در این مقاله آزمایشی انجام‌شده که توان خروجی فیبرهای نوری با جنس‌های مختلف در طول ثابت برای سه منبع نور دیود نوری قرمز، لامپ سفید و لیزر اندازه‌گیری شده و نتایج مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است که لیزرها به‌عنوان منبع نور همدوس و دیود و لامپ سفید به‌عنوان منبع نور غیرهمدوس هستند.
توان عبوري در فيبرهاي نوري از مسائل بسيار با اهميت به شمار مي رود. يك نكته مهم در كاربرد فيبرهاي نوري ميزان اتلاف يا تضعيف در آنهاست. چند عامل به اتلاف نور در فيبر نوري كمك مي كند كه از آن جمله مي توان از اثرات جذب نور، پاشندگي يا پراكندگي نور و همچنين خمش فيبر نام برد.
جذب نور به دلیل وجود ناخالصی‌هایی که در فیبر وجود دارد رخ می دهد، جذب به‌علت بعضی نوسانات ساختاری در بعضی طول موج‌های خاص رخ می‌دهد برای مثال قطرات آبی که در هنگام ساخت فیبر درون شیشه نهفته می‌گردند و می‌توانند طول موج‌های معینی از نور را جذب کنند.
پراکندگی نور به دلیل تغییر نور در جهت انتشار یک پرتو توسط برخورد با ناهمگونی و بی‌نظمی در شیشه است. پراکندگی شامل دو قسمت است : پراکندگی ریلی و پراکندگی میه
عامل دیگر پدیدآورنده اتلاف در فیبرهای نوری خمش های شدید است که باعث نشت نور به پوسته فیبر و فرار آن می‌شود این در صورتی است که معمولاً این پرتوهای نور باید منعکس گردد.
شعاع بحرانی که در آن اتلاف نور مشکل‌ساز می‌گردد حدود 2 الی 3 میلی‌متر در فیبرهای شیشه‌ای است، این اتلاف در فیبرهای نوری باعث می‌شود که میزان نور خروجی بسیار کم گردد. اتلاف در فیبرهای نوری در جهان در حال بررسی است در این مقاله سه فیبر نوری با جنس‌های مختلف مورد بررسی قرار گرفته‌شده تا توان خروجی آن‌ها با یکدیگر مقایسه گردد و بهترین فیبر نوری برای طول‌های کوتاه معرفی گردد.
روش آزمایشی
در این آزمایش سه منبع نور دیود قرمز، لامپ سفید و لیزر نیم رسانا وجود دارد، سه فیبر نوری از جنس مختلف که هرکدام شماره‌گذاری شده‌اند مورد استفاده قرار گرفته اند که قطر این فیبرها به‌ترتیب برای فیبر شماره یک و دو و سه عبارت‌اند از700، 850 و 500 میکرومتراست.
برای اندازه‌گیری توان خروجی از آشکارساز نوری ( sanwa,OPM37,LAN )استفاده شده است که قسمت حساس به نور آن یک دیود نوری سیلیکونی است.
فیبرهای نوری در دو طول L=52.5 سانتی متر و L=4 سانتی متربریده شده اند. ابتدا و انتهای آن‌ها سمباده کشیده‌شده و سطح آن‌ها صاف گردید که این عمل باعث کاهش اتلاف از دوسر فیبر به‌هنگام کوپلاژ با منبع نور یا آشکارساز خواهد شد که اساس این آزمایش به شکل زیر است:
پس از آماده شدن فیبرها ابتدا به منبع نور دیود قرمز وصل کرده و منبع نور را روی چار و نیم ولتاژ تنظیم کرده و توان خروجی یادداشت شده است هر اندازه‌گیری به‌طور متوالی ده عدد را خوانده و با توجه به آن اعداد نمودار توان خروجی از فیبر موردنظر رسم می‌گردد.
این کار را برای هر سه فیبر شماره‌گذاری شده انجام می‌دهند که طی آزمایش دیگری می‌توان اثر طول را برای این فیبرها با جنس‌های مختلف بررسی نمود. میزان نور رسیده به آشکارساز در دو حالت بررسی می‌شود که همانند آزمایش قبل این کار برای هر سه نور گفته شد انجام می‌گیرد با توجه به نمودارهایی که مشاهده می‌کنید:
توان خروجی به جنس فیبر بستگی دارد در هر سه شکل فیبر نوری شماره یک بیشترین توان خروجی و فیبر نوری شماره سه کمترین توان خروجی را دارد.
فیبر نوری شماره یک بزرگ‌ترین سطح مقطع را دارا بوده که این یکی از عوامل مؤثر در ماکزیمم بودن توان خروجی یاد شده است که کمترین توان خروجی مربوط به فیبر نوری شماره سه بوده است.
جنس فیبر نوری شماره یک پلاستیکی و شماره سه شیشه‌ای می‌باشد و این نتایج نشان می‌دهد که در طول‌های کوتاه فیبر نوری پلاستیکی بسیار بهتر از فیبرهای شیشه‌ای عمل می‌کند.
فیبرهای پلاستیکی به‌علت داشتن سطح مقطع بزرگ انعطاف‌پذیری بالا داشته و اتصال به منبع نور و آشکارساز را مورد توجه قرار می‌دهند.
نوع منبع نور در اندازه توان خروجی نیز مؤثر است به‌عنوان مثال فیبر نوری شماره یک در حالت دیود نوری قرمز می‌تواند توان خروجی 9.067 لامپ سفید 33.414 و برای 226.25 میکرووات باشد. درواقع منابع نوری نا همدوس چون نور را در فضا و تحت زاویه 4π رادیان پراکنده می‌کنند تلف پراکندگی برای این نوع بسیار بیشتر از منبع نور همدوس مثل لیزر است.
لیزر نور را به‌صورت تک فام و کمترین واگرایی منتشر می‌سازد و این در نتایج بدست‌آمده کاملاً مشهود است. در نمودار همانگونه که مشاهده می‌کنید با افزایش طول فیبر میزان توان خروجی کاهش پیدا می‌کند در واقع مقداری از نور منتشرشده در فیبرهای نوری با افزایش طول از بین می‌رود توان خروجی درطول L=4 سانتی‌متر بیشتر از طول عمر L=52.5 سانتی‌متراست. در حالت کلی می‌توان گفت چند عامل در بررسی اتلاف قابل‌تأمل است:
- جنس فیبر بسته به این‌که درصد خلوص مواد ساخته‌شده آن چقدر باشد و هم چنین این فیبر طی چه فرآیندی ساخته‌شده باشد تلف فیبر کم یا زیاد می‌گردد.
- توان خروجی به نوع فیبرهای نوری و منبع نور استفاده‌شده بستگی دارد
- طول فیبر نوری هرچه طول فیبر بیشتر گردد میزان تلف آن افزایش پیدا می‌کند و لازم به ذکر است که تلف خمش در کار ما وارد نشده چون از یک پایه‌ی نگهدارنده برای فیبرها استفاده می‌گردد.
در مجموع آزمایش‌های انجام‌شده نشان‌دهنده آنست که برای کاهش تلف می‌توان:
- به برطرف کردن نقص به‌خاطر فرایند ساخت شیشه در هسته فیبرهای نوری پرداخت
- دقت در کنترل شکل‌دهی و پوشش فیبر برای هماهنگی ضریب شکست
- استفاده از منابع نوری همدوس و تا حد ممکن تکفام و استفاده از فیبرهای پلاستیکی برای انتقال اطلاعات در فواصل کوتاه
