Sợi quang đặc biệt là gì?
Jun 28, 2025
1. Là gìSợi quang đặc biệt(Chi tiết)
Các sợi quang đặc biệt khác với các sợi viễn thông tiêu chuẩn trong cấu trúc lõi/ốp, vật liệu, thiết kế ống dẫn sóng và cấu hình pha tạp. Những sợi này làđược thiết kế cho các hiện tượng vật lý cụ thể, chẳng hạn như bảo trì phân cực, hiệu ứng phi tuyến hoặc khả năng phục hồi môi trường.
Sợi tiêu chuẩn: SMF-28, Multimode, chủ yếu được sử dụng cho viễn thông.
Sợi đặc biệt: Được thiết kế riêng để cung cấp năng lượng, cảm biến, tạo ra laser hoặc truyền lượng tử.
2. Các loại sợi quang đặc biệt(Bảng mở rộng)
| Kiểu | Các tính năng chính | Sử dụng trường hợp |
|---|---|---|
| PM (Phân cực duy trì) | Các thanh căng thẳng không đối xứng để bảo tồn phân cực | Giao thoa kế, con quay hồi chuyển, qkd |
| Sợi tinh thể quang tử (PCF) | Mạng lưới không khí trong ốp; chế độ đơn vô tận | Nguồn Supercontinuum, Quang học phi tuyến |
| Sợi quang photonic lõi rỗng | Ánh sáng lan truyền qua không khí (độ trễ thấp) | Dữ liệu cực nhanh, vận chuyển ánh sáng tia cực tím |
| Sợi đôi | Lõi bên trong cho tín hiệu, ốp bên ngoài cho đèn bơm | Laser sợi công suất cao |
| ER/Yb/TM sợi pha tạp | Doping đất hiếm để tăng/lasing ở 980/1064/1550+ nm | Bộ khuếch đại, laser |
| Sợi nhiều loại (MCF) | Một số lõi độc lập | SDM (ghép kênh phân chia không gian), tính toán song song |
| Chất xơ cứng bức xạ | Pha tạp hoặc được che chắn để chống lại bức xạ ion hóa | Không gian, lò phản ứng hạt nhân |
| Khu vực chế độ lớn (LMA) | Đường kính lõi lớn hơn hoặc bằng 20 Pha; phi tuyến thấp | Cung cấp năng lượng, laser xung |
| Chất xơ không phân biệt uốn cong (BIF) | Kỹ thuật chỉ số được hỗ trợ hoặc khúc xạ | FTTH, không gian chật hẹp |
| Sợi quang nhựa (POF) | Lõi PMMA, linh hoạt, chi phí thấp | Cảm biến công nghiệp, mạng lưới xe hơi |
| Sợi nhiệt độ cao | Lớp phủ polyimide hoặc sợi sapphire | Giếng dầu, động cơ phản lực |
| Chất xơ phân tán hoặc làm phẳng | Sự phân tán được tối ưu hóa cho đường dài hoặc băng thông rộng | DWDM, 5G backhaul |
3. Đặc điểm của sợi quang đặc biệt (số liệu chính)
| Tham số | Sự miêu tả | Giá trị điển hình |
|---|---|---|
| Đường kính lõi | Có thể được tùy chỉnh: từ 1 Pha đến 100 Pha+ | ví dụ, 8 PhaM (PMF), 25 Pha (LMA) |
| NA (khẩu độ số) | Điều khiển trường chế độ, góc chấp nhận | 0.08 – 0.45 |
| Hoạt động temp | Chịu được 250 độ - 1000 độ (với polyimide/sapphire) | Lên đến 700 độ |
| Dung sai bức xạ | Thể hiện bằng kgy hoặc mrad | Lên đến 10⁶ gy |
| Bán kính uốn | Tối thiểu mà không mất tín hiệu | Nhỏ hơn hoặc bằng 10 mm (bif) |
| Tỷ lệ tuyệt chủng phân cực (PMF) | Mức độ bảo quản phân cực | >25 dB |
4.Mục đích của sợi quang đặc biệt(Danh mục định hướng sử dụng)
| Mục đích | Loại sợi | Thực hiện |
|---|---|---|
| Kiểm soát phân cực chính xác | PMF | Mã hóa lượng tử, con quay cáp quang |
| Khuếch đại năng lượng & laser | Gấp đôi, pha tạp ER/yb | Máy cắt laser công nghiệp, Lidar |
