Fiber Optics

Ang fiber optics ay isang nababaluktot, transparent na hibla na ginawa sa pagguhit ng salamin ( silica ) o plastic sa isang lapad na bahagyang mas makapal kaysa sa buhok ng tao.  Ang mga optical fibers ay madalas na ginagamit bilang isang paraan upang magpadala ng ilaw sa pagitan ng dalawang dulo ng hibla at makahanap ng malawak na paggamit sa mga komunikasyong fiber-optic, kung saan pinahihintulutan nila ang paghahatid sa mas mahabang distansya at sa mas mataas na bandwidth (mga rate ng data) kaysa sa mga kableng elektrikal.  Ginagamit ang mga goma sa halip na mga wiring na metal dahil ang mga signal ay naglalakbay kasama ng mas kaunting pagkawala ; Bilang karagdagan, ang mga himaymay ay immune sa electromagnetic interference , isang problema kung saan ang mga wire ng metal ay labis na nagdurusa.   Ginagamit din ang mga fibre para sa pag- iilaw at imaging, at kadalasang nakabalot sa mga bundle upang maaari silang magamit upang dalhin ang liwanag sa, o mga larawan mula sa mga nakulong na puwang, tulad ng sa kaso ng isang fiberscope .   Ang mga espesyal na dinisenyo na mga fibre ay ginagamit din para sa iba't ibang mga aplikasyon, ang ilan sa mga ito ay mga fiber optic sensors at mga hibla ng hibla .  
Karaniwang kinabibilangan ng mga optical fiber ang isang core na napapalibutan ng isang transparent na materyal na cladding na may mas mababang index ng repraksyon .  Ang liwanag ay pinananatiling sa core ng kababalaghan ng kabuuang panloob na pagmuni-muni na nagiging sanhi ng fiber na kumilos bilang isang weyb gayd .   Ang mga fibre na sumusuporta sa maraming mga landas ng pagtatanim o mga transverse mode ay tinatawag na multi-mode fibers , samantalang ang mga sumusuporta sa isang mode ay tinatawag na single-mode fibers (SMF).  Ang mga multi-mode fibers sa pangkalahatan ay may mas malawak na lapad ng core  at ginagamit para sa malakihan na mga link sa komunikasyon at para sa mga application kung saan dapat maipadala ang mataas na kapangyarihan.   Single-mode fibers ay ginagamit para sa karamihan ng mga link sa komunikasyon na mas mahaba kaysa sa 1,000 metre (3,300 ft)   .   

Ang kakayahang sumali sa optical fibers na may mababang pagkawala ay mahalaga sa fiber optic communication.   Ito ay mas kumplikado kaysa sa pagsali sa elektrikal na kawad o cable at nagsasangkot ng maingat na pagputol ng mga fibers, tumpak na pag-align ng fiber cores, at ang pagkabit ng mga nakahanay na core.  Para sa mga application na humihiling ng isang permanenteng koneksyon ay isang pangkaraniwang pagsasama .  Sa ganitong pamamaraan, ang isang electric arc ay ginagamit upang matunaw ang mga dulo ng mga fibers magkasama.  Ang isa pang pangkaraniwang pamamaraan ay isang mekanikal na paghugpong , kung saan ang mga dulo ng mga fibre ay gaganapin sa pakikipag-ugnayan sa pamamagitan ng mekanikal na puwersa.  Ang mga pansamantalang o semi-permanenteng koneksyon ay ginawa sa pamamagitan ng mga dalubhasang optical fiber connectors .  
Ang larangan ng inilapat na agham at engineering na tumutukoy sa disenyo at aplikasyon ng optical fibers ay kilala bilang fiber optics .  Ang salitang ito ay likha ng Indian physicist na si Narinder Singh Kapany, na malawak na kinikilala bilang ama ng fiber optics.

Kasaysayan

Guiding of light by refraction, the principle that makes fiber optics possible, was first demonstrated by Daniel Colladon and Jacques Babinet in Paris in the early 1840s. John Tyndall included a demonstration of it in his public lectures in London, 12 years later. Tyndall also wrote about the property of total internal reflection in an introductory book about the nature of light in 1870:
When the light passes from air into water, the refracted ray is bent towards the perpendicular... When the ray passes from water to air it is bent from the perpendicular... If the angle which the ray in water encloses with the perpendicular to the surface be greater than 48 degrees, the ray will not quit the water at all: it will be totally reflected at the surface.... The angle which marks the limit where total reflection begins is called the limiting angle of the medium. For water this angle is 48°27′, for flint glass it is 38°41′, while for diamond it is 23°42′.
 Sa huling bahagi ng ika-19 at unang bahagi ng ika-20 siglo, ang ilaw ay ginabayan sa pamamagitan ng mga tungkod na salamin sa salamin upang maipaliwanag ang mga cavity ng katawan.   Ang mga praktikal na application tulad ng malalim na panloob na pag-iilaw sa panahon ng pagpapagaling ay lumitaw nang maaga sa ikadalawampu siglo.  Ang paghahatid ng imahe sa pamamagitan ng mga tubo ay nagpakita nang nakapag-iisa sa pamamagitan ng radio experimenter na si Clarence Hansell at ng telebisyon pioneer na si John Logie Baird noong 1920s.  Noong dekada ng 1930, ipinakita ni Heinrich Lamm na maaaring magpadala ng mga imahe sa pamamagitan ng isang bundle ng mga optical fibers na hindi na ginagamit at ginagamit ito para sa panloob na medikal na eksaminasyon, ngunit ang kanyang trabaho ay higit na nakalimutan.   
Noong 1953, ang Dutch scientist na si Bram van Heel  unang nagpakita ng pagpapadala ng imahe sa pamamagitan ng mga bundle ng optical fibers na may isang transparent cladding.   Noong parehong taon, si Harold Hopkins at si Narinder Singh Kapany sa Imperial College sa London ay nagtagumpay sa paggawa ng mga bundle na nagdadala ng imahe na may higit sa 10,000 fibers, at pagkatapos ay nakamit ang paghahatid ng imahe sa pamamagitan ng isang 75   cm mahaba bundle na pinagsama ilang libong mga fibers.   Ang kanilang artikulo na pinamagatang "Ang nababaluktot na fibrescope, gamit ang static scan" ay inilathala sa journal Nature noong 1954.    Ang unang praktikal na fiber optic na semi-flexible gastroscope ay patent sa pamamagitan ng Basil Hirschowitz , C. Wilbur Peters, at Lawrence E. Curtiss, mga mananaliksik sa University of Michigan , noong 1956.  Sa proseso ng pagpapaunlad ng gastroscope, ginawa ni Curtiss ang unang fiber-clad na fibre; Ang mga nakaraang optical fibers ay umaasa sa hangin o hindi praktikal na mga langis at waxes bilang mababang-index cladding na materyal.  Ang isang iba't ibang mga iba pang mga imaheng paghahatid ng imahe ay sumunod sa lalong madaling panahon 
Si Kapany ay nagtaguyod ng terminong fiber optics , nagsulat ng isang artikulo sa 1960 sa Scientific American na nagpapakilala sa paksa sa isang malawak na madla, at isinulat ang unang libro tungkol sa bagong larangan.   
Ang unang nagtatrabaho sa fiber-optical transmission system data ay ipinapakita ng Aleman pisisista Manfred Börner sa Telefunken Research Labs sa Ulm sa 1965, na kung saan ay sinundan sa pamamagitan ng unang application ng patent para sa teknolohiyang ito noong 1966.    Ginamit ng NASA ang fiber optics sa mga camera sa telebisyon na ipinadala sa buwan.  Noong panahong iyon, ang paggamit sa mga kamera ay inaprubahan na kumpidensyal , at ang mga empleyado na humahawak ng mga kamera ay dapat na pangasiwaan ng isang taong may angkop na clearance sa seguridad. 
Charles K. Kao at George A. Hockham ng British kumpanya Standard Telephones at Cables (STC) ay ang unang, sa 1965, upang itaguyod ang ideya na ang attenuation sa optical fibers maaaring mabawasan sa ibaba 20 decibels bawat kilometro (dB / km) , na gumagawa ng fibers isang praktikal na medium ng komunikasyon.   Ipinanukala nila na ang pagpapalambing sa fibers na magagamit sa oras ay sanhi ng mga impurities na maaaring alisin, sa halip na sa pamamagitan ng mga pangunahing pisikal na mga epekto tulad ng scattering.  Sila ay tama at sistematikong inorakisa ang mga pag-aari ng liwanag para sa optical fiber, at itinuturo ang tamang materyal na gagamitin para sa mga naturang fibers-silica glass na may mataas na kadalisayan.  Ang pagtuklas na ito ay nakakuha ng Kao ang Nobel Prize sa Physics noong 2009.  
Ang kritikal na limitasyon sa pagpapalambing ng 20 dB/km ay nakamit noong 1970 ng mga mananaliksik na sina Robert D. Maurer , Donald Keck , Peter C. Schultz , at Frank Zimar na nagtatrabaho para sa Corning Glass Works ng American glass maker.   Nagpakita sila ng isang hibla na may 17 db/km attenuation sa pamamagitan ng doping silica glass na may titan .  Pagkalipas ng ilang taon, gumawa sila ng fiber na 4 lamang db/km na pagpapalambing gamit ang germanium dioxide bilang pangunahing dopant.  Noong 1981, ginawa ng General Electric ang mga fused ingot na kuwarts na maaaring makuha sa mga strand 25 milya (40 km) ang haba.  
Sa simula, ang mga de-kalidad na optical fibers ay maaaring manufactured sa 2 metro bawat segundo.  Ang Chemical engineer na si Thomas Mensah ay sumali sa Corning noong 1983 at nadagdagan ang bilis ng paggawa sa higit sa 50 metro bawat segundo, na gumagawa ng mga optical fiber cables na mas mura kaysa sa mga tradisyunal na tanso.   Ang mga makabagong-likha na ito ay nag-udyok sa panahon ng optical telecommunication fiber. 
Ang Italyanong sentro ng pananaliksik na CSELT ay nagtrabaho sa Corning upang bumuo ng mga praktikal na optical fiber cables, na nagresulta sa unang metropolitan fiber cable na ipinapatupad sa Turin noong 1977.    Ang CSELT ay nakabuo rin ng maagang pamamaraan para sa splicing optical fibers, na tinatawag na Springroove.  
Ang pagpapasabog sa mga modernong optical cable ay malayo mas mababa kaysa sa mga de-koryenteng tanso cable, na humahantong sa mga koneksyon ng mahabang bumatak na hibla na may repeater distansya ng 70–150 kilometre (43–93 mi)   .  Ang erbium-doped fiber amplifier na nabawasan ang gastos ng malayuan na mga sistema ng hibla sa pamamagitan ng pagbawas o pagtatanggal ng optical-electrical-optical repeaters, ay binuo ng mga koponan na pinangungunahan ni David N. Payne ng University of Southampton at Emmanuel Desurvire sa Bell Labs noong 1986. 
Ang umuusbong na larangan ng photonic crystal na humantong sa pag-unlad sa 1991 ng photonic-kristal na hibla ,  na gumagabay sa liwanag sa pamamagitan ng pagdidiprakt mula sa isang pana-panahong mga istraktura, sa halip na sa pamamagitan ng kabuuang panloob na pagmuni-muni.  Ang unang photonic kristal fibers naging komersyal na magagamit sa 2000.   Ang mga photonic crystal fibers ay maaaring magdala ng mas mataas na kapangyarihan kaysa sa mga maginoo fibers at ang kanilang mga katangian ng umaasa sa wavelength ay maaaring manipulahin upang mapabuti ang pagganap.

