Fibre optique
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Une fibre optique ( ou fibre optique) est une fibre flexible transparent du verre ( silice ) ou en plastique, légèrement plus épais qu'un cheveu humain. Il fonctionne comme un guide d'onde, ou " conduit de lumière ", pour transmettre la lumière entre les deux extrémités de la fibre. Le domaine de la sciences appliquées et de génie concerné avec la conception et l'application de fibres optiques est connu comme la fibre optique. Les fibres optiques sont largement utilisés dans communications à fibre optique, qui permet la transmission sur de longues distances et au supérieur bandes passantes (taux de données) que les autres formes de communication. Les fibres sont utilisées à la place du métal fils parce que les signaux se déplacent le long eux avec moins la perte et sont également à l'abri les interférences électromagnétiques. Les fibres sont également utilisées pour illumination, et sont enveloppés dans des paquets de sorte qu'ils peuvent être utilisés pour réaliser des images, permettant ainsi la visualisation dans des espaces confinés. Fibres spécialement conçus sont utilisés pour une variété d'autres applications, y compris des capteurs et des lasers à fibre.
Les fibres optiques comprennent en général un transparent un coeur entouré par transparent matériau gaine avec un faible indice de réfraction. La lumière est maintenu dans le noyau par réflexion interne totale. Cela provoque la fibre à agir en tant que guide d'ondes. Fibres qui prennent en charge de nombreux trajets de propagation ou sont appelés modes transverses fibres multi-mode (MMF), tandis que ceux qui ne prennent en charge un seul mode sont appelés fibres monomodes (SMF). Fibres multi-mode ont généralement un diamètre de base plus large, et sont utilisés pour les liaisons de communication à courte distance et pour les applications où la puissance élevée doit être transmis. Fibres monomodes sont utilisés pour la plupart des liens de communication de plus de 1050 mètres (3440 pieds).
Rejoindre longueurs de fibre optique est plus complexe que de rejoindre fil électrique ou le câble. Les extrémités des fibres doivent être soigneusement clivé, puis épissé ensemble, soit mécaniquement ou par les fusionnant avec la chaleur. Spécial connecteurs de fibres optiques pour les connexions amovibles sont également disponibles.
Histoire
Fibre optique, bien que largement utilisé dans le monde moderne, est assez simple, et relativement ancienne, de la technologie. Principes de la lumière par réfraction, le principe qui rend possible la fibre optique, a été démontrée par Daniel Colladon et Jacques Babinet à Paris au début des années 1840. John Tyndall comprenait une démonstration de celui-ci dans ses conférences publiques à Londres , 12 ans plus tard. Tyndall a également écrit sur la propriété de réflexion interne totale dans un livre d'introduction sur la nature de la lumière en 1870: «Quand la lumière passe de l'air dans l'eau, le rayon réfracté est plié vers le perpendiculaire ... Lorsque le rayon passe à partir de l'eau à l'air est plié à partir de la perpendiculaire ... Si l'angle que fait le rayon dans l'eau forme avec la perpendiculaire à la surface soit supérieure à 48 degrés, le rayon ne quitte l'eau à tous: il sera totalement réfléchie par la surface .... L'angle qui marque la limite où commence la réflexion totale est appelé 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 pigmenté On a également montré à agir comme une fibre optique.
Les applications pratiques, telles que l'éclairage interne proche pendant la dentisterie, sont apparus au début du XXe siècle. La transmission des images à travers des tubes a été démontrée de façon indépendante par l'expérimentateur radio Clarence Hansell et le pionnier de la télévision John Logie Baird dans les années 1920. Le principe a été utilisé d'abord pour des examens médicaux internes par Heinrich Lamm dans la décennie suivante. Fibres optiques modernes, où la fibre de verre est revêtue d'un revêtement transparent d'offrir une plus appropriée indice de réfraction, est apparu plus tard dans la décennie. Développement ensuite porté 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 lumière à faible perte à travers un long faisceau 75 cm qui combinait plusieurs milliers de fibres. Leur article intitulé "Un fibroscope souple, en utilisant un balayage statique» a été publié dans la revue Nature en 1954. La première fibre optique semi-flexible gastroscope a été breveté par Basil Hirschowitz, C. Wilbur Peters, et Lawrence E. Curtiss, les chercheurs du Université du Michigan, en 1956. Dans le processus d'élaboration du gastroscope, Curtiss a produit les premières fibres de verre vêtu; fibres optiques précédents étaient fondés sur des huiles d'air ou peu pratiques et les cires comme la matière de gainage à faible indice.
