Co je to duté jádro vlákno (HCF)?
Optická vlákna s dutým jádrem se liší od tradičních optických vláken s pevným sklem nebo plastovým jádrem, protože jejich interiér je prázdný a může být naplněn vzduchem, inertním plynem nebo vakuem. Tato jedinečná metoda strukturálního návrhu významně mění charakteristiky optických šíření optických vláken, což jim poskytuje více výhod oproti tradičním pevným skleněným jádrovým optickým vláknem. Vzhledem k rychlejší rychlosti šíření světla ve vzduchu ve srovnání se sklem mají optická vlákna s dutým jádrem nižší latence a ztráty ve srovnání s tradičními optickými vlákny. Microsoft Limusity tvrdí, že jeho rychlost optických vláken je o 47% rychlejší než standardní křemenné sklo. Kromě toho, dutá jádro vlákna nevybírají světlo a mohou snadno podporovat světlo ve více pásech, jako jsou O, S, E, C, L, U atd.
Duté jádrové vlákno, jako je tradiční skleněné jádrové vlákno, se skládá ze tří částí: jádra, opláštění a povlak. Hlavní rozdíl spočívá v jádru a obkladu. Jádro duté vlákniny je vzduch a opláštění je navrženo na základě mikrostruktury, obvykle sestávající z řady malých vzduchových otvorů uspořádaných ve struktuře podobné voštině. Když je světlo dopadající na rozhraní mezi jádrem vlákna a pláštěm, je silně rozptýleno periodicky uspořádanými otvory vzduchu v obkladu. Tento roztroušený rozptyl způsobuje koherenci a umožňuje světelným vlnám, které splňují specifické vlnové délky a úhly dopadu, aby se vrátily do jádrové vrstvy a nadále se šířily. Funkcí mikrostruktury je omezit optické signály v jádru vlákna pro šíření a výkon dutých jádrových vláken je určen hlavně mikrostrukturou.
Duté vlákno snižuje lom světla médiem v důsledku šíření světla ve vzduchu, čímž výrazně snižuje zpoždění přenosu. Ztráta signálu dutého vlákna je výrazně nižší než ztráta tradičního vlákna, což je vhodné pro přenos ultra dlouhého vzdálenosti a snižuje potřebu signálních zesilovačů. Duté jádrové vlákno významně snižuje nelineární účinky (jako je samofázová modulace uvnitř vlákna) během vysoce výkonného optického přenosu, což je široce použitelné při přenosu laseru s vysokým výkonem a kvantovou komunikaci.
Vlákna s dutým jádrem mohou být jednoduše klasifikována do dvou kategorií na základě jejich návrhu mikrostruktury a pracovního principu: Photonic Bandgap Hollow Core vlákna (PBG-HCF) a Anti Rezonanční dutá jádra (AR-HCF). Vývoj dutých optických vláken prošel hlavně procesem evoluce z fotonických vláken bandgap na antizonanční vlákna.
Fotonová bandgap dutá jádro vlákna se spoléhají na strukturu fotonického krystalu ve vláknitém plášti a vytvoří fotonickou bandgap, aby omezila šíření světelných paprsků v dutém jádru. Rozdíl v indexu lomu fotonických krystalů znamená, že světelný paprsek se může šířit pouze v jádru a nemůže unikat do pláště. Tato struktura je však náchylná ke ztrátám, s předpokládanou ztrátou přibližně 4dB na kilometr, což omezuje její použití v sítích na dálku.
Anti rezonanční dutá vlákno koherentně odráží světlo tam a zpět mezi trubkovými skleněnými filmy uvnitř vlákna, omezuje světlo poblíž vzduchového jádra a přenáší jej podél osy. Princip antizonance je poměrně složitý a někteří lidé tvrdí, že je podobný interferenci tenkého filmu. Tento typ optického vlákna využívá princip antizonančního odrazu a tvoří komplexní mikrostrukturu prostřednictvím speciálního strukturálního designu, jako je navrhování více vrstev speciálně uspořádaných kapilár. Tato struktura zabraňuje úplnému odrazu světla během přenosu a vnořená struktura kapilár může výrazně snížit útlum optických vláken dutých jádra.
