RP Photonics Encyclopedia - одномодовые волокна, стартовый свет, одномодовое волокно, длина волны отсечки

1. Условия для эффективного запуска света в одномодовом волокне
2. Условия для одномодового наведения
3. Стандарты МСЭ для одномодовых волокон
4. Однорежимные волокна с большой площадью зоны и эффективные одномодовые волокна
5. Приложения
6. Список используемой литературы

Найти более подробную информацию о поставщике на конец статьи энциклопедии или зайдите в наш

Вас еще нет в списке? Получите вашу запись!

Одномодовые волокна (также называемые одномодовыми волокнами ) являются оптическими волокна которые разработаны так, что они поддерживают только одно распространение Режим ( LP 01) на направление поляризации для данной длины волны. Моды более высокого порядка, такие как LP11, LP20 и т. Д., Тогда не существуют - только режимы облицовки , которые не локализуются вокруг волоконного сердечника. Одномодовые волокна обычно имеют относительно небольшие ядро (диаметром всего несколько микрометров) и небольшой показатель преломления Разница между ядром и оболочкой. радиус моды обычно составляет несколько микрон. Тем не менее, есть также волокна с большой площадью моды с относительно большой модовой зоной.

Особенностью одномодовых волокон является то, что поперечный профиль интенсивности на выходе волокна имеет фиксированную форму, которая не зависит от условий запуска и пространственных свойств инжектируемого света, при условии, что нет режимы облицовки может нести значительную мощность на конец волокна. Условия запуска влияют только на эффективность, с которой свет может быть включен в управляемый режим.

Интермодальная дисперсия конечно, не может происходить в одномодовых волокнах. Это важное преимущество для приложения в волоконно-оптическая связь на высоких скоростях передачи данных (несколько Гбит / с), особенно на большие расстояния. По существу, по этой причине и частично из-за их предположительно более низких потерь при распространении одномодовые волокна используются исключительно для передачи данных на большие расстояния и почти всегда для наружных применений даже на более короткие расстояния. Для короткого внутреннего использования, многомодовые волокна являются более распространенными, в основном потому, что это позволяет использовать более дешевые многомодовые передатчики данных на основе светодиоды вместо лазерные диоды ,

Условия для эффективного запуска света в одномодовом волокне

Для эффективного запуска света в одномодовом волокне необходимо, чтобы профиль поперечной комплексной амплитуды этого света на входном конце волокна соответствовал профилю направленной моды. Из этого следует

• что источник света имеет высокую качество луча (с М 2 ≈ 1)
• что свет имеет фокус на входном конце волокна (для согласования плоских волновых фронтов моды волокна)
• что профиль балки имеет правильный размер и форму и точно выровнен (относительно положения и направления) к сердечнику. Точнее, ошибка в положении должна быть значительно ниже радиус луча и угловое смещение должно быть небольшим по сравнению с расходимость луча режима.

На практике не всегда легко настроить оптику для эффективного запуска в одномодовое волокно. Можно даже столкнуться с трудностями при поиске положения зачастую довольно небольшого волоконного сердечника, на котором должен быть сфокусирован входной луч. (За волокна с большой площадью моды эта задача проще, но, с другой стороны, угловые допуски ужесточены.) Как правило, выравнивание выполняется при просмотре оптическая сила пропускная способность волокна с фотодетектор на конце выходного волокна, предполагая, что только свет, направленный в сердцевину волокна, может достичь этого детектора (что может быть неверно, если волокно довольно короткое). Полезно иметь качественный система запуска волокна для таких целей.

Как правило, долгосрочный стабильный эффективный запуск свободного пространства лазерный луч в одномодовое волокно требуются хорошо спроектированные механические детали, которые позволяют точно совмещать и фиксировать фокусировку объектив и конец волокна, не проявляющий чрезмерных тепловых дрейфов.