Komunikasyon

Ang optical fiber ay ginagamit bilang isang daluyan para sa telecommunication at computer networking dahil ito ay may kakayahang umangkop at maaaring bundle bilang mga cable.  Ito ay lalong kapaki-pakinabang para sa mga komunikasyon sa malayong distansya, dahil ang liwanag ay nagpapalaganap sa pamamagitan ng hibla na may mas mababa na pagpapalambing kumpara sa mga kable ng elektrikal.  Pinapayagan nito ang mga malayong distansya na ma-spanned na may ilang repeaters . 
Ang mga signal ng bawat channel na nagpapalaganap sa hibla ay na-modulated sa mga rate na kasing taas ng 111 gigabits kada segundo (Gbit / s) ng NTT ,   bagaman 10 o 40   Ang gbit / s ay tipikal sa mga sistema ng pag-deploy.    Noong Hunyo 2013, nagpakita ang mga mananaliksik ng pagpapadala ng 400 Gbit / s sa isang solong channel gamit ang 4-mode na orbital angular momentum multiplexing .  
Ang bawat hibla ay maaaring magdala ng maraming mga independiyenteng channel, bawat isa ay gumagamit ng ibang wavelength ng liwanag ( wavelength-division multiplexing (WDM)).  Ang net data rate (rate ng data na walang overhead byte) sa bawat hibla ay ang rate ng data ng bawat channel na nababawasan ng FEC overhead, pinarami ng bilang ng mga channel (karaniwan ay hanggang sa 80 sa mga komersyal na siksik na sistema ng WDM Magmula noong 2008   ).  Magmula noong 2011   ang record para sa bandwidth sa isang solong core ay 101 Tbit / s (370 channels sa 273 Gbit / s bawat isa).   Ang rekord para sa isang multi-core hibla noong Enero 2013 ay 1.05 Pbit / s.   Noong 2009, sinira ng Bell Labs ang 100 (Pbit / s) · km barrier (15.5 Tbit / s sa loob ng isang 7,000   km fiber).  
Para sa mga malayuang aplikasyon, tulad ng isang network sa isang gusali ng tanggapan (tingnan ang FTTO ), ang fiber-optic paglalagay ng kable ay maaaring mag-save ng espasyo sa mga duct ng cable.  Ito ay dahil ang isang solong hibla ay maaaring magdala ng mas maraming data kaysa sa mga de-koryenteng cable tulad ng karaniwang kategorya 5 Ethernet paglalagay ng kable, na karaniwang tumatakbo sa 100 Mbit / s o 1 Gbit / s bilis.  Hibla ay hindi rin immune sa electrical pagkagambala; walang cross-talk sa pagitan ng mga signal sa iba't ibang mga cable, at walang pickup ng ingay sa kapaligiran.  Ang mga non-armored fiber cables ay hindi nagsasagawa ng kuryente, na gumagawa ng hibla ng isang mahusay na solusyon para sa pagprotekta ng mga kagamitan sa komunikasyon sa mga mataas na boltahe na kapaligiran, tulad ng mga pasilidad ng pagbuo ng kuryente , o mga istruktura ng komunikasyon ng metal na madaling kapitan ng kidlat .  Maaari rin itong magamit sa mga kapaligiran kung saan naroroon ang mga paputok na fumes, nang walang panganib ng ignisyon.  Ang wiretapping (sa kasong ito, fiber tapping ) ay mas mahirap kung ikukumpara sa mga de-koryenteng koneksyon, at may mga concentric dual-core fibers na sinasabing tap-proof.   

Ang mga fibre ay kadalasang ginagamit din para sa mga malayuang koneksyon sa pagitan ng mga aparato.  Halimbawa, ang karamihan sa mga high-definition na telebisyon ay nag- aalok ng isang digital audio na optical connection.  Pinapayagan nito ang pag-stream ng audio sa liwanag, gamit ang TOSLINK protocol.

Mga Sensor

Mayroong maraming gamit ang mga fiber sa remote sensing.  Sa ilang mga application, ang sensor mismo ay isang optical fiber.  Sa ibang mga kaso, ang fiber ay ginagamit upang kumonekta sa isang di-fiberoptic sensor sa isang sistema ng pagsukat.  Depende sa aplikasyon, maaaring gamitin ang hibla dahil sa maliit na sukat nito, o ang katunayan na walang elektrikal na kapangyarihan ang kailangan sa malayuang lugar, o dahil maraming mga sensors ay maaaring multiplexed kasama ang haba ng isang hibla sa pamamagitan ng paggamit ng iba't ibang mga wavelength ng liwanag para sa bawat isa sensor, o sa pamamagitan ng sensing ang pagkaantala ng oras habang ang ilaw ay pumasa sa fiber sa pamamagitan ng bawat sensor.  Ang pagkaantala sa oras ay maaaring tinutukoy gamit ang isang aparato tulad ng salamin sa mata na salamin sa mata na oras ng domain . 
Ang mga optical fibers ay maaaring gamitin bilang sensors upang sukatin ang strain , temperatura , presyon , at iba pang dami sa pamamagitan ng pagbabago ng isang hibla upang ang pag-aari upang sukatin ang modulates ang intensity , phase , polariseysyon , haba ng daluyong , o oras ng transit ng liwanag sa hibla.  Ang mga sensors na nag-iiba ang intensity ng liwanag ay ang pinakasimpleng, dahil ang isang simpleng pinagkukunan at detektor ay kinakailangan.  Ang isang partikular na kapaki-pakinabang na tampok ng naturang mga hibla ng mata sensor ay na maaari nilang, kung kinakailangan, magbigay ng ipinamamahagi sensing sa paglipas ng distansya ng hanggang sa isang metro.  Sa kaibahan, ang mga napapayagang measurements ay maaaring ibigay sa pamamagitan ng pagsasama ng miniaturized sensing element na may dulo ng hibla.   Ang mga ito ay maaring ipatupad ng iba't ibang mga teknolohiya ng micro- at nanofabrication, tulad na hindi sila lumampas sa mikroskopiko hangganan ng tip hibla, na nagpapahintulot sa mga naturang application na isingit sa mga daluyan ng dugo sa pamamagitan ng hypodermic needle. 
Ang Extrinsic fiber optic sensors ay gumagamit ng isang optical fiber cable , karaniwang isang multi-mode na isa, upang magpadala ng modulated light mula sa alinman sa isang non-fiber optical sensor-o isang elektronikong sensor na konektado sa isang optical transmitter.  Ang isang pangunahing benepisyo ng mga panlabas na sensors ay ang kanilang kakayahan na maabot ang ibang lugar na hindi maa-access.  Ang isang halimbawa ay ang pagsukat ng temperatura sa loob ng mga jet engine ng sasakyang panghimpapawid sa pamamagitan ng paggamit ng isang hibla upang magpadala ng radiation sa isang radiation pyrometer sa labas ng engine.  Ang mga extrinsic sensors ay maaaring gamitin sa parehong paraan upang masukat ang panloob na temperatura ng mga elektrikal na mga transformer , kung saan ang matinding mga patlang ng electromagnetic ay nagpapakita ng iba pang mga pamamaraan sa pagsukat na imposible.  Sinusukat ng mga sensitibong sensor ang pag-vibrate, pag-ikot, pag-aalis, bilis, pagpapakilos, metalikang kuwintas, at pamamaluktot.  Ang solidong bersyon ng estado ng dyayroskop, gamit ang panghihimasok ng liwanag, ay naitaguyod.  Ang fiber optic gyroscope (FOG) ay walang mga gumagalaw na bahagi, at sinasamantala ang epekto ng Sagnac upang makita ang mekanikal na pag-ikot. 
Ang mga karaniwang gamit para sa mga sensors ng fiber optic ay nagsasama ng mga advanced na sistema ng seguridad sa pagtuklas ng seguridad.  Ang ilaw ay ipinadala sa isang fiber optic sensor cable na nakalagay sa isang bakod, pipeline, o paglalagay ng kable sa komunikasyon, at ang ibinalik na signal ay sinusubaybayan at sinusuri para sa mga disturbances.  Ang pagbalik ng signal ay pinoproseso ng digital upang makita ang mga kaguluhan at maglakbay ng isang alarma kung may naganap na panghihimasok. 
Ang mga optical fiber ay malawakang ginagamit bilang mga sangkap ng optical sensors ng kemikal at optical biosensors .

