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.

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 atenuación son la dispersión, la absorción y la pérdida óptica causada por conectores y 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 refiere 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 3 dB 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? ¿A qué se refiere?

Respuesta: La dispersión de la fibra óptica se refiere a la ampliación del retardo de grupo en una fibra óptica, incluida la dispersión de modo, la dispersión de 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 fibra óptica?

Respuesta: Puede describirse 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. Para 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 de fibra óptica?

Respuesta: La dispersión de la fibra óptica hará que el pulso óptico se amplíe 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 una fibra óptica. La mayor parte de la potencia óptica de la fibra óptica se propaga hacia adelante, pero una pequeña parte se retrodispersa hacia el emisor de luz. Usando un espectrómetro en el emisor de luz para observar la curva de tiempo de la 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 interrupción y la pérdida de potencia óptica causada por las uniones y conectores.

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

Respuesta: OTDR se basa en el principio de retrodispersión de la 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 fibra óptica. Es una herramienta indispensable en la construcción, mantenimiento y monitoreo de cables ópticos. Sus principales indicadores incluyen: rango dinámico, sensibilidad, resolución, tiempo de medición y área ciega.

13. ¿Cuál es el área ciega del OTDR? ¿Cuál es el impacto en la prueba? ¿Cómo lidiar con el área ciega en las pruebas reales?

Respuesta: Por lo general, una serie de "puntos ciegos" causados ​​por la saturación del extremo receptor del OTDR debido a reflexiones generadas por puntos característicos como conectores activos y uniones mecánicas se denominan áreas ciegas.

Las zonas ciegas en las fibras ópticas se dividen en zonas ciegas de evento y zonas ciegas de atenuación: la distancia longitudinal desde el punto de inicio del pico de reflexión hasta el pico de saturación del receptor provocada por la intervención de conectores activos se denomina zona ciega de evento; la distancia desde el punto de inicio del pico de reflexión hasta otros puntos de evento identificables provocados por la intervención de conectores activos en fibras ópticas se denomina áreas ciegas de atenuación.

Para OTDR, cuanto más pequeña sea el área ciega, mejor. El área ciega aumentará con el aumento de la amplitud del pulso. Aunque aumentar el ancho del pulso aumenta la longitud de la medición, también aumenta el área ciega de la medición. Por lo tanto, al probar fibras ópticas, se deben usar pulsos estrechos para medir la fibra óptica y los puntos de eventos adyacentes de los accesorios OTDR, mientras que se deben usar 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 fibra óptica, debe elegir un OTDR que coincida con la fibra medida 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 las comunicaciones 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 una 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 dispersión más pequeña? ¿Qué longitud de onda de luz tiene la menor pérdida?

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

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 de pequeña capacidad; Las fibras ópticas de índice de gradiente tienen un amplio ancho de banda y son adecuadas para comunicaciones de mediana y gran capacidad.

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 está aproximadamente entre 1 y 10 μm. A una longitud de onda de trabajo determinada, solo se transmite un modo fundamental, 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 de 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 protección diferencial actual 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 el significado de la apertura numérica (NA) de la fibra óptica de índice escalonado?

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

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

Respuesta: Hay dos modos de polarización ortogonal en una fibra óptica monomodo. Cuando la fibra óptica no es completamente simétrica cilíndricamente, los dos modos de polarización ortogonal no se degeneran. 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 de capa retorcida 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 funda, 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 unida a la funda interior del cable óptico.

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

Respuesta: La funda 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 de cable 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 cable a tierra y comunicación, mejorando efectivamente la tasa de utilización de postes y torres eléctricas.

Cable óptico envuelto (GWWOP), donde existe una línea de transmisión existente, este tipo de cable óptico se envuelve o se 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 extensión máxima de hasta 1000 m.

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

Respuesta: Principalmente: 1) Capa de tubo de plástico torcida + estructura de tubo de aluminio; 2) Tubo central de plástico + estructura de tubo de aluminio; 3) Estructura esquelética de aluminio; 4) Estructura de tubo de aluminio en espiral; 5) Estructura de tubo de acero inoxidable de una sola capa (estructura central de tubo de acero inoxidable, estructura retorcida de capa de tubo de acero inoxidable); 6) Estructura de tubo de acero inoxidable compuesto (estructura central de tubo de acero inoxidable, 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: Se compone 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 los modelos de cable óptico OPGW?