Une variété d'autres applications de transmission d'image rapidement suivi.
En 1880, Alexander Graham Bell et Sumner Tainter a inventé le ' Photophone 'au Volta Laboratory à Washington, DC, pour transmettre des signaux vocaux sur un faisceau optique. Ce était une forme avancée de télécommunications, mais sujette à des interférences atmosphériques et peu pratique jusqu'à ce que le transport sécurisé de la lumière qui serait offert par les systèmes de fibre optique. Dans la fin du 19e et début du 20e siècles, la lumière a été guidé par des tiges de verre cintré pour éclairer les cavités du corps. Jun-ichi Nishizawa, un scientifique japonais au Université de Tohoku, a également proposé l'utilisation de fibres optiques pour les communications en 1963, comme indiqué dans son livre publié en 2004 dans l'Inde . Nishizawa a inventé d'autres technologies qui ont contribué au développement des communications par fibres optiques, tels que la fibre optique à gradient d'indice comme un canal pour transmettre la lumière des lasers à semi-conducteurs. Le premier travail Système de transmission de données à fibre optique a été démontrée par le physicien allemand Manfred Börner au Telefunken Research Labs à Ulm en 1965, qui a été suivie par la première demande de brevet pour cette technologie en 1966. Charles K. Kao et George A. Hockham de la société britannique Standard Telephones and Cables (STC) ont été les premiers à promouvoir l'idée que la atténuation dans les fibres optiques peut être réduit en dessous de 20 décibels par kilomètre (dB / km), la fabrication de fibres un moyen de communication pratique. Ils ont proposé que l'atténuation dans les fibres disponibles à ce moment a été provoquée par des impuretés qui pourraient être supprimés, plutôt que par des effets physiques fondamentales telles que la diffusion. Ils correctement et systématiquement théorisé les propriétés lumière perte de fibre optique, et a souligné le bon matériel à utiliser pour ces fibres - verre de silice de haute pureté. Cette découverte a valu Kao le prix Nobel de physique en 2009.
La NASA a utilisé la fibre optique dans les caméras de télévision qui ont été envoyés sur la lune. À l'époque, l'utilisation dans les appareils photo a été classée confidentielle, et seuls ceux qui l'habilitation de sécurité droite ou celles accompagnées par une personne ayant l'autorisation de sécurité droit ont été autorisés à manipuler les caméras.
La limite d'atténuation crucial de 20 dB / km a été atteint en 1970, par des chercheurs Robert D. Maurer, Donald Keck, Peter C. Schultz, et Frank Zimar travailler pour le fabricant de verre américain Corning Glass Works, maintenant Corning Incorporated. Ils ont démontré une fibre avec 17 dB / km atténuation par dopage verre de silice avec du titane . Quelques années plus tard ils ont produit une fibre avec seulement 4 dB / km en utilisant l'atténuation le dioxyde de germanium en tant que dopant de base. Cette faible atténuation optique inauguré télécommunications par fibres. En 1981, General Electric produite fusionné quartz lingots qui pourraient être entraînés dans la fibre optique brins 25 miles (40 km) de long.
Atténuation des câbles optiques modernes est beaucoup moins que dans les câbles électriques en cuivre, conduisant à des connexions en fibre long-courriers avec des distances de 70 à 150 répéteurs de 43 à 93 km (mi). Le Amplificateur à fibre dopée à l'erbium, ce qui réduit le coût des systèmes à fibre longue distance en réduisant ou en éliminant les répéteurs optique-électrique-optique, a été co-développé par équipes dirigées par David N. Payne de la Université de Southampton et Emmanuel Desurvire au Bell Labs en 1986. fibre optique moderne robuste utilise le verre à la fois âme et la gaine, et est donc moins sujettes au vieillissement. Il a été inventé par Gerhard Bernsee de Schott verre en Allemagne en 1973.
