Apa itu serat optik khusus?
Jun 28, 2025
1. ApaSerat optik khusus(Terperinci)
Serat optik khusus berbeda dari serat telekomunikasi standar dalam struktur inti/kelongsong, bahan, desain pandu gelombang, dan profil doping. Serat -serat inidirekayasa untuk fenomena fisik tertentu, seperti pemeliharaan polarisasi, efek nonlinier, atau ketahanan lingkungan.
Serat standar: SMF-28, multimode, terutama digunakan untuk telekomunikasi.
Serat khusus: Disesuaikan untuk pengiriman daya, penginderaan, pembangkit laser, atau transmisi kuantum.
2. Jenis serat optik khusus(Tabel yang diperluas)
| Jenis | Fitur utama | Menggunakan kasus |
|---|---|---|
| PM (Polarisasi yang Melindungi) | Batang stres asimetris untuk melestarikan polarisasi | Interferometer, giroskop, qkd |
| Fotonik Crystal Fiber (PCF) | Kisi lubang udara di kelongsong; mode tunggal tanpa henti | Sumber supercontinuum, optik nonlinier |
| Serat celah pita fotonik hollow | Cahaya merambat melalui udara (latensi rendah) | Data ultrafast, transportasi ringan UV |
| Serat berpakaian dua kali | Inti bagian dalam untuk sinyal, kelongsong luar untuk lampu pompa | Laser serat daya tinggi |
| ER/YB/TM Doped Fiber | Doping Rare-Earth untuk Gain/Lasing di 980/1064/1550+ nm | Amplifier, laser |
| Multicore Serat (MCF) | Beberapa core independen | SDM (Multiplexing Divisi Luar Angkasa), Komputasi Paralel |
| Serat yang dikerjakan radiasi | Doped atau terlindung untuk menahan radiasi pengion | Ruang, reaktor nuklir |
| Area Mode Besar (LMA) | Diameter inti lebih besar dari atau sama dengan 20 μm; nonlinier rendah | Pengiriman daya, laser berdenyut |
| Bend-Sensitive Fiber (BIF) | Teknik Indeks Bantuan Parit atau Refraktif | Ftth, ruang ketat |
| Fiber Optik Plastik (POF) | Inti PMMA, fleksibel, berbiaya rendah | Sensor Industri, Jaringan Mobil |
| Serat suhu tinggi | Pelapis poliimida atau serat safir | Sumur minyak, mesin jet |
| Serat yang bergeser atau datar | Dispersi yang dioptimalkan untuk jarak jauh atau broadband | Dwdm, backhaul 5g |
3. Karakteristik serat optik khusus (metrik utama)
| Parameter | Keterangan | Nilai khas |
|---|---|---|
| Diameter inti | Dapat disesuaikan: dari 1 μm hingga 100 μm+ | misalnya, 8 μm (PMF), 25 μm (LMA) |
| NA (bukaan numerik) | Kontrol Bidang Mode, Sudut Penerimaan | 0.08 – 0.45 |
| Suhu operasi | Tahan 250 derajat - 1000 derajat (dengan poliimida/safir) | Hingga 700 derajat |
| Toleransi radiasi | Diungkapkan dalam KGY atau MRAD | Hingga 10⁶ Gy |
| Radius Bending | Minimum tanpa kehilangan sinyal | Kurang dari atau sama dengan 10 mm (BIF) |
| Rasio Kepunahan Polarisasi (PMF) | Tingkat pelestarian polarisasi | >25 db |
4.Tujuan serat optik khusus(Kategori yang Digunakan Penggunaan)
| Tujuan | Tipe serat | Pelaksanaan |
|---|---|---|
| Kontrol polarisasi presisi | PMF | Enkripsi kuantum, giroskop serat optik |
| Amplifikasi Daya & Laser | Berlaku dua kali lipat, ER/YB-DOPED | Pemotong laser industri, Lidar |