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

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

Respuesta: El radio de curvatura del cable óptico debe ser no menos de 20 veces el diámetro exterior del cable óptico y no menos de 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, e incluyen 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 vivas. Para los requisitos del rendimiento óptico de los conectores de una sola fibra, la atención se centra en los dos parámetros de rendimiento más básicos: la pérdida de inserción y la 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 diferentes estructuras, se pueden dividir en varios tipos como FC, SC, ST, D4, DIN, Biconic, MU, LC, MT, etc.; Según el 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 de fibra óptica, se encuentran comúnmente los siguientes elementos. Por favor 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 la potencia efectiva de la línea de transmisión provocada por la inserción del conector. Para los usuarios, cuanto menor sea el valor, mejor. El UIT-T estipula que su valor no debe exceder 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 lo largo 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 diodos emisores de luz y láseres semiconductores?

Respuesta: La luz generada por un diodo emisor de luz es luz incoherente con un amplio espectro; 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: LED no tiene umbral, mientras que LD tiene umbral. 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: Láser DFB y láser DBR, ambos láseres de retroalimentación distribuida, y su retroalimentación óptica la proporciona 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 la fluctuación del tiempo, ruido puntual y ruido térmico del receptor, ruido de modo de la fibra óptica, ruido causado por el ensanchamiento del pulso causado por la dispersión, ruido de distribución de modo de LD, ruido causado por el chirrido de frecuencia de LD y ruido causado por la 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, fibra óptica monomodo convencional G.652, fibra óptica monomodo con dispersión desplazada G.653 y fibra óptica con dispersión desplazada distinta de cero G.655.

La fibra monomodo G.652 tiene una gran dispersión en la banda C 1530-1565 nm y la banda L 1565-1625 nm, generalmente 17-22 psnm·km. Cuando la velocidad del sistema alcanza los 2,5 Gbit/s o más, se requiere compensación de dispersión. A 10 Gbit/s, el coste 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 las bandas C y L es generalmente de -1-3,5 psnm·km, y es 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 transmisiones de larga distancia con longitud de onda única. Sin embargo, debido a sus características de dispersión cero, se producirán efectos no lineales cuando se utilice DWDM para expansión de capacidad, lo que dará como resultado diafonía de señal y mezcla de cuatro ondas FWM, por lo que no es adecuado 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 FWM de cuatro ondas y puede usarse para expandir la capacidad de DWDM y abrir sistemas de alta velocidad. La nueva fibra G.655 puede ampliar el área efectiva de 1,5 a 2 veces la de las fibras ópticas normales. La gran área efectiva puede reducir la densidad de potencia y reducir el efecto no lineal de la fibra óptica.

43. ¿Cuál 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 manera 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 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 ellos, la dispersión estimulada incluye la dispersión Raman y la dispersión Brillouin. Los dos tipos de dispersión anteriores reducen la energía de la luz incidente, provocando pérdidas. Se puede ignorar cuando la potencia de la fibra de entrada 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 local, basada en dispositivos ópticos pasivos como acopladores y divisores.

Varias causas de atenuación de la fibra óptica.

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

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

Doblado: cuando se dobla la fibra óptica, parte de la luz de la fibra óptica se perderá debido a la dispersión, lo que provocará pérdidas.

Extrusión: Pérdida causada por una ligera curvatura al apretar 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 por ejemplo: diferentes ejes (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 extremo, la intensidad de la luz se debilitará. Esto significa que después de que la señal óptica se propaga a través de la fibra óptica, parte de la energía luminosa se atenúa. Esto demuestra que existen ciertas sustancias en la fibra óptica o que por algún motivo bloquean el paso de la señal óptica. Esta es la pérdida de transmisión de la fibra óptica. Sólo reduciendo la pérdida de fibra óptica la señal óptica puede pasar sin problemas.

