Конструкция, типы и изготовление оптических волокон Бурлаков Иван гр. 21611

Конструкция, типы и
изготовление оптических волокон
Бурлаков Иван
гр. 21611
Устройство оптического волокна
Принцип действия основан на эффекте полного внутреннего
отражения.
Показатель преломления сердцевины больше показателя
преломления оболочки (n1>n2) менее чем на 1%. Характерные
значения 1,47 и 1,46 соответственно.
n2
n1
n2
Типичные диаметры оптоволокна
Диаметр внешней оболочки для всех
оптоволокон, имеет стандартный
размер 125 мкм, что позволяет
использовать в структурированной
кабельной системе (СКС)
стандартизованные разъемные и
неразъемные соединения.
Диаметр сердцевины оптических
волокон может отличаться.
Типичные значения:

оптоволокно многомодовое диаметром сердцевины 50 мкм

оптоволокно многомодовое диаметром сердцевины 62.5 мкм

оптоволокно одномодовое - диаметром
сердцевины 8-10 мкм
Материалы для изготовления
оптических волокон



Стеклянные волокна. Ядро и оптическая оболочка
изготовлены из сверхчистого диоксида кремния (SiO2). Для
изменения n, в стекло добавляют примеси (германий,
фосфор увеличивают n, бор, фтор – уменьшают).
Стеклянные воолкна с пластиковой оболочкой.
Пластиковые волокна
Виды оптических волокон

Мода – вид траектории, вдоль которой может
распространяться свет.

Одномодовое и многомодовое оптические волокна
Виды оптических волокон

Многомодовое ступенчатое
оптоволокно

Многомодовое
градиентное

Одномодовое оптоволокно
Числовая апертура
Спектр поглощения

Окна прозрачности (все в инфракрасном диапазоне):
0.85мкм, 1.3мкм, 1.55 мкм. В соответствие этим окнам
выпускаются и излучатели.
Дисперсия

Дисперсия — это рассеяние во времени спектральных и
модовых составляющих оптического сигнала.

Модовая дисперсия присуща многомодовому волокну и
обусловлена наличием большого числа мод, время
распространения которых различно.
Молекулярная дисперсия обусловлена зависимостью
показателя преломления от длины волны. V()=c/n()
Волноводная дисперсия обусловлена тем, что оптическая
энергия распространяется как по ядру, так и по оболочке.


расширение импульсов в оптоволокне
Затухание




Рассеяние энергии происходит из-за микроскопических
неоднородностей в волокне.
Поглощение - преобразование энергии света в тепловую изза микро вкраплений.
Потери на изгибах
Выход излучения за пределы сердцевины и поглощение в
оболочке.
Зависимости дисперсии от длины волны
и полосы пропускания от длинны
оптоволокна
Механическая прочность
оптоволокна
Технология изготовления
оптических волокон.


В настоящее время наиболее распространен метод создания
ОВ с малыми потерями, путем химического осаждения из
газовой фазы.
Получение ОВ путем химического осаждения из газовой
фазы выполняется в два этапа: изготовляется двухслойная
кварцевая заготовка и из нее вытягивается волокно.
Во внутрь полой кварцевой трубки подается струя
хлорированного кварца и кислорода. При высокой
температуре на внутренней поверхности трубки слоями
осаждается чистый кварц. Таким образом, заполняется вся
внутренняя полость трубки, кроме самого центра. Чтобы
ликвидировать этот воздушный канал, подается еще более
высокая температура (1900°С), за счет которой происходит
схлопывание.
Технология изготовления
оптических волокон.

Метод MCVD – Modified Chemical Vapour Deposition –
«Модифицированное химическое парофазное осаждение»
Технология изготовления
оптических волокон.

Чистый осажденный кварц затем становится сердечником
ОВ с показателем преломления n1, а сама трубка выполняет
роль оболочки с показателем преломления n2. Вытяжка
волокна из заготовки и намотка его на приемный барабан
производятся при температуре размягчения стекла
(1800...2200° С). Из заготовки длиной в 1 м получается
свыше 1 км оптического волокна.
Технология изготовления
оптических волокон.

Двойные тигли
Два тигля помещаются в печь.
Внутренний тигль
содержит стекло с более высоким
показателем преломления, чем
внешний тигль. После вытекания стекла
из сопла тиглей его
быстро остужают, получая волокно. К
достоинствам данного метода можно
отнести тот факт, что
волокна могут быть сколь угодно
большой длины, не нужно
подготавливать заготовки.
Технология изготовления
оптических волокон.
Вторым методом производства оптического волокна
традиционно считают метод
внешнего парофазного осаждения (Outside Vapour Deposition OVD).

На этапе 1 происходит осаждение порошкообразной двуокиси кремния
на тонком стержне. Горячий поток частиц порошкообразной двуокиси
кремния движется над
поверхностью стержня, при этом некоторые частицы осаждаются на
стержне. А сам стержень в
это время вращается и одновременно движется в осевом направлении,
проходя через горелку.
Некоторые из частиц окажутся при этом в спекшемся состоянии. Когда
произойдет осаждение
такого количества стекла, которого будет достаточно для образования и
сердцевины, и
оболочки, процесс остановится, а исходный стержень будет извлечен из
заготовки.
Технология изготовления
оптических волокон.

метод внешнего парофазного осаждения (Outside Vapour
Deposition - OVD).
Технология изготовления
оптических волокон.
Этап 2 – процесс спекания
Прежде всего, пористая заготовка нагревается в среде
газообразного хлора (при этом
удаляется вода), а затем нагревается еще сильнее, до
температуры 1400 / 16000С, при которой
частицы белой сажи спекаются в сплошной стеклянный
стержень без пузырьков воздуха –
заготовку. Все это происходит в печи, в контролируемых
условиях. На этом этапе пористый
исходный стержень обычно усаживается и плавится.
Этап 3 – вытягивание волокна
Технология изготовления
оптических волокон.

Вытяжка волокна
Готовая стержневая
заготовка (независимо
от способа
ее изготовления)
вытягивается в
волокно. Это
происходит в
специальной вытяжной
башне высотой около
12 м.
Технология изготовления
оптических волокон.

Контрольное испытание
На этом этапе проверяется прочность на
растяжение всего волокна, проверяется, нет ли
в волокне каких-либо трещин или каких-либо
других повреждений. Такая проверка заключается
в том, что волокно в течение примерно одной
секунды подвергается воздействию
определенного растягивающего усилия. Если в
волокне
имеются какие-либо трещины, то оно оборвется.
После контрольного испытания прошедшее его
волокно отправляется в лабораторию, где оно
подвергается другим испытаниям. Из одной
заготовки обычно получают 50 / 150 км волокна.
Используемая литература







http://www.electrokabeli.ru/kab1_2.html
http://www.riocctv.ru/?menu=ru-support-2
http://www.nag.ru/news/16770/
http://www.dfs-group.ru/optical_fiber/
http://telesputnik.ru/archive/52/article/76.html
http://www.statel.ru/main_definition.php
http://www.optoland.ru/2007/04/22/rukovodstvopolzovatelya-po-volokonno–opticheskim-kabelyam-itehnologiyam/
 http://www.sff.net/people/Jeff.Hecht/chron.html
 http://www.fiber-optics.info/fiber-history.htm