1.¿Cómo se combinan las fibras ópticas?

Respuesta: La fibra óptica consta de dos partes básicas: un núcleo hecho de materiales ópticos transparentes y una capa de revestimiento y recubrimiento.

2. ¿Cuáles son los parámetros básicos que describen las características de transmisión de las líneas de fibra óptica?

Respuesta: Incluyen pérdida, dispersión, ancho de banda, longitud de onda de corte, diámetro del campo modal, etc.

3. ¿Cuáles son las causas de la atenuación de la fibra?

Respuesta: La atenuación de la fibra se refiere a la reducción de la potencia óptica entre dos secciones transversales de una fibra, que está relacionada con la longitud de onda. Las principales causas de la atenuación son la dispersión, la absorción y la pérdida óptica causada por los conectores y las uniones.

4. ¿Cómo se define el coeficiente de atenuación de la fibra óptica?

Respuesta: Se define por la atenuación por unidad de longitud de una fibra óptica uniforme en estado estable (dB/km).

5. ¿Qué es la pérdida de inserción?

Respuesta: Se refiere a la atenuación causada por la inserción de componentes ópticos (como la inserción de conectores o acopladores) en la línea de transmisión óptica.

6. ¿A qué se relaciona el ancho de banda de la fibra óptica?

Respuesta: El ancho de banda de la fibra óptica se refiere a la frecuencia de modulación cuando la amplitud de la potencia óptica se reduce en un 50% o 3dB en comparación con la amplitud de la frecuencia cero en la función de transferencia de la fibra óptica. El ancho de banda de la fibra óptica es aproximadamente inversamente proporcional a su longitud, y el producto del ancho de banda por la longitud es una constante.

7. ¿Cuántos tipos de dispersión de fibra óptica existen? ¿Con qué se relaciona?

Respuesta: La dispersión de la fibra óptica se refiere al ensanchamiento del retardo de grupo en una fibra óptica, que incluye la dispersión modal, la dispersión del material y la dispersión estructural. Depende de las características tanto de la fuente de luz como de la fibra óptica.

8. ¿Cómo describir las características de dispersión de las señales que se propagan en la fibra óptica?

Respuesta: Se puede describir mediante tres cantidades físicas: ensanchamiento del pulso, ancho de banda de la fibra óptica y coeficiente de dispersión de la fibra óptica.

9. ¿Cuál es la longitud de onda de corte?

Respuesta: Se refiere a la longitud de onda más corta que solo puede transmitir el modo fundamental en la fibra óptica. En el caso de la fibra óptica monomodo, su longitud de onda de corte debe ser más corta que la longitud de onda de la luz transmitida.

10. ¿Qué impacto tendrá la dispersión de la fibra óptica en el rendimiento del sistema de comunicación por fibra óptica?

Respuesta: La dispersión de la fibra óptica hará que el pulso óptico se ensanche durante la transmisión en la fibra óptica, lo que afectará la tasa de error de bits, la distancia de transmisión y la velocidad del sistema.

11. ¿Qué es el método de retrodispersión?

Respuesta: El método de retrodispersión es un método para medir la atenuación a lo largo de la longitud de una fibra óptica. La mayor parte de la potencia óptica en la fibra óptica se propaga hacia adelante, pero una pequeña parte se retrodispersa hacia el emisor de luz. Utilizando un espectrómetro en el emisor de luz para observar la curva temporal de retrodispersión, no solo se puede medir la longitud y la atenuación de la fibra óptica uniforme conectada desde un extremo, sino que también se pueden medir las irregularidades locales, los puntos de ruptura y la pérdida de potencia óptica causada por las juntas y los conectores.

12. ¿Cuál es el principio de prueba del reflectómetro óptico en el dominio del tiempo (OTDR)? ¿Cuáles son sus funciones?

Respuesta: El OTDR se basa en el principio de retrodispersión de luz y reflexión de Fresnel. Utiliza la luz retrodispersada generada cuando la luz se propaga en la fibra óptica para obtener información de atenuación. Se puede utilizar para medir la atenuación de la fibra óptica, la pérdida de unión, la ubicación del punto de falla de la fibra óptica y comprender la distribución de la pérdida a lo largo de la longitud de la fibra óptica. Es una herramienta indispensable en la construcción, el mantenimiento y la supervisión de cables ópticos. Sus principales indicadores incluyen: rango dinámico, sensibilidad, resolución, tiempo de medición y área ciega.

13. ¿Qué es el área ciega del OTDR? ¿Qué impacto tiene en la prueba? ¿Cómo se aborda el área ciega en las pruebas reales?

Respuesta: Generalmente, una serie de "puntos ciegos" causados ​​por la saturación del extremo receptor del OTDR debido a los reflejos generados por puntos característicos como conectores activos y uniones mecánicas se denominan áreas ciegas.

