Tausta
Vuonna 1966 herra Gao Kun ehdotti ensimmäisen kerran dielektrisen optisen kuidun käyttöä informaation siirtämiseen optisen kantoaineen avulla, mikä loi teoreettisen perustan optiselle kuidulle valon välittäjänä. Useiden vuosien tutkimuksen jälkeen Corning Yhdysvalloissa tuotti ensimmäisen optisen kuidun, jonka häviö oli 20 dB/Km vuonna 1970, mikä vähensi huomattavasti optisen kuidun lähetyshäviötä ja mahdollisti valokuituviestintätekniikan kehittämisen. Viime vuosina tutkijat ovat havainneet, että optisen kuidun tunnistusteknologiasta on tullut yksi optoelektroniikan alan aktiivisista haaroista sen korkean herkkyyden, vahvan sähkömagneettisten häiriöiden vastaisen kyvyn, pienen koon ja integroinnin helpon vuoksi.
Optinen kuitutunnistintekniikka kattaa laajan valikoiman aloja, mukaan lukien armeija, maanpuolustus, ilmailu, energia- ja ympäristönsuojelu, teollisuusvalvonta, lääketiede ja terveys, mittaus ja testaus, elintarviketurvallisuus, kodinkoneet ja monet muut alat. Tärkeimpiä mukana olevia antureita ovat pääasiassa: kuituoptiset gyroskoopit, kuituoptiset hydrofonit, kuituhilan lämpötila-anturit, kuituoptiset virtamuuntajat ja muut valokuitutunnistimet. Mikrorakenteisista kuiduista ja polarisaatiota ylläpitävistä kuiduista on muodostunut optisen kuidun tunnistuksen alan selkäranka joustavan rakenteensa ja ainutlaatuisten ominaisuuksiensa ansiosta.
Mikrorakennekuitu
Mikrorakennekuitu (MOF) voidaan jakaa kahteen luokkaan sen rakenteen ja siirtomekanismin mukaan: Toinen on taitekerroinohjattu mikrorakenne Optinen kuitu; toinen on kaistavakoinen fotonikidekuitu, jossa on jaksollinen ilmareikäjärjestely. Indeksiohjattu mikrorakennekuitu sisältää pääosin kapillaarikuitua, rinnakkaisryhmäydinkuitua ja moniydinkuitua rakenteensa mukaan. Hidaka et ai. ehdottivat ensin kapillaarikuitua. Vuonna 1981. Kuten nimestä voi päätellä, kapillaarikuitu on ytimensä sisällä ontto rakenne, joka johtaa moniin erikoisominaisuuksiin. Tunnistuksen alalla kapillaarikuidulla on ainutlaatuiset etunsa nesteiden ja kaasujen mittauksessa. Vuonna 1997 ITO.H-tutkimusryhmä käytti onttoytimeisiä optisia kuituja säätelemään kuumien rubidiumatomien liikettä saavuttaakseen syvällisemmän ymmärryksen ihmisistä atomien alalla. Nanjingin ilmailu- ja astronautiikkayliopiston älykkäiden materiaalien ja rakenteen ilmailutieteen ja teknologian laboratorio toteuttaa komposiittimateriaalien diagnoosin ja korjauksen ruiskuttamalla liimaa onttoon kuituun, mikä toteuttaa kapillaarikuidun erityisrakenteen soveltamisen. Rinnakkaisryhmäydinkuidulla tarkoitetaan kuitua, jossa useat ytimet on järjestetty tietyn säännön mukaan ja jakavat saman päällysteen, jolloin syntyy keskinäistä kytkentää ja muita ytimien välisiä vaikutuksia, jotka tuottavat monia outoja ominaisuuksia. Harbin Engineering University Optical Fiber Sensing Laboratory on tuottanut sarjan indeksiohjattuja moniytimisisiä mikrorakenteisia optisia kuituja. Moniytiminen valokuitu ehdotettiin 1970-luvun lopulla, ja sen päätarkoitus on integroida kuituydin yhdeksi optiseksi kuiduksi, jotta optisen kuidun ja kaapelin valmistuskustannuksia voidaan vähentää huomattavasti ja optisen kuidun integrointi parantaa. Vuonna 1994 France Telecom tuotti ensimmäisen kerran neliytimisen yksimuotokuitua. Vuonna 2010 amerikkalainen OFS-yhtiö B. Zhu ja muut suunnittelivat ja tuottivat seitsemänytimisen moniytimisen optisen kuidun, jonka seitsemän ydintä oli järjestetty säännölliseen kuusikulmioon. Vuonna 2012 R.Ryf ja S.Randel ym. käyttivät muutaman moodin kuituja tuottaakseen kolmiytimistä mikrorakennekuituja, mikä vähensi moniytimien kuitujen ytimen ylikuulumista. Vaikka näillä aaltoputkityyppisillä mikrorakenteisilla optisilla kuiduilla on ongelmia, kuten valokuituydinkytkentä ja ylikuuluminen pitkän matkan valokuituviestinnässä, tämä tarjoaa epäilemättä uuden idean valokuitutunnistuksen alalla.
