แกนไฟเบอร์

แกนเส้นใยเป็นรูปทรงกระบอกศูนย์กลางสองชั้นที่มีพื้นที่หน้าตัดขนาดเล็กที่ทำจากแก้วควอทซ์ เปราะหักง่ายและต้องการชั้นป้องกัน สามารถแบ่งออกเป็นใยแก้วนำแสงโครงสร้างจุลภาคและโพลาไรซ์ที่รักษาใยแก้วนำแสงซึ่งส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการทหารการป้องกันประเทศการบินและอวกาศการคุ้มครองสิ่งแวดล้อมการควบคุมอุตสาหกรรมการแพทย์และสุขภาพการวัดและการทดสอบความปลอดภัยของอาหารเครื่องใช้ในครัวเรือนและสาขาอื่น ๆ อีกมากมาย

ในปีพ. ศ. 2509 นายเกาคุนได้เสนอให้ใช้ใยแก้วนำแสงอิเล็กทริกในการส่งข้อมูลกับตัวพาแสงในบทความเป็นครั้งแรกดังนั้นจึงวางรากฐานทางทฤษฎีสำหรับใยแก้วนำแสงเป็นสื่อกลางในการส่งผ่านแสง หลังจากการวิจัยเป็นเวลาหลายปี Corning ในสหรัฐอเมริกาได้ผลิตใยแก้วนำแสงตัวแรกที่สูญเสีย 20dB / Km ในปี 1970 ซึ่งช่วยลดการสูญเสียการส่งผ่านของใยแก้วนำแสงได้อย่างมากและทำให้การพัฒนาเทคโนโลยีการสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสงเป็นไปได้ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมานักวิจัยได้ค้นพบว่าเทคโนโลยีการตรวจจับใยแก้วนำแสงได้กลายเป็นหนึ่งในสาขาที่ใช้งานอยู่ในสาขาเทคโนโลยีออปโตอิเล็กทรอนิกส์เนื่องจากมีความไวสูงความสามารถในการป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่แข็งแกร่งขนาดเล็กและการรวมเข้าด้วยกันได้ง่าย

เทคโนโลยีการตรวจจับใยแก้วนำแสงครอบคลุมหลากหลายสาขาเช่นการทหารการป้องกันประเทศการบินและอวกาศพลังงานและการปกป้องสิ่งแวดล้อมการควบคุมอุตสาหกรรมการแพทย์และสุขภาพการวัดและการทดสอบความปลอดภัยของอาหารเครื่องใช้ในครัวเรือนและสาขาอื่น ๆ อีกมากมาย เซ็นเซอร์หลักที่เกี่ยวข้องส่วนใหญ่ ได้แก่ ไจโรสโคปไฟเบอร์ออปติกไฮโดรโฟนใยแก้วนำแสงเซ็นเซอร์อุณหภูมิตะแกรงไฟเบอร์หม้อแปลงกระแสไฟเบอร์ออปติกและเทคโนโลยีตรวจจับใยแก้วนำแสงอื่น ๆ เส้นใยที่มีโครงสร้างขนาดเล็กและเส้นใยที่รักษาโพลาไรซ์ได้กลายเป็นกระดูกสันหลังของสนามตรวจจับใยแก้วนำแสงเนื่องจากโครงสร้างที่ยืดหยุ่นและลักษณะเฉพาะ