Le domaine émergent de cristaux photoniques conduit à l'élaboration en 1991 de fibres à cristal photonique, qui guide la lumière par diffraction d'une structure périodique, plutôt que par réflexion interne totale. Les premières fibres à cristaux photoniques sont devenus disponibles dans le commerce en 2000. Les fibres à cristal photonique peut transporter une puissance plus élevée que les fibres conventionnelles et leurs propriétés de longueur d'onde dépendant peuvent être manipulés pour améliorer les performances.
Applications
Communication par fibre optique
La fibre optique peut être utilisé comme un moyen de télécommunication et réseaux informatiques, car il est flexible et peut être livré que des câbles. Il est particulièrement avantageux pour les communications longue distance, parce que la lumière se propage à travers la fibre avec peu d'atténuation par rapport aux câbles électriques. Cela permet de longues distances pour être fractionnés avec peu répéteurs. De plus, les signaux lumineux se propageant par canal dans la fibre ont été modulées à des taux aussi élevés que 111 gigabits par seconde par NTT, bien que 10 ou 40 Gbit / s est typique dans les systèmes déployés. Chaque fibre peut transporter de nombreux canaux indépendants, chacun utilisant une longueur d'onde différente de la lumière ( multiplexage spectral (WDM)). Le taux net de données (taux de données sans octets généraux) par fibre est le taux par canal données réduit par la surcharge FEC, multiplié par le nombre de canaux (généralement jusqu'à quatre-vingts dans commerciale systèmes WDM denses à partir de 2008). Le record de débit de données à fibre optique de laboratoire actuel, détenu par Alcatel-Lucent de Villarceaux, en France, est multiplexage 155 canaux, chacun portant à 100 Gbit / s sur une fibre de 7000 km. Nippon Telegraph and Telephone Corporation a également réussi 69,1 Tbit / s sur une seule fibre 240 km (multiplexage 432 canaux, ce qui équivaut à 171 Gbit / s par canal). De Bell Labs a aussi battu un 100 pétabit par seconde barrière de kilomètres (15,5 Tbit / s sur une fibre unique km 7000).
Pour les applications à courte distance, comme un réseau dans un immeuble de bureaux, le câblage fibre optique peut économiser de l'espace dans des goulottes. Ce est parce que une seule fibre peut transporter beaucoup plus de données que les câbles électriques tels que la norme câblage Ethernet de catégorie 5, qui se étend généralement à 100 Mbits / s ou 1 Gbit / s vitesses. La fibre est également insensible aux interférences électriques; il n'y a pas de diaphonie entre les signaux dans les différents câbles, et aucun ramassage du bruit ambiant. Câbles de fibres non-blindés ne conduit pas l'électricité, ce qui rend la fibre une bonne solution pour la protection des équipements de communication dans environnements à haute tension, tels que installations de production d'électricité, ou des structures de communication de métal sujettes à la foudre. Ils peuvent également être utilisés dans des environnements où les vapeurs explosives sont présentes, sans risque d'inflammation. Écoutes téléphoniques (dans ce cas, écoutes fibres) est plus difficile par rapport aux connexions électriques, et il ya des fibres dual core concentriques que l'on dit être prise à l'épreuve.
Les capteurs à fibres optiques
Fibres ont de nombreuses utilisations de la télédétection. Dans certaines applications, le capteur lui-même est une fibre optique. Dans d'autres cas, la fibre est utilisé pour connecter un capteur à fibres optiques non à un système de mesure. Selon l'application, la fibre peut être utilisée en raison de sa petite taille, ou du fait qu'aucun l'énergie électrique ne est nécessaire à l'emplacement distant, ou parce que de nombreux capteurs peuvent être multiplexés sur la longueur d'une fibre en utilisant différentes longueurs d'onde de lumière pour chaque capteur, ou par détection de la temporisation tant que la lumière passe le long de la fibre à travers chaque capteur. La temporisation peut être déterminée en utilisant un dispositif tel qu'un réflectomètre optique dans le domaine temporel.
