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Fibra ótica

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Um feixe de fibras ópticas
A Fibra óptica TOSLINK cabo de áudio que está sendo iluminado em uma extremidade
Uma fibra óptica caixa de junção. Os cabos são amarelas fibras de modo único; os cabos laranja e azul são fibras multimodo: 50/125 mm OM2 e OM3 50/125 mm fibras, respectivamente.

Uma fibra óptica ( ou fibra óptica) é uma fibra flexível, transparente feito de vidro ( sílica ) ou de plástico, ligeiramente mais espessa do que um cabelo humano. Ele funciona como um guia de ondas, ou " tubo de luz ", para transmitir a luz entre as duas extremidades da fibra. O campo de ciência aplicada e engenharia preocupado com a concepção e aplicação de fibras ópticas é conhecido como fibra óptica. As fibras ópticas são amplamente utilizados em comunicações de fibra óptica, que permite a transmissão em longas distâncias e em maior larguras de banda (taxas de dados) do que outras formas de comunicação. As fibras são utilizadas em vez de metais fios, porque os sinais viajam ao longo delas com menos perda e também são imunes a interferência eletromagnética. As fibras também são utilizadas para iluminação, e são enrolados em feixes de modo que eles podem ser utilizados para transportar imagens, permitindo assim a visualização em espaços confinados. Fibras especialmente concebidos são usados para uma variedade de outras aplicações, incluindo sensores e lasers de fibra.

As fibras ópticas incluem tipicamente um transparente núcleo rodeado por uma transparente material de revestimento com um menor índice de refração. A luz é mantido no núcleo por reflexão interna total. Isto faz com que a fibra de agir como um guia de ondas. Fibras que suportam muitos caminhos de propagação ou modos transversais são chamados fibras multimodo (MMF), enquanto que aqueles que suportam apenas um único modo são chamados fibras monomodo (SMF). Fibras multimodo geralmente têm um diâmetro do núcleo mais amplo, e são usados para links de comunicação de curta distância e para aplicações onde alta potência devem ser transmitidos. Fibras monomodo são utilizados para a maioria dos links de comunicação com mais de 1.050 metros (3.440 pés).

Juntando-se comprimentos de fibra óptica é mais complexo do que unir fio eléctrico ou cabo. As extremidades das fibras deve ser cuidadosamente clivado, e, em seguida, unidas em conjunto, ou mecanicamente ou por fundindo-os com calor. Especial conectores de fibra óptica para as ligações removíveis também estão disponíveis.

História

Daniel Colladon primeiro descreveu essa "fonte de luz" ou "tubo de luz" em um artigo intitulado Em 1842 as reflexões de um raio de luz dentro de uma corrente líquida parabólica. Esta ilustração particular vem de um artigo mais tarde por Colladon, em 1884.

Fibra ótica, embora amplamente utilizado no mundo moderno, é bastante simples, e relativamente antiga, tecnologia. Orientador da luz pela refração, o princípio de que faz fibra óptica possível, foi demonstrada pela primeira vez por Daniel e Colladon Jacques Babinet em Paris no início dos anos 1840. John Tyndall incluiu uma demonstração de que em suas palestras públicas em Londres , 12 anos depois. Tyndall também escreveu sobre a propriedade de reflexão interna total em um livro introdutório sobre a natureza da luz em 1870: "Quando a luz passa do ar para a água, o raio refratado é dobrada em direção ao perpendicular ... Quando o raio passa da água para o ar que é dobrada a partir da perpendicular ... Se o ângulo que o raio em água envolve com a perpendicular à superfície ser maior do que 48 graus, o raio não vai sair a água a tudo: ele será totalmente refletido na superfície .... O ângulo que marca o limite onde começa reflexão total é chamado de ângulo limitando do meio. Para a água, este ângulo é de 48 ° 27 ', para o vidro vítreo que é de 38 ° 41', enquanto que para o diamante é 23 ° 42 '. "Cabelos humanos não pigmentado também têm sido mostrados para agir como uma fibra óptica.

As aplicações práticas, tais como perto iluminação interna durante odontologia, apareceu no início do século XX. Transmissão de imagens através de tubos foi demonstrada de forma independente pelo experimentador rádio Clarence Hansell eo pioneiro da televisão John Logie Baird na década de 1920. O princípio foi utilizado pela primeira vez para exames médicos internos por Heinrich Lamm na década seguinte. Fibras ópticas modernos, em que a fibra de vidro é revestido com um revestimento transparente para oferecer uma mais apropriada índice de refração, apareceu no final da década. Desenvolvimento então focada em feixes de fibras para transmissão de imagens. Hopkins e Harold Narinder Singh Kapany em Imperial College, em Londres alcançado de baixa perda de transmissão de luz através de um 75 centímetros de comprimento pacote que combinou vários milhares de fibras. Seu artigo intitulado "A fibrescope flexível, usando a digitalização estática", foi publicado na revista Nature em 1954. A primeira fibra óptica semi-flexível gastroscope foi patenteado por Basil Hirschowitz, C. Wilbur Peters, e Lawrence E. Curtiss, pesquisadores da Universidade de Michigan, em 1956. No processo de desenvolvimento do endoscópio, Curtiss produziu as primeiras fibras cobertas de vidro; fibras ópticas anteriores haviam contado com óleos de ar ou impraticáveis e ceras como material de revestimento de baixo índice.

Uma variedade de outras aplicações de transmissão de imagem logo em seguida.

Em 1880, Alexander Graham Bell e Sumner Tainter inventou o ' Photophone 'no Volta Laboratory, em Washington, DC, para transmitir sinais de voz através de um feixe óptico. Era uma forma avançada de telecomunicações, mas sujeito a interferências atmosféricas e impraticável até que o transporte seguro de luz que seria oferecido por sistemas de fibras-ópticas. No final dos anos 19 e início do século 20, a luz foi guiado através de bastões de vidro curvado para iluminar cavidades do corpo. Jun-ichi Nishizawa, um cientista japonês na Universidade de Tohoku, também propôs a utilização de fibras ópticas para comunicações, em 1963, como afirmou em seu livro publicado em 2004 na ?ndia . Nishizawa inventado outras tecnologias que contribuíram para o desenvolvimento de comunicações de fibra óptica, tal como a classificada por índice de fibra óptica, como um canal para transmitir luz a partir de lasers semicondutores. O primeiro sistema de transmissão de dados por fibras-ópticas de trabalho foi demonstrado pelo físico alemão Manfred Börner em Telefunken Research Labs em Ulm, em 1965, que foi seguido pelo primeiro pedido de patente para essa tecnologia em 1966. Charles K. Kao e George A. Hockham da empresa britânica Telefones e cabos padrão (STC) foram os primeiros a promover a idéia de que o atenuação em fibras ópticas pode ser reduzido abaixo de 20 decibéis por quilômetro (dB / km), fazendo com que as fibras um meio de comunicação prático. Propuseram que a atenuação em fibras disponíveis no momento em que foi causada por impurezas que podem ser removidos, em vez de por efeitos físicos fundamentais, tais como a dispersão. Eles corretamente e sistematicamente teorizou as propriedades de perda de luz para fibra óptica, e salientou o direito material a ser usado para tais fibras - de vidro de sílica com elevado grau de pureza. Esta descoberta valeu Kao o Prêmio Nobel de Física em 2009.

