibre nue est couplé au moyen d'un système de lancement de la fibre, qui utilise un objectif de microscope pour concentrer la lumière vers le bas pour une pointe fine. Une précision étage de translation (table micro-positionnement) est utilisée pour déplacer la lentille, une fibre, ou un dispositif pour permettre à l'efficacité de couplage à être optimisée. Des fibres avec un connecteur à l'extrémité font procédé beaucoup plus simple: le connecteur est simplement branché dans un collimateur à fibre optique pré-aligné, qui contient une lentille qui est soit positionné avec précision par rapport à la fibre, ou est réglable. Pour atteindre la meilleure efficacité de l'injection dans la fibre monomode, la direction, la position, la taille et la divergence du faisceau doivent tous être optimisés. Avec de bons poutres, de 70 à 90% d'efficacité de couplage peut être réalisée.
Avec des fibres monomodes bien polis, le faisceau émis a une gaussienne presque parfaite forme-même dans le champ lointain, si un bon objectif est utilisé. La lentille doit être suffisant pour soutenir l'ouverture numérique complète de la fibre grande, et ne doit pas introduire des aberrations dans le faisceau. Les lentilles asphériques sont généralement utilisés.
Fibre fusible
A des intensités optiques élevées, supérieures à 2 mégawatts par centimètre carré, lorsqu'une fibre est soumis à un choc ou est autrement coup endommagé, un fusible de fibres peut se produire. La réflexion des dommages vaporise la fibre immédiatement avant la pause, et cette nouvelle défaut reste réfléchissante afin que le préjudice se propage vers le transmetteur à 1-3 mètres par seconde (4-11 km / h, 2-8 mph). Le ouverte Système de commande de la fibre, ce qui garantit la sécurité oculaire au laser dans le cas d'une fibre cassée, peut également interrompre efficacement la propagation du fusible de la fibre. Dans des situations comme les câbles sous-marins, où les niveaux de puissance élevés pourraient être utilisées sans le besoin de contrôle de fibres ouverte, un dispositif de protection "fusible de fibres" à l'émetteur peut briser le circuit à contrôler les dégâts à un minimum.
Exemple
Connexions à fibres optiques peuvent être utilisés pour différents types de connexions. Par exemple, la plupart téléviseurs haute définition offrent une connexion audio numérique optique. Cela permet à la diffusion de l'audio sur la lumière, en utilisant le protocole de TOSLink.
La transmission de puissance
La fibre optique peut être utilisé pour transmettre de l'énergie en utilisant une cellule photovoltaïque pour convertir la lumière en électricité. Bien que cette méthode de transmission de puissance ne sont pas aussi efficaces que les classiques, il est particulièrement utile dans les situations où il est souhaitable de ne pas avoir un conducteur métallique comme dans le cas d'utilisation à proximité des machines IRM, qui produisent des champs magnétiques puissants.
Préforme
Une préforme est un morceau de verre utilisée pour dessiner une fibre optique. La préforme peut être constituée de plusieurs pièces d'un verre avec différents indices de réfraction, pour fournir le noyau et gaine de la fibre. La forme de la préforme peut être circulaire, bien que pour certaines applications telles que les fibres double gaine est une autre forme préférée. En lasers à fibre à base de fibres à double gaine, une forme asymétrique améliore le facteur de remplissage pour le pompage laser.
En raison de la tension superficielle, la forme est lissée pendant le processus d'étirage, et la forme de la fibre résultante ne reproduit pas les arêtes vives de la préforme. Néanmoins, le polissage soigneux de la préforme est important, tous les défauts de la préforme surface affectent les propriétés optiques et mécaniques de la fibre résultante. En particulier, la préforme pour le test-fibre montré dans la figure n'a pas été bien poli, et les fissures sont visibles au microscope optique confocal.