Les fibres optiques peuvent être utilisées comme capteurs pour mesurer souche, la température , pression et d'autres quantités en modifiant une fibre sorte que la propriété pour mesurer module la intensité, de phase, polarisation, longueur d'onde, ou le temps de transit de la lumière dans la fibre. Capteurs variant l'intensité de la lumière sont les plus simples, puisque seulement une source simple et détecteur sont nécessaires. Une caractéristique particulièrement utile de tels capteurs à fibres optiques est qu'elles peuvent, si nécessaire, fournir détection répartie sur des distances allant jusqu'à un mètre.
Extrinsèques capteurs à fibres optiques utilisent un Câble à fibres optiques, une normalement une multi-mode, à transmettre lumière modulée par le capteur-optique ou un capteur électronique relié à un émetteur optique soit un non-fibre. Un avantage majeur de capteurs extrinsèques est leur capacité à atteindre des endroits autrement inaccessibles. Un exemple est la mesure de la température à l'intérieur de l'aéronef des réacteurs en utilisant une fibre à transmettre le rayonnement en un rayonnement pyromètre à l'extérieur du moteur. Capteurs extrinsèques peuvent être utilisés de la même manière pour mesurer la température interne de transformateurs électriques, où l'extrême champs électromagnétiques présentent faire d'autres techniques de mesure impossible. Capteurs extrinsèques mesurer les vibrations, la rotation, déplacement, la vitesse, l'accélération, le couple et la torsion. Une version à l'état solide du gyroscope en utilisant l'interférence de la lumière, a été développée. Le gyroscope à fibre optique (FOG) n'a pas de pièces mobiles, et exploite la Effet Sagnac pour détecter une rotation mécanique.
Les utilisations courantes pour les capteurs de fibres optiques englobe les systèmes de sécurité de détection d'intrusion avancée. La lumière est transmise le long d'un câble de capteur à fibres optiques placée sur un, d'un pipeline, ou le câblage de communication de clôture, et le signal de retour est surveillé et analysé pour déterminer les perturbations. Ce signal de retour est traitée numériquement pour détecter des perturbations et de déclencher une alarme si un intrusion a eu lieu.
D'autres utilisations de fibres optiques
Les fibres sont largement utilisés dans des applications d'éclairage. Ils sont utilisés comme guides de lumière dans des applications médicales et d'autres où la lumière lumineuse doit être brillaient sur une cible sans un chemin clair line-of-sight. Dans certains bâtiments, fibres optiques voie la lumière du soleil sur le toit à d'autres parties du bâtiment (voir Optique non imageante). Éclairage par fibre optique est également utilisé pour des applications décoratives, y compris signes, l'art , les jouets et artificielle Arbres de Noël. boutiques Swarovski utilisent des fibres optiques pour éclairer leurs vitrines en cristal de nombreux angles différents alors que seulement employant une source de lumière. La fibre optique est une partie intrinsèque du produit de construction en béton de transmission de lumière, LiTraCon.
La fibre optique est également utilisé dans l'optique d'imagerie. Un faisceau cohérent de fibres est utilisé, parfois avec des lentilles, pour un long dispositif d'imagerie fine appelé endoscope, qui est utilisé pour afficher les objets à travers un petit trou. Endoscopes médicaux sont utilisés pour les mini-invasive d'exploration ou d'intervention chirurgicale. Endoscopes industriels (voir fibroscope ou endoscope) sont utilisés pour inspecter quelque chose de dur à atteindre, comme les intérieurs de moteurs à réaction. Beaucoup de microscopes utilisent des sources de lumière à fibre optique pour fournir un éclairage intense des échantillons à l'étude.
Dans la spectroscopie , des faisceaux de fibres optiques transmettent la lumière à partir d'un spectromètre à une substance qui ne peut pas être placé à l'intérieur du spectromètre lui-même, afin d'analyser sa composition. Un spectromètre analyse substances en faisant rebondir la lumière sur des et à travers eux. En utilisant des fibres, un spectromètre peut être utilisé pour étudier des objets à distance.