NASA usou fibra óptica nas câmeras de televisão que foram enviadas para a lua. Na época, o uso nas câmeras foi classificada confidenciais, e apenas aqueles com a habilitação de segurança direita ou aqueles acompanhados por alguém com a habilitação de segurança direita foram autorizados a lidar com as câmeras.

O limite de atenuação crucial de 20 dB / km foi conseguida pela primeira vez em 1970, por pesquisadores Robert D. Maurer, Donald Keck, Peter C. Schultz, e Frank Zimar trabalhando para o fabricante de vidro americano Corning Glass Works, agora Corning Incorporated. Eles demonstraram uma fibra com 17 dB / km a atenuação por doping de vidro de sílica com titânio . Poucos anos depois, eles produziram uma fibra com apenas 4 dB / km atenuação usando dióxido de germânio como o dopante do núcleo. Essa baixa atenuação marcou o início de telecomunicação de fibra óptica. Em 1981, General Electric produziu fundido de quartzo lingotes que poderiam ser atraídos para fibra óptica vertentes 25 milhas (40 km) de comprimento.

Atenuação em cabos ópticos modernos é muito menos do que em cabos de cobre elétricos, levando a conexões de fibra longa distância com repetidores distâncias de 70-150 km (43-93 milhas). O amplificador de fibra dopada com érbio, o que reduziu o custo dos sistemas de fibra longa distância, reduzindo ou eliminando repetidores óptico-eléctrico-ópticos, foi co-desenvolvido por equipes lideradas por David N. Payne do Universidade de Southampton e Emmanuel Desurvire em Bell Labs em 1986. fibra óptica moderna Robust usa vidro para ambos núcleo e bainha, e é, portanto, menos propenso ao envelhecimento. Foi inventado por Gerhard Bernsee de Schott vidro na Alemanha em 1973.

O campo emergente da cristais fotónicas levou ao desenvolvimento em 1991 de fibra fotônica de cristal, que orienta luz por difracção a partir de uma estrutura periódica, em vez de por reflexão total interna. As primeiras fibras de cristal fotónicas tornou-se comercialmente disponível em 2000. As fibras de cristal Photonic pode transportar maior potência do que as fibras convencionais e suas propriedades de comprimento de onda dependente do pode ser manipulado para melhorar o desempenho.

Aplicações

Comunicação de fibra óptica

A fibra óptica pode ser utilizado como um meio para a telecomunicação e redes de computadores, porque é flexível e pode ser empacotado como cabos. É especialmente vantajosa para comunicações de longa distância, porque a luz se propaga através da fibra com pouca atenuação em comparação com cabos eléctricos. Isto permite longas distâncias para serem ocupados com poucos repetidores. Além disso, os sinais de luz de propagação na fibra por canal ter sido modulada com taxas tão altas como 111 gigabits por segundo por NTT, embora 10 ou 40 Gbit / s é típico em sistemas implantados. Cada fibra pode levar muitos canais independentes, cada um usando um comprimento de onda diferente da luz ( multiplexação por divisão de comprimento de onda (WDM)). A taxa de dados líquida (taxa de dados sem os bytes superiores) por cada fibra é a taxa de dados por canal reduzida pela sobrecarga de FEC, multiplicado pelo número de canais (geralmente até oitenta em comercial sistemas WDM densas a partir de 2008). O registro de fibra óptica laboratório taxa de dados atual, realizada por Alcatel-Lucent em Villarceaux, França, é de multiplexação 155 canais, cada um transportando 100 Gbit / s ao longo de um 7000 km de fibra. Nippon Telegraph and Telephone Corporation também conseguiu 69,1 Tbit / s através de uma única fibra de 240 km (multiplexação 432 canais, o que equivale a 171 Gbit / s por canal). Bell Labs também quebrou um petabit 100 por segundo barreira quilômetros (15,5 Tbit / s ao longo de um km de fibra única 7000).

Para aplicações de curta distância, como uma rede em um prédio de escritórios, cabeamento de fibra óptica pode economizar espaço em condutas. Isso ocorre porque uma única fibra pode transportar muito mais dados do que os cabos eléctricos como padrão categoria 5 cabeamento Ethernet, que normalmente é executado em 100 Mbit / s ou 1 Gbit / s velocidades. Fibra também é imune à interferência elétrica; não há nenhuma conversa cruzada entre os sinais em cabos diferentes, e não a captação de ruído ambiental. Cabos de fibras não-blindados não conduz eletricidade, o que torna a fibra uma boa solução para proteção de equipamentos de comunicação em ambientes de alta tensão, tal como instalações de geração de energia, ou estruturas de comunicação de metal propensas a relâmpagos. Eles também podem ser usados em ambientes em que estão presentes gases explosivos, sem perigo de inflamação. Wiretapping (neste caso, tapping fibra) é mais difícil em comparação com conexões elétricas, e há concêntricos fibras de núcleo duplo que são ditas para ser à prova de torneira.

Os sensores de fibra óptica

Fibras têm muitos usos em sensoriamento remoto. Em algumas aplicações, o sensor é ela própria uma fibra óptica. Em outros casos, a fibra é usada para ligar um sensor de fibra óptica não a um sistema de medição. Dependendo da aplicação, a fibra pode ser utilizado devido ao seu tamanho pequeno, ou o facto de que nenhum a energia eléctrica é necessário no local remoto, ou por vários sensores podem ser multiplexados ao longo do comprimento de uma fibra usando diferentes comprimentos de onda de luz para cada sensor, ou através da detecção do intervalo de tempo como a luz passa ao longo da fibra através de cada sensor. Tempo de atraso pode ser determinado utilizando um dispositivo tal como um reflectómetro no domínio do tempo óptico.

As fibras ópticas podem ser usadas como sensores para medir estirpe, temperatura , pressão e outras quantidades modificando uma fibra de modo que a propriedade de medir a modula intensidade, fase, polarização, comprimento de onda, ou do tempo de trânsito da luz na fibra. Sensores que variam a intensidade da luz são os mais simples, uma vez que são necessários apenas uma fonte e um detector simples. Uma característica particularmente útil de tais sensores de fibra óptica é que eles podem, se necessário, proporcionar detecção distribuídos a distâncias de até um metro.

Sensores de fibra óptica extrínsecos usar um cabo de fibra óptica, normalmente, um multi-modo um, para transmitir luz modulada a partir de um sensor de fibra não-óptico ou um sensor electrónico ligado a um transmissor óptico. Um dos grandes benefícios de sensores extrínsecos é a sua capacidade para chegar a lugares inacessíveis. Um exemplo é a medição da temperatura no interior da aeronave motores a jacto , utilizando uma fibra para transmitir radiação para uma radiação pirómetro fora do motor. Sensores extrínsecos podem ser usadas da mesma forma para medir a temperatura interna do transformadores elétricos, onde a extrema campos eletromagnéticos apresentar fazer outras técnicas de medição impossível. Sensores extrínsecos medir vibração, rotação, deslocamento, velocidade, aceleração, torque, e torcer. Uma versão de estado sólido do giroscópio, utilizando a interferência da luz, tem sido desenvolvido. O giroscópio de fibra ótica (FOG) não tem partes móveis, e explora a Efeito de Sagnac para detectar a rotação mecânica.

