Типы оптических волокон и их различия

Оптические волокна бывают разных типов. В зависимости от области применения, требуемые функции и характеристики варьируются. Классификация оптических волокон в основном зависит от рабочей длины волны, распределения показателя преломления, режимов передачи, сырья и методов производства. Для оптических волокон, используемых в связи, принципы их проектирования и изготовления в целом одинаковы, например:
① низкий уровень затухания;
② определенная полоса пропускания и низкая дисперсия;
③ простое подключение;
④ легкое волоконное рисование;
⑤ высокая надежность;
⑥ относительно простое производство;
⑦ низкая стоимость.

1. Классификация по рабочей длине волны

• Ультрафиолетовые оптические волокна
• Оптические волокна для видимого света
• Оптические волокна ближнего инфракрасного диапазона
• Инфракрасные оптические волокна

2. Классификация по распределению показателя преломления

• Волокна со степенным индексом (SI)
• Волокна с градиентным индексом (также называемые градиентно-индексными, GI)
• Другие (например, треугольные, W-образные, с вдавленной облицовкой)

3. Классификация по способам передачи

• Одномодовые волокна (включая волокна с поддержанием поляризации и волокна без поддержания поляризации)
• Многомодовые волокна

4. Классификация по видам сырья

• Оптические волокна из кремнезема
• Многокомпонентные стеклянные оптические волокна
• Пластиковые оптические волокна
• Композитные оптические волокна (например, волокна с пластиковой оболочкой, волокна с жидким сердечником)
• Волокна из инфракрасных материалов

5. Классификация по методам производства

• Производство заготовок: VAD, CVD, PCVD, MCVD, OCVD
• Волоконный рисунок: Метод "стержень в пробирке" и тигельный метод

Оптические волокна из кремнезема

Кремнеземные оптические волокна изготавливаются в основном из диоксида кремния (SiO₂), и с помощью различных концентраций допирования можно регулировать распределение показателя преломления в сердцевине и оболочке. Волокна на основе диоксида кремния обладают такими характеристиками, как низкие потери и широкая полоса пропускания. По сравнению с оптическими волокнами из других материалов, волокна на основе диоксида кремния также обеспечивают передачу полного спектра излучения от ультрафиолетового до ближнего инфракрасного (190-2500 нм).

Многокомпонентные стеклянные оптические волокна

Многокомпонентные стеклянные волокна, как и композитные волокна, производятся путем смешивания оксидов, таких как оксид натрия (Na₂O), оксид бора (B₂O₃), оксид калия (K₂O) и т.д., с SiO₂. Их характеристики включают более низкую температуру размягчения, чем у кварцевого стекла, и большую разницу в показателях преломления между сердцевиной и оболочкой.

Оптические волокна в пластиковой оболочке

В волокнах с пластиковой оболочкой в качестве сердцевины используется кварцевое стекло высокой чистоты, а в качестве оболочки - пластмассы, такие как силикон или смола, с показателями преломления немного ниже, чем у кварца, что позволяет сформировать волокно со ступенчатым индексом. По сравнению с кварцевыми волокнами, они имеют больший диаметр сердцевины и более высокую числовую апертуру (NA). Поэтому они легко сочетаются со светодиодными источниками света и обеспечивают относительно низкие потери при передаче.

Пластиковые оптические волокна

Пластиковые оптические волокна имеют сердцевину и оболочку, полностью состоящие из пластика (полимера). Первые изделия использовались в основном для декорирования, освещения и оптической связи на короткие расстояния. Распространенными материалами являются ПММА, полистирол (ПС) и поликарбонат (ПК). Их затухание ограничено присущей полимерам структурой связи C-H и обычно достигает нескольких десятков дБ на километр.

Одномодовые оптические волокна

Одномодовые оптические волокна относятся к волокнам, которые могут передавать только один режим распространения на рабочей длине волны, обычно сокращенно называемые SMF (Single Mode Fiber). SMF не имеют многомодовой дисперсии и обладают более широкой полосой пропускания по сравнению с многомодовыми волокнами.

Многомодовые оптические волокна

Оптические волокна, способные передавать несколько мод, называются многомодовыми (MMF: Multi Mode Fiber). По распределению показателя преломления MMF делятся на волокна с градиентным индексом (GI) и волокна со ступенчатым индексом (SI). Показатель преломления волокна GI наиболее высок в центре сердцевины и постепенно уменьшается к оболочке. В волокнах SI разные оптические пути приводят к временным различиям при отражении и прямой передаче, что вызывает искажение выходного сигнала и сужение полосы пропускания.