| Toleransi lingkungan | Serat suhu tinggi yang dikerjakan radiasi | Sumur minyak/gas, satelit |
| Teknik Spektral | PCF, dispersi-di-flattened | Supercontinuum, penginderaan broadband |
| Penghematan ruang | Serat multicore | Pusat data, komputasi throughput tinggi |
| Pengiriman Cahaya Cepat | Inti berongga | Quantum, Microwave Photonics |
5. Solusi Menggunakan Serat Optik Khusus(Oleh industri)
| Industri | Tipe serat | Solusi Teknik |
|---|---|---|
| Aerospace | Radiasi-Kerajaan, PMF | Interkoneksi optik pada satelit, navigasi inersia |
| Pertahanan | PMF, LMA, serat kasar | Senjata yang dipandu serat, sensor berdaya tinggi |
| Minyak & Gas | Serat suhu tinggi, serat DTS | Downhole Monitoring di 200+ derajat |
| Telekomunikasi | MCF, BIF, DSF | 5G Backbone, Penskalaan Kapasitas yang Diaktifkan SDM |
| Pemesinan laser | LMA, berpakaian dua kali, YB-doped | Micromachining, ukiran baja |
| Medis | PCF, POF fleksibel | Operasi yang Diberikan Serat, Ablasi Laser |
| Kuantum | PMF, inti berongga | Distribusi kunci kuantum dengan noise rendah |
6. Aplikasi serat optik khusus(Contoh teknis)
Generasi supercontinuum
– Menggunakan PCF atau serat nonlinier (HNLF) yang dipompa oleh laser femtosecond.
→ Untuk spektroskopi, OCT (tomografi koherensi optik)
Laser serat untuk pembuatan
– Serat yang didoping YB dua kali dalam laser kelas kilowatt
→ pengelasan laser, memotong logam
Giroskop serat-optik (kabut)
– Penginderaan loop tertutup dengan koil PMF
→ Navigasi untuk pesawat terbang dan kapal selam
Sensing Suhu Terdistribusi (DTS)
– Sensor berbasis Raman/Brillouin dalam serat optik suhu tinggi
→ Deteksi kebocoran pipa
Pusat Data Pembagian Ruang Multiplexing (SDM)
– Menggunakan 7-core atau 19-core MCF dengan perangkat fan-in/fan-out
→ Tautan optik ultra-padat
Komunikasi kuantum
– PMF atau serat hollow-core memastikan dekoherensi rendah
→ Distribusi keterjeratan dan QKD
Sistem Lidar
– Serat area mode besar dalam sumber berdenyut
→ Kendaraan otonom, pemantauan atmosfer
Pemantauan radiasi dalam reaktor nuklir
– Serat optik yang keras dengan dosimetri optik real-time
→ Diagnostik inti reaktor
7. Prinsip Desain Serat Optik Khusus
Merancang serat optik khusus melibatkan memanipulasi:
| Parameter | Peran | Pendekatan desain |
|---|---|---|
| Indeks inti/kelongsong | Mengontrol kurungan cahaya | Indeks langkah, indeks bertingkat, dibantu parit |
| Geometri | Menentukan perilaku modal dan menekuk resistensi | Melingkar, berbentuk D, persegi panjang, multicore |
| Sistem material | Mempengaruhi daya tahan, rentang spektral, dan kerugian | Silika, kaca fluoride, chalcogenide, plastik |
| Profil doping | Menambahkan gain, nonlinieritas, atau resistensi radiasi | Ion Rare-Earth (ER³⁺, YB³⁺), GE/F/P Doping |
| Pelapis | Lindungi serat di lingkungan yang keras | Akrilat, polimida, logam, karbon hermetis |
Contoh:
Serat yang tidak sensitifmenggunakan parit di kelongsong untuk membuat aDepresi indeks bias, membimbing cahaya lebih efektif di ruang sempit.