Os usos mais comuns para sensores de fibra óptica inclui sistemas de segurança de detecção de intrusão avançado. A luz é transmitida ao longo de um cabo sensor de fibra óptica colocado em uma cerca, encanamento, ou comunicação de cabeamento, eo sinal de retorno é monitorado e analisado para distúrbios. Este sinal de retorno é processado digitalmente para detectar distúrbios e disparar um alarme se uma intrusão ocorreu.

Outras utilizações de fibras ópticas

A o frisbee iluminado por fibra óptica
Luz refletida de fibra óptica ilumina modelo exibiram

As fibras são amplamente utilizados em aplicações de iluminação. Eles são utilizados como guias de luz em aplicações médicas e outras onde a luz brilhante precisa ser brilhou em um alvo sem um caminho claro line-of-sight. Em algumas construções, as fibras ópticas percurso da luz solar do telhado para outras partes do edifício (ver sem formação de imagem óptica). Iluminação de fibra óptica também é usado para aplicações decorativas, incluindo sinais, arte , brinquedos e artificial ?rvores de Natal. Boutiques Swarovski usar fibras ópticas para iluminar suas vitrines de cristal de muitos ângulos diferentes enquanto apenas empregando uma fonte de luz. Fibra óptica é uma parte intrínseca do produto concreto edifício-transmissor de luz, LiTraCon.

A fibra óptica é também utilizado em imagiologia óptica. Um feixe coerente de fibras é utilizado, por vezes, juntamente com as lentes, para um dispositivo de imagiologia de comprimento, uma fina chamada endoscópio, que é utilizado para visualizar objectos através de um pequeno orifício. Endoscópios médicos são utilizados para exploratório minimamente invasiva ou procedimentos cirúrgicos. Endoscópios industriais (ver fiberscope ou boroscópio) são usados para inspecionar qualquer coisa difícil de alcançar, como interiores de motores a jato. Muitos microscópios usar fontes de luz de fibra óptica para fornecer iluminação intensa de amostras em estudo.

Em espectroscopia , feixes de fibras ópticas transmitir luz a partir de um espectrómetro de uma substância que não podem ser colocados no interior do próprio espectrómetro, a fim de analisar a sua composição. Um espectrômetro analisa substâncias saltando a luz fora de e através deles. Ao utilizar fibras, um espectrómetro pode ser usado para estudar objectos remotamente.

Uma fibra óptica dopado com certa Elementos das terras raras, tais como o érbio pode ser usado como o ganhar forma de um ou a laser amplificador óptico. Terras raras fibras ópticas dopados podem ser usadas para fornecer sinal de amplificação por splicing de um pequeno troço de fibra dopada em um (não dopado) linha de fibra óptica normal. A fibra é dopado opticamente bombeado com um segundo comprimento de onda de laser, que está acoplado na linha para além da onda do sinal. Ambos os comprimentos de onda de luz são transmitidos através da fibra dopada, que transfere a energia do segundo comprimento de onda da bomba para a onda de sinal. O processo que faz com que a amplificação é emissão estimulada.

As fibras ópticas dopadas com um comprimento de onda shifter recolher luz de cintilação em experimentos de física.

A fibra óptica pode ser utilizado para fornecer um nível baixo de energia (cerca de um watt) a electrónica situadas num ambiente eléctrico difícil. Exemplos disso são a eletrônica em elementos de alta potência da antena e dispositivos de medição utilizados em equipamentos de transmissão de alta tensão.

O mira de ferro para revólveres, espingardas, caçadeiras, e pode usar pequenos pedaços de fibra óptica para o realce de contraste.

Princípio de funcionamento

Uma visão geral dos princípios de funcionamento da fibra óptica

Uma fibra óptica é uma cilíndrica guia de ondas dieléctrico ( guia de ondas não condutor) que transmite a luz ao longo do seu eixo, pelo processo de reflexão interna total. A fibra é constituído por um núcleo rodeado por um camada de revestimento, os quais são feitos de materiais dieléctricos. Para confinar o sinal óptico no núcleo, o índice de refracção do núcleo deve ser maior do que a do revestimento. O limite entre o núcleo e o revestimento podem ser ou abrupta, em fibra passo-index, ou gradual, em fibra-graduada índice.

?ndice de refração

O índice de refracção é uma maneira de medir a velocidade da luz no material. A luz viaja mais rápido em um vácuo, como o espaço sideral. A velocidade da luz no vácuo é cerca de 300.000 quilômetros (186.000 milhas) por segundo. ?ndice de refracção é calculado dividindo-se a velocidade da luz no vácuo, a velocidade da luz em algum outro meio. O índice de refracção de um vácuo é, por conseguinte, uma, por definição. O valor típico para o revestimento de uma fibra óptica é 1,52. O valor do núcleo é tipicamente 1,62. Quanto maior for o índice de refracção, a luz viaja mais lento que em média. A partir desta informação, uma boa regra de ouro é que o sinal através de fibra óptica para a comunicação vai viajar em torno de 200 mil km por segundo. Ou, dito de outra maneira, para viajar 1000 km em fibras, o sinal terá 5 milissegundos para propagar. Assim, um telefonema realizado por fibra entre Sydney e Nova Iorque, a uma distância de 12.000 km, significa que há um atraso mínimo absoluto de 60 milissegundos (ou cerca de 1/16 de segundo) entre quando um chamador fala quando o outro ouve . (Claro que a fibra, neste caso, provavelmente irá percorrer um caminho mais longo, e não haverá atrasos adicionais devido à comutação de equipamento de comunicação e o processo de codificação e descodificação de voz para a fibra).

A reflexão interna total

Quando a luz viaja em um meio opticamente denso atinge um limite em um ângulo agudo (maior do que o ângulo crítico para a fronteira), a luz é totalmente reflectida. Isto é chamado de reflexão interna total. Este efeito é utilizado em fibras ópticas para confinar a luz no núcleo. A luz viaja através do núcleo da fibra, saltar para trás e para a frente fora da fronteira entre o núcleo eo revestimento. Uma vez que a luz pode atingir a fronteira com um ângulo superior ao ângulo crítico, apenas a luz que entra na fibra dentro de uma certa gama de ângulos pode viajar através da fibra, sem vazar. Esta gama de ângulos é chamado o cone de aceitação da fibra. O tamanho deste cone de aceitação é uma função da diferença de índice de refracção entre o núcleo e o revestimento da fibra.

Em termos mais simples, existe um ângulo máximo a partir do eixo da fibra no qual a luz pode entrar na fibra, de modo que ele irá propagar, ou curso, no núcleo da fibra. O seno deste ângulo máximo é a abertura numérica (AN) da fibra. Fibra com uma NA maior exige menos precisão para unir e trabalhar com do que a fibra com uma NA menor. A fibra monomodo tem uma pequena NA.

Fibra multimodo

A propagação da luz através de uma multi-modo de fibra óptica.
Um laser saltando para baixo um haste acrílico, ilustrando a reflexão interna total da luz numa fibra óptica multi-modo.