Une fibre optique dopé avec certains éléments de terres rares tels que l'erbium peuvent être utilisés comme le gagner moyen d'un laser ou Amplificateur optique. Fibres optiques dopées terres rares peuvent être utilisés pour fournir le signal d'amplification par épissage une courte section de fibre dopée dans un (non dopé) ligne régulière de fibre optique. La fibre dopée est pompage optique à une seconde longueur d'onde laser qui est couplée à la ligne, en plus de l'onde signal. Les deux longueurs d'onde de la lumière sont transmis à travers la fibre dopée, qui transfère l'énergie de la seconde pompe à la longueur d'onde de l'onde de signal. Le procédé qui provoque l'amplification est l'émission stimulée.
Les fibres optiques dopées avec un longueur d'onde shifter recueillir lumière de scintillation dans expériences de physique.
La fibre optique peut être utilisé pour fournir un niveau de puissance faible (environ un watt) à l'électronique située dans un environnement difficile électrique. Des exemples de ce sont l'électronique à éléments d'antenne haute puissance et des dispositifs de mesure utilisés dans les équipements 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'amélioration de contraste.
Principe de fonctionnement
Une fibre optique est cylindrique Guide d'ondes diélectrique ( guide d'ondes non-conducteur) qui transmet la lumière le long de son axe, par le procédé de réflexion interne totale. La fibre se compose d'un coeur entouré par un couche de gainage, qui sont tous deux fait de des matériaux diélectriques. Pour confiner le signal optique dans le coeur, le indice de réfraction de l'âme doit être supérieur à celui de la gaine. La limite entre le coeur et la gaine peut être soit brusque, en fibres à saut d'indice, ou progressive, en fibre à gradient d'indice.
Indice de réfraction
L'indice de réfraction est un moyen de mesure de la vitesse de la lumière dans un matériau. La lumière voyage plus rapide dans un vide comme l'espace. La vitesse de la lumière dans le vide est d'environ 300000 km (186000 milles) par seconde. Indice de réfraction est calculée en divisant la vitesse de la lumière dans le vide par la vitesse de la lumière dans un autre milieu. L'indice de réfraction du vide est donc 1, par définition. La valeur typique pour le revêtement d'une fibre optique est de 1,52. La valeur de base est généralement 1,62. Plus l'indice de réfraction, la lumière se déplace plus lentement dans ce milieu. De cette information, une bonne règle de base est que signal en utilisant la fibre optique pour la communication se rendra à environ 200 000 kilomètres par seconde. Ou pour le dire autrement, de voyager 1000 kilomètres en fibres, le signal aura 5 millisecondes se propager. Ainsi, un appel téléphonique effectué 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 où un appelant parle au moment où les autres Entend . (Bien sûr, la fibre dans ce cas sera probablement voyager un itinéraire plus long, et il y aura des retards supplémentaires dus à la commutation de l'équipement de communication et le processus de codage et de décodage de la voix sur la fibre).
La réflexion interne totale
Lorsque la lumière se déplaçant dans un milieu optiquement dense frappe une limite à un angle raide (plus grande que la angle critique de la limite), la lumière est complètement réfléchie. Ceci est appelé la réflexion totale interne. Cet effet est utilisé dans les fibres optiques à confiner la lumière dans le coeur. La lumière se propage à travers le coeur de la fibre, rebondissant d'avant en arrière de la limite entre le coeur et la gaine. Parce que la lumière doit frapper la frontière avec un angle supérieur à l'angle critique, seule lumière qui pénètre dans la fibre dans une certaine gamme d'angles peuvent voyager dans la fibre sans fuite. Cette gamme d'angles est appelé cône acceptation de la fibre. La taille de ce cône d'acceptation est une fonction de la différence d'indice de réfraction 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 lumière peut pénétrer 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 numérique (NA) de la fibre. Fibre avec un plus grand NA nécessite moins de précision pour l'épissure et de travailler avec de la fibre avec un plus petit NA. Fibre monomode a un petit NA.