Power transmission

Ang optical fiber ay maaaring gamitin upang magpadala ng kapangyarihan gamit ang photovoltaic cell upang i-convert ang ilaw sa elektrisidad.   Habang ang paraan ng paghahatid ng kuryente ay hindi kasing dami ng mga maginoo, lalo na ito ay kapaki-pakinabang sa mga sitwasyon na kung saan ito ay kanais-nais na hindi magkaroon ng isang metaliko konduktor tulad ng sa kaso ng paggamit malapit sa MRI machine, na gumagawa ng malakas na magnetic field.   Ang iba pang mga halimbawa ay para sa powering electronics sa mga high-powered antenna element at mga aparatong pagsukat na ginamit sa mataas na boltahe na paghahatid ng kagamitan.

Iba pang mga gamit

Ang mga optical fibers ay may malawak na bilang ng mga aplikasyon.  Ginagamit ang mga ito bilang mga light guide sa medikal at iba pang mga application kung saan ang maliwanag na ilaw ay kailangang magningning sa isang target na walang malinaw na landas ng paningin.  Sa ilang mga gusali, ang mga salamin sa mata na salamin sa mata ng liwanag mula sa bubong patungo sa ibang mga bahagi ng gusali (tingnan ang mga di- gaanong optika ).  Ang mga optical-fiber lamp ay ginagamit para sa pag-iilaw sa pandekorasyon na mga application, kabilang ang mga palatandaan , sining , laruan at artipisyal na puno ng Pasko .  Ang optical fiber ay isang tunay na bahagi ng light-transmitting concrete product na LiTraCon . 
Ang fiber optic ay maaari ring gamitin sa pagsubaybay ng istruktura sa kalusugan .  Ang ganitong uri ng sensor ay nakakakita ng mga stress na maaaring may pangmatagalang epekto sa mga istraktura .  Ito ay batay sa prinsipyo ng pagsukat ng analog pagpapalambing. 
Ang optical fiber ay ginagamit din sa optika ng imaging.  Ang isang magkaugnay na bundle ng fibers ay ginagamit, kung minsan kasama ng mga lenses, para sa isang mahaba, manipis na aparato ng imaging na tinatawag na isang endoscope , na ginagamit upang tingnan ang mga bagay sa pamamagitan ng isang maliit na butas.  Ang mga medikal na endoscope ay ginagamit para sa minimally invasive exploratory o surgical procedure.  Ang mga pang-industriya na endoscope (tingnan ang fiberscope o borescope ) ay ginagamit para sa inspecting anumang bagay na mahirap maabot, tulad ng interiors ng jet engine.  Maraming mikroskopyo ang gumagamit ng fiber-optic light sources upang magbigay ng matinding pag-iilaw ng mga sample na pinag-aralan. 
Sa spectroscopy , ang optical fiber bundle ay nagpapadala ng ilaw mula sa isang spektrometer sa isang sangkap na hindi maaaring ilagay sa loob ng spektrometer mismo, upang pag-aralan ang komposisyon nito.  Pinag-aaralan ng isang spektrometer ang mga sangkap sa pamamagitan ng pagbubukas ng liwanag at sa pamamagitan ng mga ito.  Sa pamamagitan ng paggamit ng fibers, ang isang spektrometer ay maaaring magamit upang pag-aralan ang mga bagay mula sa malayo.    
Ang optical fiber na doped na may ilang bihirang mga elemento tulad ng erbium ay maaaring magamit bilang medium ng isang laser o optical amplifier .  Maaaring magamit ang mga bihira sa lupa na doped optical fibers upang magbigay ng signal amplification sa pamamagitan ng splicing isang maikling seksyon ng doped fiber sa isang regular (undoped) optical fiber line.  Ang doped fiber ay optically pumped na may isang pangalawang laser haba ng daluyong na isinama sa linya bilang karagdagan sa alon ng signal.  Ang parehong haba ng daluyong ng ilaw ay ipinadala sa pamamagitan ng doped fiber, na naglilipat ng enerhiya mula sa ikalawang bomba haba ng daluyong sa alon ng signal.  Ang proseso na nagiging sanhi ng paglaki ay nagpapalit ng paglabas . 
Ang optical fiber ay malawakang pinagsamantalahan bilang isang nonlinear medium.  Ang glass medium ay sumusuporta sa isang host ng mga nonlinear optical na pakikipag-ugnayan, at ang mahabang haba ng pakikipag-ugnayan na posible sa hibla mapadali ang iba't ibang mga phenomena, na kung saan ay harnessed para sa mga application at pangunahing pagsisiyasat.   Sa kabaligtaran, ang fiber nonlinearity ay maaaring magkaroon ng mga deleterious effect sa optical signal, at ang mga panukala ay madalas na kinakailangan upang mabawasan ang mga hindi kanais-nais na epekto. 
Optical fibers doped na may wavelength shifter mangolekta pagkislap liwanag sa mga eksperimentong physics. 
Ang mga tanawin ng fiber-optic para sa mga handgun, rifle, at shotgun ay gumagamit ng mga piraso ng optical fiber upang mapabuti ang kakayahang makita ang mga marking sa paningin.

Prinsipyo ng operasyon

Ang optical fiber ay isang cylindrical dielectric waveguide ( nonconducting waveguide) na nagpapadala ng ilaw kasama ang axis nito, sa pamamagitan ng proseso ng kabuuang panloob na pagmuni-muni .  Ang hibla ay binubuo ng isang core na napapalibutan ng isang layer ng cladding , parehong na binubuo ng mga dielectric na materyales.   Upang ikulong ang optical signal sa core, ang repraktibo index ng core ay dapat na mas malaki kaysa sa cladding.  Ang hangganan sa pagitan ng mga core at cladding ay maaaring alinman sa bigla, sa step-index hibla , o unti-unti, sa graded-index hibla .

Index ng repraksyon

Ang index ng repraksyon (o repraktibo index) ay isang paraan ng pagsukat ng bilis ng liwanag sa isang materyal.  Ang liwanag ay naglalakbay nang pinakamabilis sa isang vacuum , tulad ng sa kalawakan.  Ang bilis ng liwanag sa vacuum ay mga 300,000 kilometro (186,000 milya) kada segundo.  Ang repraktibo index ng isang medium ay kinakalkula sa pamamagitan ng paghahati ng bilis ng liwanag sa isang vacuum sa pamamagitan ng bilis ng liwanag sa na daluyan.  Ang repraktibo index ng isang vacuum ay samakatuwid 1, sa pamamagitan ng kahulugan.  Ang isang tipikal na singlemode fiber na ginagamit para sa telekomunikasyon ay may isang cladding na gawa sa purong kwats, na may isang index ng 1.444 at 1500   nm, at isang core ng doped silica na may isang index sa paligid ng 1.4475.   Ang mas malaki ang index ng repraksyon, ang mas mabagal na paglalakbay sa ilaw sa daluyan na iyon.  Mula sa impormasyong ito, ang isang simpleng patakaran ng hinlalaki ay ang isang senyas na gumagamit ng optical fiber para sa komunikasyon ay naglalakbay sa paligid ng 200,000 kilometro bawat segundo.  Upang ilagay ito sa isa pang paraan, ang signal ay kukuha ng 5 milliseconds upang maglakbay ng 1,000 kilometro sa fiber.  Kaya ang isang tawag sa telepono na dinala ng hibla sa pagitan ng Sydney at New York, isang distansya na 16,000 kilometro, ay nangangahulugan na mayroong pinakamaliit na pagkaantala ng 80 milliseconds ( ng isang segundo) sa pagitan ng kapag ang isang tumatawag ay nagsasalita at ang iba pang mga nakakarinig.  (Ang hibla sa kasong ito ay malamang na maglakbay ng mas mahabang ruta, at magkakaroon ng mga karagdagang pagkaantala dahil sa paglipat ng kagamitan sa komunikasyon at ang proseso ng pag-encode at pag-decode ng boses papunta sa fiber). 
Karamihan sa mga modernong optical fiber ay mahina ang paggabay , na nangangahulugang ang pagkakaiba sa repraktibo na index sa pagitan ng core at ang cladding ay napakaliit (karaniwang mas mababa sa 1%).