Fibra com grande diâmetro da parte central (maior do que 10 micrómetros) pode ser analisada por ótica geométrica. Esta fibra é chamada fibra multi-modo, a partir da análise electromagnético (ver abaixo). Num passo-índice fibra multimodo, raios de luz são guiados ao longo do núcleo da fibra por reflexão interna total. Raios que satisfazem os limites de núcleo-revestimento com um ângulo elevado (medido em relação a uma linha normal ao limite), maior do que o ângulo crítico para este limite, são completamente refletida. O ângulo crítico (ângulo mínimo de reflexão interna total) é determinada pela diferença de índice de refracção entre o núcleo e os materiais de revestimento. Raios que atendam a fronteira em um ângulo baixo estão refratada do núcleo para o revestimento, e não transmitem a luz e, por conseguinte, a informação ao longo da fibra. O ângulo crítico determina o ângulo de aceitação da fibra, muitas vezes classificado como um abertura numérica. A abertura numérica elevada permite que a luz a propagar-se a fibra em ambos os raios próximos ao eixo e em vários ângulos, permitindo o acoplamento eficiente da luz na fibra. No entanto, esta abertura numérica elevada aumenta a quantidade de Dispersão de raios em ângulos diferentes têm diferentes O comprimento do passo e, portanto, ter horários diferentes para atravessar a fibra.

Tipos de fibra óptica.

Em fibras graduadas-índice, o índice de refracção no núcleo diminui continuamente entre o eixo e o revestimento. Isto faz com que os raios de luz para dobrar suavemente à medida que se aproxima o revestimento, em vez de reflectir abruptamente a partir do limite núcleo-revestimento. As trajetórias curvas resultantes reduzir a dispersão multi-caminho, porque os raios de ângulo elevado passar mais através da periferia de menor índice do núcleo, em vez de centro de alto índice. O perfil de índice é escolhida para minimizar a diferença de velocidades de propagação axiais dos vários raios na fibra. Este perfil de índice ideal está muito perto de um relação parabólica entre o indicador e a distância a partir do eixo.

A fibra monomodo

A estrutura de um típico fibra monomodo.
1. Núcleo: 8 um de diâmetro
2. Revestimento: 125 mm de diâmetro.
3. Tampão: 250 um de diâmetro.
4. Jacket: 400 mm de diâmetro.

Fibre com um diâmetro do núcleo inferior a cerca de dez vezes os comprimento de onda da luz de propagação que não pode ser modelada usando óptica geométrica. Em vez disso, ele deve ser analisada como uma electromagnética estrutura, pela solução de equações de Maxwell -se reduzida ao equação da onda eletromagnética. A análise eletromagnética também pode ser necessária para compreender os comportamentos, tais como salpico que ocorrem quando luz coerente propaga em fibra multi-modo. Como um guia de onda óptico, a fibra suporta um ou mais confinada modos transversais, através da qual a luz pode propagar ao longo da fibra. Fibre suporte para somente um modo é chamado de modo único ou fibra mono-modo. O comportamento de maior do núcleo de fibra multimodo também podem ser modeladas utilizando a equação da onda, o que demonstra que tais fibras de suportar mais do que um modo de propagação (daí o nome). Os resultados de tal modelação da fibra multimodo, aproximadamente de acordo com as previsões de óptica geométrica, se o núcleo da fibra é suficientemente grande para suportar mais do que alguns modos.

A análise mostra que a guia de onda de energia luminosa na fibra não está completamente confinado no núcleo. Em vez disso, especialmente em fibras de modo simples, uma fracção significativa da energia no modo acoplado viaja no revestimento como um onda evanescente.

O tipo mais comum de fibra de modo único tem um diâmetro de núcleo de 8-10 micrómetros e é concebido para utilização na infravermelho próximo. A estrutura de modo depende do comprimento de onda da luz utilizada, de modo a que esta fibra realmente suporta um pequeno número de modos adicionais em comprimentos de onda visíveis. Fibra multi-modo, em comparação, é fabricado com diâmetros de núcleo tão pequenas quanto 50 micrômetros e tão grande quanto centenas de micrômetros. O frequência normalizada V para esta fibra deve ser menor do que o primeiro zero da função de Bessel J 0 (cerca de 2.405).

Fibra de propósito especial

Alguns para fins especiais de fibra óptica é construído com um núcleo não cilíndrica e / ou camada de revestimento, geralmente com uma secção transversal elíptica ou rectangular. Estes incluem fibra de manutenção de polarização e fibra projetados para suprimir sussurrando galeria propagação modo. Fibras de polarização-manutenção são único tipo de fibras que é comumente utilizados em sensores de fibra óptica, devido à sua capacidade para manter a polarização da luz nela inseridos.

Fibra fotónica-cristal é feita com um padrão regular da variação do índice (frequentemente sob a forma de furos cilíndricos que correm ao longo do comprimento da fibra). Tais utilizações de fibras efeitos da difração em vez de ou para além de reflexão interna total, para confinar a luz do núcleo da fibra. As propriedades da fibra podem ser adaptadas a uma ampla variedade de aplicações.

Mecanismos de atenuação

Atenuação da luz por ZBLAN e fibras de sílica

A atenuação em fibras ópticas, também conhecidos como perda de transmissão, é a redução da intensidade do feixe de luz (ou de sinal), uma vez que se desloca através do meio de transmissão. Coeficientes de atenuação de fibra óptica geralmente usam unidades de dB / km através do meio, devido à relativamente elevada qualidade de transparência dos meios de transmissão óptica moderna. O meio é normalmente uma fibra de vidro de sílica que limita o raio de luz incidente para o interior. A atenuação é um factor importante na redução da transmissão de um sinal digital através de grandes distâncias. Assim, muita investigação tem ido para limitar tanto a atenuação e maximizando a amplificação do sinal óptico. A pesquisa empírica mostrou que a atenuação em fibras ópticas é causada principalmente por ambos e espalhamento absorção.

A dispersão de luz

Reflexão especular
Reflexão difusa

A propagação da luz através do núcleo de uma fibra óptica baseia-se na reflexão interna total da onda de luz. As superfícies ásperas e irregulares, até mesmo em nível molecular, pode causar os raios de luz sejam refletidas em direções aleatórias. Isto é chamado reflexão difusa ou dispersão, e é tipicamente caracterizada pela grande variedade de ângulos de reflexão.

A dispersão de luz depende do comprimento de onda da luz a ser espalhada. Assim, os limites para escalas espaciais de visibilidade surgir, dependendo da frequência da luz de onda incidente e a dimensão física (ou escala espacial) do centro da dispersão, que é, tipicamente, sob a forma de alguma característica microestrutural específico. Desde a luz visível tem um comprimento de onda da ordem de um micrômetros (um milionésimo de metro) espalhando centros terão dimensões em uma escala espacial similar.

Assim, a atenuação resultante da espalhamento incoerente de luz no interior e superfícies interfaces. Em (poli) materiais cristalinos, tais como metais e cerâmicas, além de poros, a maior parte das superfícies internas ou interfaces são na forma de limites de grão que separam pequenas regiões de ordem cristalina. Foi recentemente mostrado que, quando o tamanho do centro do espalhamento (ou limite de grão) é reduzido abaixo do tamanho do comprimento de onda da luz a ser espalhada, a dispersão não ocorre em qualquer extensão significativa. Este fenómeno tem dado origem à produção de materiais cerâmicos transparentes.