Las zonas ciegas de las fibras ópticas se dividen en zonas ciegas de eventos y zonas ciegas de atenuación: la distancia desde el punto de inicio del pico de reflexión hasta el pico de saturación del receptor causado por la intervención de conectores activos se denomina zonas ciegas de eventos; la distancia desde el punto de inicio del pico de reflexión hasta otros puntos de eventos identificables causados ​​por la intervención de conectores activos en fibras ópticas se denomina zonas ciegas de atenuación.

En el caso de los OTDR, cuanto menor sea el área ciega, mejor. El área ciega aumentará con el aumento del ancho del ensanchamiento del pulso. Si bien el aumento del ancho del pulso aumenta la longitud de medición, también aumenta el área ciega de medición. Por lo tanto, al probar fibras ópticas, se deben utilizar pulsos estrechos para medir la fibra óptica y los puntos de evento adyacentes de los accesorios del OTDR, mientras que se deben utilizar pulsos anchos para medir el extremo más alejado de la fibra óptica.

14.¿Puede el OTDR medir diferentes tipos de fibras ópticas?

R: Si utiliza un módulo OTDR monomodo para medir una fibra multimodo, o utiliza un módulo OTDR multimodo para medir una fibra monomodo con un diámetro de núcleo de 62,5 mm, el resultado de la medición de la longitud de la fibra no se verá afectado, pero los resultados de pérdida de fibra, pérdida del conector óptico y pérdida de retorno serán incorrectos. Por lo tanto, al medir la fibra óptica, debe elegir un OTDR que coincida con la fibra que se va a medir, de modo que pueda obtener los resultados correctos para todos los indicadores de rendimiento.

15. ¿Qué significa "1310 nm" o "1550 nm" en los instrumentos de prueba ópticos comunes?

R: Se refiere a la longitud de onda de la señal óptica. El rango de longitud de onda utilizado en la comunicación por fibra óptica se encuentra en la región del infrarrojo cercano, con una longitud de onda entre 800 nm y 1700 nm. A menudo se divide en bandas de longitud de onda corta y bandas de longitud de onda larga, la primera se refiere a la longitud de onda de 850 nm y la segunda a 1310 nm y 1550 nm.

16. En las fibras ópticas comerciales actuales, ¿qué longitud de onda de luz tiene la menor dispersión? ¿Qué longitud de onda de luz tiene la menor pérdida?

Respuesta: La luz con una longitud de onda de 1310 nm tiene la menor dispersión y la luz con una longitud de onda de 1550 nm tiene la menor pérdida.

17. ¿Cómo se clasifican las fibras ópticas según el cambio en el índice de refracción del núcleo de la fibra óptica?

Respuesta: Se pueden dividir en fibras ópticas de índice escalonado y fibras ópticas de índice de gradiente. Las fibras ópticas de índice escalonado tienen un ancho de banda estrecho y son adecuadas para comunicaciones de corta distancia y de pequeña capacidad; las fibras ópticas de índice de gradiente tienen un ancho de banda amplio y son adecuadas para comunicaciones de capacidad media y grande.

18. ¿Cómo se clasifican las fibras ópticas según los diferentes modos de onda de luz que se transmiten en las fibras ópticas?

Respuesta: Se pueden dividir en fibras ópticas monomodo y fibras ópticas multimodo. El diámetro del núcleo de las fibras ópticas monomodo es de aproximadamente entre 1 y 10 μm. En una longitud de onda de trabajo dada, solo se transmite un único modo fundamental, lo que es adecuado para sistemas de comunicación de gran capacidad y larga distancia. Las fibras ópticas multimodo pueden transmitir múltiples modos de ondas de luz, con un diámetro del núcleo de aproximadamente entre 50 y 60 μm, y su rendimiento de transmisión es peor que el de las fibras ópticas monomodo.

Al transmitir la corriente de protección diferencial de la protección multiplexada, a menudo se utilizan fibras ópticas multimodo entre el dispositivo de conversión optoelectrónico instalado en la sala de comunicaciones de la subestación y el dispositivo de protección instalado en la sala de control principal.

19. ¿Cuál es la importancia de la apertura numérica (NA) de la fibra óptica de índice escalonado?

Respuesta: La apertura numérica (NA) indica la capacidad de la fibra óptica para captar luz. Cuanto mayor sea la NA, mayor será la capacidad de la fibra óptica para captar luz.

20. ¿Qué es la birrefringencia de la fibra óptica monomodo?

Respuesta: En una fibra óptica monomodo existen dos modos de polarización ortogonal. Cuando la fibra óptica no es completamente cilíndricamente simétrica, los dos modos de polarización ortogonal no están degenerados. El valor absoluto de la diferencia en el índice de refracción de los dos modos de polarización ortogonal es la birrefringencia.

