Geometrískir og sjónrænir eiginleikar ljósleiðara
Geometrískir eiginleikar
Geómetrísk einkenniljósleiðaraeru nátengd byggingu og tengingar með litlum-tapum. Þessir rúmfræðilegu eiginleikar fela í sér kjarnaþvermál, klæðningarmál, sammiðju trefja og ó-hringlaga.
(1) Kjarnaþvermál: Kjarnaþvermál er krafa fyrir multimode ljósleiðara. ITU-T tilgreinir kjarnaþvermál fjölhams ljósleiðara sem (50 ± 3) μm.
(2) Ytri þvermál: Ytra þvermál ljósleiðarans vísar til þvermáls beru trefjarins. Burtséð frá því hvort um er að ræða multimode eða single-mode trefjar, tilgreinir ITU-T ytra þvermál ljósleiðara sem notaðir eru til samskipta sem (125 + 3) μm.
(3) Sameining trefja og utan-hringlaga: Samsöfnun er hlutfall fjarlægðar milli kjarnamiðju og klæðningarmiðju og kjarnaþvermáls. Út-af-hring felur í sér út-af-hringleika kjarnans og klæðningarinnar og má tjá með eftirfarandi formúlu:
Í formúlunni, Dhámarkog Dmíneru hámarks- og lágmarksþvermál kjarna (klæðningar); Dcoer staðlað þvermál kjarna (klæðningar).
ITU-T tilgreinir að: sammiðjuvilla fjölstillinga trefja ætti að vera minni en 6%; ó-kjarnan ætti að vera minni en 6% (þar á meðal stakur-hamur); ó-hringlaga klæðningar ætti að vera minna en 2%; og sammiðjuvilla einfalds-ham trefja ætti að vera 1μm.
Optískir eiginleikar
Sjóneiginleikar ljósleiðara eru afgerandi þáttur sem ákvarðar flutningsgetu þeirra.
(1) Brotstuðullsdreifing: Brotstuðullsdreifing multimode trefja ákvarðar trefjarbandbreidd og tengitap; brotstuðullsdreifing stakra-ham trefja ákvarðar val á rekstrarbylgjulengd. Almenn formúla fyrir brotstuðul ljósleiðara er:
Í formúlunni er fjarlægðin frá trefjaásnum; n(0) er brotstuðull trefjakjarna þegar r=0; g er dreifingarstuðullinn fyrir brotstuðul, sem hefur mismunandi gildi sem leiðir til mismunandi dreifingar á brotstuðul, eins og sýnt er á mynd 2-2; er radíus trefjakjarna (μm); og △ er hlutfallslegur brotstuðullsmunur.
Kjarnabrotstuðull: þegar r < ,n(r)=n(0)[1-2△(r/a)g]1/2
Brotstuðull klæðningar: þegar r Stærra en eða jafnt og ,n=n(r)=n(0)[1-2△]1/2
(2) Tölulegt ljósop (NA) ljósleiðara er nátengt ljósgjafatengivirkni, næmi trefjataps fyrir örbeygju og bandbreidd. Stærra tölulegt ljósop auðveldar tengingu, dregur úr örbeygjunæmi og leiðir til þrengri bandbreidd. Hámarks fræðilegt tölulegt ljósop er skilgreint sem hér segir:
Í formúlunni er n brotstuðull samræmda kjarna þrepa-vísitrefjarins (brotstuðull n(0) kjarnamiðju flokkaðs-vísitölutrefjarins); ng er brotstuðull samræmdu klæðningarinnar.
(3) Þvermál hamsviðs Þvermál hamsviðs er hægt að skilgreina með flutningsfalli grunnstillingarsviðsins Ea, það er breiddin á milli tveggja 1/é punkta á ferlinum á sambandinu milli flutningsfalls grunnhamsviðs Ea og geislamynda r er þvermál hamsviðs.
Mat á þvermál moldarsviðs:2S.=2入/(πn√△)
Í stakri-ham trefjum er þvermál hamsviðs notað í stað kjarnaþvermáls. Ástæðan er sú að trefjar með sama kjarnaþvermál munu hafa mismunandi dreifingu hamsviðs við mismunandi brotstuðuldreifingu og flutningsárangur trefjarins fer eftir hamsviðsdreifingu.
Fyrir byggingu, ef þvermál hamsviðs er ósamræmi í ljósleiðaratengingunni, mun stórt frávik auka tengitapið. ITU-T tilgreinir þvermál hamsviðs sem (9-10) ± 1 μm.