Da mesma forma, a dispersão da luz em fibras de vidro de qualidade óptica é causada por irregularidades nível molecular (flutuações de composição) na estrutura de vidro. Com efeito, uma escola de pensamento emergente é um vidro que é simplesmente o caso limite de um sólido policristalino. Dentro deste quadro, "domínios" que exibem vários graus de ordem de curto alcance tornam-se os blocos de construção de ambos os metais e ligas, bem como vidros e cerâmicas. Distribuídos entre e dentro destes domínios são defeitos micro-estrutural que fornecem os locais mais ideais para a dispersão de luz. Este mesmo fenômeno é visto como um dos fatores limitantes na transparência das cúpulas de mísseis IR.

Em altas potências ópticas, dispersão também pode ser causada por processos ópticos não lineares na fibra.

UV-Vis-IR de absorção

Em adição à dispersão da luz, a atenuação ou perda de sinal também pode ocorrer devido à absorção selectiva de comprimentos de onda específicos, de um modo semelhante àquele responsável pelo aparecimento de cor. Considerações materiais primários incluem ambos os elétrons e moléculas da seguinte forma:

1) A nível electrónico, que depende do facto de os electrões orbitais estão afastados (ou "quantificado") de tal modo que eles podem absorver um quantum de luz (ou de fotões) de um comprimento de onda específico ou frequência no ultravioleta (UV) ou gamas visíveis . Isto é o que dá origem a cor.

2) No nível atômico ou molecular, depende de as frequências de vibrações atômicas ou moleculares ou ligações químicas, como close-embalados seus átomos ou moléculas são, e se ou não os átomos ou moléculas exibem ordem de longo alcance. Estes factores irá determinar a capacidade de o material transmitindo comprimentos de onda mais longos no infravermelho (IR), distantes gamas de IV, de rádio e microondas.

O desenho de qualquer dispositivo opticamente transparente exige a selecção de materiais com base no conhecimento das suas propriedades e limitações. O Gelosia características de absorção observadas nas regiões de frequência mais baixa (meados de IR para comprimentos de onda do infravermelho distante) definem o limite de transparência de longo comprimento de onda do material. Eles são o resultado da interativo acoplamento entre os movimentos de vibrações induzidas termicamente dos átomos e moléculas constituintes da estrutura sólida e a radiação de onda da luz incidente. Assim, todos os materiais são delimitadas por regiões de absorção causadas por vibrações atômicas e moleculares (de alongamento de títulos) no infravermelho distante (> 10 mm) limitante.

Assim, a absorção de multi-phonon ocorre quando dois ou mais fônons simultaneamente interagem para produzir momentos de dipolo elétrico com que a radiação incidente pode casal. Esses dipolos podem absorver a energia da radiação incidente, atingindo um máximo de acoplamento com a radiação, quando a frequência é igual à do modo de vibração fundamental do dipolo molecular (por exemplo, ligação Si-O) no infravermelho distante, ou uma das suas harmónicas.

A absorção selectiva de (IR) de luz infravermelha por um material particular ocorre porque a frequência seleccionada da onda de luz coincide com a frequência (ou um múltiplo inteiro da frequência) na qual as partículas de material de que vibre. Uma vez que diferentes átomos e moléculas possuem diferentes frequências naturais de vibração, que irá absorver selectivamente diferentes frequências (ou porções do espectro) de (IR) de luz infravermelha.

Reflexão e transmissão de ondas de luz ocorrer porque as freqüências das ondas de luz não coincidem com as frequências de ressonância de vibração naturais dos objetos. Quando a luz IR dessas freqüências atinge um objeto, a energia é refletida ou transmitida.

Fabrico

Materiais

Fibras ópticas de vidro são quase sempre feita a partir de sílica , mas outros materiais, tais como fluorozirconato, fluoroaluminato, e calcogenetos óculos, bem como os materiais cristalinos, como safira, são usados para aplicações especializadas infravermelhos ou outros comprimentos de onda mais longo. Sílica e vidros de fluoreto geralmente têm índices de refracção de cerca de 1,5, mas alguns materiais tais como os calcogenetos pode ter índices tão alto quanto 3. Tipicamente, a diferença de índice de entre o núcleo e o revestimento é inferior a um por cento.

Fibras ópticas de plástico (POF) são comumente passo-índice fibras multimodo com um diâmetro do núcleo de 0,5 milímetros ou maiores. POF tipicamente têm coeficientes de atenuação mais elevadas do que as fibras de vidro, de 1 dB / m ou superior, e esta atenuação elevada limita a gama de sistemas baseados em POF.

Sílica

Sílica exposições relativamente boa transmissão óptica ao longo de uma ampla gama de comprimentos de onda. No porção do infravermelho próximo (perto do IR) do espectro, particularmente cerca de 1,5 mm, de sílica pode ter extremamente baixa absorção e dispersão perdas da ordem de 0,2 dB / km. Tais perdas extremamente baixas só são possíveis porque o silicone ultra-puro está disponível, sendo essencial para a fabricação de circuitos integrados e transistores discretos. Uma transparência elevada na região de 1,4 mícrons é conseguido através da manutenção de uma baixa concentração de grupos hidroxilo (OH). Alternativamente, um OH alta concentração é melhor para a transmissão no ultravioleta região (UV).

Sílica pode ser desenhado em fibras no razoavelmente altas temperaturas, e tem um bastante ampla faixa de transformação de vidro. Uma outra vantagem é que a emenda de fusão e de clivagem de fibras de sílica é relativamente eficaz. Fibra de silica tem também alta resistência mecânica contra ambos puxando e dobrando mesmo, desde que a fibra não é demasiado espesso e que as superfícies têm sido bem preparada durante o processamento. Mesmo clivagem simples (da quebra) das extremidades da fibra pode proporcionar superfícies planas bem com qualidade óptica aceitável. Sílica também é relativamente inerte quimicamente. Em particular, não é higroscópico (não absorve água).

De vidro de sílica pode ser dopada com vários materiais. Um dos propósitos de dopagem é aumentar o índice de refracção (por exemplo, com dióxido de germânio (GEO 2 ) ou óxido de alumínio (Al 2 O 3 )) ou para baixá-la (por exemplo, com flúor ou trióxido de boro (B 2 O 3 )). A dopagem é também possível com iões-activa de laser (por exemplo, fibras raras dopada de terra), a fim de se obter fibras activo a ser utilizado, por exemplo, em amplificadores de fibras ou laser de aplicações. Tanto o núcleo da fibra e revestimento são tipicamente dopado, de modo que todo o conjunto (núcleo eo revestimento) é efectivamente o mesmo composto (por exemplo, um aluminossilicato, germanosilicate, fosfosilicato ou vidro de borosilicato).

Particularmente para as fibras activas, sílica pura não é geralmente um vidro muito hospedeiro adequado, porque exibe uma baixa solubilidade para os iões de terras raras. Isto pode levar a efeitos devidos à aglomeração de iões contaminantes têmpera. Aluminossilicatos são muito mais eficazes a este respeito.

Fibra de sílica também exibe um elevado limiar de danos óptico. Esta propriedade garante uma baixa tendência para a quebra induzida por laser. Isto é importante para amplificadores de fibra, quando utilizados para a amplificação de impulsos curtos.