21. ¿Cuáles son las estructuras de cables ópticos más comunes?

Respuesta: Hay dos tipos: tipo capa-torcida y tipo esqueleto.

22. ¿Cuáles son los componentes principales de los cables ópticos?

Respuesta: Se compone principalmente de: núcleo de fibra, grasa de fibra óptica, material de cubierta, PBT (tereftalato de polibutileno) y otros materiales.

23. ¿A qué se refiere la armadura de los cables ópticos?

Respuesta: Se refiere al elemento protector (generalmente alambre de acero o correa de acero) utilizado en cables ópticos para fines especiales (como cables ópticos submarinos, etc.). La armadura está adherida a la cubierta interna del cable óptico.

24. ¿Qué materiales se utilizan para la cubierta de los cables ópticos?

Respuesta: La vaina o funda de los cables ópticos suele estar fabricada con materiales de polietileno (PE) y cloruro de polivinilo (PVC), y su función es proteger el núcleo del cable de influencias externas.

25. Enumere los cables ópticos especiales utilizados en los sistemas de energía.

Respuesta: Existen principalmente tres cables ópticos especiales:

Cable óptico compuesto con conexión a tierra (OPGW), la fibra óptica se coloca en la línea eléctrica de la estructura trenzada de aluminio revestida de acero. La aplicación del cable óptico OPGW tiene la doble función de conexión a tierra y comunicación, mejorando de manera efectiva la tasa de utilización de postes y torres eléctricas.

Cable óptico envuelto (GWWOP), donde hay una línea de transmisión existente, este tipo de cable óptico se envuelve o cuelga del cable de tierra.

El cable óptico autoportante (ADSS) tiene una gran resistencia a la tracción y se puede colgar directamente entre dos torres de energía, con una distancia máxima de hasta 1000 m.

26. ¿Cuántas estructuras de aplicación existen para el cable óptico OPGW?

Respuesta: Principalmente: 1) Estructura de tubo de aluminio + capa de tubo de plástico; 2) Estructura de tubo de aluminio + tubo de plástico central; 3) Estructura de esqueleto de aluminio; 4) Estructura de tubo de aluminio en espiral; 5) Estructura de tubo de acero inoxidable de una sola capa (estructura de tubo de acero inoxidable central, estructura retorcida de capa de tubo de acero inoxidable); 6) Estructura de tubo de acero inoxidable compuesto (estructura de tubo de acero inoxidable central, estructura retorcida de capa de tubo de acero inoxidable).

27. ¿Cuáles son los componentes principales del cable trenzado fuera del núcleo del cable óptico OPGW?

Respuesta: Está compuesto de alambre AA (alambre de aleación de aluminio) y alambre AS (alambre de acero revestido de aluminio).

28. ¿Cuáles son las condiciones técnicas requeridas para seleccionar modelos de cable óptico OPGW?

Respuesta: 1) Resistencia nominal a la tracción (RTS) del cable OPGW (kN); 2) Número de núcleos de fibra (SM) del cable OPGW; 3) Corriente de cortocircuito (kA); 4) Tiempo de cortocircuito (s); 5) Rango de temperatura (℃).

29. ¿Cómo se limita el grado de curvatura del cable óptico?

Respuesta: El radio de curvatura del cable óptico no debe ser inferior a 20 veces el diámetro exterior del cable óptico, y no inferior a 30 veces el diámetro exterior del cable óptico durante la construcción (estado no estático).

30. ¿A qué se debe prestar atención en la ingeniería de cables ópticos ADSS?

Respuesta: Hay tres tecnologías clave: diseño mecánico del cable óptico, determinación de los puntos de suspensión y selección e instalación del hardware de soporte.

31. ¿Cuáles son los principales tipos de accesorios para cables ópticos?

Respuesta: Los accesorios para cables ópticos se refieren al hardware utilizado para instalar cables ópticos, incluyendo principalmente: abrazaderas de tensión, abrazaderas de suspensión, aisladores de vibraciones, etc.

32. Los conectores de fibra óptica tienen dos parámetros de rendimiento más básicos, ¿cuáles son?

Respuesta: Los conectores de fibra óptica se conocen comúnmente como uniones activas. Para los requisitos de rendimiento óptico de los conectores de fibra única, el enfoque se centra en los dos parámetros de rendimiento más básicos: pérdida de inserción y pérdida de retorno.

33. ¿Cuántos tipos de conectores de fibra óptica de uso común existen?