Kabuuang panloob na pagmuni-muni

Kapag ang ilaw na naglalakbay sa isang masikip na daluyan ng siksik ay pumipihit ng isang hangganan sa isang matarik na anggulo (mas malaki kaysa sa kritikal na anggulo para sa hangganan), ang liwanag ay lubos na nakikita.  Ito ay tinatawag na kabuuang panloob na pagmuni-muni.  Ang epekto na ito ay ginagamit sa optical fibers upang ikulong ang ilaw sa core.  Ang ilaw ay naglalakbay sa pamamagitan ng fiber core, na nagba-bounce pabalik sa hangganan sa pagitan ng core at cladding.  Sapagkat ang ilaw ay dapat na hampasin ang hangganan na may isang anggulo na mas malaki kaysa sa kritikal na anggulo, ang tanging ilaw na pumapasok sa hibla sa loob ng isang tiyak na hanay ng mga anggulo ay maaaring maglakbay pababa sa hibla nang walang pagtulo out.  Ang hanay ng mga anggulo na ito ay tinatawag na pagtanggap ng kono ng hibla.  Ang laki ng ito pagtanggap kono ay isang function ng repraktibo index pagkakaiba sa pagitan ng core at cladding hibla. 
Sa mas simpleng mga termino, mayroong isang maximum na anggulo mula sa axis ng hibla kung saan ang liwanag ay maaaring pumasok sa hibla upang ito ay magpalaganap, o maglakbay, sa core ng hibla.  Ang sine ng pinakamataas na anggulo ay ang numerical siwang (NA) ng fiber.  Ang hibla na may mas malaking NA ay nangangailangan ng mas kaunting katumpakan sa paghugpong at nagtatrabaho nang may hibla na may mas maliit NA.  Ang single-mode fiber ay may maliit na NA.

Multi-mode fiber

Hibla na may malaking diameter ng core (mas malaki kaysa sa 10   micrometers) ay maaaring aralan ng geometrical optika .  Ang nasabing fiber ay tinatawag na multi-mode fiber , mula sa electromagnetic analysis (tingnan sa ibaba).  Sa isang step-index na hibla ng multi-mode, ang mga sinag ng liwanag ay ginagabayan sa pamamagitan ng fiber core sa pamamagitan ng kabuuang panloob na pagmuni-muni.  Ang mga ray na nakakatugon sa hangganan ng pangunahing cladding sa isang mataas na anggulo (sinusukat sa kamag-anak sa isang linya na normal sa hangganan), mas malaki kaysa sa kritikal na anggulo para sa hangganan na ito, ay lubos na nakikita.  Ang kritikal na anggulo (pinakamaliit na anggulo para sa kabuuang panloob na pagmuni-muni) ay tinutukoy ng pagkakaiba sa indeks ng repraksyon sa pagitan ng mga materyales ng core at cladding.  Ang mga ray na nakakatugon sa hangganan sa isang mababang anggulo ay nabago mula sa core sa cladding, at hindi nagbibigay ng liwanag at samakatuwid ang impormasyon sa fiber.  Tinutukoy ng kritikal na anggulo ang anggulo ng pagtanggap ng hibla, na kadalasang iniulat bilang numerong siwang .  Ang isang mataas na butas na butas ay nagbibigay-daan sa liwanag upang palaganapin ang hibla sa ray parehong malapit sa axis at sa iba't ibang mga anggulo, na nagpapahintulot sa mahusay na pagkabit ng liwanag sa hibla.  Gayunpaman, ang mataas na numerong siwang ay nagpapataas ng dami ng pagpapakalat tulad ng mga ray sa magkakaibang anggulo na may iba't ibang haba ng landas at sa gayon ay magkaiba ang oras upang tumawid sa himaymay. 
Sa grado na index hibla, ang index ng repraksyon sa core ay patuloy na bumababa sa pagitan ng axis at cladding.  Ito ay nagiging sanhi ng mga ilaw na ray upang maayos na liko habang nilalapitan nila ang cladding, sa halip na sumasalamin nang biglaan mula sa hangganan ng pangunahing cladding.  Ang nagresultang mga kurbatang landas ay nagbabawas ng pagpapakalat ng multi-path dahil ang mataas na anggulo ng mga ray ay pumasa nang higit pa sa pamamagitan ng mas mababang-index na paligid ng core, sa halip na ang high-index center.  Pinili ang index profile upang mabawasan ang pagkakaiba sa mga bilis ng pagpapalaganap ng ehe ng iba't ibang mga ray sa hibla.  Ang perpektong profile ng index ay napakalapit sa isang parabolic relationship sa pagitan ng index at ang distansya mula sa axis.

Single-mode fiber

Ang hibla na may diameter ng core na mas mababa kaysa sa sampung ulit ang haba ng daluyong ng propagating light ay hindi ma-modeled gamit ang geometric optics.  Sa halip, dapat itong aralanin bilang isang electromagnetic na istraktura, sa pamamagitan ng solusyon ng mga equation ni Maxwell na nabawasan sa equation ng electromagnetic wave .  Ang elektromagnetikong pag-aaral ay maaaring kinakailangan ding maunawaan ang mga pag-uugali tulad ng speckle na nagaganap kapag ang maliwanag na liwanag ay nagpapakalat sa multi-mode fiber.  Bilang isang optical weyb gayd, ang hibla ay sumusuporta sa isa o higit pang nakakulong na mga transverse mode kung saan ang liwanag ay maaaring magpalaganap sa kahabaan ng hibla.  Ang hibla na pagsuporta lamang ng isang mode ay tinatawag na single-mode o mono-mode fiber .  Ang pag-uugali ng mas malaki-core na multi-mode fiber ay maaari ring pagmodelo gamit ang equation wave, na nagpapakita na ang naturang hibla ay sumusuporta sa higit sa isang mode ng pagpapalaganap (kaya ang pangalan).  Ang mga resulta ng naturang pagmomodelo ng multi-mode fiber ay humigit-kumulang na sumasangayon sa mga hula ng geometriko optika, kung ang fiber core ay sapat na malaki upang suportahan ang higit sa ilang mga mode. 
Ipinapakita ng pag-aaral ng weyb gayd na ang ilaw na enerhiya sa fiber ay hindi ganap na nakakulong sa core.  Sa halip, lalo na sa single-mode fibers, ang isang makabuluhang bahagi ng enerhiya sa nakagapos na mode ay naglalakbay sa cladding bilang isang evanescent wave . 
Ang pinaka-karaniwang uri ng single-mode fiber ay may pangunahing lapad ng 8-10 micrometers at idinisenyo para gamitin sa malapit na infrared .  Ang istraktura ng mode ay depende sa haba ng daluyong ng liwanag na ginamit, upang ang hibla na ito ay aktwal na sumusuporta sa isang maliit na bilang ng mga karagdagang mga mode sa nakikitang wavelength.  Ang multi-mode fiber, sa pamamagitan ng paghahambing, ay manufactured na may core diameters bilang maliit na bilang 50 micrometers at bilang malaking bilang ng daan-daang micrometers.  Ang normalized frequency V para sa fiber na ito ay dapat na mas mababa kaysa sa unang zero ng Bessel function J ₀ (humigit-kumulang 2.405).

Fiber na may espesyal na purpose

Ang ilang mga optical fiber na may special-purpose ay binuo na may non-cylindrical core at / o cladding na layer, karaniwang may isang elliptical o rectangular cross-section.  Kabilang dito ang polariseysyon-pagpapanatili ng hibla at hibla na idinisenyo upang sugpuin ang pagbulong ng pagpapalaganap ng mode ng gallery .  Ang polariseysyon-pagpapanatili ng hibla ay isang natatanging uri ng hibla na karaniwang ginagamit sa mga fiber optic sensors dahil sa kakayahang mapanatili ang polariseysyon ng ilaw na ipinasok dito. 
Ang hibla ng photonic-kristal ay ginawa gamit ang isang regular na pattern ng pagkakaiba-iba ng index (madalas sa anyo ng mga cylindrical butas na tumatakbo kasama ang haba ng hibla).  Ang ganitong mga hibla ay gumagamit ng mga epekto ng pagdidipsi sa halip na o bilang karagdagan sa kabuuang panloob na pagmumuni-muni, upang ilagay ang liwanag sa core ng hibla.  Ang mga katangian ng fiber ay maaaring iayon sa iba't ibang uri ng mga aplikasyon.

Mga mekanismo ng pagpapalambing

Ang pagpapalambing sa fiber optics, na kilala rin bilang pagkawala ng paghahatid, ay ang pagbawas sa intensity ng light beam (o signal) habang naglalakbay ito sa medium ng paghahatid.  Ang mga koepisyent ng pagpapalawak sa fiber optics ay karaniwang gumagamit ng mga yunit ng db / km sa pamamagitan ng daluyan dahil sa medyo mataas na kalidad ng transparency ng modernong optical transmission media.  Ang daluyan ay karaniwang isang hibla ng silica glass na nakakakabit sa insidente na light beam sa loob.  Ang pagpapasabog ay isang mahalagang kadahilanan na pumipigil sa paghahatid ng isang digital na signal sa malalaking distansya.  Kaya, maraming pananaliksik ay nawala sa parehong pumipigil sa pagpapalambing at pag-maximize ang paglaki ng optical signal.  Ipinakikita ng empirical na pananaliksik na ang pagpapalambing sa salamin sa mata na hibla ay sanhi lalo na sa pamamagitan ng pagkakalat at pagsipsip .  Ang single-mode optical fibers ay maaaring gawin sa lubhang mababang pagkawala.  Ang Corning's SMF-28 fiber, isang standard single-mode fiber para sa telecommunication wavelength, ay may pagkawala ng 0.17   db / km sa 1550   nm.   Halimbawa, ang isang 8   km haba ng SMF-28 ay nagpapadala ng halos 75% ng liwanag sa 1,550   nm.  Napansin na kung ang tubig ng karagatan ay malinaw na parang hibla, maaaring makita ng isa ang lahat hanggang sa ilalim ng Marianas Trench sa Karagatang Pasipiko, isang lalim na 36,000 talampakan.