Devido a estas propriedades fibras de sílica são o material de escolha em muitas aplicações ópticas, tais como comunicações (exceto para distâncias muito curtas com fibra óptica de plástico), lasers de fibra, amplificadores de fibras, e sensores de fibra óptica. Grandes esforços feitos no desenvolvimento de vários tipos de fibras de sílica aumentaram ainda mais o desempenho de tais fibras em relação a outros materiais.

Fluoretos

Fluoreto de vidro é uma classe de vidros não óxidos de qualidade óptica compostos de fluoretos de diversos metais . Devido à sua baixa viscosidade, que é muito difícil de evitar completamente a cristalização durante o processamento através da transição vítrea (ou puxando a fibra a partir do fundido). Assim, apesar de vidros de fluoretos de metais pesados ​​(HMFG) exibem muito baixa atenuação ópticos, que são não só difícil de fabricar, mas são muito frágeis e têm uma fraca resistência à humidade e outros ataques ambientais. A sua melhor atributo é que eles não têm a banda de absorção está relacionado com o grupo hidroxilo (OH) (3200-3600 cm -1 ), que está presente em quase todos os vidros à base de óxido.

Um exemplo de um vidro de fluoreto de metal pesado é o grupo de vidro ZBLAN, composto por zircónio , bário , lantânio , de alumínio e de sódio fluoretos. Sua principal aplicação tecnológica é como guias de onda ópticos, tanto em forma plana e fibras. Eles são vantajosos especialmente no (2000-5000 nm) gama infravermelho médio.

HMFGs foram inicialmente previsto para aplicações de fibras ópticas, porque as perdas intrínsecas de uma fibra de mid-IV pode ser, em princípio, menores do que as fibras de sílica, que são transparentes apenas até cerca de 2 uM. No entanto, essas perdas baixos nunca se realizaram na prática, ea fragilidade eo alto custo das fibras de flúor fez-lhes menos do que ideal como candidatos principais. Mais tarde, a utilidade de fibras de fluoreto para várias outras aplicações foi descoberto. Estes incluem meados de espectroscopia de infravermelho, sensores de fibra óptica, termometria, e de imagem. Além disso, as fibras de fluoreto pode ser usado para a transmissão guiada lightwave na mídia, como YAG ( ítria alumina granada) lasers de 2,9 mm, conforme exigido para aplicações médicas (por exemplo, oftalmologia e odontologia).

Fosfatos

O P4S10-estrutura do cagelike bloco de construção básico para o vidro de fosfato.

Vidro de fosfato constitui uma classe de vidros ópticos compostos por metafosfatos de vários metais. Em vez de SiO 4 tetraedros observada nos vidros de silicato, o bloco de construção para este formador de vidro é Pentóxido de fósforo (P 2 ó 5 ), que cristaliza em pelo menos quatro formas diferentes. O mais familiar polimorfo (ver figura) compreende moléculas de P 4 Ó 10 .

Os vidros de fosfato podem ser vantajoso sobre vidros de sílica para fibras ópticas com uma elevada concentração de iões de dopagem das terras raras. Uma mistura de vidro de flúor e vidro de fosfato é vidro fluorofosfatado.

Chalcogenides

O Calcogênios-os elementos grupo 16 da tabela periódica -particularmente enxofre (S), selénio (Se) e telúrio (Te) -react com mais elementos electropositivos, tais como a prata , para formar calcogenetos. Estes compostos são extremamente versáteis, na medida em que pode ser cristalino ou amorfo, metálico ou semicondutor, e condutores de iões ou de electrões . Fibras chalcogenides são úteis para a transmissão do infravermelho distante, mas são difíceis de produzir.

Processo

Ilustração da deposição de vapor químico modificado (para dentro) processo

Fibras ópticas padrão são feitas por uma primeira construção de grande diâmetro " pré-forma ", com um perfil de índice de refracção cuidadosamente controlada, e, em seguida," puxar "da pré-forma para formar a fibra óptica longa e fina. A pré-forma é comumente feita por três métodos de deposição química a vapor: dentro de deposição de vapor , deposição de vapor do lado de fora , e deposição axial vapor .

Com a deposição de vapor para dentro , a pré-forma começa como um tubo de vidro oco de cerca de 40 centímetros (16 polegadas) de comprimento, que é colocado na horizontal e rodado lentamente num torno mecânico. Gases como o tetracloreto de silício (SiCl 4 ) ou tetracloreto de germânio (GECL 4 ) são injectados com oxigénio na extremidade do tubo. Os gases são então aquecido por meio de um queimador de hidrogénio externo, elevando a temperatura do gás até 1900 K (1600 ° C, 3000 ° F), onde os tetrachlorides reagir com o oxigénio para produzir sílica ou dióxido de germânio germania (partículas). Quando as condições de reacção são escolhidas para permitir que esta reacção ocorra na fase de gás por todo o volume do tubo, em contraste com as técnicas anteriores em que ocorreu a reacção apenas na superfície do vidro, esta técnica é chamado a deposição de vapor químico modificada (MCVD) .

As partículas de óxido então aglomerar para formar grandes redes de partículas, que, posteriormente, depositar nas paredes do tubo, como a fuligem. A deposição é devido à grande diferença de temperatura entre o núcleo e a parede de gás fazendo com que o gás para empurrar as partículas para o exterior (isto é conhecido como termoforese). A tocha é então atravessada cima e para baixo do comprimento do tubo para depositar o material uniformemente. Após o maçarico tenha atingido a extremidade do tubo, que é então levado de volta para o começo do tubo e as partículas depositadas são então fundido para formar uma camada sólida. Este processo é repetido até que uma quantidade suficiente de material foi depositado. Para cada camada da composição pode ser modificada fazendo variar a composição do gás, resultando num controlo preciso das propriedades ópticas da fibra acabada.

Na deposição de vapor do lado de fora ou deposição de vapor axial, o vidro é formado por hidrólise de chama , uma reacção em que o tetracloreto de silício e germânio tetracloreto são oxidadas por reacção com água (H 2 O) numa chama oxihidrogênico. Na deposição de vapor do lado de fora do vidro é depositada sobre uma haste contínua, que é removido antes do processamento adicional. Na deposição de vapor axial, a uma curta haste de semente é utilizado, e um pré-molde poroso, cujo comprimento não é limitada pelo tamanho da haste de fonte, é construída na sua extremidade. O pré-molde poroso é consolidada em, uma pré-forma sólida transparente por aquecimento até cerca de 1800 K (1500 ° C, 2800 ° F).

O pré-molde, no entanto construída, é, então, colocado num dispositivo conhecido como um desenho de torre, em que a ponta pré-forma é aquecida e a fibra óptica é puxado para fora como uma cadeia de caracteres. Ao medir a largura da fibra resultante, a tensão sobre a fibra pode ser controlada para manter a espessura da fibra.

Revestimentos

A luz é "guiado" para baixo do núcleo da fibra por um "revestimento" óptico com um índice de refracção mais baixo que intercepta luz no núcleo através de "reflexão interna total."

