Одномодовые световоды. Многомодовые световоды с и ступенчатым профилем. Волоконные световоды со специальными свойствами. Полимерные световоды.По назначению волоконные световоды можно разделить на пять основных групп: 1. Одномодовые световоды для скоростных систем передачи и фазовых волоконно-оптических датчиков (ВОД). Эти световоды отличаются предельно низкими потерями (0,2 1 дБ/км) и широкой полосой пропускания (1 100 ГГц-км).Сюда же можно отнести волокна с сохранением поляризации, необходимые для целого ряда датчиков и перспективных систем передачи с когерентным приемом.
Типичные размеры световодов первой группы: диаметр сердцевины 5 10 мкм, оболочки 125 мкм, числовая апертура 0,15 0,2. Многомодовые световоды с градиентным профилем показателя преломления, предназначенные для использования в системах передачи нарасстояния в несколько километров с полосой пропускания 100 1000 МГц-км. Потери в таких волокнах лежат в пределах 0,5 5 дБ/км, стандартные размеры: диаметр сердцевины 50 мкм, оболочки 125 мкм, типичное значение числовой апертуры около 0,3. Многомодовые световоды со ступенчатым профилем показателя преломления, предназначенные для использования в локальных сетях, объек¬товых системах передачи и различных ВОД, с весьма умеренной полосой пропускания (10 100МГц-км) и потерями 3 10 дБ/км. Такие световоды имеют повышенную числовую апертуру (0,3 0,6) и диаметр сердцевины 80 400 мк, допускающие эффективное сопряжение с дешевыми и надежными источниками излучения. 4. Волоконные световоды со специальными свойствами, к которым относятся волокна целевого назначения для датчиков и других волоконно-оптических функциональных устройств: лазерные волокна (см. гл. 5), активированные редкоземельными ионами, волокна с пьезоэлектрической или магнитострикционной оболочкой и т. п. 5. Полимерные световоды со ступенчатым или градиентным профилем показателя преломления, отличающиеся высокой гибкостью, прочностью и низкой стоимостью.
Область их применения ограничивается высокими потерями (100…500 дБ/км), поэтому используются они для передачи данных внутри ЭВМ, в роботах,в автомобильных датчиках и т. п. 6. Волокна для среднего ИК диапазона (Х — 2 50 мкм) со сверхнизкими потерями. Световоды первой, второй и отчасти третьей групп имеют одинаковую композицию и изготавливаются из кварцевого стекла, легированного различными добавками, изменяющими показатель преломления в нужную сторону.
Кварцевое стекло имеет высокие однородность и чистоту, что обусловливает малые потери на рассеяние и поглощение (см. § 4.6), отличается высокой температурой плавления, химической и радиационной стойкостью.
Технология производства высококачественных кварцевых во¬локон, как будет видно ниже, достаточно сложна, но доведена до промышленного уровня, обеспечивающего массовый выпуск без снижения качества.
Требования к характеристикам световодов третьей и четвертой групп не являются предельно жесткими, поэтому они изготавливаются из более дешевых материалов (многокомпонентные стекла) и по более простой технологии.
Производство полимерных волокон является самым простым и дешевым в рассматриваемом ряду. Производство волокон шестой группы требует освоения новых материалов и технологий и находится в лабораторной стадии.Наиболее распространенные в мировой практике способы изготовления высококачественных кварцевых волоконных световодов являются разновидности процесса химического осаждения основного стеклообразующего окисла SiO2 и легирующих окислов из парогазовой смеси CVD процесса (Chemical Vapour Deposition). Галоиды кремния, германия, бора, фосфора и т. п входящие в состав парогазовой смеси, при высокой температуре реагируют с кислородом: SiCl4 + O2 => SiO2 + 2Cl2 GeCl4 + O2 => GeO2 +2Cl2 (1) 4BBr3 + 3O2 => 2B2O3 + 6Br3 4POCl3 + 3O22 => 2P2O5 + 6Cl2 В результате реакции образуется мелкодисперсная масса, напоминающая белую сажу, которая после прославления превращается в прозрачное стекло, содержащее около 90 % SiO2. Добавки легирующих окислов меняют коэффициент преломления в нужную сторону в соответствии с зависимостями.
Содержание добавок в стекле регулируется в ходе процесса путем изменения состава парогазовой смеси галоидов, концентрации ее компонентов.
Из рисунка 1 видно, что добавки окислов германия и фосфора повышают показатель преломления стекла, а добавка окиси бора снижает его.