Mode multi-fibre
Fibre avec un diamètre de base grande (supérieure à 10 micromètres) peut être analysé par optique géométrique. Une telle fibre est appelée fibre multi-mode, de l'analyse électromagnétique (voir ci-dessous). Dans une fibre multimode à saut d'indice, les rayons lumineux sont guidés le long du coeur de la fibre par réflexion interne totale. Rayons qui répondent à la frontière entre le noyau et la gaine à un angle élevé (mesurés par rapport à une ligne la normale à la limite), supérieure à la angle critique pour cette limite, sont complètement réfléchie. L'angle critique (angle minimum de réflexion interne totale) est déterminée par la différence d'indice de réfraction entre les matériaux de coeur et de gaine. Rayons qui répondent à la frontière à un angle faible sont réfractés de la coeur dans la gaine, et ne transmet pas la lumière et donc l'information le long de la fibre. L'angle critique détermine la angle d'acceptance de la fibre, souvent rapporté comme un ouverture numérique. Une grande ouverture numérique permet à la lumière de se propager dans la fibre dans les rayons à la fois à proximité de l'axe et à différents angles, permettant le couplage efficace de la lumière dans la fibre. Toutefois, cette ouverture numérique élevée augmente la quantité de dispersion sous forme de rayons à différents angles ont différentes longueurs de trajet et prennent donc des moments différents pour traverser la fibre.
Dans fibre à gradient d'indice, l'indice de réfraction dans le coeur diminue de façon continue entre l'axe et la gaine. Cela provoque rayons lumineux se plier en douceur à l'approche de la gaine, plutôt que de refléter brusquement de la frontière entre le noyau-gaine. Les voies courbes résultantes réduire la dispersion par trajets multiples élevées parce que les rayons d'angle passent plus par le biais de la périphérie inférieure d'indice du coeur, plutôt que le centre à haut indice. Le profil d'indice est choisi pour minimiser la différence de vitesses de propagation axiales des différents rayons dans la fibre. Ce profil d'indice idéal est très proche d'une relation parabolique entre l'indice et la distance de l'axe.
Fibre monomode
1. Noyau: 8 pm de diamètre
2. Bardage: 125 um dia.
3. Tampon: 250 um dia.
4. Jacket: 400 um dia.
Fibre ayant un diamètre de base inférieur à environ dix fois le longueur d'onde de la lumière se propageant ne peut être modélisée en utilisant l'optique géométrique. Au lieu de cela, elle doit être analysée comme un électromagnétique la structure, par une solution d' équations de Maxwell réduite à la Rayonnement électromagnétique. L'analyse électromagnétique peut également être nécessaire pour comprendre les comportements tels que speckle qui se produire lorsque lumière cohérente se propage dans la fibre multi-mode. Comme un guide optique, la fibre prend en charge un ou plusieurs confiné modes transverses par lequel la lumière peuvent se propager le long de la fibre. Fibre supporter un seul mode est appelé mode simple ou une fibre mono-mode. Le comportement de grand-core fibres multi-mode peut aussi être modélisée en utilisant l'équation d'onde, ce qui montre que cette fibre prend en charge plus d'un mode de propagation (d'où le nom). Les résultats de cette modélisation de la fibre multi-mode sont d'accord avec les prédictions environ de l'optique géométrique, 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'énergie lumineuse dans la fibre ne est pas entièrement confiné dans le coeur. Au lieu de cela, en particulier dans les fibres monomodes, une fraction importante de l'énergie dans le mode lié dans la gaine se déplace en tant que onde évanescente.
Le type le plus commun de fibre monomode a un diamètre de base de 8-10 micromètres et est conçu pour une utilisation dans le proche infrarouge. La structure du mode dépend de la longueur d'onde de la lumière utilisée, de sorte que cette fibre appuie en fait un petit nombre de modes supplémentaires aux longueurs d'onde visibles. La fibre multi-mode, par comparaison, est fabriqué avec des diamètres aussi petits que 50 micromètres et aussi grandes que des centaines de micromètres base. Le fréquence normalisée V pour cette fibre doit être inférieure à la première zéro de la fonction de Bessel J 0 (environ 2,405).