O revestimento é revestido por um "tampão", que o protege da humidade e danos físicos. O buffer é o que é retirado da fibra para a rescisão ou splicing. Estes revestimentos são materiais compósitos de acrilato de uretano curado com UV aplicada ao exterior da fibra durante o processo de estiramento. Os revestimentos de proteger os fios muito delicadas de fibra de vidro sobre o tamanho de um ser humano de cabelo e permitir que ele para sobreviver aos rigores da fabricação, testes prova, cabeamento e instalação.

Processos de tração de fibra óptica de vidro de hoje empregam uma abordagem de revestimento de camada dupla. Um revestimento primário interno é concebido para funcionar como um amortecedor de choque para minimizar a atenuação causada por microcurvatura. Um revestimento secundário exterior protege o revestimento primário contra danos mecânicos e actua como uma barreira para as forças laterais. Às vezes, uma camada de armadura metálica é adicionada para fornecer proteção extra.

Estas camadas de revestimento de fibra óptica são aplicadas durante o sorteio da fibra, em velocidades próximas de 100 km por hora (60 mph). Revestimentos de fibras ópticas são aplicadas usando um dos dois métodos: molhado sobre seco e úmido sobre úmido . Em húmido-em-seco, a fibra passa através de uma aplicação do revestimento primário, que é então curada UV-depois através da aplicação de revestimento secundário, o qual é subsequentemente curado. Em molhado-sobre-molhado, a fibra passa através de ambas as aplicações de revestimento primário e secundário, em seguida, vai para a cura por UV.

Revestimentos de fibras ópticas são aplicadas em camadas concêntricas para evitar danos para a fibra durante a aplicação do desenho e para maximizar a resistência das fibras e a resistência microcurvatura. Desigualmente fibra revestida experimentará forças não uniformes quando o revestimento se expande ou contrai, e é susceptível à maior atenuação de sinal. De acordo com os processos de desenho e de revestimento adequados, os revestimentos são concêntricos em torno da fibra, contínuo ao longo do comprimento da aplicação e ter uma espessura constante.

Revestimentos de fibra óptica proteger as fibras de vidro de arranhões que podem levar à degradação da resistência. A combinação de humidade e arranhões acelera o envelhecimento e deterioração da resistência da fibra. Quando a fibra é sujeita a tensões baixas, durante um longo período, a fadiga de fibra pode ocorrer. Ao longo do tempo, ou em condições extremas, estes factores combinam-se para causar falhas microscópicas na fibra de vidro para se propagar, o que pode em última análise, resultar em falha do fibra.

Três características principais de guias de onda de fibra óptica pode ser afetada pelas condições ambientais: força, resistência e atenuação de perdas causadas por microcurvatura. Revestimentos de fibra óptica externas proteger a fibra de vidro óptico de condições ambientais que podem afectar o desempenho e durabilidade a longo prazo da fibra. No interior, os revestimentos de garantir a fiabilidade do sinal que está sendo realizado e ajudar a minimizar a atenuação devido a microcurvatura.

Questões práticas

Cabos de fibras ópticas

Um cabo de fibra óptica

No caso das fibras práticos, o revestimento é geralmente revestida com uma dura resina tampão de camada, que pode ser ainda rodeado por um revestimento de camada, normalmente de vidro. Estas camadas são adicionados a força da fibra, mas não contribuem para as suas propriedades de guia de ondas óptico. Conjuntos de fibras rígidas, por vezes, colocar ("dark") de vidro de absorção de luz entre as fibras, para evitar a luz que vaza de uma fibra de entrar em outro. Isso reduz cross-talk entre as fibras, ou reduz alargamento em aplicações de imagem feixe de fibras.

Os cabos modernos vêm em uma ampla variedade de bainhas e armaduras, projetado para aplicações tais como o enterro direto nas trincheiras, isolamento de alta tensão, dupla utilização como linhas de energia, a instalação em conduíte, atacando a postes telefônicos aéreas, instalação submarino, e inserção em ruas pavimentadas . O custo de pequenos cabos montados pólos de fibra de contagem diminuiu consideravelmente devido à alta demanda por fibra óptica até casa (FTTH) instalações no Japão e na Coréia do Sul.

O cabo de fibra pode ser muito flexível, mas a perda de fibras aumenta grandemente tradicional, se a fibra é dobrada com um raio menor do que cerca de 30 mm. Isto cria um problema quando o cabo é dobrado em torno de cantos ou enrolado em torno de um carretel, fazendo instalações FTTx mais complicado. "fibras Bendable" orientada para uma instalação mais fácil em ambientes domésticos, foram padronizados como ITU-T G.657. Este tipo de fibra pode ser dobrado com um raio tão baixo quanto 7,5 milímetros, sem impacto negativo. Mesmo as fibras mais dobráveis ​​têm sido desenvolvidos. Fibra dobrável podem também ser resistentes a pirataria de fibra, em que o sinal de uma fibra é discretamente monitorizada por dobragem da fibra e detectar o vazamento.

Outra característica importante do cabo é a capacidade do cabo para resistir a força aplicada horizontalmente. Ele é chamado tecnicamente de resistência à tracção máxima que define a quantidade de força pode aplicar ao cabo durante o período de instalação.

Algumas versões de cabos de fibra óptica são reforçados com fios de aramida ou fios de vidro como elemento de reforço intermediário. Em termos comerciais, o uso dos fios de vidro são mais rentáveis, enquanto sem perda de durabilidade mecânica do cabo. Fios de vidro também protegem o núcleo do cabo contra roedores e cupins.

Rescisão e splicing

Conectores ST emfibra multi-modo.

As fibras ópticas são conectadas ao equipamento terminal de conectores de fibra óptica. Esses conectores são geralmente de um tipo de padrão, como FC , ​​SC , ST , LC , MTRJ , ou SMA, que é designado para transmissão de energia mais elevado.

As fibras ópticas podem ser ligados uns aos outros por ligações ou por splicing , isto é, juntando-se duas fibras em conjunto de modo a formar uma guia de ondas óptico contínuo. O método geralmente aceite de splicing é emenda de fusão de arco, que funde as extremidades das fibras em conjunto com um arco eléctrico. Para trabalhos de fixação mais rápidos, uma "emenda mecânica" é usado.

Fusão de emenda é feito com um instrumento especial que tipicamente opera como se segue: As duas extremidades dos cabos são fixados dentro de um invólucro de splicing que vai proteger as junções, e as extremidades da fibra são despojados da sua camada de protecção de polímero (bem como a camisa exterior mais resistente , se presente). As extremidades são cortados (cortados), com um cutelo de precisão para torná-los perpendicular, e são colocadas em suportes especiais no splicer. A emenda é geralmente inspecionados através de um ecrã de visualização ampliada para verificar os cleaves antes e depois da emenda. O splicer usa pequenos motores para alinhar o final enfrenta juntos, e emite uma pequena faísca entre os eletrodos no fosso para queimar poeira e umidade. Em seguida, a coladeira gera uma faísca maior que aumenta a temperatura acima do ponto de fusão do vidro, fundindo em conjunto as extremidades de forma permanente. A localização e a energia da faísca é cuidadosamente controlada de modo que o núcleo e o revestimento fundido não se misturam, e isto minimiza a perda óptica. Uma estimativa de perda de splicing é medido pela coladeira, por dirigir a luz através do revestimento de um lado e medir o vazamento de luz a partir do revestimento no outro lado. A perda da tala abaixo de 0,1 dB é típico. A complexidade deste processo faz o splicing de fibra muito mais difícil do que o fio de cobre de splicing.