Respuesta: Según los diferentes métodos de clasificación, los conectores de fibra óptica se pueden dividir en diferentes tipos. Según los diferentes medios de transmisión, se pueden dividir en conectores de fibra óptica monomodo y conectores de fibra óptica multimodo; según las diferentes estructuras, se pueden dividir en varios tipos como FC, SC, ST, D4, DIN, bicónico, MU, LC, MT, etc.; según la cara del extremo del pin del conector, se pueden dividir en FC, PC (UPC) y APC. Conectores de fibra óptica de uso común: conector de fibra óptica tipo FC/PC, conector de fibra óptica tipo SC, conector de fibra óptica tipo LC.

34. En el sistema de comunicación por fibra óptica, se encuentran comúnmente los siguientes elementos. Indique sus nombres.

Adaptador AFC, FC Adaptador ST Adaptador SC Conector FC/APC, FC/PC Conector SC Conector ST Cable de conexión LC Cable de conexión MU Cable de conexión monomodo o multimodo.

35. ¿Cuál es la pérdida de inserción (o pérdida de inserción) del conector de fibra óptica?

Respuesta: Se refiere al valor de la reducción de potencia efectiva de la línea de transmisión causada por la inserción del conector. Para los usuarios, cuanto menor sea el valor, mejor. La UIT-T estipula que su valor no debe superar los 0,5 dB.

36. ¿Cuál es la pérdida de retorno (o atenuación de reflexión, pérdida de retorno, pérdida de retorno) del conector de fibra óptica?

Respuesta: Es una medida del componente de potencia de entrada reflejado desde el conector y devuelto a través del canal de entrada. Su valor típico no debe ser inferior a 25 dB.

37. ¿Cuál es la diferencia más destacada entre la luz emitida por los diodos emisores de luz y los láseres semiconductores?

Respuesta: La luz generada por un diodo emisor de luz es luz incoherente con un espectro amplio; la luz generada por un láser es luz coherente con un espectro muy estrecho.

38. ¿Cuál es la diferencia más obvia entre las características de funcionamiento de un diodo emisor de luz (LED) y un láser semiconductor (LD)?

Respuesta: El LED no tiene umbral, mientras que el LD sí lo tiene. El láser solo se generará cuando la corriente inyectada supere el umbral.

39. ¿Cuáles son los dos láseres semiconductores de modo longitudinal único comúnmente utilizados?

Respuesta: El láser DFB y el láser DBR, ambos son láseres de retroalimentación distribuida, y su retroalimentación óptica es proporcionada por la rejilla de Bragg de retroalimentación distribuida en la cavidad óptica.

40. ¿Cuáles son los dos tipos principales de dispositivos receptores ópticos?

Respuesta: Son principalmente fotodiodos (tubos PIN) y fotodiodos de avalancha (APD).

41. ¿Cuáles son los factores que provocan ruido en los sistemas de comunicación por fibra óptica?

Respuesta: Hay ruido causado por una relación de extinción no calificada, ruido causado por cambios aleatorios en la intensidad de la luz, ruido causado por fluctuación de tiempo, ruido puntual y ruido térmico del receptor, ruido de modo de la fibra óptica, ruido causado por ensanchamiento de pulso causado por dispersión, ruido de distribución de modo de LD, ruido causado por chirrido de frecuencia de LD y ruido causado por reflexión.

42. ¿Cuáles son las principales fibras ópticas que se utilizan actualmente para la construcción de redes de transmisión? ¿Cuáles son sus principales características?

Respuesta: Hay tres tipos principales, a saber, la fibra óptica monomodo convencional G.652, la fibra óptica monomodo con dispersión desplazada G.653 y la fibra óptica con dispersión desplazada distinta de cero G.655.

La fibra monomodo G.652 tiene una gran dispersión en la banda C de 1530 a 1565 nm y la banda L de 1565 a 1625 nm, generalmente de 17 a 22 psnm•km. Cuando la velocidad del sistema alcanza 2,5 Gbit/s o más, se requiere compensación de dispersión. A 10 Gbit/s, el costo de compensación de dispersión del sistema es relativamente alto. Es la fibra más utilizada en la red de transmisión actual.

La dispersión de la fibra con dispersión desplazada G.653 en la banda C y la banda L es generalmente de -1 a 3,5 psnm•km, y es de dispersión cero a 1550 nm. La velocidad del sistema puede alcanzar 20 Gbit/s y 40 Gbit/s, lo que la convierte en la mejor fibra para la transmisión de distancias ultralargas con una sola longitud de onda. Sin embargo, debido a sus características de dispersión cero, se producirán efectos no lineales cuando se utilice DWDM para la expansión de la capacidad, lo que dará como resultado diafonía de señales y mezcla de cuatro ondas FWM, por lo que no es adecuada para DWDM.