Fibres à usage spécial
Certains fibre optique à usage spécial est construit avec un noyau non cylindrique et / ou la couche de revêtement, généralement avec une section transversale elliptique ou rectangulaire. Il se agit notamment fibres et fibres à maintien de polarisation conçue pour supprimer chuchotant propagation de mode galerie. des fibres à maintien de polarisation sont du type unique de fibres qui est couramment utilisé dans les capteurs à fibre optique en raison de sa capacité à maintenir la polarisation de la lumière insérée en elle.
Fibre à cristal photonique est composé d'un motif régulier de variation d'indice (souvent sous la forme de trous cylindriques qui se étendent le long de la longueur de la fibre). De telles utilisations de fibres effets de diffraction à la place ou en plus à la réflexion interne totale, pour confiner la lumière au cœur de la fibre. Les propriétés de la fibre peuvent être adaptés à une large variété d'applications.
Mécanismes d'atténuation
L'atténuation dans les fibres optiques, également connus sous le nom de perte de transmission, est la réduction de l'intensité du faisceau de lumière (ou un signal) qui se déplace à travers le support de transmission. coefficients d'atténuation dans les fibres optiques utilisent généralement des unités de dB / km à travers le milieu en raison de la qualité relativement élevée de la transparence des médias de transmission optique moderne. Le support est généralement une fibre de verre de silice qui confine le faisceau lumineux incident à l'intérieur. L'atténuation est un facteur important limitant la transmission d'un signal numérique sur de grandes distances. Ainsi, beaucoup de recherches ont été consacrés à la fois limiter l'atténuation et de maximiser l'amplification du signal optique. Recherches empiriques ont montré que l'atténuation dans la fibre optique est causée principalement par deux diffusion et absorption.
Diffusion de la lumière
La propagation de la lumière à travers le coeur d'une fibre optique est basé sur une réflexion interne totale de l'onde lumineuse. Les surfaces rugueuses et irrégulières, même au niveau moléculaire, peuvent causer des rayons lumineux se reflètent dans des directions aléatoires. Cela se appelle réflexion diffuse ou diffusion, et il est généralement caractérisé par grande variété d'angles de réflexion.
Diffusion de la lumière dépend de la longueur d'onde de la lumière étant dispersés. Ainsi, des limites à des échelles spatiales de visibilité se présentent, selon la fréquence de la lumière incidente d'onde et la dimension physique (ou échelle spatiale) du centre de diffusion, qui est généralement sous la forme d'une caractéristique spécifique de micro-structure. Depuis la lumière visible a une longueur d'onde de l'ordre de une centres de micromètre (un millionième de mètre) de diffusion auront dimensions sur une échelle spatiale similaire.
Ainsi, l'atténuation résultant de la diffusion incohérente de la lumière au interne surfaces et interfaces. Dans les (poly) des matériaux cristallins tels que les métaux et les céramiques, en plus des pores, la plupart des surfaces internes ou interfaces sont sous la forme de joints de grains minuscules qui séparent les régions de l'ordre cristallin. Il a été montré récemment que, lorsque la taille du centre de diffusion (ou joints de grains) est réduite au-dessous de la taille de la longueur d'onde de la lumière étant diffusée, la diffusion ne se produit plus dans une mesure significative. Ce phénomène a donné lieu à la production de matériaux céramiques transparents.
De même, la diffusion de la lumière dans la fibre de verre de qualité optique est provoquée par des irrégularités au niveau moléculaire (fluctuations de composition) dans la structure de verre. En effet, une école de pensée émergente est qu'un verre est tout simplement le cas limite d'un solide polycristallin. Dans ce cadre, «domaines» présentant divers degrés d'ordre à courte distance deviennent les blocs de construction des deux métaux et alliages, ainsi que les verres et les céramiques. Répartis entre et dans ces domaines sont des micro-structurelle défauts qui fournissent les endroits les plus idéales pour diffusion de la lumière. Ce même phénomène est considéré comme l'un des facteurs limitants de la transparence des dômes de missile IR.
Au puissances optiques élevées, la diffusion peut aussi être causée par des processus optiques non linéaires dans la fibre.