Talas da fibra mecânicos são projetados para ser mais rápido e mais fácil de instalar, mas ainda há a necessidade de remoção, limpeza cuidadosa e precisão clivagem. As extremidades da fibra estejam alinhadas e unidas por uma manga feita de precisão, muitas vezes utilizando uma clara gel de índice de combinação que melhora a transmissão de luz através da junta. Tais articulações têm tipicamente maior perda óptica e são menos robustas do que unis por fus, especialmente se o gel é usado. Todas as técnicas de emenda envolver a instalação de um gabinete que protege a emenda.

As fibras são terminadas em conectores que prendem a extremidade da fibra com precisão e de forma segura. Um conector de fibra óptica é basicamente um tambor cilíndrico rígido rodeado por uma manga que segura o tambor na sua tomada de acasalamento. O mecanismo de acoplamento pode ser push and click , virar e trava ( baioneta ), ou parafuso-in ( com rosca ). Um conector típico é instalado através da preparação de a extremidade da fibra e inseri-lo na parte traseira do corpo do conector. Breve adesiva-definido é normalmente utilizado para manter a segurança da fibra, e um alívio de tensão é fixada à parte de trás. Uma vez que os conjuntos adesivas, extremidade da fibra é polida para concluir um espelho. Vários perfis lustrador são usados, dependendo do tipo de fibra e a aplicação. Para a fibra monomodo, extremidades da fibra são normalmente polido com uma ligeira curvatura que faz com que os conectores acoplados tocar somente em seus núcleos. Isso é chamado de um contato físico polonês (PC). A superfície curva pode ser polida com um ângulo, para fazer um ângulo de contacto físico (APC) de ligação. Tais conexões têm maior perda do que as conexões de PC, mas muito reduzido de volta reflexão, porque a luz que reflete das fugas superfície inclinada para fora do núcleo da fibra. A perda de intensidade do sinal resultante é chamado de perda de folga . APC extremidades da fibra têm baixa reflexão de volta, mesmo quando desconectado.

Na década de 1990, cabos de fibra óptica de terminação foi trabalhoso. O número de partes por conector, o polimento das fibras, e a necessidade de cozer no forno a epoxi em cada conector fez terminar cabos de fibra óptica difícil. Hoje, muitos tipos de conectores estão no mercado que oferecem, menos trabalho intensivo maneiras mais fáceis de terminar cabos. Alguns dos conectores mais populares são pré-polido na fábrica, e incluir um gel dentro do conector. Essas duas etapas ajudar a poupar dinheiro sobre o trabalho, especialmente em grandes projetos. A cleave é feita em um comprimento necessário, para chegar o mais perto da peça polida já dentro do conector. O gel rodeia o ponto em que as duas partes se encontram dentro do conector para uma perda muito pequena de luz.

Acoplamento livre de espaço

Muitas vezes, é necessário alinhar uma fibra óptica com outra fibra óptica, ou com um dispositivo optoelectrónico, tal como um diodo emissor de luz, um diodo laser, ou um modulador. Isto pode envolver a alinhar cuidadosamente a fibra e colocando-o em contacto com o dispositivo, ou pode utilizar uma lente para permitir o acoplamento ao longo de um intervalo de ar. Em alguns casos, a extremidade da fibra é polida para uma forma curva que faz com que seja actuar como uma lente. Algumas empresas podem até mesmo dar forma a fibra em lentes cortando-os com lasers.

Em um ambiente de laboratório, uma extremidade da fibra nua é acoplado usando um sistema de lançamento de fibra, que usa uma lente objectiva de microscópio para focalizar a luz para baixo para uma ponta fina. Uma precisão fase de tradução (Tabela micro-posicionamento) é usado para mover a lente, fibra, ou o dispositivo para permitir que a eficiência de acoplamento para ser optimizado. Fibras com um conector na extremidade tornam este processo muito mais simples: o conector é simplesmente ligado a um colimador de fibra óptica pré-alinhados, o qual contém uma lente que seja posicionada com precisão em relação à fibra, ou é ajustável. Para obter a melhor eficiência de injeção em fibra monomodo, a direção, a posição, o tamanho ea divergência do feixe devem todos ser otimizado. Com boas vigas, de 70 a 90% de eficiência de acoplamento pode ser alcançado.

Com fibras monomodo corretamente polida, o feixe emitido tem um Gaussian quase perfeita forma, mesmo no extremo campo-se uma boa lente é usado. A lente tem de ser suficientemente grande para suportar a abertura numérica da fibra total, e não deve introduzir aberrações no feixe. lentes asféricas são tipicamente usados.

Fibre fusível

Em altas intensidades ópticas, acima de 2 megawatts por centímetro quadrado, em que uma fibra é submetido a um choque ou de outro modo danificadas, de repente, um fusível de fibra pode ocorrer. A reflexão dos danos vaporiza a fibra imediatamente antes do intervalo, e este novo defeito permanece reflexivo de modo que o dano se propaga em direção ao transmissor em 1-3 metros por segundo (4-11 km / h; 2-8 mph). O aberta sistema de controlo da fibra, o que garante a segurança do olho do laser, no caso de uma fibra quebrada, também pode parar eficazmente a propagação da fibra fusível. Em situações, tais como cabos submarinos, em que os níveis de alta potência podem ser utilizados sem a necessidade de controlo de fibras abertas, uma "fibra fusível" dispositivo de protecção no transmissor pode quebrar o circuito para manter os danos a um mínimo.

Exemplo

Conexões de fibra pode ser usado para vários tipos de ligações. Por exemplo, a maioria televisões de alta definição oferecer uma ligação óptica de áudio digital. Isso permite o streaming de áudio através de luz, utilizando o protocolo TOSLink.

Transmissão de energia

A fibra óptica pode ser utilizado para transmitir energia utilizando uma célula fotovoltaica para converter a luz em energia eléctrica. Embora este método de transmissão de energia não é tão eficiente como os convencionais, é especialmente útil em situações em que seja desejável não ter um condutor metálico, como no caso de uso perto aparelhos de ressonância magnética, que produzem campos magnéticos fortes.

Preform

Secção transversal de uma fibra extraída de uma forma de Dpré-forma

A pré-forma é uma peça de vidro utilizado para desenhar uma fibra óptica. O pré-molde pode ser constituído por várias peças de um vidro com diferentes índices de refracção, para proporcionar o núcleo e o revestimento da fibra. A forma da pré-forma pode ser circular, embora, para algumas aplicações, tais como fibras de dupla folheada é preferida uma outra forma. Em lasers de fibra baseados em fibra dupla revestido, uma forma assimétrica melhora o factor de enchimento para bombagem de laser.

Por causa da tensão superficial, a forma é suavizada durante o processo de estiramento, e a forma da fibra resultante não reproduzir as arestas do pré-molde. No entanto, o polimento cuidadoso da pré-forma é importante, todos os defeitos do pré-molde superfície afectar as propriedades ópticas e mecânicas da fibra resultante. Em particular, a pré-forma para o teste de fibra mostrada na figura não foi bem polido, e as fendas são vistas com microscópio óptico confocal.

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