Polarisaatiota ylläpitävä kuitu
Yksimuotokuidussa on kaksi ortogonaalista polarisaatiotilaa. Ihannetapauksessa, jossa kuiturakenne on tiukasti symmetrinen, näiden kahden moodin eteneminen on yhtä suuri. Kuitenkin varsinaisessa tuotannossa ja sovelluksessa, koska yksimuotokuituun vaikuttavat ulkoiset ympäristöt, kuten lämpötila ja jännitys, sekä valmistuksen aikana syntyvä jännitys, elliptisyys, taitekerroinjakauma ja jännitysepäsymmetria ovat aina tietyssä määrin olemassa. Etenemisvakiossa on ero, joten etenemisen aikana syntyy ylimääräinen vaihe-ero, jota kutsutaan optiikassa kahtaistaitteeksi. Tällainen kahtaistaitteisuus johtaa väistämättä polarisaatiomuodon hajaannukseen. Valokuitutunnistuksen ja optisen kuidun metrologian aloilla edellytetään, että valokuidussa etenevän valon polarisaatiotila on vakaa. Monissa integroiduissa optisissa laitteissa tulovalon polarisaatiotila on myös valikoiva. Tämän polarisaatiomuodon dispersioilmiön vuoksi tavalliset yksimuotoiset optiset kuidut rajoittavat valokuitutunnistuksen ja muiden kenttien kehittymistä, ja syntyy polarisaatiota ylläpitäviä optisia kuituja.
Yksimuotokuidun polarisaation epävakauden ongelman ratkaiseminen jakautuu pääasiassa kahteen menetelmään. Ensimmäinen on: yritä vähentää yksimuotokuidun epäsymmetrisiä ominaisuuksia, yrittää ratkaista kuidun elliptisyyden ja sisäisen jäännösjännityksen vaikutus, jotta tämän yksimuotokuidun kahtaistaittava vaikutus minimoidaan kahteen. voivat olla keskenään rappeutuneet. Kun normalisoitu kahtaistaittavuuden etenemisvakio B on alle 10^-6, tällaista kuitua kutsutaan yleensä matalan kahtaistaittavuuden polarisaatiota ylläpitäväksi kuiduksi (Low Birefringgent Fiber, jota kutsutaan nimellä LBF). Toinen menetelmä on lisätä yksimuotokuidun epäsymmetriaa ja kasvattaa sen kahtaistaittavuusominaisuuksia, jotta näiden kahden moodin välinen valo ei liity helposti toisiinsa. Kutsumme tällaista polarisaatiota ylläpitävää kuitua High Birefringence Fiberiksi (HBF), ja sen normalisoitu kahtaistaittavuuden etenemisvakio B on suurempi kuin 10^-5. Korkean kahtaistaitteisen polarisaatiota ylläpitävät kuidut voidaan jakaa kaksoispolarisaatiokuituihin ja yksipolarisaatiokuituihin niiden etenemisominaisuuksien mukaan. Kaksoispolarisaatiokuitu erottaa kaksi polarisaatiomoodia, joten polarisaatiomoodi pysyy periaatteessa muuttumattomana lähetysprosessin aikana; kun taas yksittäinen polarisaatiokuitu voi lähettää vain yhden moodin kahdesta ortogonaalisesta polarisaatiomoodista, ja toinen moodi on vaimennettu eikä voi levitä. Kutsumme tätä kuitua yksipolarisaatiokuiduksi tai absoluuttiseksi yksimuotokuiduksi.
Polarisaatiota ylläpitävät kuidut voidaan jakaa kuidun kahtaistaittavuuden eri tapojen mukaan geometrisiksi muotovaikutuksiksi ja jännitys-indusoiduiksi kuiduiksi. Kuvassa 1 on esitetty useiden yleisten polarisaatiota ylläpitävien kuitujen päätypinnan rakennekaaviot. Näistä rusetti-, panda-, sisempi elliptinen verhous ja suorakaiteen muotoiset jännityspäällysteiset polarisaatiota ylläpitävät kuidut ovat jännitysherkkiä kuituja; elliptinen ydin- ja sivuuratyypit Polarisaatiota ylläpitävät kuidut, kuten sivutunnelityyppiset jne. ovat geometrisen muotovaikutelmatyyppisiä kuituja. Useimmat polarisaatiota ylläpitävät kuidut valmistetaan menetelmillä, jotka synnyttävät kuituun jäännösjännitystä.