| Khả năng chịu đựng môi trường | Bức xạ cứng, sợi nhiệt độ cao | Dầu/giếng khí, vệ tinh |
| Kỹ thuật quang phổ | PCF, phân tán-thẳng hàng | Supercontinuum, cảm biến băng thông rộng |
| Tiết kiệm không gian | Chất xơ đa lõi | Trung tâm dữ liệu, điện toán thông lượng cao |
| Giao hàng ánh sáng nhanh | Gốc rỗng | Quantum, Photonics lò vi sóng |
5. Các giải pháp sử dụng sợi quang đặc biệt(Theo ngành)
| Ngành công nghiệp | Loại sợi | Giải pháp kỹ thuật |
|---|---|---|
| Không gian vũ trụ | Bệnh cứng bức xạ, PMF | Kết nối quang học trên vệ tinh, điều hướng quán tính |
| Phòng thủ | PMF, LMA, sợi gồ ghề | Vũ khí hướng dẫn, cảm biến công suất cao |
| Dầu khí | Sợi nhiệt độ cao, sợi DTS | Theo dõi hạ cấp ở mức 200+ |
| Viễn thông | MCF, BIF, DSF | Bánh sống 5g, mở rộng công suất hỗ trợ SDM |
| Gia công bằng laser | LMA, mặc đôi, pha tạp yb | Micromachining, khắc thép |
| Thuộc về y học | PCF, POF linh hoạt | Phẫu thuật được cung cấp bằng sợi, cắt bỏ laser |
| Lượng tử | PMF, core rỗng | Phân phối khóa lượng tử với tiếng ồn thấp |
6. Các ứng dụng của sợi quang đặc biệt(Ví dụ kỹ thuật)
Supercontinuum Generation
– Sử dụng PCF hoặc sợi phi tuyến tính cao (HNLF) được bơm bằng laser femtosecond.
→ cho quang phổ, OCT (Chụp cắt lớp kết hợp quang học)
Laser sợi để sản xuất
– Các sợi pha tạp YB bằng hai lớp trong lớp laser lớp kilowatt
→ Hàn laser, cắt kim loại
Gyroscopes sợi quang (Sương mù)
– Cảm biến vòng kín với cuộn PMF
→ Điều hướng cho máy bay và tàu ngầm
Cảm biến nhiệt độ phân tán (DTS)
– Các cảm biến dựa trên Raman/Brillouin trong sợi quang nhiệt độ cao
→ Phát hiện rò rỉ đường ống
Trung tâm dữ liệu Ghép kênh phân chia không gian (SDM)
– Sử dụng MCF 7 lõi hoặc 19 lõi với các thiết bị quạt/quạt
→ Liên kết quang học siêu đậm đặc
Giao tiếp lượng tử
– PMF hoặc sợi lõi rỗng đảm bảo tính trang trí thấp
→ Phân phối vướng víu và QKD
Hệ thống Lidar
– Sợi khu vực chế độ lớn trong các nguồn xung
→ Phương tiện tự trị, Giám sát khí quyển
Giám sát bức xạ trong các lò phản ứng hạt nhân
– Sợi quang học RAD-Hard với liều lượng quang học thời gian thực
→ Chẩn đoán lõi lò phản ứng
7. Nguyên tắc thiết kế của sợi quang đặc biệt
Thiết kế các sợi quang đặc biệt liên quan đến việc thao túng:
| Tham số | Vai trò | Phương pháp thiết kế |
|---|---|---|
| Chỉ số lõi/ốp | Kiểm soát giam cầm ánh sáng | Chỉ số bước, chỉ số được phân loại, hỗ trợ rãnh |
| Hình học | Xác định hành vi phương thức và khả năng chống uốn cong | Hình tròn, hình chữ D, hình chữ nhật, đa lõi |
| Hệ thống vật chất | Ảnh hưởng đến độ bền, phạm vi quang phổ và mất | Silica, thủy tinh fluoride, chalcogenide, nhựa |
| Hồ sơ doping | Thêm lợi ích, phi tuyến hoặc khả năng chống bức xạ | Các ion đất hiếm (er³⁺, yb³⁺), doping ge/f/p |
| Lớp phủ | Bảo vệ sợi trong môi trường khắc nghiệt | Acrylate, polyimide, kim loại, carbon Hermetic |
Ví dụ:
Chất xơ không nhạy cảm uốn congsử dụng một rãnh trong lớp phủ để tạoTrầm cảm chỉ số khúc xạ, hướng dẫn ánh sáng hiệu quả hơn trong không gian chật hẹp.