(4) Cutoff bylgjulengd (eins-hams sendingarskilyrði) Cuoffbylgjulengdin er skilyrði einfaldrar-hams trefjar til að tryggja eins-ham sendingu. Handan við þessa bylgjulengd dreifist önnur-röð LP ham ekki lengur. Afmörkunarbylgjulengdin er frábrugðin öðrum breytum að því leyti að hún er ekki stöðug heldur breytist með lengd. Þetta krefst þess að afmörkunarbylgjulengd einfalds-hams trefjarins sé minni en rekstrarbylgjulengd ljóssamskiptakerfisins. Eins og er, er bylgjulengd stakrar-stillingar trefja 1,10~1,28µm, ákvarðað af hlutfallslegum brotstuðulsmun Δ og þversniðsformi.
Ólínuleg áhrif ljósleiðara
Í nútíma samskiptakerfum með þéttri bylgjulengd skiptingu (DWDM) há-afkastagetu,-háhraða ljósleiðarasamskiptakerfum með erbium-dópuðum trefjarmögnurum, senda ljósleiðararnir margar bylgjulengdir og mikið afl. Þetta mikla ljósafl getur valdið ýmsum ólínulegum áhrifum vegna samskipta milli merkis og trefjar. Ef þessi ólínulegu áhrif eru ekki bæld á réttan hátt geta þau haft alvarleg áhrif á afköst kerfisins og takmarkað endurnýjanlega endurvarpsfjarlægð. Línulegt eða ólínulegt vísar til eiginleika ljóss innan flutningsmiðilsins, ekki eiginleika ljóssins sjálfs. Hins vegar breytir tilvist sjónsviðs eiginleika miðilsins. Þegar miðill verður fyrir sterku sjónsviði breytist eða titrar rafeindir innan frumeindanna eða sameindanna sem mynda miðilinn, sem veldur skautun. Tvípólsbylgjur birtast innan skautaða miðilsins og þessar tvípólar geisla frá sér rafsegulbylgjur með sömu tíðni, sem eru lagðar ofan á upprunalega atvikssviðið og verða heildar sjónsviðið innan miðilsins. Þetta sýnir að breytingar á eiginleikum miðilsins hafa aftur á móti áhrif á sjónsviðið.
Ólínulegum áhrifum ljósleiðara má skipta í tvo flokka: örvaða dreifingu og truflun á brotstuðul.
◇ Örvuð dreifing á sér stað í mótuðum kerfum þar sem sjónmerki hafa samskipti við hljóðbylgjur eða kerfis titring í ljósleiðara; það er, ljóssviðið flytur einhverja orku til ólínulega miðilsins. Örvuð Raman-dreifing og örvuð Brillouin-dreifing tilheyra þessum flokki.
Örvuð Raman dreifing (SRS) stafar af mótun (víxlverkun) sameinda titrings í miðlinum á innfallsljósi (kallað dæluljós), sem leiðir til dreifingar á innfallsljósinu. Látið tíðni innfalls ljóss vera , og tíðni sameinda titrings miðilsins vera ν, þá eru tíðni dreifða ljóssins ∞=∞∞ og ν=∞, +∞. Þetta fyrirbæri er kallað örvuð Raman-dreifing. Dreifða ljósið með tíðnina ∞ er kallað Stokes-bylgja; dreifða ljósið með tíðnina ν er kallað andstæðingur-Stokes bylgja.
◇ Við lágt ljósafl er brotstuðull kísilglertrefja stöðugur vegna truflunar á brotstuðul. Hins vegar, þegar þú notar kjölfestu trefjamagnara til að fá háan ljósafl, getur breyting á styrkleika sends merkis valdið breytingu á brotstuðul trefjarins. Þrjú ólínuleg áhrif af völdum brotstuðullstruflunar eru sjálfs-fasa mótun (SPM), kross-fasa mótun (CPM) og fjögurra-bylgjublöndun.
Sjálf-fasamótun (SPM) vísar til fyrirbærisins þar sem fasi ljóspúlsins breytist við sendingu, sem leiðir til púlsrófsvíkkunar. SPM er nátengt sjálfs-fókus; ef það er alvarlegt, í þéttum bylgjulengdardeildum multiplexing (DWDM) kerfum, getur litrófsvíkkun skarast inn í aðliggjandi rásir.
