Какое пространство фактически занимает свет в оптоволокне?
В одномодовом волокне реальное пространство, занимаемое светом (то есть физическое пространство распределения энергии электромагнитного поля), не ограничивается геометрическим размером «сердцевины (Core)».
1. Физическая концепция: свет распространяется не только в сердцевине
Согласно классической теории электромагнетизма и уравнениям Максвелла, свет, распространяющийся в оптическом волокне, существует в виде направляемых мод. В одномодовом волокне в основном передается основная мода ( \text{LP}_{01} ).
Хотя показатель преломления сердцевины выше, чем у оболочки, что удовлетворяет условию полного отражения, электромагнитное поле не затухает до нуля мгновенно на границе между сердцевиной и оболочкой. В оболочке световое поле существует в виде экспоненциально затухающей медленной волны (Evanescent Wave, также известной как затухающая волна/затухающее поле) и проникает вглубь оболочки.
Следовательно, реальное пространство, занимаемое светом в оптическом волокне, — это «сердцевина + часть оболочки».
2. Что такое «диаметр модового поля» (MFD)?
Для точной количественной оценки реального физического пространства, занимаемого светом в поперечном сечении оптического волокна, введен универсальный инженерный показатель — диаметр модового поля (Mode Field Diameter, MFD).
-
Определение по гауссову приближению: В одномодовом волокне распределение интенсивности основной моды по радиусу очень близко к гауссову распределению. Диаметр модового поля определяется как диаметр поперечного сечения, при котором интенсивность света снижается до 1/e^2 (примерно 13,5\% ) от максимальной интенсивности в центре.
-
Определение Petermann II: При нестрогом гауссовом распределении (например, в волокне со смещенной дисперсией) используется определение Petermann II с математическим выражением:
\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 } }
Оно может более точно отражать потери при соединении, вызванные микроизгибами и отклонениями юстировки волокна.
3. Каково реальное пространство, занимаемое светом?
В качестве примера возьмем наиболее распространенное стандартное одномодовое волокно \text{G.652D} :
- Геометрический диаметр сердцевины: обычно около 9\ \mu\text{m} .
- MFD при длине волны 1310\ \text{nm} : около 9,2 \pm 0,4\ \mu\text{m} .
- MFD при длине волны 1550\ \text{nm} : из-за большей длины волны световое поле глубже проникает в оболочку, и его MFD увеличивается примерно до 10,4 \pm 0,5\ \mu\text{m} .
Это означает, что пространство, фактически занимаемое светом, работающим при длине волны 1550\ \text{nm} , больше, чем при длине волны 1310\ \text{nm} .
Продукты, связанные с OFSCN® (Dacheng Yongsheng)
Многие оптоволоконные и волоконно-оптические брэгговские решетки, предлагаемые Dacheng Yongsheng (OFSCN®), строго основаны на стандартных волноводных базах, таких как \text{G.652D} или \text{G.657} . При разработке и системной интеграции точное понимание MFD имеет решающее значение для оптимизации потерь при сварке и контроля потерь на изгиб.
Ниже приведены некоторые высококачественные оптоволоконные продукты OFSCN®:
-
OFSCN® G.652D Optical Fiber
Изготовлено на основе стандартного преформы \text{G.652D} , имеет диаметр сердцевины 9\ \mu\text{m} и диаметр оболочки 125\ \mu\text{m} , со стандартным диаметром модового поля при 1310\ \text{nm} .
-
OFSCN® 200℃ Polyimide Optical Fiber
Термостойкое полиимидное одномодовое волокно на 200^\circ\text{C} , также изготовленное на основе стандартного преформы \text{G.652D} , обеспечивает чрезвычайно стабильное распределение модового поля и интенсивности света в суровых условиях высоких температур.
-
OFSCN® 300℃ Small diameter optical fiber
Высокотемпературное одномодовое волокно малого диаметра для экстремально компактных пространств. Его сердцевина имеет диаметр 9\ \mu\text{m} , оболочка уменьшена до 80\ \mu\text{m} , а диаметр покрытия составляет всего 100\ \mu\text{m} . Несмотря на чрезвычайно малые геометрические размеры, оно сохраняет превосходное качество одномодовой передачи и точную конструкцию диаметра модового поля.