2. Clasificación de las pérdidas de la fibra óptica.

La pérdida de la fibra óptica se puede dividir aproximadamente en la pérdida inherente de la fibra óptica y la pérdida adicional causada por las condiciones de uso después de fabricar la fibra óptica. Las subdivisiones específicas son las siguientes:

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

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

Las pérdidas adicionales incluyen pérdidas por microflexión, pérdidas por flexión y pérdidas por empalme.

Entre ellos, la pérdida adicional se produce artificialmente durante el tendido de fibra óptica. En aplicaciones prácticas, es inevitable conectar las fibras ópticas una por una, y la conexión de fibras ópticas provocará pérdidas. La microflexión, compresión y estiramiento de las fibras ópticas también provocarán pérdidas. Todas estas son pérdidas causadas 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 fibra óptica ha cambiado. Se pueden evitar pérdidas adicionales tanto como sea posible. A continuación, sólo analizamos la pérdida inherente de 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 fibra óptica, y la pérdida inherente causada a 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 las pérdidas causadas por diversos factores para el desarrollo de la fibra óptica de bajas pérdidas y el uso racional de la fibra óptica.

3. Pérdida por absorción de materiales.

Los materiales utilizados para fabricar fibras ópticas pueden absorber la energía luminosa. Después de que las partículas del material de fibra óptica absorben energía luminosa, vibran y generan calor, y la energía se pierde, generando así 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 determinada energía y se encuentra en una determinada órbita, es decir, cada órbita tiene un determinado nivel de energía.

El nivel de energía orbital cerca del núcleo es menor y el nivel de energía orbital más lejos del núcleo es mayor. El tamaño de esta diferencia de nivel de energía entre órbitas se llama diferencia de nivel de energía. Cuando un electrón pasa de un nivel de energía bajo a un nivel de energía alto, absorbe la energía de la diferencia de nivel de energía correspondiente.

En una fibra óptica, cuando un electrón con un cierto 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 con un nivel de energía más alto. Este electrón absorbe energía luminosa, lo que provoca una pérdida de absorción de luz.

El dióxido de silicio (SiO2), el material básico para fabricar fibras ópticas, absorbe la luz. Una se llama absorción ultravioleta y la otra se llama 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 analizamos la pérdida en este rango de trabajo.

El pico de absorción generado por las transiciones electrónicas en el vidrio de cuarzo tiene una longitud de onda de aproximadamente 0,1 a 0,2 μm 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 trabajan en la región infrarroja. Por ejemplo, en la región de la luz visible con una longitud de onda de 0,6 μm, la absorción ultravioleta puede alcanzar 1 dB/km, y a una longitud de onda de 0,8 μm, cae a 0,2 a 0,3 dB/km, y a una longitud de onda de 1,2 μm, es sólo aproximadamente 0,1 dB/km.

La pérdida de absorción infrarroja de la fibra óptica de cuarzo es causada por la vibración molecular del material infrarrojo. Hay varios picos de absorción de vibraciones en la banda por encima de 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 a una longitud de onda de 1,85 μm es ldB/km.

A través de la investigación, también se descubrió que hay algunas "moléculas destructivas" en el vidrio de cuarzo que están causando problemas, principalmente algunas impurezas dañinas de metales de transición, como cobre, hierro, cromo, manganeso, etc. Estos "chicos malos" absorben con avidez la energía luminosa bajo irradiación luminosa, saltan y provocan la pérdida de energía luminosa. Eliminar los "alborotadores" 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 descubrió 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. A una longitud de onda de 1,38 μm, la pérdida máxima de absorción generada por el contenido de hidróxido de sólo 0,0001 llega a 33 dB/km.

¿De dónde provienen estos hidróxidos? Hay muchas fuentes de hidróxidos. En primer lugar, hay agua y compuestos de hidróxido en los materiales utilizados para fabricar fibras ópticas. 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, hay una pequeña cantidad de agua en los hidróxidos utilizados para fabricar fibras ópticas; tercero, el agua se genera debido a reacciones químicas durante el proceso de fabricación de fibras ópticas; cuarto, el vapor de agua es introducido por la entrada de aire exterior. Sin embargo, el proceso de fabricación actual se ha desarrollado a un nivel bastante alto y el contenido de hidróxido ha disminuido a un nivel suficientemente bajo como para ignorar su impacto en las fibras ópticas.

