Włókna z cieczowym rdzeniem oraz włókna

Włókna z cieczowym rdzeniem oraz włókna

Włókna z cieczowym
rdzeniem oraz włókna
plastykowe
Liquid-Core and Polymer Optical Fibers
•
•
•
•
•
Prowadzenie światła w falowodach cieczowych
Zastosowanie falowodów cieczowych
Włókna polimerowe
Efekt propagacji światła w POF
Rodzaje POF
Prowadzenie światła w falowodach cieczowych
Są to włókna wielomodowe, których teoretyczny opis dobrze jest opanowany na
bazie opisu włókien telekomunikacyjnych typu step-index, działających na zasadzie
całkowitego wewnętrznego odbicia. Pozwala to na określenie głównych zalet
propagacyjnych jakimi są: duża NA, szerokie pasmo transmisyjne, możliwości
sterowania własnościami polaryzacyjnymi (dla wypełnienia LC).
Wypełnienie cieczą włókna z pustym
rdzeniem odbywa się na bazie wykorzystania ciśnienia hydrostatycznego
oraz średnicy włókna; czas T wypełnienia włókna o długości L:
FIG. 1 Typowe włókno z cieczowym rdzeniem.
Materiały najczęściej stosowane:
- bromobenzen, o-dichlorobenzen
- woda,
- etanol,
- ciekłe kryształy.
gdzie P – zastosowane ciśnienie, m
współczynnik lepkości cieczy, d średnica rdzenia. Ale maksymalne
ciśnienie to:
S - naprężenia szkła, D - zewnętrzna
średnica włókna
Zastosowania falowodów cieczowych
Możliwe zastosowania dotyczą transmisji w ultrafiolecie, zwiększenia efektów
nieliniowych w cieczach, budowy elementów polaryzacyjncyh z wykorzystaniem LC,
a także wykorzystanie specyficznych własności włókien mikrostrukturalnych:
FIG. 2 Typowe wykonania włókien z cieczowym rdzeniem.
włókno na IR (3.39 um) – z wypełnieniem tetrachloroetylenem (104 -105 dB/km),
czujniki chemicznych analitów komory reakcyjne lub efekt Ramana, czujnik prądowy
na bazie efektu Kerra, rozłożone czujniki temperatury na bazie pomiaru
rozproszenia Rayleigh’a (150 m włókna o 150-um rdzeniu w 30 minut, z NA = 0.2
@5.4 um i 0.54@ 589 nm i stratnością 13 dB/km@900 nm), efekty nieliniowe ze
względu na rozproszenie w cieczach.
Włókna polimerowe
Po raz pierwszy zaprezentowane w latach 1960-tych przez DuPont miały stratność
rzędu 1000 dB/km, w latach 70-tych ok. 125 dB/km@650 nm co przy 1 dB/km
włókien SOF spowodowało zaprzestanie w latach 90-tych prac nad POF, jednakże
przejście z AC na DC zmienia sytuację radykalnie dla tzw. transmisji krótkozasięgowej (do ok. 300 m). Zasadniczy materiał to PMMA – polymetylometaakryl,
gdzie rozproszenie Rayleight’a i silna absorpcja na molekułach C-H daje straty
rzędu 100 dB/km z minimami na 520, 570 i 650 nm (niższe straty poprzez
zastąpienie atomu wodoru cięższymi pierwiastkami – fluorem CYTOP – kompletnie
fluorowy polymer; dla PF-GI-POF 10 dB/km). PMMA - temperatura +70 +85 OC !!!
FIG. 3 Stratność PMMA-POF oraz PF-GI-POF
Efekt propagacji światła w POF
Duża NA oraz krótka długość fali działania daje olbrzymią ilość modów – 1 mm POF
z NA=0.50 ma 2.5 mln modów, jednakże efekty modowe są niezwykle silne, np.
wysokie straty w płaszczu, silne mieszanie modowe, oddziaływanie rdzeń/płaszcz.
FIG. 4 Wpływ absorpcji płaszcza na straty FIG. 5 Wpływ start zależnych od modu na rozkład pola
FIG. 6 Pasmo w funkcji długości 1 mm PMMA-POF oraz 200-um SI-PCF (Plastic clad silica)
Rodzaje POF
SI-POF – POF o skokowym rozkładzie współczynnika załamania. NA=0.50 –
standardowy POF z pasmem ok. 40 MHz dla 100 odcinka, NA=0.30 – low-NA POF z
pasmem 100Mz/100m
FIG. 7 Struktura SI-POF
FIG. 8 Struktura DSI-POF
DSI-POF – POF o podwójnym skokowym rozkładzie współczynnika złamania z
NA=0.30, konstrukcja optymalizowana ze względu na straty zgięciowe
FIG. 9 Działanie zgiętego DSI-POF
MC POF – wielordzeniowe włókno (duże pasmo i mała czułość zgięciowa jest trudno
osiągalna dla 1mm-POF) kompromis Asahi (19 do 200 rdzeni) dających w sumie 1
mm rdzeń). Może być MC DSI POF
FIG. 10 Struktura MC-POF
FIG. 11 Struktura MC-POF
FIG. 12 Przykłady MC POF
GI-POF – POF o gradientowym rozkładzie
współczynnika złamania 4GHz/200m
FIG. 13 Przykłady GI POF oraz MSI POF
IEC 60793 określiło standardy na POF: A4a-A4c jako SI-PMMA POF dla mobilnych
sieci, zastosowań domowych i automatyki, A4d DSI dla szybkiego ethernetu i IEEEI
394, A4e dla GI i MSI POF szybkiego internetu, zaś A4f-A4h dla GI POF z
szybkością transmisji do 10 Gbps.