Pagkalat ng ilaw

Ang pagpapalaganap ng ilaw sa pamamagitan ng core ng isang optical fiber ay batay sa kabuuang panloob na pagmuni-muni ng lightwave.  Ang magaspang at irregular na mga ibabaw, kahit na sa antas ng molekula, ay maaaring maging sanhi ng mga liwanag na sinag na maipakita sa mga random na direksyon.  Ito ay tinatawag na diffuse reflection o scattering , at karaniwan itong nailalarawan sa pamamagitan ng iba't ibang mga anggulo sa pagmuni-muni. 
Ang scattering ng ilaw ay depende sa haba ng daluyong ng liwanag na nakakalat.  Samakatuwid, ang mga limitasyon sa mga spatial na antas ng paglitaw ay lumitaw, depende sa dalas ng insidente na alon ng liwanag at ang pisikal na dimensyon (o spatial scale) ng scattering center, na karaniwan ay sa anyo ng ilang partikular na tampok na microstructural.  Dahil ang nakikitang ilaw ay may haba ng daluyong ng pagkakasunud-sunod ng isang mikrometer (isang milyon na isang metro) ang mga sentro ng scattering ay magkakaroon ng sukat sa isang katulad na spatial scale. 
Sa gayon, ang mga pagpapalabas ay nagreresulta mula sa walang- hintong pagsabog ng liwanag sa mga panloob na ibabaw at mga interface .  Sa (poly) na mga kristal na materyales tulad ng mga metal at keramika, bukod pa sa mga pores, ang karamihan sa mga panloob na ibabaw o mga interface ay nasa anyo ng mga hangganan ng butil na hiwalay ang mga maliliit na rehiyon ng mala-kristal na pagkakasunud-sunod.  Kamakailan ay naipakita na kapag ang laki ng sentro ng scattering (o hangganan ng butil) ay nabawasan sa ibaba ng laki ng haba ng daluyong ng liwanag na nakakalat, ang scattering ay hindi na nangyayari sa anumang makabuluhang lawak.  Ang kababalaghan na ito ay nagbigay ng pagtaas sa produksyon ng mga transparent na ceramic na materyales . 
Katulad nito, ang scattering ng liwanag sa salamin sa mata na salamin na hibla ng kalidad ay sanhi ng mga irregularidad ng molecular level (compositional fluctuations) sa istraktura ng salamin.  Sa katunayan, ang isang umuusbong na paaralan ng pag-iisip ay ang isang baso ay simpleng paglilimita ng isang solidong polycrystalline.  Sa loob ng balangkas na ito, ang "mga domain" na nagpapakita ng iba't ibang antas ng maikling hanay na pagkakasunod-sunod ay naging mga bloke ng gusali ng parehong mga metal at mga haluang metal, pati na rin ang mga baso at keramika.  Ang ibinahagi sa pagitan ng dalawa at sa loob ng mga domain na ito ay mga depekto ng micro-structural na nagbibigay ng pinakamagandang lokasyon para sa scattering ng liwanag.  Ang ganitong kababalaghan ay makikita bilang isa sa mga limitasyon ng mga kadahilanan sa transparency ng mga IR missile domes.  
Sa mataas na kapangyarihan ng optical, ang scattering ay maaari ring sanhi ng nonlinear optical na proseso sa fiber.

Mga Materyales

Ang salamin ng fiber optics ay halos palaging gawa sa silica , ngunit ang ilang iba pang mga materyales, tulad ng fluorozirconate , fluoroaluminate , at chalcogenide baso pati na rin ang mga kristal na materyales tulad ng sapiro , ay ginagamit para sa mas mahaba-haba ng daluyong na infrared o iba pang dalubhasang application.  Ang mga baso ng silica at fluoride ay karaniwang may mga indra-repraktibo na mga indeks ng mga 1.5, ngunit ang ilang mga materyal tulad ng mga chalcogenide ay maaaring magkaroon ng mga indeks na kasing taas ng 3.  Kadalasan ang pagkakaiba sa index sa pagitan ng core at cladding ay mas mababa sa isang porsyento. 
Ang plastic optical fibers (POF) ay karaniwang mga step-index multi-mode fibers na may pangunahing lapad ng 0.5 millimeters o mas malaki.  Ang karaniwang POF ay may mas mataas na mga koepisyent sa pagpapalamina kaysa sa mga fiber fibers, 1   dB / m o mas mataas, at ang mataas na pagpapalambing na ito ay naglilimita sa hanay ng mga sistema ng batay sa POF.

Silica

Ang Silica ay nagpapakita ng medyo magandang transmisyon sa loob ng malawak na hanay ng mga wavelength.  Sa malapit-infrared (malapit sa IR) na bahagi ng spectrum, lalo na sa paligid ng 1.5 μm, ang silica ay maaaring magkaroon ng napakababa na pagsipsip at pagkalat ng pagkalugi ng pagkakasunud-sunod ng 0.2   db / km.  Ang ganitong mga kapansin-pansing mababang pagkalugi ay posible lamang dahil ang ultra-purong silikon ay magagamit, ito ay mahalaga para sa pagmamanupaktura ng mga integrated circuits at discrete transistors.  Ang isang mataas na transparency sa 1.4-μm rehiyon ay nakamit sa pamamagitan ng pagpapanatili ng isang mababang konsentrasyon ng hydroxyl group (OH).  Bilang kahalili, ang isang mataas na concentration ng OH ay mas mahusay para sa paghahatid sa ultraviolet (UV) na rehiyon.  
Ang silica ay maaaring iguguhit sa fibers sa makatwirang mataas na temperatura, at may isang medyo malawak na hanay pagbabagong-anyo ng salamin .  Ang isa pang kalamangan ay ang pagsasama ng fusion at cleaving ng silica fibers ay relatibong epektibo.  Ang Silica fiber ay may mataas na mekanikal lakas laban sa parehong paghila at kahit na baluktot, sa kondisyon na ang fiber ay hindi masyadong makapal at ang mga ibabaw ay mahusay na inihanda sa panahon ng pagproseso.  Kahit na ang simpleng cleaving (paglabag) ng mga dulo ng hibla ay maaaring magbigay ng mabuti flat ibabaw na may katanggap-tanggap na optical kalidad.  Silica ay relatibong chemically hindi kumikilos .  Sa partikular, ito ay hindi hygroscopic (hindi sumipsip ng tubig). 
Ang silica glass ay maaaring doped sa iba't ibang mga materyales.  Ang isang layunin ng doping ay ang pagtaas ng repraktibo na index (hal. Sa germanyum dioxide (GeO ₂ ) o aluminyo oksido (Al ₂ O ₃ )) o upang ibaba ito (halimbawa sa fluorine o boron trioxide (B ₂ O ₃ )).  Ang doping ay posible rin sa mga ions na aktibo sa laser (halimbawa, bihirang-lupa-doped na fibre) upang makakuha ng mga aktibong fibers na gagamitin, halimbawa, sa mga hibla ng amplifiers o mga aplikasyon ng laser .  Ang parehong fiber core at cladding ay karaniwang doped, kaya ang buong assembly (core at cladding) ay epektibo ang parehong tambalan (hal. Isang aluminosilicate , germanosilicate, phosphosilicate o borosilicate glass ). 
Lalo na para sa mga aktibong fibers, ang dalisay na silica ay kadalasang hindi angkop na salamin ng host, dahil nagpapakita ito ng mababang solubility para sa mga bihirang lupa ions.  Ito ay maaaring humantong sa pagsusubo ng mga epekto dahil sa clustering ng dopant ions.  Ang mga Aluminosilicates ay mas epektibo sa paggalang na ito. 
Ang Silica fiber ay nagpapakita rin ng isang mataas na threshold para sa optical damage.  Ang ari-arian na ito ay nagsisiguro ng isang mababang pagkahilig para sa paghihiwalay ng laser-sapilitan.  Ito ay mahalaga para sa mga amplifiers ng hibla kapag ginagamit para sa paglaki ng maikling pulses. 
Dahil sa mga katangian ng mga fibers na kwats ay ang materyal na napili sa maraming optical applications, tulad ng mga komunikasyon (maliban sa mga maikling distansya na may plastic optical fiber), fiber lasers, fiber amplifiers, at fiber-optic sensors.  Ang mga malalaking pagsisikap na isinagawa sa pagpapaunlad ng iba't ibang uri ng mga fiber ng kwats ay higit na nadagdagan ang pagganap ng naturang mga fibre sa iba pang mga materyales.

