Işığın fiber optikte kapladığı gerçek alan ne kadardır?
Tek modlu fiberde, ışığın fiilen kapladığı alan (yani elektromanyetik alanın enerji dağılımının fiziksel alanı) geometrik olarak “çekirdek (Core)” ile sınırlı değildir.
1. Fiziksel Kavram: Işık Yalnızca Çekirdekte İletilmez
Klasik elektromanyetik teori ve Maxwell denklemlerine göre, fiber optikte iletilen ışık dalgaları modlar olarak bulunur. Tek modlu fiber için, temel olarak ana mod ( \text{LP}_{01} ) iletilir.
Çekirdeğin kırılma indisi kaplama (cladding) indisinden daha yüksek olsa ve tam yansıma koşulunu sağlasa da, elektromanyetik alan çekirdek ve kaplama arasındaki arayüzde aniden sıfıra düşmez. Kaplama içinde, ışık alanı üstel olarak azalan bir yavaş dalga (Evanescent Wave) olarak bulunur ve kaplamanın derinliklerine doğru nüfuz eder.
Bu nedenle, ışığın fiberde fiilen kapladığı alan **“çekirdek + kaplamanın bir kısmı”**dır.
2. “Mod Alan Çapı” (MFD) Nedir?
Işığın fiberin en kesitinde kapladığı fiili fiziksel alanı kesin olarak ölçmek için, yaygın bir mühendislik göstergesi olan Mod Alan Çapı (Mode Field Diameter, MFD) tanıtılmıştır.
-
Gauss Yaklaşımı Tanımı: Tek modlu fiberde, ana modun ışık yoğunluğu dağılımı radyal olarak Gauss dağılımına çok yakındır. Mod Alan Çapı, eksendeki maksimum ışık yoğunluğunun 1/e^2 sine (yaklaşık 13,5\% ) düştüğü noktadaki enine kesit çapı olarak tanımlanır.
-
Petermann II Tanımı: Gauss dağılımının tam olmadığı durumlarda (örneğin, dağılım kaydırmalı fiberler), Petermann II tanımı kullanılır ve matematiksel ifadesi şöyledir:
\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 } }
Mikrobending ve hizalama sapmaları nedeniyle oluşan bağlantı kayıplarını daha doğru bir şekilde yansıtabilir.
3. Işığın Fiilen Kapladığı Alan Ne Kadardır?
En yaygın standart tek modlu fiber olan \text{G.652D} örneğini ele alalım:
- Geometrik Çekirdek Çapı: Genellikle yaklaşık 9\ \mu\text{m} dir.
- ** 1310\ \text{nm} dalgaboyundaki MFD**: Yaklaşık 9.2 \pm 0.4\ \mu\text{m} dir.
- ** 1550\ \text{nm} dalgaboyundaki MFD**: Daha uzun dalgaboyu nedeniyle, ışık alanı kaplamaya daha derin nüfuz eder ve MFD yaklaşık 10.4 \pm 0.5\ \mu\text{m} 'ye yükselir.
Bu, 1550\ \text{nm} de çalışan bir ışığın, 1310\ \text{nm} de çalışandan daha büyük bir alanı fiilen kapladığı anlamına gelir.
OFSCN® (Dacheng Yongsheng) İlgili Ürünler
Dacheng Yongsheng (OFSCN®) tarafından sunulan çeşitli fiber optik ve fiber gratings ürünleri, katı bir şekilde standart \text{G.652D} veya \text{G.657} gibi dalga kılavuzu temellerine dayanılarak tasarlanmıştır. Ar-Ge ve sistem entegrasyonunda, MFD’yi tam olarak anlamak, birleştirme kayıplarını optimize etmek ve bükülme kayıplarını kontrol etmek için kritik öneme sahiptir.
İşte OFSCN®'nin bazı yüksek kaliteli fiber optik ürünleri:
-
OFSCN® G.652D Optical Fiber
Standart \text{G.652D} fiber çubuğu üzerine üretilmiştir, çekirdek çapı 9\ \mu\text{m} , kaplama çapı 125\ \mu\text{m} ve 1310\ \text{nm} 'de standart bir mod alan çapına sahiptir.
-
OFSCN® 200℃ Polyimide Optical Fiber
Isıya dayanıklı 200^\circ\text{C} polimida tek modlu fiber, yine standart \text{G.652D} fiber çubuğu üzerine üretilmiştir ve yüksek sıcaklıktaki zorlu ortamlarda son derece kararlı mod alanı ve ışık yoğunluğu dağılımı sağlar.
-
OFSCN® 300℃ Small diameter optical fiber
Aşırı kompakt alanlar için uygun, yüksek sıcaklığa dayanıklı ince çaplı tek modlu fiber. Çekirdek çapı 9\ \mu\text{m} , kaplama çapı 80\ \mu\text{m} 'ye ve kaplama çapı yalnızca 100\ \mu\text{m} 'ye küçültülmüştür. Olağanüstü ince geometrik boyutlara rağmen, üstün tek modlu iletim kalitesini ve hassas mod alan çapı tasarımını korur.