Vélrænir og hitastigs eiginleikar ljósleiðara
Vélrænir eiginleikar ljósleiðara
Vélrænni eiginleikar ljósleiðara skipta sköpum. Kvars ljósleiðarar sem notaðir eru í samskiptum eru þunnar glerþræðir með ytra þvermál um það bil 125 μm. Gler er mjög hart, ó-seigjanlegt og brothætt efni. Styrkmörk þess eru ákvörðuð af bindikrafti Si-O tenginna innan byggingar þess. Fræðilega séð er spennan sem þarf til að rjúfa Si-O atómtengi metin á 19600–24500 N/mm², þess vegna þolir ljósleiðari með ytra þvermál um það bil 125 μm togstyrk upp á 294 N. Hins vegar eru sprungur óhjákvæmilega á yfirborði eða innan í ljósleiðara. Þegar trefjarnar verða fyrir utanaðkomandi krafti getur jafnvel mjög lítil ör-sprunga stækkað og breiðst út, sem veldur hörmulegu rofi, sem dregur verulega úr brotstyrk trefjanna (u.þ.b. 1/4 af fræðilegu gildi). Þess vegna hefur umtalsverð fyrirhöfn, fjármagn og fjármögnun verið lögð í að sigrast á þessum áskorunum, allt frá þróun til-þessar stórfelldu notkun ljósleiðara. Eins og er eru rannsóknar-, framleiðslu-, kaðall- og byggingardeildir að rannsaka frekar hvernig á að bæta togstyrk og endingartíma ljósleiðara.
Togstyrkur ljósleiðara sem fást á markaði má ekki vera minni en 2,35 N af togkrafti. Eins og er, hefur togstyrkur ljósleiðara sem fást á markaði náð 0,5% álagi, eða 432 g af togkrafti. Ljósleiðarar sem eru notaðir innanlands fyrir verkfræðiverkefni hafa almennt togstyrk sem er meiri en 400 g af togkrafti. Erlendar ljósleiðarar af betri gæðum hafa togstyrk yfir 700 g af togkrafti og trefjar sem notaðir eru í sæstreng þurfa enn meiri styrkleika. Þessum kröfum um togstyrk ljósleiðara er náð með skimunaraðferðum meðan á trefjaframleiðslu stendur.
Líftími ljósleiðara er almennt nefndur endingartími þess. Frá sjónarhóli vélrænni frammistöðu vísar endingartími til beinbrotalífs þess. Í framleiðslu og verkfræði ljósleiðara og snúra er almennt hannaður 20 ára endingartími. Hins vegar er raunverulegur endingartími ljósleiðara ekki alveg í samræmi vegna áhrifa rekstrarumhverfisins (svo sem hitastig, rakastig og kyrrstöðu og kraftmikil þreyta). Núverandi áætlanir benda til þess að ljósleiðarar sem eru hannaðar fyrir 20 ára líftíma geti í raun varað í 30 til 40 ár.
Hitaeiginleikar ljósleiðara
Hitaeiginleikar ljósleiðara vísa til áhrifa hás og lágs hitastigs á trefjartapi, sem almennt leiðir til aukins taps. Trefjatap eykst bæði við háan og lágan hita vegna þess að efnin sem notuð eru í trefjahúð og klæðningu eru lífræn kvoða og plastefni, sem hafa mun stærri samdráttar- og þenslustuðla en kvars. Þess vegna, við lágt hitastig, verður trefjarinn fyrir axial þrýstikrafti, sem veldur ör-beygju, en við háan hita verður hún fyrir axial lenging krafti, sem veldur álagi og leiðir til aukins taps. Hitaeiginleikar ljósleiðara sýna að þegar hitastigið lækkar eykst trefjatap einnig. Þegar hitastigið fer niður í um -55 gráður eykst tapið verulega, sem gerir kerfið ónothæft. Eins og er hafa lághitaeiginleikar ljósleiðara náð góðu stigi; almennt, við -20 gráður, er tapaukningin minni en 0,1dB/km, og fyrir hágæða trefjar er það minna en 0,05dB/km.
Lágt-hitastig ljósleiðara skiptir sköpum. Fyrir sjónleiðslur og línur í norðlægum löndum munu léleg afköst við lágan-hita hafa alvarleg áhrif á samskiptagæði. Þess vegna, við framleiðslu á ljósleiðara, er nauðsynlegt að velja viðeigandi húðunar- og klæðningarefni og bæta ferla. Í verkfræðihönnun er mikilvægt að velja ljósleiðara með framúrskarandi eiginleika.
