Sợi lõi rỗng (HCF) là gì?
Các sợi quang lõi rỗng khác với các sợi quang bằng thủy tinh rắn hoặc lõi nhựa truyền thống, vì bên trong của chúng trống và có thể chứa đầy không khí, khí trơ hoặc chân không. Phương pháp thiết kế kết cấu độc đáo này thay đổi đáng kể các đặc tính lan truyền quang học của các sợi quang, mang lại cho chúng nhiều lợi thế hiệu suất so với các sợi quang lõi thủy tinh rắn truyền thống. Do tốc độ lan truyền nhanh hơn của ánh sáng trong không khí so với thủy tinh, các sợi quang lõi rỗng có độ trễ và tổn thất thấp hơn so với các sợi quang truyền thống. Microsoft Lum mật độ tuyên bố rằng tốc độ sợi quang rỗng của nó nhanh hơn 47% so với kính thạch anh tiêu chuẩn. Ngoài ra, các sợi lõi rỗng không nhấc ánh sáng và có thể dễ dàng hỗ trợ ánh sáng trong nhiều dải như O, S, E, C, L, U, v.v.
Sợi lõi rỗng, giống như sợi lõi thủy tinh truyền thống, bao gồm ba phần: lõi, ốp và lớp phủ. Sự khác biệt chính nằm ở cốt lõi và ốp. Cốt lõi của sợi rỗng là không khí, và lớp phủ được thiết kế dựa trên cấu trúc vi mô, thường bao gồm một loạt các lỗ không khí nhỏ được sắp xếp theo cấu trúc giống như tổ ong. Khi ánh sáng là sự cố trên giao diện giữa lõi sợi và lớp phủ, nó được phân tán mạnh mẽ bởi các lỗ không khí được sắp xếp định kỳ trong lớp phủ. Nhiều tán xạ này tạo ra sự kết hợp, cho phép sóng ánh sáng đáp ứng các bước sóng cụ thể và các góc tới để quay trở lại lớp lõi và tiếp tục lan truyền. Chức năng của cấu trúc vi mô là giới hạn các tín hiệu quang học trong lõi sợi để lan truyền và hiệu suất của các sợi lõi rỗng chủ yếu được xác định bởi cấu trúc vi mô.
Sợi rỗng làm giảm khúc xạ của ánh sáng bởi môi trường do sự lan truyền của ánh sáng trong không khí, do đó làm giảm đáng kể độ trễ truyền. Mất tín hiệu của sợi rỗng thấp hơn đáng kể so với sợi truyền thống, làm cho nó phù hợp cho việc truyền tải đường dài cực kỳ và giảm nhu cầu khuếch đại tín hiệu. Sợi lõi rỗng làm giảm đáng kể các hiệu ứng phi tuyến (như điều chế pha tự trong sợi) trong quá trình truyền quang điện năng cao, làm cho nó có thể áp dụng rộng rãi trong truyền laser công suất cao và giao tiếp lượng tử.
Các sợi lõi rỗng có thể được phân loại thành hai loại dựa trên thiết kế cấu trúc vi mô và nguyên tắc làm việc của chúng: sợi lõi rỗng ban nhạc photonic (PBG-HCF) và sợi lõi rỗng chống cộng hưởng (AR-HCF). Sự phát triển của các sợi quang lõi rỗng chủ yếu đã trải qua quá trình tiến hóa từ các sợi bandgap quang học đến các sợi chống cộng hưởng.
Các sợi lõi rỗng photon Bandgap dựa vào cấu trúc tinh thể quang tử trong lớp phủ sợi để tạo thành một dải băng quang để hạn chế sự lan truyền của các chùm sáng trong lõi rỗng. Sự khác biệt về chỉ số khúc xạ của các tinh thể quang tử có nghĩa là chùm sáng chỉ có thể lan truyền trong lõi và không thể rò rỉ vào lớp phủ. Tuy nhiên, cấu trúc này dễ bị tổn thất, với sự mất dự đoán khoảng 4dB mỗi km, điều này hạn chế việc sử dụng nó trong các mạng đường dài.
Sợi rỗng chống cộng hưởng phản xạ kết hợp ánh sáng qua lại giữa các màng thủy tinh hình ống bên trong sợi, giới hạn ánh sáng gần lõi không khí và truyền nó dọc theo trục. Nguyên tắc chống cộng hưởng là khá phức tạp, và một số người cho rằng nó tương tự như nhiễu màng mỏng. Loại sợi quang này sử dụng nguyên tắc phản xạ cộng hưởng và tạo thành một cấu trúc vi mô phức tạp thông qua thiết kế cấu trúc đặc biệt, chẳng hạn như thiết kế nhiều lớp mao mạch được sắp xếp đặc biệt. Cấu trúc này ngăn chặn sự phản xạ tổng của ánh sáng trong quá trình truyền và cấu trúc lồng nhau của mao mạch có thể làm giảm đáng kể sự suy giảm của các sợi quang lõi rỗng.
