Cos'è la fibra ottica speciale?
Jun 28, 2025
1. Cosa èFibra ottica speciale(Dettagliato)
Le fibre ottiche speciali differiscono dalle fibre di telecomunicazione standard nella struttura del nucleo/del rivestimento, dei materiali, dei progetti di guide d'onda e dei profili di doping. Queste fibre sonoprogettato per fenomeni fisici specifici, come la manutenzione della polarizzazione, gli effetti non lineari o la resilienza ambientale.
Fibre standard: SMF-28, multimodale, utilizzato principalmente per le telecomunicazioni.
Fibre speciali: Su misura per l'erogazione di potenza, il rilevamento, la generazione di laser o la trasmissione quantistica.
2. Tipi di fibre ottiche speciali(Tavolo ampliato)
| Tipo | Caratteristiche chiave | Casi d'uso |
|---|---|---|
| PM (polarizzazione mantenimento) | Aste di sollecitazione asimmetrica per preservare la polarizzazione | Interferometri, giroscopi, QKD |
| Fibra di cristalli fotonici (PCF) | Reticolo a foro ad aria nel rivestimento; Infinito in modalità singola | Fonti supercontinuum, ottica non lineare |
| Fibra fotonica a banda fotonica | La luce si propaga attraverso l'aria (bassa latenza) | Dati ultrafast, trasporto leggero UV |
| Fibra a doppia rivestitura | Nucleo interno per il segnale, rivestimento esterno per la luce della pompa | Laser in fibra ad alta potenza |
| Fibra drogata ER/YB/TM | Doping della terra rara per guadagno/laser a 980/1064/1550+ nm | Amplificatori, laser |
| Fibra multicore (MCF) | Diversi core indipendenti | SDM (Multiplexing della divisione spaziale), calcolo parallelo |
| Fibra indurita da radiazioni | Drogato o schermato per resistere alle radiazioni ionizzanti | Spazio, reattori nucleari |
| Area in modalità grande (LMA) | Diametro del nucleo maggiore o uguale a 20 µm; bassa non linearità | Consegna di potenza, laser pulsati |
| Fibra insensibile alla curva (BIF) | Ingegneria dell'indice assistita da trincea o refrattiva | FTTH, spazi stretti |
| Fibra ottica di plastica (POF) | Core di PMMA, flessibile, a basso costo | Sensori industriali, reti automobilistiche |
| Fibra ad alta temperatura | Rivestimento in poliimmide o fibra di zaffiro | Pozzi petroliferi, motori a reazione |
| Fibra spostata o appiattita | Dispersione ottimizzata per a lungo raggio o banda larga | Dwdm, backhaul 5g |
3. Caratteristiche della fibra ottica speciale (metriche chiave)
| Parametro | Descrizione | Valore tipico |
|---|---|---|
| Diametro del nucleo | Può essere personalizzato: da 1 µm a 100 µm+ | EG, 8 µm (PMF), 25 µm (LMA) |
| Na (apertura numerica) | Campo in modalità controlli, angolo di accettazione | 0.08 – 0.45 |
| Temp operativa | Resistere a 250 gradi - 1000 gradi (con poliimide/zaffiro) | Fino a 700 gradi |
| Tolleranza alle radiazioni | Espresso in kgy o mrad | Fino a 10⁶ gy |
| Raggio di piegatura | Minimo senza perdita di segnale | Meno o uguale a 10 mm (BIF) |
| Rapporto di estinzione di polarizzazione (PMF) | Grado di conservazione della polarizzazione | >25 dB |
4.Scopo della fibra ottica speciale(Categorie da utilizzo)
| Scopo | Tipo di fibra | Implementazione |
|---|---|---|
| Controllo di polarizzazione di precisione | PMF | Crittografia quantistica, giroscopi in fibra ottica |
| Amplificazione di potenza e laser | Doppio rivestimento, drogato ER/YB | Cutter laser industriali, lidar |
