فیبر هسته توخالی (HCF) چیست؟
الیاف نوری هسته توخالی با الیاف نوری شیشه جامد یا پلاستیکی سنتی متفاوت است ، زیرا فضای داخلی آنها خالی است و می تواند با هوا ، گاز بی اثر یا خلاء پر شود. این روش طراحی ساختاری منحصر به فرد به طور قابل توجهی ویژگی های انتشار نوری الیاف نوری را تغییر می دهد و به آنها مزایای عملکردی متعدد نسبت به الیاف نوری هسته شیشه جامد سنتی می دهد. با توجه به سرعت انتشار سریعتر نور در هوا در مقایسه با شیشه ، الیاف نوری هسته توخالی نسبت به الیاف نوری سنتی دارای تأخیر و ضرر کمتری هستند. Microsoft Lumench ادعا می کند که سرعت فیبر نوری توخالی آن 47 ٪ سریعتر از شیشه کوارتز استاندارد است. علاوه بر این ، الیاف هسته توخالی نور را انتخاب نمی کنند و می توانند به راحتی از نور در چندین باند مانند O ، S ، E ، C ، L ، U و غیره پشتیبانی کنند.
فیبر هسته توخالی ، مانند فیبر هسته شیشه ای سنتی ، از سه قسمت تشکیل شده است: هسته ، روکش و روکش. تفاوت اصلی در هسته و روکش است. هسته فیبر توخالی هوا است ، و روکش دار بر اساس ریزساختار طراحی شده است ، که معمولاً از یک سری سوراخ های هوای ریز و درشت که در یک ساختار لانه زنبوری مانند ساخته شده اند ، تشکیل شده است. هنگامی که نور در رابط بین هسته فیبر و روکش حادثه رخ می دهد ، با سوراخ های هوای دوره ای مرتب شده در روکش به شدت پراکنده می شود. این پراکندگی متعدد باعث ایجاد انسجام می شود و به امواج نوری که طول موج های خاص و زوایای حادثه را برآورده می کنند ، به لایه اصلی و ادامه پخش اجازه می دهد. عملکرد ریزساختار محدود کردن سیگنال های نوری در هسته فیبر برای انتشار است و عملکرد الیاف هسته توخالی عمدتاً توسط ریزساختار تعیین می شود.
فیبر توخالی به دلیل انتشار نور در هوا ، باعث کاهش نور در محیط می شود و از این طریق تأخیر انتقال را تا حد زیادی کاهش می دهد. از بین رفتن سیگنال فیبر توخالی به طور قابل توجهی پایین تر از فیبر سنتی است ، و آن را برای انتقال فوق العاده طولانی از راه دور و کاهش نیاز به آمپلی فایرهای سیگنال مناسب می کند. فیبر هسته توخالی به طور قابل توجهی اثرات غیرخطی (مانند مدولاسیون فاز خود را در فیبر) در حین انتقال نوری با قدرت بالا کاهش می دهد ، و آن را در انتقال لیزر با قدرت بالا و ارتباطات کوانتومی کاربرد دارد.
الیاف هسته توخالی را می توان به سادگی بر اساس طراحی ریزساختار و اصل کار خود به دو دسته طبقه بندی کرد: الیاف هسته توخالی باند فلزی (PBG-HCF) و الیاف هسته توخالی ضد رزونانس (AR-HCF). توسعه الیاف نوری هسته توخالی عمدتاً روند تکامل را از الیاف باند باند فوتونی به الیاف ضد رزونانس طی کرده است.
الیاف هسته توخالی فوتون باند با تکیه بر ساختار کریستال فوتونیک در روکش فیبر برای تشکیل یک باند فوتونی برای محدود کردن انتشار تیرهای نوری در هسته توخالی. تفاوت در ضریب انکسار کریستال های فوتونیک بدان معنی است که پرتو نور فقط می تواند در هسته پخش شود و نمی تواند به روکش نشت نشت. با این حال ، این ساختار مستعد ضرر و زیان است ، با از دست دادن پیش بینی شده تقریباً 4dB در هر کیلومتر ، که استفاده از آن در شبکه های مسافت طولانی را محدود می کند.
فیبر توخالی ضد رزونانس به طور منسجم نور به عقب و جلو بین فیلم های شیشه ای لوله ای داخل فیبر منعکس می شود و نور را در نزدیکی هسته هوا محدود می کند و آن را در امتداد محور منتقل می کند. اصل ضد رزونانس کاملاً پیچیده است و برخی از انسانها استدلال می کنند که شبیه به تداخل فیلم نازک است. این نوع فیبر نوری از اصل بازتاب ضد رزونانس استفاده می کند و یک ریزساختار پیچیده را از طریق طراحی ساختاری ویژه ، مانند طراحی لایه های مختلف از مویرگهای مخصوص مرتب شده ، تشکیل می دهد. این ساختار از بازتاب کل نور در هنگام انتقال جلوگیری می کند و ساختار تو در تو در تویولاها می تواند کاهش ضعف الیاف نوری هسته توخالی را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.
