4.2. Щелочное стекло
Сложные стеклообразующие смеси, включающие натрий, калий, кальций, известны уже давно. Это натрий-калий силикатное стекло (Na2O, CaO, SiO2), натрий-бор-силикатное стекло (Na2O, B2O3, SiO2), натрий-алюминиевое стекло (Na2O, Al2O3, SiO2), щелочно-свинцовое стекло (Na2O, PbO, SiO2). Эти стёкла имеют низкую температуру плавления (~1400º C), легко регулируемый показатель преломления, малую стоимость. Существенный недостаток – большая возможность загрязнения и трудности очистки от примесей.
4.3. Халькогенидные стёкла
Затухание в кварцевом стекле определяется главным образом Релеевским рассеянием, которое зависит от длины волны обратно пропорционально её четвёртой степени, поэтому основное окно для работы находится в области 1.5-1.6 мкм. Однако далее 1.6 мкм двигаться нельзя, так как в кварцевом волокне наступает инфракрасный срез, при котором затухание в стекле сильно возрастает. Поэтому неудивительны поиски таких стёкол, которые могут работать при больших длинах волны. Б.Т.Коломийц и Н.А Горюнова открыли новый класс веществ: стеклообразующие полупроводники на основе сульфида и селенида мышьяка, которые отличаются высокой прозрачностью в инфракрасной области от 1 до 18 мкм и малой дисперсией в этом диапазоне. Затухание равно примерно 0.001-0.01 дБ/км, а нулевая дисперсия наблюдается на длине волны 4.85 мкм (рис.4.3).
Рис. 4.3. Затухание и дисперсия в халькогенидном волокне
Однако халькогенидные стёкла трудно совместимы со стёклами других типов из-за высокого теплового коэффициента линейного расширения. В то время как кварцевое стекло практически не изменяет своих размеров с температурой, длина халькогенидного стекла сильно от неё зависит. Кроме того, халькогенидные стёкла очень опасны в обращении из-за ядовитости входящих в него компонент (фтор, мышьяк, сера и др.). По этим и некоторым другим причинам они не получили распространения.
4.4. Полимерные волокна
Первые разработки полимерного волокна были сделаны фирмами Pilot Chemical и Du Pont в конце 60-х годов ХХ века. Они имели затухание в сотни дБ/км. Полимерное волокно имеет большой диаметр сердцевины (200 - 1000 мкм), высокую гибкость и стойкость к вибрациям, что делает его очень удобным для монтажа и применения в движущихся объектах. Однако затухание полимерного волокна значительно выше чем у кварцевого, порядка 100-200 дБ/км, поэтому общая длина сети не может быть большой (порядка 300 м). Полимерное волокно в используемом диапазоне волн является многомодовым (свыше 100 мод) и обладает большой межмодовой дисперсией, что ограничивает скорость передачи. Максимальная дальность 300 м совпадает с типичными требованиями оконечных сетей FTTH (волокно к дому) в европейских городских районах – это расстояние между стандартным кварцевым оптическим волокном, проложенным до фундамента многоквартирного дома и цифровым выводом в отдельных квартирах или апартаментах. Основное достоинство полимерного волокна (POF) заключается в том, что любой человек может осуществить монтажные работы, так как POF можно резать ножницами, муфту одевать с помощью обжимного инструмента и т.д. Другое важное преимущество POF заключается в том, что в них используется видимый свет вместо инфракрасного. Это сводит на нет риск ожога сетчатки глаза. Могут использоваться две волны: 520 нм для передачи данных на расстояние 300 м со скоростью 100 Мбит/с и 650 нм для передачи 1 Гбит/с на 100 м.
Основные области применения - это автомобильные и самолётные сети, промышленное управление, локальные сети нового поколения.
В настоящее время у лучших образцов полиметилметакрилатного волокна (ПММА) получено затухание 70 дБ/км на волне 560 нм, а самое низкое поглощение достигнуто сегодня у градиентного полимерного волокна (ГПОВ): при диаметре сердцевины 100-150 мкм затухание порядка 15 дБ/км на волне 1300 нм (рис.4.4). Наиболее используемым является окно прозрачности в безвредном видимом диапазоне длин волн в районе 650 нм (глубокий красный цвет) при затухании порядка 150 дБ/км.
Преимуществами полимерного волокна являются удобные размеры для монтажа (волокно можно резать бритвой, легко центрировать), работа в видимом диапазоне, простота эксплуатации, стойкость к вибрации
Рис. 4.4. Затухание в полимерных волокнах
1 – затухание волокна ПMMA
2 – дейтерированное ПMMA
3 – волокно ГПОВ
4 - обычное оптическое кварцевое волокно
и при небольших длинах удобно для использования в военных машинах, самолётах и ракетах.