Эффективность запуска в неидеальных условиях, а именно при неправильном размере лазерного луча или неправильном угловом выравнивании, может быть рассчитана с помощью уравнений, приведенных в статье о волокнистые соединения ,

Условия для одномодового наведения

За пошаговые волокна условие для одномодового наведения может быть сформулировано с использованием V номер (нормализованная частота), которая может быть рассчитана из длины волны, радиуса ядра и числовая апертура (NA): число V должно быть ниже ≈ 2.405 [2]. Это требует, чтобы радиус сердечника был небольшим, особенно для волокон с высоким NA.

Рисунок 1: Функция режима одномодового пошагового индексного волокна. В этом случае изменение показателя преломления составляет 0,002, а радиус сердцевины - 4 мкм. Это приводит к значению V 1,91 на длине волны 1 мкм. Рисунок 2: Функции режима многомодового пошагового волоконно-оптического волокна, имеющего тот же индексный контраст, что и выше, но больший радиус сердечника, равный 10 мкм. Номер V 4,77. Это волокно поддерживает четыре моды, независимо от различных состояний поляризации.

Как правило, волокно имеет одномодовые характеристики только в ограниченном диапазоне длин волн с шириной в несколько сотен нанометров. Предел для меньших длин волн задается одномодовым длина волны отсечки , за пределами которого волокно поддерживает несколько режимов. Этот переход очень резкий и его легко увидеть, например, когда настройка Запущенная длина волны вокруг длины волны отсечки: форма проходящего луча быстро изменяется в многомодовом режиме, но остается постоянной в одномодовом режиме. Длинноволновый предел полезной одномодовой области обычно задается чрезмерным потери при изгибе , от поглощение материала или (для некоторых конструкций из волокон, например, с оболочкой с пониженным индексом) путем утечки в оболочку.

Рисунок 3: Радиусы мод волокна в зависимости от длины волны, рассчитанные с помощью программного обеспечения RP Fiber Power , Одномодовое отключение при 793 нм; ниже этой длины волны, есть также Режим LP11 , для которых были показаны радиусы мод в направлениях x и y .

На рисунке 4 показано, как свет развивается, когда он попадает в левый конец одномодового волокна со слегка смещенным лазерным лучом. Сначала часть света попадает в режимы оболочки, которые, однако, существенно ослабляются. Через некоторое время в основном направленном свете остается свет.

Рисунок 4: Распространение света на длине волны 1,5 мкм в одномодовом волокне с несовершенными условиями запуска. Через некоторое время остается только свет в управляемом режиме. Численное моделирование выполнено с помощью программного обеспечения. RP Fiber Power ,

Для более короткой длины волны (рисунок 5]) волокно переходит в слегка многомодовый режим: в дополнение к моде LP01 теперь существует две моды LP11. Здесь можно получить периодические колебания профиля поля из-за интерференционной моды.

Рисунок 5: Распространение света в том же волокне, что и выше, но для более короткой длины волны 1 мкм.

Для еще более короткой длины волны 0,5 мкм (см. Рисунок 6) распространение становится более сложным, так как волокно поддерживает больше мод.

Рисунок 6: Распространение света в том же волокне, что и выше, но для еще более короткой длины волны 0,5 мкм.

Обратите внимание, что на режим помех могут влиять любые эффекты, действующие на константы распространения из режимов. Например, даже небольшой изгиб повлияет на фаза соотношение режимов. Кроме того, профили пучка сильно зависят от длины волны. Все эти эффекты не наблюдаются в одномодовых волокнах.

Фотонно-кристаллические волокна может иметь существенно более широкие или более узкие области длин волн с одномодовым распространением. Например, существуют бесконечно одномодовые волокна с очень широкой одномодовой областью длин волн. С другой стороны, существуют волокна с фотонной запрещенной зоной с узкими одномодовыми областями и без направляющих на других длинах волн.

Стандарты МСЭ для одномодовых волокон

Международный союз электросвязи (МСЭ) разработал ряд стандартов для различных типов волокон, используемых для волоконно-оптическая связь , Некоторые из наиболее важных из этих стандартов, касающихся одномодовых волокон, приведены в таблице 1.

