Okładzina (światłowód)

Okładzina w światłowodach to jedna lub więcej warstw materiałów o niższym współczynniku załamania światła , w ścisłym kontakcie z materiałem rdzenia o wyższym współczynniku załamania światła. Płaszcz powoduje, że światło jest ograniczane do rdzenia światłowodu przez całkowite wewnętrzne odbicie na granicy między nimi. W przypadku większości włókien propagacja światła w płaszczu jest zwykle tłumiona. Jednak niektóre włókna mogą obsługiwać tryby płaszcza , w których światło rozchodzi się zarówno przez płaszcz, jak i rdzeń. W zależności od liczby obsługiwanych modów są one określane jako wielomodowe i włókna jednomodowe . Poprawę transmisji przez włókna poprzez zastosowanie płaszcza odkrył w 1953 roku holenderski naukowiec Bram van Heel.

Historia

Fakt, że transmisję przez włókna można poprawić poprzez zastosowanie płaszcza, odkrył w 1953 roku van Heel, który wykorzystał to do zademonstrowania transmisji obrazu przez wiązkę światłowodów. Wczesne materiały okładzinowe obejmowały oleje , woski i polimery . Lawrence E. Curtiss z University of Michigan opracował pierwszą okładzinę szklaną w 1956 r., Wkładając szklany pręt do szklanej rurki o niższym współczynniku załamania światła, stapiając je razem i wciągając strukturę kompozytową w światłowód.

Tryby

Mod płaszcza jest trybem , który jest ograniczony do płaszcza światłowodu ze względu na fakt, że płaszcz ma wyższy współczynnik załamania światła niż otaczający ośrodek , którym jest powietrze lub główna powłoka polimerowa. Tryby te są na ogół niepożądane. Nowoczesne włókna mają pierwotny płaszcz polimerowy o współczynniku załamania światła, który jest nieco wyższy niż współczynnik załamania płaszcza, dzięki czemu światło rozchodzące się w płaszczu jest szybko tłumione i zanika już po kilku centymetrach propagacji . Wyjątkiem jest włókno podwójnie powlekane , które jest przeznaczone do obsługi trybu w płaszczu wewnętrznym, jak również w rdzeniu.

Zalety

Podczas produkcji włókien szklanych nieuchronnie wystąpią nieregularności powierzchni (np. pory i pęknięcia), które będą rozpraszać światło po uderzeniu i zmniejszać całkowitą odległość światła. Włączenie okładziny szklanej znacznie zmniejsza tłumienie spowodowane przez te nieregularności powierzchni. Wynika to z mniejszego rozpraszania światła na styku szkło/szkło niż na styku szkło/powietrze dla światłowodu bez płaszcza. Dwa podstawowe czynniki, które na to pozwalają, to mniejsza zmiana współczynnika załamania światła widoczna między dwiema taflami szkła, a także nierówności powierzchni na okładzinie, które nie zakłócają wiązki światła. Włączenie okładziny szklanej jest również ulepszeniem w porównaniu z samym nałożeniem powłoki polimerowej, ponieważ szkło będzie zazwyczaj mocniejsze, bardziej jednorodne i czystsze. Dodatkowo włączenie warstwy okładziny pozwala również na zastosowanie mniejszych rdzeni z włókna szklanego. Większość włókien szklanych posiada płaszcz, który zwiększa całkowitą średnicę zewnętrzną do 125 mikronów .

Wpływ na aperturę numeryczną

Apertura numeryczna światłowodu wielomodowego jest funkcją współczynników załamania płaszcza i rdzenia:

Diagram pokazujący, jak światło załamuje się na styku rdzeń/płaszcz. Przy czym kąt załamania zależy od różnicy współczynnika załamania n rdzenia i płaszcza.

$\ Displaystyle {\ rm {{NA} = {\ sqrt {n_ {\ rm {rdzeń}} ^ {2} -n_ {\ rm {odziany }}^{2}}}}}}$

Apertura numeryczna pozwala na obliczenie kąta akceptacji padania na interfejs światłowodu. Co da maksymalny kąt, pod jakim padające światło może wejść do rdzenia i utrzymać całkowite wewnętrzne odbicie:

${\ Displaystyle {\ rm {{NA} = \ sin (\ teta _ {A})}}}$

Łącząc oba te równania, na powyższym diagramie można zobaczyć, jak jest funkcją $i$${\ displaystyle n_ {1}}$ n $displaystyle n_ {2} }}$ , gdzie ${\ displaystyle n_ {1}}$ jest współczynnikiem załamania rdzenia i ${\ displaystyle n_ {2}}$

${\ displaystyle n_ {2}}$ to współczynnik załamania światła okładziny.

Ostatnie zmiany

Rdzenie światłowodowe i okładziny są zwykle wykonane z wysoko oczyszczonego szkła krzemionkowego ze względu na jego doskonałą przepuszczalność światła. Pewne zanieczyszczenia mogą być dodawane w celu nadania różnych właściwości, takich jak zwiększenie odległości transmisji lub poprawa elastyczności włókna. W ciągu ostatnich kilku lat wykonano znaczną pracę w celu poprawy tych właściwości. ClearCurve to kabel światłowodowy stworzony przez firmę Corning , w którym zmiany w płaszczu pozwalają uczynić włókno setki razy bardziej elastycznym niż tradycyjne włókna.

Ten artykuł zawiera materiały należące do domeny publicznej z normy federalnej 1037C . Administracja usług ogólnych . (w celu wsparcia MIL-STD-188 ).