| Tolleranza ambientale | Fibra con radiazione indurita, ad alto temperatura | Pozzi petroliferi/gas, satelliti |
| Ingegneria spettrale | PCF, flattettato per la dispersione | SuperContinuum, rilevamento a banda larga |
| Salva spazio | Fibra multicore | Dati center, calcolo ad alto rendimento |
| Consegna rapida | Cavo-core | Quantum, fotonica a microonde |
5. Soluzioni che utilizzano fibre ottiche speciali(Per industria)
| Industria | Tipo di fibra | Soluzione ingegneristica |
|---|---|---|
| Aerospaziale | Radiazioni indurite, PMF | Interconnessioni ottiche su satelliti, navigazione inerziale |
| Difesa | PMF, LMA, fibre robuste | Armi guidate in fibra, sensori ad alta potenza |
| Petrolio e gas | Fibra ad alta temperatura, fibra DTS | Monitoraggio del foro a 200+ grado |
| Telecom | MCF, BIF, DSF | 5g di spina dorsale, ridimensionamento della capacità abilitato SDM |
| Lavorazione laser | LMA, doppio vestito, drogato YB | Micromachining, incisione in acciaio |
| Medico | PCF, POF flessibile | Chirurgia delevata in fibra, ablazione laser |
| Quantico | PMF, cavo | Distribuzione della chiave quantistica a basso rumore |
6. Applicazioni di fibra ottica speciale(Esempi tecnici)
Generazione di supercontinuum
– Utilizzando PCF o fibra altamente non lineare (HNLF) pompato dai laser femtosecondi.
→ Per spettroscopia, OCT (tomografia a coerenza ottica)
Laser in fibra per la produzione
– Fibre drogate a doppia rivestita YB in laser di classe kilowatt
→ Saldatura laser, taglio dei metalli
Gyroscopi in fibra ottica (nebbia)
– Sinimento a circuito chiuso con bobina PMF
→ Navigazione per aeromobili e sottomarini
Tensione della temperatura distribuita (DTS)
– Sensori a base di Raman/Brillouin in fibra ottica ad alta temperatura
→ Rilevamento delle perdite della pipeline
Multiplexing del data center di divisione spaziale (SDM)
– Utilizzando MCF a 7 core o 19 core con dispositivi Fan-in/Fan-Out
→ Collegamenti ottici ultra-densi
Comunicazione quantistica
– Le fibre PMF o cave-core garantiscono una bassa decoerenza
→ Distribuzione di entanglement e QKD
Sistemi lidar
– Fibra di area in modalità grande in fonti pulsate
→ Veicoli autonomi, monitoraggio atmosferico
Monitoraggio delle radiazioni nei reattori nucleari
– Fibre ottiche radicali con dosimetria ottica in tempo reale
→ Diagnostica del core del reattore
7. Principi di progettazione della fibra ottica speciale
La progettazione di fibre ottiche speciali prevede la manipolazione:
| Parametro | Ruolo | Approccio di progettazione |
|---|---|---|
| Indice core/rivestimento | Controlla il confinamento della luce | Step-indice, indice graduale, assistito da trincea |
| Geometria | Determina il comportamento modale e piegare la resistenza | Circolare, a forma di D, rettangolare, multicore |
| Sistema di materiale | Colpisce la durata, l'intervallo spettrale e la perdita | Silice, vetro fluoruro, calcogenuro, plastica |
| Profilo doping | Aggiunge guadagno, non linearità o resistenza alle radiazioni | Ioni di terra rara (er³⁺, yb³⁺), ge/f/p drogaggio |
| Rivestimenti | Proteggi la fibra in ambienti difficili | Acrilato, poliimide, metallo, carbonio ermetico |
Esempio:
Fibra insensibile alla piegausa una trincea nel rivestimento per creare unDepressione dell'indice di rifrazione, guidare la luce in modo più efficace negli spazi ristretti.