8. Quy trình sản xuất
Sản xuất sợi đặc biệt theo các kỹ thuật lắng đọng hơi hóa học cốt lõi nhưng thêm sự phức tạp:
| Kỹ thuật | Sự miêu tả | Sử dụng cho |
|---|---|---|
| MCVD (lắng đọng hơi hóa học đã sửa đổi) | Gửi các lớp thủy tinh bên trong ống silica | Tiêu chuẩn cho PMF, sợi pha tạp |
| OVD (lắng đọng hơi bên ngoài) | Hình thức bồ hóng bên ngoài, sau đó là những người khai thác | Sản xuất hàng loạt, sợi OH thấp |
| PCVD (CVD được kích hoạt bằng plasma) | Cung cấp kiểm soát doping cao | ER pha tạp, đạt được sợi |
| Xếp chồng và rút tiền | Đối với các sợi tinh thể quang tử/lõi rỗng | Mảng lỗ khí và cấu trúc đặc sản |
| Preform Stacking | Sắp xếp thủ công thanh/ống | Multicore, Fiber hình |
Cân nhắc chất lượng:
Điều khiển đường kính trường chế độ (MFD)
Lớp phủ đồng tâm
Mất do sụp đổ lỗ không khí (trong PCF)
Căn chỉnh que căng thẳng (cho PMF)
9. Những thách thức trong triển khai và hội nhập
Những thách thức cấp hệ thống:
| Thử thách | Gây ra | Giải pháp |
|---|---|---|
| Khớp chế độ | Không phù hợp giữa sợi đặc biệt và SMF | Ghép nối thon, bộ điều hợp chế độ sợi |
| Mất nối | Sự sai lệch cốt lõi, không khớp hình học | Fusion ghép nối với liên kết trước, nắp |
| Kết nối | Khó khăn trong LMA, PCF | Ferrules tùy chỉnh, đánh bóng góc |
| Lão hóa môi trường | Suy thoái lớp phủ ở độ cao t hoặc bức xạ cao | Lớp phủ polyimide, Hermetic |
| Phân cực trôi dạt | Căng thẳng cơ học hoặc nhiệt độ | Bộ điều khiển phân cực hoạt động hoặc thiết kế định tuyến PMF |
10. Xu hướng & Công nghệ mới nổi
1. Sợi cong âm tính lõi rỗng
Tán xạ và độ trễ thấp hơn silica
Được sử dụng trongPhotonics vi sóng mạch lạcVàTHZ HIỆN TẠI
2. Multicore + bước sóng + SDM
Kết hợp MCF với DWDM và SDM cho các mạng quang cực dày
Chìa khóa chotrung tâm dữ liệuVàBackbones internet thế hệ tiếp theo
3. Sợi đặc sản phi tuyến
Sợi phi tuyến cao (HNLF), sợi thủy tinh ZBLAN cho Mid-IR
Được sử dụng choTần số lược, Bộ khuếch đại tham số quang học, VàQuang phổ IR
4. Đèn lồng quang tử
Giao diện giữa sợi đa chế độ và mảng MCF/SMF
Cho phépAstrophotonicsVàMode Division ghép kênh
11. Ví dụ về hiệu suất kỹ thuật
| Loại sợi | Sự suy giảm | MFD | Temp tối đa | Ứng dụng |
|---|---|---|---|---|
| PM1550 | ~ 0,3 dB/km | 10.4 µm | ~ 85 độ | Giao thoa kế, qkd |
| Bandgap gốc rỗng | < 0.2 dB/m | 25 µm | ~ 60 độ | Mạng độ trễ thấp |
| Sợi YB đôi | ~ 0,05 dB/m | 6–20 µm | ~ 70 độ | Laser sợi (500W 50055kW) |
| SAPPHIRE Sợi | ~ 1 dB/m (có thể nhìn thấy) | 20–100 µm | >1000 độ | Cảm biến bộ số cao |
| Sợi Zblan Fluoride | ~ 0,1 bóng0.3 dB/m | 8–10 µm | ~ 250 độ | Truyền giữa IR (3 trận5 |
12. Mô -đun & Thành phần sợi đặc biệt
Bạn sẽ thường tìm thấy sợi quang đặc biệt được tích hợp vào các mô -đun nâng cao:
| Thành phần | Sự miêu tả | Loại sợi được sử dụng |
|---|---|---|
| Bộ khuếch đại sợi (EDFA, YDFA) | Tăng tín hiệu quang | ER/Yb/TM sợi pha tạp |
| Mô -đun laser sợi | CW hoặc đầu ra xung | Sợi LMA đôi |
| Cuộn sương mù | Cảm biến chính xác | Vết thương pmf trong vòng xoắn ốc |
| Cáp cảm biến DTS | Cảm biến đường dài | Chất xơ bọc thép cao |
| Bộ chuyển đổi chế độ / quạt quạt | Kết nối MCF với các mảng SMF | Chất xơ đa lõi |
| Supercontinuum Nguồn | Tạo phổ rộng | PCF phi tuyến |
| Máy bơm kết hợp | Kết hợp đèn bơm diode | Hệ thống sợi đôi |