Fibra con dispersión desplazada distinta de cero G.655: La dispersión de la fibra con dispersión desplazada distinta de cero G.655 en la banda C es de 1 a 6 psnm•km, y la dispersión en la banda L es generalmente de 6 a 10 psnm•km. La dispersión es pequeña, lo que evita el área de dispersión cero, suprime la mezcla de cuatro ondas FWM y se puede utilizar para la expansión de la capacidad DWDM y la apertura de sistemas de alta velocidad. La nueva fibra G.655 puede expandir el área efectiva a 1,5 a 2 veces la de las fibras ópticas comunes. El área efectiva grande puede reducir la densidad de potencia y reducir el efecto no lineal de la fibra óptica.

43. ¿Qué es la no linealidad de la fibra óptica?

Respuesta: Significa que cuando la potencia óptica de la fibra excede un cierto valor, el índice de refracción de la fibra óptica estará relacionado de forma no lineal con la potencia óptica y se generará dispersión Raman y dispersión Brillouin, lo que provocará que cambie la frecuencia de la luz incidente.

44. ¿Qué efecto tendrá la no linealidad de la fibra óptica en la transmisión?

Respuesta: El efecto no lineal provocará algunas pérdidas e interferencias adicionales, lo que deteriorará el rendimiento del sistema. La potencia óptica del sistema WDM es grande y se transmite a lo largo de una gran distancia a lo largo de la fibra óptica, por lo que se produce una distorsión no lineal. Hay dos tipos de distorsión no lineal: dispersión estimulada y refracción no lineal. Entre ellas, la dispersión estimulada incluye la dispersión Raman y la dispersión Brillouin. Los dos tipos de dispersión anteriores reducen la energía de la luz incidente, lo que provoca pérdidas. Se puede ignorar cuando la potencia de entrada de la fibra es pequeña.

45. ¿Qué es PON (red óptica pasiva)?

Respuesta: PON es una red óptica de bucle de fibra óptica en la red de acceso de usuarios locales, basada en dispositivos ópticos pasivos como acopladores y divisores.

Diversas causas de atenuación de la fibra óptica

1. Los principales factores que provocan la atenuación de la fibra son: intrínsecos, flexión, extrusión, impurezas, irregularidades y acoplamiento.

Intrínseca: Es la pérdida inherente de la fibra óptica, incluyendo: dispersión de Rayleigh, absorción inherente, etc.

Curvatura: Cuando la fibra óptica se dobla, parte de la luz en la fibra óptica se perderá debido a la dispersión, lo que provoca pérdidas.

Extrusión: Pérdida causada por una ligera curvatura cuando se aprieta la fibra óptica.

Impurezas: Las impurezas en la fibra óptica absorben y dispersan la luz que se propaga en la fibra óptica, provocando pérdidas.

Desigualdad: Pérdida causada por un índice de refracción desigual del material de fibra óptica.

Acoplamiento: Pérdida causada cuando se acoplan fibras ópticas, como: ejes diferentes (el requisito de coaxialidad de la fibra óptica monomodo es inferior a 0,8 μm), la cara del extremo no es perpendicular al eje, la cara del extremo es desigual, el diámetro del núcleo de acoplamiento no coincide y la calidad de la fusión es deficiente.

Cuando la luz entra por un extremo de la fibra óptica y sale por el otro, la intensidad de la luz se debilita. Esto significa que después de que la señal óptica se propaga a través de la fibra óptica, parte de la energía de la luz se atenúa. Esto demuestra que hay ciertas sustancias en la fibra óptica o por alguna razón, que bloquean el paso de la señal óptica. Esta es la pérdida de transmisión de la fibra óptica. Solo reduciendo la pérdida de la fibra óptica puede pasar la señal óptica sin problemas.

2. Clasificación de las pérdidas en la fibra óptica

La pérdida de fibra óptica se puede dividir en términos generales en la pérdida inherente a la fibra óptica y la pérdida adicional causada por las condiciones de uso después de que se fabrica la fibra óptica. Las subdivisiones específicas son las siguientes:

La pérdida de fibra óptica se puede dividir en pérdida inherente y pérdida adicional.

La pérdida inherente incluye la pérdida por dispersión, la pérdida por absorción y la pérdida causada por una estructura imperfecta de la fibra óptica.

La pérdida adicional incluye pérdida por microcurvatura, pérdida por flexión y pérdida por empalme.

Entre ellas, se producen pérdidas adicionales de forma artificial durante el tendido de la fibra óptica. En aplicaciones prácticas, es inevitable conectar las fibras ópticas una a una, y la conexión de las fibras ópticas provocará pérdidas. La microcurvatura, el aplastamiento y el estiramiento de las fibras ópticas también provocarán pérdidas. Todas ellas son pérdidas provocadas por las condiciones de uso de la fibra óptica. La razón principal es que, en estas condiciones, el modo de transmisión en el núcleo de la fibra óptica ha cambiado. Se pueden evitar pérdidas adicionales en la medida de lo posible. A continuación, solo analizamos las pérdidas inherentes a la fibra óptica.