8. Processi di produzione
La produzione speciale in fibra segue le tecniche di deposizione di vapore chimiche core ma aggiunge complessità:
| Tecnica | Descrizione | Usa per |
|---|---|---|
| MCVD (deposizione di vapore chimico modificato) | Depositi strati di vetro all'interno di un tubo di silice | Standard per PMF, fibra drogata |
| OVD (deposizione esterna al vapore) | Forma la fuliggine esternamente, quindi i sinteri | Produzione di massa, fibre oh basse |
| PCVD (CVD attivato dal plasma) | Offre un alto controllo del doping | ER drogato, guadagna fibra |
| Stack-and-Draw | Per fibre fotoniche di cristallo/cavo | Array a foro d'aria e strutture speciali |
| Preforma impilamento | Disposizione manuale di aste/tubi | Fibra multicore, a forma di forma |
Considerazioni sulla qualità:
Controllo del diametro del campo in modalità (MFD)
Concentricità di rivestimento
Perdita dovuta al crollo del buco dell'aria (in PCF)
Allineamento delle aste di stress (per PMF)
9. Sfide di distribuzione e integrazione
Sfide a livello di sistema:
| Sfida | Causa | Soluzioni |
|---|---|---|
| Corrispondenza in modalità | Mancata corrispondenza tra fibra speciale e SMF | Splicing conico, adattatori in modalità fibra |
| Perdita di giunzione | Misallineamento centrale, mancata corrispondenza della geometria | Giunzione di fusione con pre-allineamento, coperchio |
| Connectolizzazione | Difficile in LMA, PCF | Ferruli personalizzati, lucidatura angolare |
| Invecchiamento ambientale | Rivestimento del rivestimento ad alto t o radiazione | Polyimide, rivestimenti in carbonio ermetico |
| Drift di polarizzazione | Stretica meccanica o temperatura | Controller di polarizzazione attiva o progettazione di routing PMF |
10. Tendenze e tecnologie emergenti
1. Fibra di curvatura negativa a core cavo
Scattering e latenza più bassi rispetto alla silice
Usato inFotonica a microonde coerenteETHZ Trasmissione
2. Multicore + lunghezza d'onda + sdm
Combina MCF con DWDM e SDM per reti ottiche ultra-dense
Chiave perdata centerEBase spine Internet di prossima generazione
3. Fibre di specialità non lineari
Fibra altamente non lineare (HNLF), fibre di vetro Zblan per metà IR
Usato perpettini di frequenza, Amplificatori parametrici ottici, ESpettroscopia IR
4. Lanterne fotoniche
Interfaccia tra fibra multimodale e array MCF/SMF
AbilitazioneastrofotonicaEMultiplexing della modalità-divisione
11. Esempi di prestazioni tecniche
| Tipo di fibra | Attenuazione | Mfd | Max temp | Applicazioni |
|---|---|---|---|---|
| PM1550 | ~ 0,3 dB/km | 10.4 µm | ~ 85 gradi | Interferometria, QKD |
| Gap di band-core cavo | < 0.2 dB/m | 25 µm | ~ 60 gradi | Reti a bassa latenza |
| Fibra YB a doppia vestibilità | ~ 0,05 dB/m | 6–20 µm | ~ 70 gradi | Laser in fibra (500W -5KW) |
| Fibra di zaffiro | ~ 1 db/m (visibile) | 20–100 µm | >1000 gradi | Sensing ad alta temperatura |
| Fluoruro Zblan Fibra | ~ 0,1–0,3 dB/m | 8–10 µm | ~ 250 gradi | Trasmissione a metà IR (3-5 µm) |
12. Moduli e componenti in fibra speciali
Troverai spesso una fibra ottica speciale integrata in moduli avanzati:
| Componente | Descrizione | Tipo di fibra utilizzato |
|---|---|---|
| Amplificatore in fibra (EDFA, YDFA) | Guadagno del segnale ottico | Fibra drogata ER/YB/TM |
| Modulo laser in fibra | Output CW o pulsato | Fibra LMA a doppia vestibilità |
| Fog Coil | Rilevamento di precisione | PMF Wound in Spirale |
| Cavo del sensore DTS | Rilevamento a lunga distanza | Fibra corazzata ad alta temperatura |
| MODE CONVERTER / FAN FAN-OUT | Collega MCF agli array SMF | Fibra multicore |
| Sorgente supercontinuum | Generazione di spettro ampia | PCF non lineare |
| Combinatore di pompa | Combina la luce della pompa a diodi | Sistemi di fibre a doppia rivestitura |