Fluoride glass

Fluoride glass ay isang klase ng mga non-oxide na salamin sa mata na kalidad na binubuo ng mga fluoride ng iba't ibang mga metal .  Dahil sa kanilang mababang lagkit , napakahirap na lubos na maiwasan ang pagkikristal habang pinoproseso ito sa pamamagitan ng paglipat ng glass (o pagguhit ng hibla mula sa matunaw).  Kaya, kahit na ang mga mabigat na metal fluoride na baso (HMFG) ay nagpapakita ng napakababang optical attenuation, hindi lamang sila mahirap gumawa, ngunit medyo babasagin, at may mahinang paglaban sa kahalumigmigan at iba pang mga pag-atake sa kapaligiran.  Ang kanilang pinakamahusay na katangian ay ang kakulangan nila ng pagsipsip na may kaugnayan sa grupong hydroxyl (OH) (3,200-3,600   cm ⁻¹ ; ibig sabihin, 2,777-3,125   nm o 2.78-3.13 μm), na nasa halos lahat ng baso na nakabase sa oksido. 
Ang isang halimbawa ng isang mabigat na metal fluoride glass ay ang ZBLAN glass group na binubuo ng zirconium , barium , lanthanum , aluminum , at sodium fluorides.  Ang kanilang pangunahing teknolohikal na application ay tulad ng optical waveguides sa parehong planar at fiber form.  Ang mga ito ay kapaki-pakinabang lalo na sa mid-infrared (2,000-5,000   hanay ng nm). 
Ang HMFGs ay una na para sa mga optical fiber applications, dahil ang tunay na pagkalugi ng isang mid-IR fiber ay maaaring sa prinsipyo ay mas mababa kaysa sa mga fibers ng silica, na kung saan ay transparent lamang hanggang sa tungkol sa 2 μm.  Gayunpaman, ang mga mababang pagkalugi ay hindi kailanman natanto sa pagsasagawa, at ang kahinaan at mataas na halaga ng mga fibers ng fluoride ay nagbigay sa kanila ng mas mababa kaysa sa mainam bilang mga pangunahing kandidato.  Nang maglaon, natuklasan ang utility ng fibers ng fluoride para sa iba't ibang mga application.  Kabilang dito ang mid- IR spectroscopy , fiber optic sensors , thermometry , at imaging .  Gayundin, ang fluoride fibers ay maaaring magamit para sa guided lightwave transmission sa media tulad ng YAG ( yttrium aluminum garnet ) na mga lasers sa 2.9 μm, gaya ng kinakailangan para sa mga medikal na aplikasyon (eg ophthalmology at dentistry ).

Phosphate glass

Ang pospeyt na salamin ay bumubuo sa isang uri ng optical glasses na binubuo ng metaphosphates ng iba't ibang mga metal.  Sa halip na ang SiO ₄ tetrahedra na nakikita sa silicate glass, ang bloke ng gusali para sa glass na ito dating ay posporus pentoxide (P ₂ O ₅ ), na nag-kristal sa hindi bababa sa apat na magkakaibang anyo.  Ang pinakakaraniwang polymorph (tingnan ang pigura) ay binubuo ng mga molecule ng P ₄ O ₁₀ . 
Ang mga baso ng pospeyt ay maaaring maging kapaki-pakinabang sa mga baso ng silica para sa optical fibers na may mataas na konsentrasyon ng doping bihirang-lupa ions.  Ang isang halo ng fluoride glass at pospeyt glass ay fluorophosphate glass.

Chalcogenide glass

Ang mga chalcogens - ang mga elemento sa pangkat 16 ng periodic table -tulad ng sulfur (S), selenium (Se) at tellurium (Te) -ang may higit pang mga electropositive elemento, tulad ng pilak , upang bumuo ng chalcogenides .  Ang mga ito ay lubhang maraming nalalaman compounds, na maaaring sila ay mala-kristal o walang hugis, metal o semiconducting, at conductors ng mga ions o mga electron .  Maaaring magamit ang salamin na naglalaman ng mga chalcogenide upang gumawa ng mga fibre para sa malayong infrared transmission.

Preform

Ang Standard optical fibers ay ginawa sa pamamagitan ng unang pagtatayo ng isang malaking-diameter "preform" na may isang maingat na kinokontrol na repraktibo index profile, at pagkatapos ay "pulling" ang preform upang bumuo ng mahaba, manipis optical fiber.  Ang preform ay karaniwan nang ginawa ng tatlong kemikal na paraan ng pag- aalis ng singaw ng kemikal : sa loob ng pag-aalis ng singaw , sa labas ng pag-aalis ng singaw , at singaw ng ehe ng singaw .  
Sa loob ng pag-aalis ng singaw , ang preform ay nagsisimula bilang isang hollow glass tube na humigit-kumulang 40 centimetre (16 in)   mahaba, na inilalagay pahalang at pinaikot nang dahan-dahan sa isang lathe .  Ang mga gas tulad ng silikon tetrachloride (SiCl ₄ ) o germanyum tetrachloride (GeCl ₄ ) ay sinisiksik na may oxygen sa dulo ng tubo.  Ang mga gas ay pinainit sa pamamagitan ng isang panlabas na burner ng haydrodyen, na nagdadala ng temperatura ng gas hanggang sa 1,900   K (1,600   ° C, 3,000   ° F), kung saan ang tetrachlorides ay tumutugon sa oksiheno upang makagawa ng mga particle ng silica o germania (germanyum dioxide).  Kapag ang mga kondisyon ng reaksyon ay pinili upang pahintulutan ang reaksyong ito na maganap sa gas phase sa kabuuan ng dami ng tubo, sa kaibahan sa mga naunang mga diskarte kung saan ang reaksyon ay naganap lamang sa ibabaw ng salamin, ang pamamaraan na ito ay tinatawag na modified chemical vapor deposition (MCVD) . 
Ang mga particle ng oksido pagkatapos ay nagtipon upang bumuo ng malaking mga chain ng particle, na sa dakong huli ay magdeposito sa mga dingding ng tubo bilang uling.  Ang pagtitiwalag ay dahil sa malaking pagkakaiba sa temperatura sa pagitan ng gas core at ang dingding na nagiging sanhi ng gas upang itulak ang mga particle palabas (ito ay kilala bilang thermophoresis ).  Ang ilaw ay pagkatapos ay traversed up at down ang haba ng tubo sa deposito ang materyal nang pantay-pantay.  Matapos ang sulo ay nakarating sa dulo ng tubo, pagkatapos ay ibabalik ito sa pasimula ng tubo at ang nadeposito na mga particle ay pagkatapos ay natunaw upang bumuo ng isang matatag na layer.  Ang prosesong ito ay paulit-ulit hanggang sa ideposito ang sapat na halaga ng materyal.  Para sa bawat layer ang komposisyon ay maaaring mabago sa pamamagitan ng pag-iba-iba ang komposisyon ng gas, na nagreresulta sa tumpak na kontrol ng optical properties ng tapos na fiber. 
Sa labas ng singaw ng singaw o singaw ng ehe ng singaw, ang salamin ay nabuo sa pamamagitan ng apoy hydrolysis , isang reaksyon kung saan ang silikon tetrachloride at germanyum tetrachloride ay oxidized sa pamamagitan ng reaksyon sa tubig (H ₂ O) sa isang apoy oxyhydrogen .  Sa labas ng pag-alis ng singaw ang baso ay idineposito sa isang matibay na pamalo, na kung saan ay aalisin bago ang karagdagang pagproseso.  Sa singaw ng ehe ng singaw, isang maikling baras ng binhi ang ginamit, at isang porous preform, na ang haba ay hindi limitado sa laki ng pinagmulan ng baras, ay itinayo sa pagtatapos nito.  Ang porous preform ay pinagsama sa isang transparent, solid preform sa pamamagitan ng pagpainit sa halos 1,800   K (1,500   ° C, 2,800   ° F). 
Ang karaniwang komunikasyon hibla ay gumagamit ng isang pabilog preform.  Para sa ilang mga application tulad ng double-clad fibers ibang form ay ginustong.   Sa fiber lasers batay sa double-clad fiber, ang isang walang simetrya na hugis ay nagpapabuti sa pagpuno ng kadahilanan para sa pumping ng laser . 
Dahil sa pag-igting sa ibabaw, ang hugis ay na-smoothed sa panahon ng proseso ng pagguhit, at ang hugis ng nagreresultang hibla ay hindi pinarami ang mga matalim na dulo ng preform.  Gayunpaman, ang maingat na buli ng preform ay mahalaga, dahil ang anumang mga depekto ng ibabaw ng preform ay nakakaapekto sa optical at mekanikal na mga katangian ng nagresultang hibla.  Sa partikular, ang preform para sa test-fiber na ipinakita sa figure ay hindi pinakintab na rin, at ang mga bitak ay nakikita sa confocal optical mikroskopyo .

Pagguhit

Ang preform, gayunpaman itinayo, ay inilagay sa isang aparato na kilala bilang isang tower ng pagguhit , kung saan ang preform tip ay pinainit at ang optical fiber ay nakuha bilang isang string.  Sa pamamagitan ng pagsukat ng nagreresultang lapad ng hibla, ang pag-igting sa fiber ay maaaring kontrolin upang mapanatili ang kapal ng fiber.

