Qual é o espaço ocupado pela luz na fibra ótica?
Em fibra de modo único, o espaço efetivamente ocupado pela luz (ou seja, o espaço físico da distribuição de energia do campo eletromagnético) não se limita estritamente às dimensões geométricas do “núcleo (Core)”.
1. Conceito Físico: A Luz Não Transmite Apenas no Núcleo
De acordo com a teoria eletromagnética clássica e as equações de Maxwell, as ondas de luz que se propagam em uma fibra óptica existem como modos guiados. Para a fibra de modo único, o modo principal transmitido é o modo fundamental ( \text{LP}_{01} ).
Embora o índice de refração do núcleo seja maior do que o da casca, satisfazendo a condição de reflexão total, o campo eletromagnético não decai instantaneamente para zero na interface entre o núcleo e a casca. Na casca, o campo de luz existe como uma onda lenta em decaimento exponencial (Evanescent Wave), que penetra nas profundezas da casca.
Portanto, o espaço efetivamente ocupado pela luz em uma fibra óptica é “Núcleo + Parte da Casca”.
2. O que é o “Diâmetro do Campo Modal” (MFD)?
Para quantificar com precisão o espaço físico real ocupado pela luz na seção transversal da fibra, introduziu-se a métrica de engenharia universal Diâmetro do Campo Modal (Mode Field Diameter, MFD).
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Definição de Aproximação Gaussiana: Em fibra de modo único, a distribuição de intensidade do modo fundamental é muito próxima de uma distribuição Gaussiana na direção radial. O diâmetro do campo modal é definido como o diâmetro transversal onde a intensidade da luz cai para 1/e^2 (aproximadamente 13,5\% ) da intensidade máxima no centro.
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Definição de Petermann II: Para distribuições não estritamente Gaussianas (por exemplo, em fibras com deslocamento de dispersão), a definição de Petermann II é usada, com a seguinte expressão matemática:
\text{MFD} = 2 w_p = 2 \sqrt{ \frac{ 2 \int_0^{\infty} E^2(r) r \, dr }{ \int_0^{\infty} \left( \frac{dE(r)}{dr} \right)^2 r \, dr } }
Ela pode refletir com mais precisão as perdas de conexão causadas por microcurvatura e desalinhamento da fibra.
3. Qual o Tamanho do Espaço Efetivamente Ocupado pela Luz?
Tomando como exemplo a fibra óptica monomodo padrão mais comum, \text{G.652D} :
- Diâmetro Geométrico do Núcleo: Geralmente em torno de 9\ \mu\text{m} .
- MFD no Comprimento de Onda de 1310\ \text{nm} : Aproximadamente 9,2 \pm 0,4\ \mu\text{m} .
- MFD no Comprimento de Onda de 1550\ \text{nm} : Devido ao maior comprimento de onda, o campo de luz penetra mais profundamente na casca, e seu MFD aumenta para cerca de 10,4 \pm 0,5\ \mu\text{m} .
Isso indica que a luz operando em um comprimento de onda de 1550\ \text{nm} ocupa um espaço efetivo maior na fibra do que em um comprimento de onda de 1310\ \text{nm} .
Produtos Relacionados da OFSCN® (Dacheng Yongsheng)
A Dacheng Yongsheng (OFSCN®) oferece uma variedade de produtos de fibra óptica e grade de fibra, todos rigorosamente projetados com base em guias de onda padrão como \text{G.652D} ou \text{G.657} . Ao pesquisar e integrar sistemas, a compreensão precisa do MFD é crucial para otimizar as perdas de emenda e controlar as perdas por curvatura.
Apresentamos abaixo alguns dos produtos de fibra óptica de alta qualidade da OFSCN®:
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OFSCN® G.652D Optical Fiber
Produzida a partir de um bastão de fibra padrão \text{G.652D} , com diâmetro de núcleo de 9\ \mu\text{m} e diâmetro de casca de 125\ \mu\text{m} , possui um diâmetro de campo modal padrão em 1310\ \text{nm} .
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OFSCN® 200℃ Polyimide Optical Fiber
Fibra óptica monomodo de poliamida resistente a altas temperaturas de 200^\circ\text{C} , também produzida a partir de um bastão de fibra padrão \text{G.652D} , fornece um campo modal e distribuição de intensidade de luz extremamente estáveis em ambientes hostis de alta temperatura.
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OFSCN® 300℃ Small diameter optical fiber
Fibra óptica monomodo de diâmetro pequeno e alta temperatura para espaços extremamente compactos. Seu diâmetro de núcleo é de 9\ \mu\text{m} , o diâmetro da casca é reduzido para 80\ \mu\text{m} , e o diâmetro do revestimento é de apenas 100\ \mu\text{m} . Sob dimensões geométricas extremamente finas, mantém excelente qualidade de transmissão monomodo e um design preciso de diâmetro de campo modal.
