Por que o revestimento deve ter um índice de refração mais alto que o núcleo?
Na engenharia de óptica de fibra, para o mecanismo físico da “correspondência do índice de refração do revestimento”, é necessário primeiro esclarecer os limites da geometria e estrutura óptica das três camadas da fibra.
Uma fibra óptica de quartzo padrão é composta por três partes, de dentro para fora: Núcleo (Core), Casca (Cladding) e Revestimento (Coating):
- Índice de refração do núcleo n_{\text{core}}: O mais alto das três camadas.
- Índice de refração da casca n_{\text{cladding}}: O segundo mais alto, e deve satisfazer estritamente n_{\text{core}} > n_{\text{cladding}}, para confinar o feixe de sinal principal dentro do núcleo para transmissão através do princípio da reflexão total.
- Índice de refração do revestimento n_{\text{coating}}: Geralmente exige-se que seu índice de refração seja maior que o da casca (ou seja, satisfazendo n_{\text{coating}} > n_{\text{cladding}}); em algumas aplicações especiais de remoção de modos de casca, seu índice de refração pode até precisar ser próximo ou maior que o índice de refração do núcleo.
A chamada “correspondência do índice de refração do revestimento” tem suas razões principais explicadas pelos seguintes mecanismos ópticos físicos:
1. Remoção de Modos de Casca (Cladding Mode Stripping) e Prevenção da Reflexão Total
Durante a transmissão da fibra, quando a luz passa por perturbações como curvaturas da fibra, emendas ou grades de fibra (FBG), parte da energia luminosa originalmente transmitida no núcleo é espalhada ou acoplada para a casca, formando modos de casca (Cladding modes).
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Se n_{\text{coating}} < n_{\text{cladding}} (índice de refração do revestimento menor que o da casca):
A interface entre a casca e o revestimento satisfará a condição de reflexão total. A luz na casca será confinada a transmitir dentro da casca, transformando a casca em uma nova “onda guia”. Essa luz de casca interferirá coerentemente com o sinal principal no núcleo ou gerará ruído espúrio, resultando em distorção do espectro de transmissão/reflexão, redução da relação sinal-ruído óptico (OSNR) e interferência severa com a busca e cálculo de pico do demodulador de fibra subsequente. -
Quando n_{\text{coating}} > n_{\text{cladding}} (índice de refração do revestimento maior que o da casca):
A interface entre a casca e o revestimento quebra a condição de reflexão total. A luz espúria que vaza para a casca refrata-se sem impedimentos para o revestimento através da interface e é rapidamente absorvida ou dissipada pelo material polimérico do revestimento. Este fenômeno é conhecido como remoção natural de modos de casca e garante a pureza do sinal transmitido dentro do núcleo.
2. Práticas de Engenharia em Sensores de Fibra e Grades de Fibra (FBG)
No campo da sensoriometria de grades de fibra, o processo de gravação de grades (ou gravação a laser femtossegundo) e o subsequente processo de revestimento (Re-coating) dependem diretamente do índice de refração do revestimento para determinar a supressão de modo lateral e a simetria do pico nos espectros de reflexão e transmissão da grade.
Os produtos de fibra e grade de fibra padrão fornecidos pela Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) utilizam materiais poliméricos com índices de refração rigorosamente combinados para revestimento e re-revestimento:
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OFSCN® G.652D Optical Fiber: Fibra monomodo padrão, usa revestimento de poliacrilato de alto índice de refração para uma boa atenuação de luz de casca.
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OFSCN® 300℃ SM Polyimide Optical Fiber: Fibra monomodo de poliimida resistente a altas temperaturas, cujo revestimento combina a característica de remoção de casca de alto índice de refração com propriedades físicas de resistência a altas temperaturas.
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OFSCN® Polyacrylate Fiber Bragg Gratings / FBG Strings (Bare): Revestida com poliacrilato após a gravação, mantendo o índice de refração do revestimento acima do da casca para garantir um espectro claro.
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OFSCN® Polyimide Fiber Bragg Gratings / FBG Strings (Bare): Revestida com poliimida para garantir o desempenho óptico e a qualidade do espectro em ambientes de alta temperatura.