เส้นใยโครงสร้างจุลภาค (Microstructure dfiber, MOF) สามารถแบ่งออกเป็นสองประเภทดังต่อไปนี้ตามโครงสร้างและกลไกการส่งผ่านหนึ่งคือเส้นใยโครงสร้างจุลภาคที่นำดัชนีหักเห อีกอันคือโฟตอนประเภทช่องว่างวงที่มีการจัดเรียงรูอากาศเป็นระยะ ๆ คริสตัลไฟเบอร์ เส้นใยโครงสร้างจุลภาคที่นำดัชนีส่วนใหญ่ประกอบด้วยเส้นใยเส้นเลือดฝอยเส้นใยแกนอาร์เรย์คู่ขนานและเส้นใยแบบมัลติคอร์ตามโครงสร้าง เส้นใยฝอยถูกเสนอครั้งแรกโดย Hidaka et al ในปีพ. ศ. 2524 ตามชื่อที่แนะนำเส้นใยฝอยเป็นโครงสร้างกลวงภายในแกนกลางซึ่งนำไปสู่คุณสมบัติพิเศษมากมาย ในด้านการตรวจจับเส้นใยฝอยมีข้อดีเฉพาะในการวัดของเหลวและก๊าซ ในปี 1997 กลุ่มวิจัยของ ITO.H ได้ใช้ใยแก้วนำแสงแบบแกนกลวงเพื่อควบคุมการเคลื่อนที่ของอะตอมของรูบิเดียมที่ร้อนเพื่อให้เกิดความเข้าใจเชิงลึกมากขึ้นเกี่ยวกับสนามอะตอม ห้องปฏิบัติการวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีการบินและอวกาศวัสดุและโครงสร้างอัจฉริยะของมหาวิทยาลัยการบินและอวกาศหนานจิงตระหนักถึงการวินิจฉัยและการซ่อมแซมวัสดุผสมโดยการฉีดกาวลงบนเส้นใยกลวงซึ่งจะทำให้เกิดการประยุกต์ใช้โครงสร้างพิเศษของเส้นใยเส้นเลือดฝอย เส้นใยหลักของอาร์เรย์แบบขนานหมายถึงเส้นใยที่มีการจัดเรียงหลายคอร์ตามกฎหนึ่ง ๆ และใช้การหุ้มเดียวกัน สิ่งนี้จะทำให้เกิดการมีเพศสัมพันธ์ซึ่งกันและกันระหว่างแกนและทำให้เกิดลักษณะแปลก ๆ มากมาย ห้องปฏิบัติการตรวจจับใยแก้วนำแสงของมหาวิทยาลัย Harbin Engineering ได้ผลิตชุดเส้นใยแสงโครงสร้างจุลภาคแบบหลายแกนแบบดัชนีชี้นำ ใยแก้วนำแสงแบบมัลติคอร์ถูกเสนอในช่วงปลายทศวรรษ 1970 จุดประสงค์หลักคือการรวมแกนไฟเบอร์เข้ากับใยแก้วนำแสงเดียวเพื่อให้ต้นทุนการผลิตของใยแก้วนำแสงและสายเคเบิลสามารถลดลงได้มากและสามารถปรับปรุงการรวมใยแก้วนำแสงได้ ในปี 1994 France Telecom ได้ผลิตไฟเบอร์โหมดเดี่ยวสี่คอร์เป็นครั้งแรก ในปี 2010 บริษัท American OFS B. Zhu และ บริษัท อื่น ๆ ได้ออกแบบและผลิตใยแก้วนำแสงแบบมัลติคอร์เจ็ดคอร์และแกนทั้งเจ็ดถูกจัดเรียงเป็นรูปหกเหลี่ยมปกติ ในปี 2012 R.Ryf และ S.Randel et al. ใช้เส้นใยแบบไม่กี่โหมดในการผลิตเส้นใยโครงสร้างจุลภาคสามแกนซึ่งช่วยลดการครอสทอล์กของเส้นใยมัลติคอร์ แม้ว่าเส้นใยแสงโครงสร้างจุลภาคประเภทท่อนำคลื่นเหล่านี้จะมีปัญหาเช่นการเชื่อมต่อแบบออปติคัลระหว่างคอร์และครอสทอล์คในการสื่อสารใยแก้วนำแสงทางไกลสิ่งนี้เป็นแนวคิดใหม่สำหรับด้านการตรวจจับใยแก้วนำแสงอย่างไม่ต้องสงสัย

GG gt มุมฉากมีสองตัว; สถานะโพลาไรซ์ในไฟเบอร์โหมดเดียว ในกรณีที่เหมาะสมที่สุดที่โครงสร้างของเส้นใยมีความสมมาตรอย่างเคร่งครัดการขยายพันธุ์ของทั้งสองโหมดนี้จะเท่ากัน อย่างไรก็ตามในการผลิตและการใช้งานจริงเนื่องจากเส้นใยโหมดเดี่ยวได้รับผลกระทบจากสภาพแวดล้อมภายนอกเช่นอุณหภูมิและความเค้นและความเครียดที่เกิดขึ้นระหว่างการผลิตจึงมีความเป็นวงรีการกระจายดัชนีหักเหและความไม่สมมาตรของความเครียดอยู่เสมอ มีความแตกต่างในค่าคงที่การแพร่กระจายดังนั้นความแตกต่างของเฟสเพิ่มเติมจึงเกิดขึ้นในระหว่างการแพร่กระจายซึ่งเรียกว่า birefringence ในเลนส์ birefringence แบบนี้จะนำไปสู่การกระจายโหมดโพลาไรซ์อย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ในด้านการตรวจจับใยแก้วนำแสงและมาตรวิทยาใยแก้วนำแสงจำเป็นต้องให้แสงที่แพร่กระจายในใยแก้วนำแสงควรมีสถานะโพลาไรซ์ที่เสถียร ในอุปกรณ์ออพติคอลแบบรวมจำนวนมากสถานะโพลาไรซ์ของไฟอินพุตจะถูกเลือกด้วยเช่นกัน เนื่องจากปรากฏการณ์การกระจายโหมดโพลาไรซ์นี้เส้นใยแสงโหมดเดี่ยวธรรมดาจึง จำกัด การพัฒนาการตรวจจับใยแก้วนำแสงและสาขาอื่น ๆ และผลิตเส้นใยแสงที่รักษาโพลาไรซ์

