Сердцевина световода представляет собой двухслойный концентрический цилиндр с небольшой площадью поперечного сечения из кварцевого стекла. Он хрупкий, легко ломается и требует защитного слоя. Его можно разделить на оптическое волокно с микроструктурой и оптическое волокно с сохранением поляризации, которые в основном связаны с военными, национальными оборонными, аэрокосмическими, энергетическими и экологическими, промышленным контролем, медициной и здравоохранением, измерениями и испытаниями, безопасностью пищевых продуктов, бытовой техникой и многими другими областями.
В 1966 году г-н Гао Кун впервые предложил использовать диэлектрическое оптическое волокно для передачи информации с помощью оптического носителя в изделии, тем самым заложив теоретическую основу для оптического волокна как среды для передачи света. После нескольких лет исследований компания Corning в Соединенных Штатах в 1970 году произвела первое оптическое волокно с потерями 20 дБ / км, что значительно снизило потери при передаче оптического волокна и сделало возможной разработку технологии волоконно-оптической связи. В последние годы исследователи обнаружили, что технология оптоволоконного зондирования стала одной из активных ветвей в области оптоэлектронных технологий из-за ее высокой чувствительности, сильной способности противодействовать электромагнитным помехам, небольших размеров и простоты интеграции.
Технология оптоволоконного зондирования охватывает широкий спектр областей, включая военную промышленность, национальную оборону, аэрокосмическую промышленность, энергетику и защиту окружающей среды, промышленный контроль, медицину и здравоохранение, измерения и испытания, безопасность пищевых продуктов, бытовую технику и многие другие области. Основные задействованные датчики включают в себя: волоконно-оптические гироскопы, волоконно-оптические гидрофоны, датчики температуры с волоконной решеткой, волоконно-оптические трансформаторы тока и другие оптоволоконные сенсорные технологии. Микроструктурированные волокна и волокна, сохраняющие поляризацию, стали основой в области оптических датчиков благодаря их гибкой структуре и уникальным характеристикам.
Волокно с микроструктурой (Microstructure dfiber, MOF) можно разделить на следующие две категории в зависимости от его структуры и механизма передачи: первое - это микроструктурное волокно с управляемым показателем преломления; другой - фотон запрещенной зоны с периодическим расположением воздушных отверстий. Кристаллическое волокно. Волокно с микроструктурой с направленным индексом в основном включает капиллярное волокно, волокно с параллельной решеткой и многожильное волокно в соответствии с его структурой. Капиллярное волокно было впервые предложено Hidaka et al. в 1981 году. Как следует из названия, капиллярное волокно представляет собой полую структуру внутри своей сердцевины, которая обуславливает множество особых свойств. В области чувствительности капиллярное волокно имеет уникальные преимущества при измерении жидкостей и газов. В 1997 году исследовательская группа ITO.H использовала оптические волокна с полой сердцевиной для управления движением горячих атомов рубидия, чтобы достичь более глубокого понимания атомного поля. Лаборатория аэрокосмической науки и технологий «Интеллектуальные материалы и структура» Нанкинского университета аэронавтики и астронавтики осуществляет диагностику и ремонт композитных материалов путем впрыскивания клея в полое волокно, тем самым реализуя применение специальной структуры капиллярного волокна. Волокно с сердечником с параллельной решеткой - это волокно, в котором несколько сердечников расположены в соответствии с определенным правилом и имеют одну и ту же оболочку. Это вызовет взаимную связь между сердечниками и, таким образом, даст много странных характеристик. Лаборатория оптических датчиков Харбинского инженерного университета произвела серию многожильных оптических волокон с микроструктурным индексом. Многожильное оптическое волокно было предложено в конце 1970-х годов. Его основная цель - объединить сердцевину волокна в единое оптическое волокно, так что стоимость производства оптического волокна и кабеля может быть значительно снижена, а интеграция оптического волокна может быть улучшена. В 1994 году France Telecom впервые произвела четырехжильное одномодовое волокно. В 2010 году американская нефтесервисная компания B. Zhu и другие разработали и произвели семиядерное многожильное оптическое волокно, в котором семь жил были расположены в правильном шестиугольнике. В 2012 году R.Ryf и S.Randel et al. использовала маломодовые волокна для производства трехжильных волокон с микроструктурой, что уменьшало перекрестные помехи в сердцевине многожильных волокон. Хотя эти оптические волокна с микроструктурой волноводного типа имеют такие проблемы, как оптическая связь между сердцевинами и перекрестные помехи при передаче по оптоволокну на большие расстояния, это, несомненно, дает новую идею в области измерения оптических волокон.