Entre las pérdidas inherentes, la pérdida por dispersión y la pérdida por absorción están determinadas por las características del propio material de la fibra óptica, y la pérdida inherente causada en diferentes longitudes de onda de trabajo también es diferente. Es extremadamente importante comprender el mecanismo de generación de pérdidas y analizar cuantitativamente el tamaño de la pérdida causada por varios factores para el desarrollo de fibra óptica de baja pérdida y el uso racional de la fibra óptica.

3. Pérdida de absorción de materiales.

Los materiales que se utilizan para fabricar fibras ópticas pueden absorber la energía de la luz. Una vez que las partículas del material de la fibra óptica absorben la energía de la luz, vibran y generan calor, y la energía se pierde, generando así una pérdida de absorción. Sabemos que la materia está compuesta de átomos y moléculas, y los átomos están compuestos de núcleos atómicos y electrones extranucleares, y los electrones giran alrededor del núcleo atómico en una órbita determinada. Esto es como la Tierra en la que vivimos y planetas como Venus y Marte giran alrededor del Sol. Cada electrón tiene una cierta energía y se encuentra en una determinada órbita, o en otras palabras, cada órbita tiene un cierto nivel de energía.

El nivel de energía orbital cercano al núcleo es más bajo y el nivel de energía orbital más alejado del núcleo es más alto. La magnitud de esta diferencia de nivel de energía entre órbitas se denomina diferencia de nivel de energía. Cuando un electrón pasa de un nivel de energía bajo a uno alto, absorbe la energía de la diferencia de nivel de energía correspondiente.

En una fibra óptica, cuando un electrón de un determinado nivel de energía es irradiado por luz de una longitud de onda correspondiente a la diferencia de niveles de energía, el electrón en la órbita de bajo nivel de energía pasará a la órbita de mayor nivel de energía. Este electrón absorbe energía luminosa, lo que da como resultado una pérdida de absorción de luz.

El dióxido de silicio (SiO2), el material básico para fabricar fibras ópticas, absorbe la luz por sí mismo. Una de ellas se denomina absorción ultravioleta y la otra, absorción infrarroja. En la actualidad, las comunicaciones por fibra óptica generalmente solo funcionan en el rango de longitud de onda de 0,8 a 1,6 μm, por lo que solo analizaremos la pérdida en este rango de trabajo.

El pico de absorción generado por las transiciones de electrones en el vidrio de cuarzo es de alrededor de 0,1 a 0,2 μm de longitud de onda en la región ultravioleta. A medida que aumenta la longitud de onda, su efecto de absorción disminuye gradualmente, pero el área afectada es muy amplia, hasta longitudes de onda superiores a 1 μm. Sin embargo, la absorción ultravioleta tiene poco efecto sobre las fibras ópticas de cuarzo que funcionan en la región infrarroja. Por ejemplo, en la región de luz visible con una longitud de onda de 0,6 μm, la absorción ultravioleta puede alcanzar 1 dB/km, y con una longitud de onda de 0,8 μm, cae a 0,2 a 0,3 dB/km, y con una longitud de onda de 1,2 μm, es solo de aproximadamente 0,1 dB/km.

La pérdida de absorción infrarroja de la fibra óptica de cuarzo se debe a la vibración molecular del material infrarrojo. Existen varios picos de absorción de vibración en la banda por encima de los 2 μm.

Debido a la influencia de varios elementos dopantes en la fibra óptica, es imposible que la fibra óptica de cuarzo tenga una ventana de baja pérdida en la banda por encima de 2 μm, y la pérdida límite teórica en una longitud de onda de 1,85 μm es ldB/km.

A través de la investigación, también se descubrió que existen algunas "moléculas destructivas" en el vidrio de cuarzo que están causando problemas, principalmente algunas impurezas de metales de transición dañinas, como cobre, hierro, cromo, manganeso, etc. Estos "malos" absorben con avidez la energía de la luz bajo la irradiación de luz, saltan de un lado a otro y causan pérdida de energía de la luz. Eliminar a los "problemáticos" y purificar químicamente los materiales utilizados para fabricar fibras ópticas puede reducir en gran medida la pérdida.

Otra fuente de absorción en la fibra óptica de cuarzo es el hidroxilo (OHˉ). Según las investigaciones de la época, se ha descubierto que el hidroxilo tiene tres picos de absorción en la banda de trabajo de la fibra óptica, que son 0,95 μm, 1,24 μm y 1,38 μm, entre los cuales la pérdida de absorción en la longitud de onda de 1,38 μm es la más grave y tiene el mayor impacto en la fibra óptica. En una longitud de onda de 1,38 μm, la pérdida de pico de absorción generada por el contenido de hidróxido de solo 0,0001 es tan alta como 33 dB/km.