4. Pérdida por dispersión

En la noche oscura, si apuntas con una linterna al cielo, podrás ver un rayo de luz. La gente también ha visto gruesos rayos de luz provenientes 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 pequeñas partículas, como moléculas, átomos y 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 es la partícula, menor es la frecuencia de vibración y mayor es la longitud de onda de la luz liberada; cuanto más pequeña es la partícula, mayor es la frecuencia de vibración y más corta es 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 sola, sino que requiere de 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 direcciones, y la energía de la luz incidente se absorbe y se convierte en la energía de la partícula, y la partícula reemite la energía en forma de energía luminosa. Por lo tanto, para las personas que observan desde el exterior, parece que la luz incide en la partícula y luego sale volando en todas direcciones.

La dispersión de Rayleigh también ocurre en las fibras ópticas, y la pérdida de luz causada por esto se llama pérdida por dispersión de Rayleigh. Dado el nivel actual de la tecnología de fabricación de fibra óptica, se puede decir que la pérdida por dispersión de Rayleigh es inevitable. Sin embargo, dado que la magnitud de la pérdida por dispersión de Rayleigh es inversamente proporcional a la cuarta potencia de la longitud de onda de la luz, el impacto de la pérdida por dispersión de Rayleigh puede reducirse en gran medida cuando la fibra óptica opera 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 espesores desiguales en la fibra óptica, especialmente en la interfaz núcleo-revestimiento desigual. Cuando la luz llega a estos lugares, parte de la luz se dispersará en todas direcciones, provocando pérdidas. Esta pérdida se puede superar mejorando el proceso de fabricación de fibra óptica. La dispersión hace que la luz se emita en todas direcciones y parte de la luz dispersada se refleja 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 provoca que se pierda parte de la energía luminosa, lo cual no es deseable. Sin embargo, este fenómeno también lo podemos aprovechar nosotros, porque si analizamos la intensidad de la parte de la luz recibida en el extremo transmisor, podemos comprobar los puntos de rotura, defectos y pérdidas de esta fibra óptica. De esta manera, mediante el ingenio humano, las cosas malas pueden convertirse en buenas.

Pérdida de fibra En los últimos años, la comunicación por fibra óptica se ha utilizado ampliamente en muchos campos. Una cuestión importante al realizar 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 la fibra óptica afecta directamente la distancia de transmisión o la distancia entre estaciones repetidoras. Por lo tanto, comprender y reducir las pérdidas de la fibra óptica tiene una gran importancia práctica para las comunicaciones por fibra óptica.

1. Pérdida de absorción de fibra óptica.

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

① Pérdida por 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 se encuentra en la banda ultravioleta. Cuando la absorción es muy fuerte, su cola será arrastrada hasta 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 por 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 a 1,0 μm. Para la fibra óptica de cuarzo puro, se puede ignorar la pérdida causada por las impurezas.

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 resultará en absorción de luz y pérdida, pero en general este efecto es muy pequeño.

2. Pérdida por dispersión de 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 es causada 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. Este desnivel se soluciona durante el proceso de enfriamiento y su tamaño es menor que la longitud de onda de la onda de luz. Cuando la luz encuentra 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 pérdida. Además, la concentración desigual de óxidos contenidos en la fibra óptica y el dopaje desigual también pueden provocar dispersión y pérdida.

3. Pérdida por dispersión de la guía de ondas

Esta es la dispersión causada por una distorsión aleatoria o rugosidad de la interfaz. De hecho, es la conversión de modo o el acoplamiento de modo causado por la distorsión o 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 los distintos modos transmitidos en la fibra óptica es diferente, en el proceso de conversión del 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 por dispersión de la guía de ondas. Para reducir esta pérdida es necesario mejorar el proceso de fabricación de la fibra óptica. En el caso de fibras ópticas bien estiradas o de alta calidad, esta pérdida básicamente puede ignorarse.

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

La fibra óptica es suave 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 luminosa 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 superior a 5 a 10 cm, se puede ignorar la pérdida provocada por la flexión.

Fuente: Dongguan HX Fiber Technology Co., Ltd