Есть два ортогональных> состояния поляризации в одномодовом волокне. В идеальном случае, когда структура волокна строго симметрична, распространение этих двух мод равно. Однако при реальном производстве и применении, поскольку на одномодовое волокно влияет внешняя среда, такая как температура и напряжение, а также напряжение, возникающее во время изготовления, всегда существует определенная степень эллиптичности, распределения показателя преломления и асимметрии напряжений. Существует разница в постоянной распространения, поэтому во время распространения возникает дополнительная разность фаз, которая в оптике называется двойным лучепреломлением. Такое двойное лучепреломление неизбежно приведет к поляризационной модовой дисперсии. В области измерения оптического волокна и метрологии оптического волокна требуется, чтобы свет, распространяющийся в оптическом волокне, имел стабильное состояние поляризации. Во многих интегрированных оптических устройствах состояние поляризации входящего света также является избирательным. Из-за этого явления дисперсии поляризационных мод обычные одномодовые оптические волокна ограничивают развитие оптических датчиков и других полей, поэтому создаются оптические волокна с сохранением поляризации.
В настоящее время существует два основных метода решения проблемы нестабильности состояния поляризации в одномодовом волокне. Первый: попытаться уменьшить асимметричные характеристики одномодового волокна, попытаться решить влияние эллиптичности и внутреннего остаточного напряжения волокна так, чтобы эффект двойного лучепреломления этого одномодового волокна был сведен к минимуму до двух. могут быть взаимно вырожденными. Когда нормализованная константа распространения двулучепреломления B меньше 10 ^ -6, этот тип волокна обычно называют волокном с низким двулучепреломлением (LBF). Второй метод заключается в увеличении асимметрии одномодового волокна, увеличении его характеристик двойного лучепреломления и в затруднении связи света между двумя модами друг с другом. Мы называем этот вид волокна с сохранением поляризации и высоким двулучепреломлением (волокно с высоким двулучепреломлением, называемое HBF), и его нормализованная константа распространения двулучепреломления B больше 10 ^ -5. Волокна с высокой степенью двойного лучепреломления, сохраняющие поляризацию, можно разделить на волокна с двойной поляризацией и волокна с одной поляризацией в соответствии с их характеристиками распространения. Волокно с двойной поляризацией разделяет две поляризационные моды, так что поляризационная мода остается практически неизменной во время процесса передачи; в то время как однополяризационное волокно может передавать только одну моду из двух ортогональных поляризационных мод, а другая мода подавляется и не может распространяться. Мы называем это волокно однополяризационным волокном или абсолютно одномодовым волокном.
В соответствии с различными способами двулучепреломления в оптических волокнах, волокна, сохраняющие поляризацию, можно разделить на волокна с эффектом геометрической формы и волокна, индуцируемые напряжением. Как показано на рисунке, существует несколько распространенных торцевых структур, поддерживающих поляризацию. Среди них волокна типа "бабочка", "панда", внутренняя эллиптическая оболочка и прямоугольные волокна, сохраняющие поляризацию с напряжением, являются чувствительными к напряжению; эллиптический сердечник, боковая прорезь, волокна, сохраняющие поляризацию, такие как боковые туннели, представляют собой волокна с эффектом геометрической формы. В настоящее время большинство волокон, сохраняющих поляризацию, производятся методами, которые создают в волокне остаточные напряжения.