¿De dónde proceden estos hidróxidos? Existen muchas fuentes de hidróxidos. En primer lugar, los materiales que se utilizan para fabricar fibras ópticas contienen agua y compuestos de hidróxido. Estos compuestos de hidróxido no son fáciles de eliminar durante la purificación de las materias primas y, finalmente, permanecen en la fibra óptica en forma de hidróxidos; en segundo lugar, los hidróxidos que se utilizan para fabricar fibras ópticas contienen una pequeña cantidad de agua; en tercer lugar, el agua se genera debido a reacciones químicas durante el proceso de fabricación de las fibras ópticas; y en cuarto lugar, el vapor de agua se introduce mediante la entrada de aire exterior. Sin embargo, el proceso de fabricación actual se ha desarrollado hasta un nivel bastante alto y el contenido de hidróxido ha descendido a un nivel suficientemente bajo como para que se pueda ignorar su impacto en las fibras ópticas.

4. Pérdida por dispersión

En la noche oscura, si se apunta con una linterna al cielo, se puede ver un haz de luz. La gente también ha visto haces de luz densos de reflectores en el cielo nocturno.

Entonces, ¿por qué vemos estos rayos de luz? Esto se debe a que hay muchas partículas diminutas, como humo y polvo, flotando en la atmósfera. Cuando la luz incide sobre estas partículas, se dispersa y se dispara en todas direcciones. Este fenómeno fue descubierto por primera vez por Rayleigh, por lo que la gente llamó a esta dispersión "dispersión de Rayleigh".

¿Cómo se produce la dispersión? Resulta que las partículas diminutas, como las moléculas, los átomos y los electrones que componen la materia, vibran a ciertas frecuencias inherentes y pueden liberar luz con una longitud de onda correspondiente a la frecuencia de vibración. La frecuencia de vibración de una partícula está determinada por el tamaño de la partícula. Cuanto más grande sea la partícula, menor será la frecuencia de vibración y mayor la longitud de onda de la luz liberada; cuanto más pequeña sea la partícula, mayor será la frecuencia de vibración y menor la longitud de onda de la luz liberada. Esta frecuencia de vibración se denomina frecuencia de vibración inherente de la partícula. Sin embargo, esta vibración no se genera por sí misma, sino que requiere una cierta cantidad de energía. Una vez que una partícula se irradia con luz de una determinada longitud de onda, y la frecuencia de la luz irradiada es la misma que la frecuencia de vibración inherente de la partícula, provocará resonancia. Los electrones de la partícula comienzan a vibrar a esta frecuencia de vibración, lo que hace que la partícula disperse la luz en todas las direcciones, y la energía de la luz incidente se absorbe y se convierte en energía de la partícula, y la partícula reemite la energía en forma de energía luminosa. Por lo tanto, para la gente que observa desde fuera, parece como si la luz incidiera en la partícula y luego saliera volando en todas direcciones.

La dispersión de Rayleigh también se produce en las fibras ópticas, y la pérdida de luz causada por esto se denomina pérdida de dispersión de Rayleigh. Dado el nivel actual de la tecnología de fabricación de fibra óptica, se puede decir que la pérdida de dispersión de Rayleigh es inevitable. Sin embargo, dado que la magnitud de la pérdida de dispersión de Rayleigh es inversamente proporcional a la cuarta potencia de la longitud de onda de la luz, el impacto de la pérdida de dispersión de Rayleigh se puede reducir en gran medida cuando la fibra óptica funciona en la región de longitud de onda larga.

5. Deficiencia congénita, nadie puede ayudar

La estructura de la fibra óptica es imperfecta, como burbujas, impurezas o un grosor desigual en la fibra óptica, especialmente la interfaz desigual entre el núcleo y el revestimiento. Cuando la luz llega a estos lugares, parte de la luz se dispersará en todas direcciones, lo que provocará pérdidas. Esta pérdida se puede superar mejorando el proceso de fabricación de la fibra óptica. La dispersión hace que la luz se emita en todas las direcciones y parte de la luz dispersada se refleje en la dirección opuesta a la propagación de la fibra óptica. Esta parte de la luz dispersada puede recibirse en el extremo incidente de la fibra óptica. La dispersión de la luz hace que se pierda parte de la energía de la luz, lo que es indeseable. Sin embargo, este fenómeno también lo podemos aprovechar nosotros, porque si analizamos la intensidad de la parte recibida de la luz en el extremo transmisor, podemos comprobar los puntos de rotura, los defectos y las pérdidas de esta fibra óptica. De esta forma, a través del ingenio humano, las cosas malas se pueden convertir en cosas buenas.

