Co to jest włókno rdzeniowe (HCF)?
Włókna optyczne zagłębieniowe rdzeniowe różnią się od tradycyjnych włókien optycznych z litego szkła lub plastikowego rdzenia, ponieważ ich wnętrze jest puste i może być wypełnione powietrzem, gazem obojętnym lub próżnią. Ta unikalna metoda projektowania strukturalnego znacząco zmienia charakterystykę propagacji optycznej włókien optycznych, co daje im wiele zalet wydajności w stosunku do tradycyjnych włókien optycznych z litego szklanego rdzenia. Ze względu na szybszą prędkość propagacji światła w powietrzu w porównaniu do szkła, puste włókna optyczne rdzenia mają niższe opóźnienie i straty w porównaniu z tradycyjnymi włóknami optycznymi. Microsoft Lumense twierdzi, że jego pusta prędkość światłowodowa jest 47% szybsza niż standardowe szkło kwarcowe. Ponadto, puste włókna rdzenia nie zbierają światła i mogą łatwo obsługiwać światło w wielu pasmach, takich jak O, S, E, C, L, U itp.
Włókno z pustym rdzeniem, podobnie jak tradycyjne szklane włókno rdzenia, składa się z trzech części: rdzenia, okładziny i powłoki. Główna różnica polega na rdzeniu i okładzinie. Rdzeń pustego włókna jest powietrze, a okładzina jest zaprojektowana na podstawie mikrostruktury, zwykle składającej się z serii małych otworów powietrznych ułożonych w strukturze plastra miodu. Kiedy światło pada na interfejsie między rdzeniem światłowodowym a okładziną, jest ono silnie rozproszone przez okresowo ułożone otwory powietrzne w okładzinie. To wielokrotne rozpraszanie powoduje spójność, umożliwiając fale świetlne, które spełniają określone długości fal i kątów incydentów, powrócić do warstwy rdzenia i kontynuować propagowanie. Funkcją mikrostruktury jest ograniczenie sygnałów optycznych w rdzeniu włókien do propagacji, a wydajność pustych włókien rdzenia jest głównie określona przez mikrostrukturę.
Puste błonnik zmniejsza załamanie światła przez medium z powodu propagacji światła w powietrzu, tym samym znacznie zmniejszając opóźnienie transmisji. Utrata sygnału pustego włókna jest znacznie niższa niż w tradycyjnym włóknie, co czyni go odpowiednim transmisją na długich dystansach i zmniejszając potrzebę wzmacniaczy sygnału. Włókno z pustym rdzeniem znacznie zmniejsza efekty nieliniowe (takie jak modulacja samofaz w obrębie włókien) podczas transmisji optycznej o dużej mocy, dzięki czemu jest szeroko stosowana w transmisji laserowej o dużej mocy i komunikacji kwantowej.
Włókna z pustego rdzenia można po prostu podzielić na dwie kategorie na podstawie ich projektowania mikrostruktury i zasady pracy: fotoniczne włókna rdzenia Bandgap Bandgap (PBG-HCF) i przeciw rezonansowe puste włókna rdzenia (AR-HCF). Rozwój pustych włókien optycznych rdzeniowych przeszedł głównie proces ewolucji od fotonicznych włókien pasmowych po włókna przeciw rezonansowe.
Włókna rdzenia pasmowego Photon Bandgap opierają się na fotonicznej strukturze krystalicznej w okładzinie włókien, tworząc fotoniczną bandgap, aby ograniczyć propagację wiązek światła w pustym rdzeniu. Różnica w współczynniku załamania kryształów fotonicznych oznacza, że wiązka światła może rozprzestrzeniać się tylko w rdzeniu i nie może wyciekać w okładzinę. Jednak ta struktura jest podatna na straty, z przewidywaną utratą około 4dB na kilometr, co ogranicza jego stosowanie w sieciach na duże odległości.
Anty rezonansowe puste włókno spójnie odbija światło między rurkowymi warstwami szkła w włóknie, ograniczając światło w pobliżu rdzenia powietrza i przekazując je wzdłuż osi. Zasada przeciw rezonansu jest dość złożona, a niektórzy ludzie twierdzą, że jest podobna do zakłóceń cienkiej warstwy. Ten rodzaj światłowodu wykorzystuje zasadę odbicia przeciw rezonansowi i tworzy złożoną mikrostrukturę dzięki specjalnej konstrukcji, takiej jak projektowanie wielu warstw specjalnie ułożonych naczyń włosowatych. Ta struktura zapobiega całkowite odbicie światła podczas transmisji, a zagnieżdżona struktura naczyń włosowatych może znacznie zmniejszyć tłumienie pustych włókien optycznych.