8. Proses pembuatan
Produksi serat khusus mengikuti teknik deposisi uap kimia inti tetapi menambahkan kompleksitas:
| Teknik | Keterangan | Gunakan untuk |
|---|---|---|
| MCVD (deposisi uap kimia yang dimodifikasi) | Deposit lapisan kaca di dalam tabung silika | Standar untuk PMF, Doped Fiber |
| OVD (deposisi uap luar) | Bentuk jelaga secara eksternal, lalu sinters | Produksi massal, serat oh rendah |
| PCVD (CVD yang diaktifkan plasma) | Menawarkan kontrol doping tinggi | ER-DOPED, Gain Fiber |
| Stack-and-Draw | Untuk serat kristal/hollow-core fotonik | Susunan lubang udara dan struktur khusus |
| Penumpukan Preform | Pengaturan manual batang/tabung | Serat multicore, berbentuk |
Pertimbangan Kualitas:
Kontrol Diameter Bidang Mode (MFD)
Konsentrisitas pelapisan
Kerugian akibat keruntuhan lubang udara (di PCF)
Penyelarasan batang stres (untuk PMF)
9. Tantangan dalam penyebaran dan integrasi
Tantangan tingkat sistem:
| Tantangan | Menyebabkan | Solusi |
|---|---|---|
| Pencocokan mode | Ketidakcocokan antara serat khusus dan SMF | Splicing meruncing, adaptor mode serat |
| Kerugian penyambungan | Misalignment inti, ketidakcocokan geometri | Splicing fusi dengan pra-penyelarasan, tutup |
| Konektorisasi | Sulit di LMA, PCF | Ferrules khusus, pemolesan sudut |
| Penuaan lingkungan | Degradasi pelapis pada T atau radiasi tinggi | Pelapis karbon polimida, hermetis |
| Polarisasi Drift | Tegangan atau suhu mekanik | Pengontrol polarisasi aktif atau desain perutean PMF |
10. Tren & Teknologi yang Muncul
1. Serat kelengkungan negatif hollow-core
Hamburan & latensi yang lebih rendah dari silika
Digunakan diFotonik microwave yang koherenDanTransmisi
2. Multicore + panjang gelombang + sdm
Gabungkan MCF dengan DWDM dan SDM untuk jaringan optik ultra-padat
Kunci untukpusat dataDanBackbones internet generasi berikutnya
3. Serat khusus nonlinier
Serat tinggi nonlinier (hnlf), serat kaca zblan untuk mid-IR
Digunakan untuksisir frekuensi, amplifier parametrik optik, DanSpektroskopi IR
4. Lentera fotonik
Antarmuka antara serat multimode dan array MCF/SMF
MemungkinkanastrofotoniDanmultiplexing mode-divisi
11. Contoh kinerja teknis
| Tipe serat | Atenuasi | Mfd | Suhu Maksimum | Aplikasi |
|---|---|---|---|---|
| PM1550 | ~ 0,3 dB/km | 10.4 µm | ~ 85 derajat | Interferometri, QKD |
| Pita berongga-inti | < 0.2 dB/m | 25 µm | ~ 60 derajat | Jaringan Latensi Rendah |
| Serat YB berpakaian dua kali | ~ 0,05 dB/m | 6–20 µm | ~ 70 derajat | Laser Serat (500W - 5kW) |
| Serat safir | ~ 1 dB/m (terlihat) | 20–100 µm | >1000 derajat | Penginderaan suhu tinggi |
| Fluoride ZBlan Fiber | ~ 0,1-0,3 dB/m | 8–10 µm | ~ 250 derajat | Transmisi Mid-IR (3-5 μm) |
12. Modul & Komponen Serat Khusus
Anda akan sering menemukan serat optik khusus yang terintegrasi ke dalam modul canggih:
| Komponen | Keterangan | Jenis serat digunakan |
|---|---|---|
| Amplifier Serat (EDFA, YDFA) | Gain sinyal optik | ER/YB/TM Doped Fiber |
| Modul Laser Serat | CW atau output berdenyut | Serat LMA berpakaian dua kali |
| Kumparan kabut | Penginderaan presisi | Luka PMF di Spiral |
| Kabel Sensor DTS | Penginderaan jarak jauh | Serat lapis baja suhu tinggi |
| Mode Converter / Fan-In Fan-Out | Menghubungkan MCF ke Array SMF | Serat multicore |
| Sumber supercontinuum | Generasi spektrum luas | PCF nonlinier |
| Pompa Combiner | Menggabungkan lampu pompa dioda | Sistem serat berpakaian dua kali |