Mga Pintura

Ang ilaw ay ginagabayan ang core ng hibla sa pamamagitan ng isang optical cladding na may mas mababang repraktibo index na traps liwanag sa core sa pamamagitan ng kabuuang panloob na pagmuni-muni. 
Ang cladding ay pinahiran ng isang buffer na pinoprotektahan ito mula sa kahalumigmigan at pisikal na pinsala.   Ang buffer coat ay kung ano ang makakakuha ng hipped off ang hibla para sa pagwawakas o splicing.  Ang mga coatings ay UV-cured urethane acrylate composite o polyimide na materyales na inilapat sa labas ng hibla sa panahon ng proseso ng pagguhit.  Ang mga coatings ay pinoprotektahan ang napakahusay na mga hibla ng fiber glass-tungkol sa sukat ng isang buhok ng tao-at pinapayagan ito upang mabuhay ang mga kahirapan ng pagmamanupaktura, patunay na pagsubok, paglalagay ng kable at pag-install. 
Ang salamin ng salamin sa mata ngayong araw na gumuhit ng mga proseso ay gumagamit ng dual-layer na patong na diskarte.  Ang isang panloob pangunahing patong ay dinisenyo upang kumilos bilang isang shock absorber upang mabawasan ang pagpapalambing na dulot ng microbending.  Ang isang panlabas na pangalawang patong ay pinoprotektahan ang pangunahing patong laban sa mekanikal na pinsala at nagsisilbing isang hadlang sa mga pwersang lateral, at maaaring kulay upang iibahin ang mga hibla sa mga bundled cable constructions. 
Ang mga fiber optic coating layer na ito ay inilalapat sa panahon ng fiber draw, sa mga bilis na papalapit na 100 kilometres per hour (60 mph)   .  Inilalapat ang Fiber optic coatings gamit ang isa sa dalawang pamamaraan: wet-on-dry at wet-on-wet .  Sa wet-on-dry, ang fiber ay pumasa sa pamamagitan ng isang pangunahing application ng patong, na pagkatapos ay ang UV cured-pagkatapos ay sa pamamagitan ng pangalawang application patong, na pagkatapos ay cured.  Sa wet-on-wet, ang fiber ay pumasa sa parehong mga primer at sekundaryong mga application ng patong, pagkatapos ay papunta sa UV curing. 
Ang Fiber optic coatings ay inilapat sa concentric layers upang maiwasan ang pinsala sa hibla sa panahon ng pagguhit ng application at upang i-maximize ang hibla lakas at microbend pagtutol.  Ang hindi pantay na pinahiran na hibla ay makararanas ng mga di-pare-parehong pwersa kapag lumalawak ang patong o mga kontrata, at madaling kapitan sa mas mataas na signal attenuation.  Sa ilalim ng tamang pagguhit at mga proseso ng patong, ang mga coatings ay concentric sa paligid ng hibla, na patuloy sa paglipas ng haba ng application at may patuloy na kapal. 
Ang fiber fiber coatings ay nagpoprotekta sa mga fiber fibers mula sa mga gasgas na maaaring humantong sa degradasyon ng lakas.  Ang kumbinasyon ng kahalumigmigan at mga gasgas ay pinabilis ang pag-iipon at pagkasira ng lakas ng hibla.  Kapag ang fiber ay napapailalim sa mababang stresses sa loob ng mahabang panahon, ang pagkapagod ng hibla ay maaaring mangyari.  Sa paglipas ng panahon o sa matinding mga kondisyon, ang mga salik na ito ay nagsasanib upang maging sanhi ng mga mikroskopikong mga depekto sa glass fiber upang palaganapin, na maaaring magresulta sa kabiguan ng hibla. 
Tatlong pangunahing katangian ng fiber optic waveguides ay maaaring maapektuhan ng mga kondisyon ng kapaligiran: lakas, pagpapalambing at paglaban sa mga pagkalugi na sanhi ng microbending.  Ang panlabas na optical fiber jackets at buffer tubes ay nagpoprotekta sa optical glass fiber mula sa mga kondisyon ng kapaligiran na maaaring makaapekto sa pagganap ng hibla at pang-matagalang tibay.  Sa loob, tinitiyak ng mga coatings ang pagiging maaasahan ng signal na isinasagawa at makatulong na i-minimize ang pagpapalambing dahil sa microbending.

Cable construction

Sa praktikal na fibers, ang cladding ay karaniwang pinahiran na may isang matibay dagta patong at isang karagdagang buffer layer, na maaaring karagdagang napapalibutan ng isang jacket layer, ay karaniwang plastic.  Ang mga layer na ito ay nagdaragdag ng lakas sa hibla ngunit hindi nag-ambag sa mga pag-aari ng optical optical guide nito.  Ang mga matitigas na pagtitipon ng hibla kung minsan ay naglalagay ng light-absorbing ("dark") na salamin sa pagitan ng mga fibers, upang maiwasan ang liwanag na lumalabas sa isang hibla mula sa pagpasok ng isa pa.  Binabawasan nito ang cross-talk sa pagitan ng mga fibers, o binabawasan ang sumiklab sa mga application ng fiber bundle imaging.   
Ang mga modernong cable ay may iba't ibang mga sheathings at armor, na dinisenyo para sa mga application tulad ng direktang paglilibing sa trenches, mataas na boltahe paghihiwalay, dual paggamit bilang mga linya ng kapangyarihan,      install sa tubo, paghagupit sa mga himpapawid sa himpapawid, pag-install ng submarino, at pagpasok sa mga aspaltado na kalye.  Karaniwang gumagamit ng multi-fiber cable ang kulay na coatings at / o buffers upang makilala ang bawat strand.  Ang halaga ng maliit na fiber-count na mga mount-mount cables ay lubhang nabawasan dahil sa mataas na demand para sa fiber sa home (FTTH) na pag-install sa Japan at South Korea. 
Ang fiber cable ay maaaring maging napaka-kakayahang umangkop, ngunit ang pagkawala ng tradisyonal na hibla ay lubhang nagdaragdag kung ang hibla ay nakatungo sa isang radius na mas maliit kaysa sa paligid ng 30   mm.  Lumilikha ito ng problema kapag ang cable ay nakatungo sa paligid ng mga sulok o sugat sa paligid ng isang spool, na ginagawang mas kumplikado ang mga installation ng FTTX .  Ang "nabaluktot na fibers", na na-target sa mas madaling pag-install sa mga kapaligiran ng bahay, ay na-standardize bilang ITU-T G.657.  Ang uri ng hibla ay maaaring baluktot na may radius na mas mababa sa 7.5   mm nang walang masamang epekto.  Kahit na higit pa ang mga nabaluktot na fibre ay binuo.   Ang nababaluktot na hibla ay maaari ring lumalaban sa pag-hack ng hibla, kung saan ang signal sa isang hibla ay tahimik na sinusubaybayan ng baluktot na hibla at tiktik ang butas na tumutulo.  
Ang isa pang mahalagang katangian ng cable ay ang kakayahan ng cable na mapaglabanan ang pahalang na puwersang ginagamit.  Ito ay technically tinatawag na max makunat lakas na tumutukoy kung magkano ang puwersa ay maaaring mailapat sa cable sa panahon ng pag-install. 
Ang ilang mga fiber optic cable na mga bersyon ay pinalakas ng aramid yarns o glass yarns bilang intermediary strength member .  Sa mga komersyal na termino, ang paggamit ng salamin yarns ay mas epektibong gastos habang walang pagkawala sa mekanikal tibay ng cable.  Ang mga yarns ng salamin ay nagpoprotekta rin sa cable core laban sa rodents at mga anay.