ในปัจจุบันมีสองวิธีหลักในการแก้ปัญหาความไม่เสถียรของสถานะโพลาไรซ์ในเส้นใยโหมดเดียว ประการแรกคือ: พยายามลดลักษณะที่ไม่สมมาตรของเส้นใยโหมดเดียวพยายามแก้ปัญหาอิทธิพลของความเป็นวงรีและความเค้นตกค้างภายในของเส้นใยเพื่อให้ผลกระทบของเส้นใยโหมดเดี่ยวนี้ลดลงเหลือสองโหมด สามารถเสื่อมซึ่งกันและกันได้ เมื่อค่าคงที่ของการแพร่กระจายแบบสองทิศทางปกติ B มีค่าน้อยกว่า 10 ^ -6 เส้นใยชนิดนี้มักเรียกว่า Low Birefringent Fiber (LBF) วิธีที่สองคือการเพิ่มความไม่สมมาตรของเส้นใยโหมดเดี่ยวเพิ่มลักษณะการสะท้อนแสงและทำให้แสงระหว่างสองโหมดยากที่จะจับคู่กัน เราเรียกว่าไฟเบอร์ที่คงความเป็นโพลาไรเซชันแบบโพลาไรเซชันสูงชนิดนี้ (High Birefringence Fiber เรียกว่า HBF) และค่าคงที่การแพร่กระจายไบรท์ริงเจนซ์แบบปกติ B มีค่ามากกว่า 10 ^ -5 เส้นใยที่รักษาโพลาไรซ์แบบ birefringence สูงสามารถแบ่งออกเป็นเส้นใยโพลาไรซ์คู่และเส้นใยโพลาไรซ์เดี่ยวตามลักษณะการขยายพันธุ์ เส้นใยโพลาไรซ์คู่จะแยกโหมดโพลาไรซ์สองโหมดเพื่อให้โหมดโพลาไรซ์โดยพื้นฐานไม่เปลี่ยนแปลงในระหว่างกระบวนการส่ง ในขณะที่เส้นใยโพลาไรซ์เดี่ยวสามารถส่งได้เพียงโหมดเดียวของโหมดโพลาไรซ์มุมฉากทั้งสองโหมดและโหมดอื่นจะถูกระงับและไม่สามารถแพร่กระจายได้ เราเรียกเส้นใยนี้ว่าเส้นใยโพลาไรซ์เดี่ยวหรือไฟเบอร์โหมดเดี่ยวแบบสัมบูรณ์

ตามวิธีการที่แตกต่างกันของการสะท้อนแสงในเส้นใยแสงการรักษาโพลาไรซ์เส้นใยสามารถแบ่งออกเป็นเส้นใยเอฟเฟกต์รูปทรงเรขาคณิตและเส้นใยที่เกิดความเครียด ดังที่แสดงในรูปมีโครงสร้างหน้าท้ายไฟเบอร์แบบโพลาไรซ์ทั่วไป ในหมู่พวกเขาโบว์ไทแพนด้าการหุ้มรูปไข่ด้านในและเส้นใยโพลาไรซ์ที่หุ้มด้วยความเครียดเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าเป็นเส้นใยที่ไวต่อความเครียด แกนรูปไข่ช่องด้านข้างโพลาไรซ์รักษาเส้นใยเช่นประเภทอุโมงค์ด้านข้างเป็นเส้นใยประเภทเอฟเฟกต์รูปทรงเรขาคณิต ในปัจจุบันเส้นใยรักษาโพลาไรซ์ส่วนใหญ่ผลิตโดยวิธีการที่สร้างความเค้นตกค้างในเส้นใย