Měření vlastností mnohavidových optických vláknových vlnovodů

Abstract

Tato práce se zaměřuje na měření vlastností skleněných a plastových mnohovidových optických vláknových vlnovodů. Popisuje vlastnosti použitých optických vláken z hlediska jejich materiálu jádra a zkoumá měrný optický útlum těchto vláken. Celkem bylo měřeno sedm typů optických vláken, z nichž tři byla plastová a čtyři skleněná. Jedná se o skleněná vlákna typu OM1 (gradientní optické vlákno s průměrem 62,5/125 µm - jádro/plášť), OM2 (gradientní optické vlákno s průměrem 50/125 µm - jádro/plášť), SI-50 µm (optické vlákno se skokovou změnou indexu lomu s průměrem 50/125 µm - jádro/plášť) a SI-105 µm (optické vlákno se skokovou změnou indexu lomu s průměrem 105/125 µm - jádro/plášť) a plastová optická vlákna typu FONTEX (polymerní optické vlákno s dvojitým pláštěm s průměrem jádra 55 µm), GI-POF (polymerní optické vlákno s gradientní změnou indexu lomu s průměrem jádra 900 µm) a POF (polymerní optické vlákno se skokovou změnou indexu lomu s průměrem 980/1000 µm - jádro/plášť).

Prvním uskutečněným experimentem bylo měření spektrálních charakteristik, které probíhalo na vlnových délkách od 350 nm do 1700 nm. Naměřené spektrální charakteristiky jsou prezentovány pro skleněná optická vlákna s měrným optickým útlumem dB/km, plastová optická vlákna jsou kvůli mnohonásobně vyššímu optickému útlumu uváděna s měrným optickým útlumem dB/m. Druhým experimentem bylo stanovení měrného optického útlumu pomocí metody dvou délek. Měření probíhalo na sedmi vlnových délkách a to 650, 808, 850, 976, 1300, 1480 a 1550 nm. Porovnával jsem vlastnosti skleněných optických vláken s měrným optickým útlumem dB/km a plastových optických vláken s měrným optickým útlumem dB/m. Posledním experimentem bylo měření pomocí optické reflektometrie s cílem ověřit funkčnost, délku a optický útlum čtyř optických tras realizovaných svářením optických vláken OM1 a OM2 a také optické trasy realizované spojováním optických vláken typu SI-105 µm pomocí optických spojek.

Cílem bakalářské práce bylo seznámit s vlastnostmi optických vláknových vlnovodů a zhodnotit možnosti použití optických vláken pro použití v systémech PoF (Power over Fiber), kde optická vlákna neslouží primárně pro přenos dat, ale pro přenos vysoké optické energie, která je následně převedena na elektrickou energii.

Z výsledků dosažených při řešení bakalářské práce vyplývá, že jako vhodné řešení pro napájení na velké vzdálenosti se zdá použití optických vláken OM1 a OM2 , především na vyšších vlnových délkách (1480 a 1550 nm). Na nižších vlnových délkách (808, 850, 980 a 1060 nm) se jeví lépe optická vlákna SI-50 µm a SI-105 µm. Optické vlákno SI-105 µm navíc z důvodu většího průměru optického jádra umožnuje vyšší přenášený optický výkon. Polymerní optická vlákna se pro systémy PoF nezdají vhodná, jelikož mají nižší teplotní odolnost a nejsou tedy schopná přenášet vysoké optické výkony.This work focuses on measurement of properties of glass and plastic multimode optical fiber waveguides. It describes the properties of the optical fibers used in terms of their core material and investigates the specific optical attenuation of these fibers. There were a total of seven types of optical fibers, three of which were plastic and four were glass. These are glass fibers of the type OM1 (gradient optical fiber with a diameter of 62.5/125 µm - core/cladding), OM2 (gradient optical fiber with a diameter of 50/125 µm - core/cladding), SI-50 µm (optical fiber with a step change in refractive index with a diameter of 50/125 µm - core/cladding) and SI-105 µm (optical fiber with a step change in refractive index with a diameter of 105/125 µm - core/cladding) and plastic optical fibers of the type FONTEX (polymeric optical fiber with a double cladding with a core diameter of 55 µm), GI-POF (polymeric optical fiber with a gradient change in refractive index with a core diameter of 900 µm) and POF (polymer optical fiber with a step change in refractive index with a diameter of 980/1000 µm - core/cladding).

The first experiment carried out was the measurement of spectral characteristics, which took place at wavelengths from 350 nm to 1700 nm. The measured spectral characteristics are presented for glass optical fibers with a specific optical attenuation dB/km, plastic optical fibers are presented with a specific optical attenuation dB/m due to the many times higher optical attenuation. The second experiment was the determination of the specific optical attenuation using the two-length method. The measurement was carried out at seven wavelengths, namely 650, 808, 850, 976, 1300, 1480 and 1550 nm. I compared the properties of glass optical fibers with a specific optical attenuation of dB/km and plastic optical fibers with a specific optical attenuation of dB/m. The last experiment was a measurement using optical reflectometry with the aim of verifying the functionality length and optical attenuation of four optical paths implemented by splicing OM1 and OM2 optical fibers and an optical path implemented by connecting optical fibers of the SI-105 µm type using optical couplers.

The aim of the bachelors thesis was to introduce the properties of optical fiber waveguides and to evaluate the possibilities of using optical fibers for use in PoF (Power over Fiber) systems, where optical fibers are not used primarily for data transmission, but for the transmission of high optical energy, which is subsequently converted into electrical energy.

The results obtained in the bachelors thesis show that as a suitable solution for power supply over long distances seems to be the use of OM1 and OM2 optical fibers, especially at higher wavelengths (1480 and 1550 nm). At lower wavelengths (808, 850, 980 and 1060 nm), SI-50 µm and SI-105 µm optical fibers appear to be better. In addition, SI-105 µm optical fiber, due to the larger diameter of the optical core, allows for higher transmitted optical power. Polymer optical fibers are not suitable for PoF systems because they have lower temperature resistance and are therefore not capable of transmitting high optical powers.