Terminasyon at splicing

Ang mga optical fibers ay konektado sa terminal equipment ng optical fiber connectors .  Ang mga konektor na ito ay karaniwang may isang karaniwang uri tulad ng FC , SC , ST , LC , MTRJ , MPO o SMA .  Ang mga optical fibers ay maaaring konektado sa bawat isa sa pamamagitan ng mga konektor o sa pamamagitan ng splicing , samakatuwid , na sumasali sa dalawang fiber na magkasama upang bumuo ng tuloy-tuloy na optical waveguide.  Ang pangkaraniwang tinatanggap na paraan ng pag-splicing ay arc fusion splicing , na natutunaw ang hibla ay nagtatapos kasama ang electric arc .  Para sa mas mabilis na mga trabaho sa pangkabit, isang "mekanikal na paghugpong" ay ginagamit. 
Ang pagsasama ng Fusion ay ginagawa gamit ang dalubhasang instrumento.  Ang hibla ng mga dulo ay unang nakuha ng kanilang proteksiyon na patong polimer (pati na rin ang mas matibay na panlabas na jacket, kung kasalukuyan).  Ang mga dulo ay dumidikit (hiwa) na may katumpakan puthaw upang gawin itong patayo, at ay inilalagay sa espesyal na may hawak sa fusion splicer.  Ang paghahati ay karaniwang sinusuri sa pamamagitan ng isang pinalaki screen ng pagtingin upang suriin ang cleaves bago at pagkatapos ng paghugpong.  Ang splicer ay gumagamit ng maliliit na motors upang ihanay ang dulo ng mga mukha magkasama, at nagpapalabas ng isang maliit na spark sa pagitan ng mga electrodes sa puwang upang masunog ang dust at kahalumigmigan.  Pagkatapos ang splicer ay bumubuo ng isang mas malaking spark na nagpapataas ng temperatura sa itaas ng temperatura ng pagkatunaw ng salamin, na pinagsasama ang mga dulo nang permanente.  Ang lokasyon at enerhiya ng spark ay maingat na kinokontrol upang ang tunaw na core at cladding ay hindi makihalubilo, at pinipinsala nito ang pagkawala ng optical.  Ang pagtantya ng pagkagumon ay natutukoy ng splicer, sa pamamagitan ng pagdidirekta sa liwanag sa pamamagitan ng paglalagay sa isang panig at pagsukat ng liwanag na pagtulo mula sa cladding sa kabilang panig.  Ang isang pagkagumon pagkawala sa ilalim ng 0.1   DB ay tipikal.  Ang pagiging kumplikado ng prosesong ito ay gumagawa ng fiber splicing mas mahirap kaysa sa splicing copper wire. 
Ang mekanikal hibla ng mga splice ay idinisenyo upang maging mas mabilis at mas madali upang i-install, ngunit mayroon pa rin ang pangangailangan para sa pagtanggal, maingat na paglilinis at katumpakan cleaving.  Ang mga dulo ng hibla ay nakahanay at pinagsama sa pamamagitan ng isang manggagawa na ginawa ng katumpakan, kadalasang gumagamit ng isang malinaw na pagtutugma ng gel na nagpapadali sa paghahatid ng liwanag sa kabuuan ng magkasanib na bahagi.  Ang ganitong mga joints ay karaniwang may mas mataas na pagkawala ng optical at mas mababa kaysa sa malakas na pagsabog ng fusion, lalo na kung ginagamit ang gel.  Lahat ng splicing techniques ay kinabibilangan ng pag-install ng enclosure na pumoprotekta sa paghugpong. 
Tinatapos ang mga fibre sa mga konektor na hawak nang husto ang hibla at ligtas.  Ang isang fiber-optic connector ay karaniwang isang matibay na cylindrical barrel na napapalibutan ng isang manggas na humahawak sa bariles sa kanyang mating socket.  Ang mekanismo ng isinangkot ay maaaring itulak at i-click , buksan at mag-aldaba ( bayonet mount ), o tornilyo-in ( sinulid ).  Ang bariles ay karaniwang libre upang ilipat sa loob ng manggas, at maaaring magkaroon ng isang susi na pumipigil sa bariles at hibla mula sa umiikot na bilang ang mga konektor ay mated. 
Ang isang karaniwang konektor ay na-install sa pamamagitan ng paghahanda ng fiber end at pagpasok nito sa likuran ng katawan ng connector.  Ang mabilis na hanay ng malagkit ay kadalasang ginagamit upang hawakan nang husto ang fiber, at ang ligtas na lunas ay nakuha sa likuran.  Sa sandaling ang mga malagkit na hanay, ang dulo ng hibla ay pinahiran sa isang mirror finish.  Ang iba't ibang mga profile ng polish ay ginagamit, depende sa uri ng fiber at ang application.  Para sa single-mode fiber, ang mga dulo ng hibla ay kadalasang kininis na may bahagyang kurbada na nagpapadali sa mga konektor ng mated connectors lamang sa kanilang mga core.  Ito ay tinatawag na pisikal na contact (PC) polish.  Ang hubog na ibabaw ay maaaring makintab sa isang anggulo, upang makagawa ng isang naka- anggulo na pisikal na pakikipag-ugnay (APC) na koneksyon.  Ang ganitong mga koneksyon ay may mas mataas na pagkawala kaysa sa mga koneksyon sa PC, ngunit lubos na nabawasan ang pagmumuni-muni, dahil ang liwanag na sumasalamin mula sa angled surface leaks out sa fiber core.  Ang nagresultang pagkawala ng lakas ng signal ay tinatawag na pagkawala ng puwang .  Ang mga hibla ng APC ay nagtatapos na may mababang likod na pagmumuni-muni kahit na naka-disconnect. 
Noong dekada ng 1990s, ang pagtatapos ng fiber optic cables ay matindi ang paggawa.  Ang bilang ng mga bahagi bawat connector, buli ng fibers, at ang pangangailangan sa oven-maghurno ang epoxy sa bawat connector na ginawa terminating hibla ng mata cable mahirap.  Sa ngayon, maraming mga uri ng konektor ang nasa merkado na nag-aalok ng mas madali, mas kaunting mga masinop na paraan ng pagtatapos ng mga kable.  Ang ilan sa mga pinakasikat na konektor ay pre-polished sa pabrika, at may kasamang gel sa loob ng connector.  Ang dalawang hakbang na ito ay makakatulong sa pag-save ng pera sa paggawa, lalo na sa mga malalaking proyekto.  Ang isang cleave ay ginawa sa isang kinakailangang haba, upang makakuha ng mas malapit sa pinakintab na piraso na nasa loob ng connector.  Ang gel ay pumapaligid sa punto kung saan nakasalubong ang dalawang piraso sa loob ng connector para sa napakaliit na pagkawala ng ilaw.     Long term pagganap ng gel ay isang disenyo na pagsasaalang-alang, kaya para sa pinaka-demanding mga pag-install, factory pre-kininis pigtails may sapat na haba upang maabot ang unang fusion maghugpong enclosure ay karaniwang ang pinakaligtas na paraan na minimizes on-site na paggawa.

Libreng-espasyong pagkabit

Ito ay madalas na kinakailangan upang ihanay ang isang optical fiber na may isa pang optical fiber, o sa isang optoelectronic device tulad ng diode na may light-emitting , isang laser diode , o isang modulator .  Ito ay maaaring kasangkot maingat na pinagsasama ang hibla at ilagay ito sa contact na may aparato, o maaaring gumamit ng isang lens upang payagan ang pagkabit sa isang puwang ng hangin.  Kadalasan ang laki ng mode ng hibla ay mas malaki kaysa sa sukat ng mode sa isang laser diode o isang silicon optical chip .  Sa kasong ito, ang isang tapered o lensed fiber ay ginagamit upang tumugma sa pamamahagi ng field ng hibla sa iba pang elemento.  Ang lens sa dulo ng hibla ay maaaring binuo gamit buli, laser cutting  o fusion splicing. 
Sa isang kapaligiran sa laboratoryo, ang isang hubad na hibla ng hibla ay isinasama gamit ang isang sistema ng paglulunsad ng hibla, na gumagamit ng isang lens ng mikroskopyo na layunin upang ituon ang ilaw pababa sa isang masarap na punto.  Ang isang yugto ng pagsalin ng katumpakan (micro-positioning table) ay ginagamit upang ilipat ang lens, hibla, o aparato upang pahintulutan ang pagkabit ng kahusayan upang ma-optimize.  Ang mga fibre na may isang konektor sa dulo ay gumagawa ng prosesong ito ng mas simple: ang connector ay naka-plug sa isang pre-align fiberoptic collimator, na naglalaman ng isang lens na alinman sa tumpak na nakaposisyon sa paggalang sa hibla, o ay madaling iakma.  Upang makamit ang pinakamahusay na kahusayan sa pag-iniksyon sa single-mode fiber, ang direksyon, posisyon, laki at pagkakaiba-iba ng sinag ay dapat na ma-optimize.  Sa magagandang beams, maaaring makamit ang 70-90% na pagkonekta sa kahusayan. 
Sa maayos na pinakintab na single-mode fibers, ang sinulid na sinag ay may halos perpektong hugis ng Gaussian-kahit na sa malayong larangan-kung ang isang mahusay na lens ay ginagamit.  Ang lens ay kailangang sapat na malaki upang suportahan ang buong numerong siwang ng hibla, at hindi dapat ipakilala ang mga aberasyon sa sinag.  Karaniwang ginagamit ang mga lens ng Aspheric .

Fiber fuse

Sa mataas na optical intensities, higit sa 2 megawatts bawat parisukat sentimetro, kapag ang isang hibla ay napapailalim sa isang pagkabigla o kung hindi man ay biglang nasira, ang isang fiber fuse ay maaaring mangyari.  Ang pagmumuni-muni mula sa pinsala ay vaporizes agad ang fiber bago ang break, at ang bagong depekto ay nanatiling mapanimdim upang ang pinsala ay nagpapalaganap pabalik sa transmiter sa 1-3 metro kada segundo (4-11   km / h, 2-8   mph).    Ang bukas na fiber control system, na nagsisiguro sa kaligtasan ng mata sa mata sa kaganapan ng isang basag na hibla, ay maaari ring epektibong mapigil ang pagpapalaganap ng fiber fuse.   Sa mga sitwasyon, tulad ng mga cable sa ilalim ng dagat, kung saan maaaring gamitin ang mataas na lebel ng kuryente nang hindi nangangailangan ng bukas na kontrol ng hibla, ang isang proteksyon ng "hibla ng fuse" sa transmiter ay maaaring masira ang circuit upang mapanatiling pinsala sa isang minimum.

Chromatic dispersion

Ang repraktibong index ng mga fiber ay bahagyang nag-iiba sa dalas ng liwanag, at liwanag pinagmumulan ay hindi perpektong monochromatic.  Ang modulasyon ng liwanag na pinagmumulan upang magpadala ng isang senyas ay bahagyang nagpapalawak sa dalas ng bandang nakukuha na ilaw.  Ito ay ang epekto na, sa matagal na distansya at sa mataas na bilis ng modulasyon, ang iba't ibang mga frequency ng liwanag ay maaaring tumagal ng iba't ibang oras upang makarating sa receiver, sa huli ay ginagawa ang signal na imposibleng makilala, at nangangailangan ng mga dagdag na repeaters.   Ang problemang ito ay maaaring pagtagumpayan sa maraming mga paraan, kasama na ang paggamit ng isang medyo maikling haba ng hibla na may kabaligtaran ng refractive index gradient.