Таблица 1: Стандарты для одномодовых волокон.

Имя Название G.650.1 (06/04) Определения и методы испытаний для линейных, детерминированных атрибутов одномодового волокна и кабеля G.652 (06/05) Характеристики одномодового оптического волокна и кабеля G.653 (12 / 06) Характеристики одномодового оптического волокна и кабеля со смещенной дисперсией G.654 (12/06) Характеристики одномодового оптического волокна и кабеля со сдвигом среза G.655 (03/06) Одномодовое оптоволокно со смещенной нулевой дисперсией и кабель G.656 (12/06) Характеристики волокна и кабеля с ненулевой дисперсией для широкополосного оптического транспорта G.657 (12/06) Характеристики одиночной моды, нечувствительной к потерям на изгибе оптоволокно и кабель для сети доступа

Однорежимные волокна с большой площадью зоны и эффективные одномодовые волокна

Для некоторых применений одномодовые волокна с относительно большим диаметром сердечника десятки микрометров (→ волокна с большой площадью моды ) являются обязательными. Это может быть достигнуто различными способами, например, путем создания большого ядра с небольшой разницей в индексе числовая апертура ) или с фотонно-кристаллическое волокно , В общем, одномодовые волокна с большими площадями мод имеют тенденцию быть более чувствительными к потери при изгибе по сравнению с многомодовые волокна потому что руководство относительно слабое.

В некоторых случаях строго одномодовое руководство не требуется; можно эффективно использовать одномодовые волокна , имеющие несколько поперечных мод, где, однако, все моды более высокого порядка имеют относительно высокие потери, и связь мод от основной моды до мод высших порядков слаб. Некоторый изгиб волокна часто используется для более эффективного подавления мод высшего порядка, если они демонстрируют более высокие потери при изгибе ,

Приложения

Однорежимное руководство важно для многих приложений. Примеры:

В качестве стандартного одномодового волокна для использования в волоконно-оптическая связь в области длин волн 1,3 или 1,5 мкм SMF-28 Corning (или расширенная версия SMF-28e) является распространенным явлением. Он имеет диаметр сердечника 8,2 мкм и числовую апертуру 0,14. Диаметр поля моды составляет ≈ 9,2 мкм при 1310 нм или 10,4 мкм при 1550 нм. Одномодовое отключение происходит при ≈ 1260 нм.

Список используемой литературы

[1] К. К. Као, Г. А. Хокхем, «Поверхностные волноводы из диэлектрического волокна для оптических частот», Proc. IEEE 113 (7), 1151 (1966) [2] D. Gloge, «Слабо направляющие волокна», Appl. Оптик 10 (10), 2252 (1971) [3] К. Юргенсен, «Оптимизированные по дисперсии оптические одномодовые стекловолоконные волноводы», Appl. Оптик 14 (1), 163 (1975) [4] С.Б. Пул, Д.Н. Пейн и М.Е. Ферманн, «Изготовление оптических волокон с низкими потерями, содержащих редкоземельные ионы», Электрон. Lett. 21, 737 (1985) [5] С.Б. Пул и соавт. «Изготовление и характеристика оптических волокон с низкими потерями, содержащих редкоземельные ионы», J. Lightwave Technol. 4 (7), 870 (1986) [6] Р. Пашотта, учебник по " Пассивная волоконная оптика », Часть 3: Одномодовые Волокна [7] Стандарты Международного союза электросвязи (МСЭ), см. http://www.itu.int/

(Предложите дополнительную литературу!)

Смотрите также: волокна , числовая апертура , V номер , радиус моды , многомодовые волокна , длина волны отсечки , волноводы , соответствие режима , зона эффективного режима , В центре внимания статья 2008-02-22
и другие статьи в категории волоконная оптика и волноводы

Если вам понравилась эта статья, поделитесь ею с друзьями и коллегами, например, через социальные сети:

Похожие

Комментарии