Pérdida de fibra En los últimos años, la comunicación por fibra óptica se ha utilizado ampliamente en muchos campos. Una cuestión importante para lograr la comunicación por fibra óptica es reducir la pérdida de fibra óptica tanto como sea posible. La llamada pérdida se refiere a la atenuación de la fibra óptica por unidad de longitud, y la unidad es dB/km. El nivel de pérdida de fibra óptica afecta directamente a la distancia de transmisión o la distancia entre estaciones repetidoras. Por lo tanto, comprender y reducir la pérdida de fibra óptica tiene una gran importancia práctica para las comunicaciones por fibra óptica.

1. Pérdida de absorción de la fibra óptica.

Esto se debe a la absorción de energía luminosa por parte de los materiales de fibra óptica y las impurezas. Estos consumen energía luminosa en forma de energía térmica en la fibra óptica, lo que supone una pérdida importante en la pérdida de fibra óptica. La pérdida por absorción incluye lo siguiente:

① Pérdida de absorción intrínseca del material Esta es la pérdida causada por la absorción inherente del material. Tiene dos bandas, una en la región de 8-12 μm del infrarrojo cercano. La absorción intrínseca de esta banda se debe a la vibración. La otra banda de absorción intrínseca del material está en la banda ultravioleta. Cuando la absorción es muy fuerte, su cola será arrastrada a la banda de 0,7-1,1 μm.

②Pérdida de absorción causada por dopantes e iones de impurezas Los materiales de fibra óptica contienen metales de transición como hierro, cobre, cromo, etc. Tienen sus propios picos de absorción y bandas de absorción y varían con sus estados de valencia. La pérdida de fibra óptica causada por la absorción de iones de metales de transición depende de su concentración. Además, la presencia de OH- también produce pérdida de absorción. El pico de absorción básico de OH- está cerca de 2,7 μm y la banda de absorción está en el rango de 0,5-1,0 μm. Para la fibra óptica de cuarzo puro, la pérdida causada por impurezas se puede ignorar.

③ Pérdida por absorción de defectos atómicos Cuando el material de fibra óptica se calienta o se irradia fuertemente, se estimulará para producir defectos atómicos, lo que provocará la absorción de luz y pérdida, pero en general este efecto es muy pequeño.

2. Pérdida por dispersión de la fibra óptica

La dispersión dentro de la fibra óptica reducirá la potencia de transmisión y generará pérdidas. La dispersión más importante es la dispersión de Rayleigh, que se produce por los cambios de densidad y composición dentro del material de la fibra óptica.

Durante el proceso de calentamiento del material de fibra óptica, debido a la agitación térmica, la compresibilidad de los átomos es desigual, la densidad del material es desigual y, por lo tanto, el índice de refracción es desigual. Esta desigualdad se fija durante el proceso de enfriamiento y su tamaño es menor que la longitud de onda de la onda de luz. Cuando la luz se encuentra con estos materiales desiguales que son más pequeños que la longitud de onda de la onda de luz y tienen fluctuaciones aleatorias durante la transmisión, la dirección de transmisión cambia, se produce dispersión y se produce pérdida. Además, la concentración desigual de óxidos contenidos en la fibra óptica y el dopaje desigual también pueden causar dispersión y pérdida.

3. Pérdida por dispersión de la guía de ondas

Esta es la dispersión causada por la distorsión aleatoria o la rugosidad de la interfaz. De hecho, es la conversión de modo o el acoplamiento de modo causado por la distorsión o la rugosidad de la superficie. Un modo generará otros modos de transmisión y modos de radiación debido a la fluctuación de la interfaz. Dado que la atenuación de varios modos transmitidos en la fibra óptica es diferente, en el proceso de conversión de modo de larga distancia, el modo con baja atenuación se convierte en el modo con gran atenuación. Después de la conversión continua y la conversión inversa, aunque la pérdida de cada modo se equilibrará, el modo en su conjunto producirá una pérdida adicional, es decir, se genera una pérdida adicional debido a la conversión del modo. Esta pérdida adicional es la pérdida de dispersión de la guía de ondas. Para reducir esta pérdida, es necesario mejorar el proceso de fabricación de la fibra óptica. Para las fibras ópticas que están bien estiradas o son de alta calidad, esta pérdida básicamente se puede ignorar.

4. Pérdida de radiación causada por la flexión de la fibra óptica.

La fibra óptica es blanda y se puede doblar. Sin embargo, después de doblarse hasta cierto punto, aunque la fibra óptica puede guiar la luz, cambiará la ruta de transmisión de la luz. La conversión del modo de transmisión al modo de radiación hace que parte de la energía de la luz penetre en el revestimiento o pase a través del revestimiento para convertirse en un modo de radiación y filtrarse, generando así pérdidas. Cuando el radio de curvatura es mayor de 5 a 10 cm, la pérdida causada por la curvatura se puede ignorar.

Fuente: Dongguan HX Fiber Technology Co., Ltd.