UV-Vis-absorption IR
En plus de la diffusion de lumière, l'atténuation ou la perte de signal peuvent également se produire en raison de l'absorption sélective des longueurs d'onde spécifiques, d'une manière similaire à celle responsable de l'apparition de la couleur. Considérations matérielles primaires comprennent à la fois des électrons et des molécules comme suit:
1) Au niveau électronique, cela dépend si les orbitales d'électrons sont espacées (ou "quantifié") de telle sorte qu'ils peuvent absorber un quantum de lumière (photons ou) d'une longueur d'onde ou de fréquence spécifique dans l'ultraviolet (UV) ou les plages visibles . Ce est ce qui donne lieu à la couleur.
2) Au niveau atomique ou moléculaire, cela dépend de la fréquence des vibrations atomiques ou moléculaires ou des liaisons chimiques, la proximité-emballés ses atomes ou molécules sont, et si oui ou non les atomes ou les molécules présentent ordre à longue portée. Ces facteurs détermineront la capacité du matériau à transmettre des longueurs d'onde dans l'infrarouge (IR), loin des plages IR, radio et micro-ondes.
La conception de tout dispositif optiquement transparente nécessite la sélection des matériaux basés sur la connaissance de ses propriétés et les limitations. Le Treillis les caractéristiques d'absorption observés au niveau des zones de plus basse fréquence (IR milieu à une longueur d'onde dans l'infrarouge lointain) définissent la limite de longueur d'onde de transparence du matériau. Ils sont le résultat de l'activité interactive le couplage entre les mouvements des vibrations induites thermiquement des atomes et des molécules constitutives du treillis solide et le rayonnement d'onde de la lumière incidente. Par conséquent, tous les matériaux sont délimitées par des régions d'absorption causés par les vibrations atomiques et moléculaires (obligations d'étirement) en infrarouge lointain (> 10 um) limitant.
Ainsi, l'absorption multi-phonons se produit lorsque deux ou plusieurs phonons interagissent pour produire simultanément des moments dipolaires électriques avec lequel le rayonnement incident peut couple. Ces dipôles peuvent absorber l'énergie du rayonnement incident, pour atteindre un couplage maximum de rayonnement lorsque la fréquence est égale à la mode de vibration fondamental du dipôle moléculaire (par exemple, liaison Si-O) dans l'infrarouge lointain, ou une de ses harmoniques.
L'absorption sélective de l'infrarouge (IR) de la lumière par un matériau particulier se produit parce que la fréquence sélectionnée de l'onde lumineuse correspondant à la fréquence (ou un multiple entier de la fréquence) à laquelle les particules de cette matière vibrer. Depuis des atomes et des molécules ont des fréquences propres de vibration, ils absorbent sélectivement des fréquences différentes (ou des parties du spectre) de l'infrarouge (IR).
La réflexion et la transmission des ondes lumineuses se produisent parce que les fréquences des ondes lumineuses ne correspondent pas aux fréquences de résonance propres de vibration des objets. Lorsque la lumière infrarouge de ces fréquences frappe un objet, l'énergie est soit réfléchie ou transmise.
Fabrication
Matériels
Des fibres optiques en verre sont presque toujours fabriqués à partir de silice , mais d'autres matériaux, tels que fluorozirconate, fluoro, et verres de chalcogénure ainsi que des matériaux cristallins tels que saphir, sont utilisés pour plus d'onde infrarouges applications spécialisées ou d'autres. De la silice et des verres de fluorure ont généralement des indices de réfraction d'environ 1,5, mais certains matériaux tels que les chalcogénures peuvent avoir des indices aussi élevés que 3. Typiquement, la différence d'indice entre le coeur et la gaine est inférieur à un pour cent.
Fibres optiques plastiques (POF) sont généralement à saut d'indice multimode fibres d'un diamètre de base de 0,5 millimètres ou plus. POF ont généralement des coefficients d'atténuation plus élevés que les fibres de verre, 1 dB / m ou plus, et cette forte atténuation limite la gamme de systèmes basés 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 chalcogènes-éléments 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 résine 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'œuvre. 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.
