۱-۲-مواد و ساخت
مواد مورد استفاده برای فیبرهای نوری کم تلفات، شیشه سیلیکای خالص سنتز شده توسط ترکیب مولکول های می باشد. تفاوت ضریب شکست بین هسته فیبر و غلاف آن با انتخاب ناخالصی های مناسب طی فرایند تولید فیبر تحقق می یابد. ناخالصی هایی مثل اکسید ژرمانیم و اکسید فسفر به خاطر بالا بردن ضریب شکست سیلیکا برای هسته فیبرهای نوری مناسبند. در حالیکه ناخالصیهایی مثل بورون^[۱۱]و فلورین^[۱۲]به خاطر کاهش ضریب شکست شیشه سیلیکا برای استفاده در غلاف فیبرها مناسبند.]۱[

ناخالصی های اضافه شده به فیبرها بر اساس کاربرد فیبرها استفاده می شوند. برای مثال برای ساخت لیزرها و تقویت کننده های فیبری، هسته فیبرهای شیشه ای با یون های کمیاب خاکی ازقبیل اربیومونئودمیوم ترکیب می شوند. به طور مشابه نیز برای کنترل طیف بهره تقویت کننده های فیبری استفاده می شود.]۱[
تولید فیبرها دو مرحله دارد.
در مرحله اول برای ایجاد شکل استوانه ای با پروفایل ضریب شکست مناسب و ابعاد نسبی هسته –غلاف از روش ته نشینی بخار شیمیایی استفاده می کنند. شکل معمول آن ۱ متر طول و ۲ سانتی متر قطر دارد.]۱[
شکل استوانه مانند با بهره گرفتن از مکانیزم تغذیه دقیق^[۱۳]که آن را درون کوره ای با سرعت مناسب تغذیه می کند، کشیده می شود. در طول این پروسه نسبت ابعاد هسته به غلاف حفظ می شود.]۱[
شکل ۱-۲ دستگاهی که برای کشیدن فیبر استفاده می شود.]۳[
هردو مرحله تولید استوانه اصلی و کشیدن فیبر شامل تکنولوژی پیشرفته ای است که یکنواختی اندازه هسته و پروفایل ضریب شکست^[۱۴] را تضمین می کند.]۱[
چندین روش را می توان برای ساخت یک استوانه اولیه^[۱۵]به کار برد. سه روش معمول مورد استفاده شامل موارد زیر است که یکی را به اختصار شرح می دهیم.]۱[
الف) روش ته نشینی بخار تصحیح یافته^[۱۶]
ب) روش ته نشینی بخار خارجی^[۱۷]
ج) روش ته نشینی بخار-فاز محوری^[۱۸]
۱-۲-۱ روش ته نشینی بخار تصحیح یافته(MCVD)
در این فرایند با توجه به شکل ۱-۳لایه های متوالی درون لوله سیلیکای فیوز شده با ترکیب بخارات ودر دمای حدود ۱۸۰۰ درجه سانتیگراد ته نشین می شوند. برای تضمین یکنواختی، مشعل چند سوختی^[۱۹] در طول لوله عقب و جلو حرکت می کند. ضریب شکست لایه های غلاف با اضافه کردن فلورین به لوله کنترل می شود.]۱[

شکل ۱-۳ روش ته نشینی بخار تصحیح یافته را نشان می دهد.]۳[
وقتی یک ضخامت غلاف کافی با چند بار عبور مشعل بدست آمد، بخارات و برای تشکیل هسته به ترکیب بخارات اضافه می شوند. وقتی تمام لایه ها ته نشین شدند، دمای مشعل افزایش می یابد تا جایی که لوله را به صورت میله های جامد استوانه ای شکل درآورد.]۱[
۱-۳- تلفات فیبر
تلفات فیبر عامل محدود کننده ای است که باعث کاهش توان سیگنال گیرنده نسبت به فرستنده می شود.
برای مثال در مخابرات نوری سیگنال گیرنده باید دارای حداقل مقدار توان مشخص باشد تا بتوانبه دقت مورد نظر دست یافت در غیر این صورت طول انتقال فیبر به خاطر تلفات فیبر محدود می شود.]۳[
در حقیقت استفاده از فیبرهای سیلیکا در طی سال های ۱۹۷۰، زمانی در مخابرات کاربردی شد که تلفات فیبر به اندازه قابل قبولی کاهش یافت. با ظهور تقویت کننده های نوری در دهه ۱۹۹۰، فواصل انتقال سیگنال هابا جبران تلفات تجمع یافته به صورت دوره ای تا چندین هزار کیلومتر افزایش یافت.]۳[
یک پارامتر مهم فیبراندازه گیری تلفات توان در طول عبور سیگنال نوری درون فیبر است. اگرتوان شروع ورودی فیبری به طول L باشد، توان عبور کرده از فیبر ، از رابطه زیر بدست می آید.]۱[
(۱-۱)
که ثابت تضعیف نشان دهنده تلفات کلی اندازه گیری شده است و معمولا آن را در واحد دسی بل بر کیلومتر() نشان می دهند]۱[
(۱-۲)
از آنجا که انتظار می رود طبق شکل ۱-۴، تلفات فیبر به طول موج نور بستگی دارد که معمولا در فیبر سیلیکایی که با روش ته نشینی بخار ساخته می شود کمترین تلفات حدود ۲/۰دسی بل بر کیلومتر است که در طول موج ۵۵/۱ میکرومتر اتفاق می افتد.]۳[
طیف تلفات قله ای بزرگ نزدیک ۳۹/۱ میکرومتر و چند قله کوچک تر را نشان می دهد. مینیموم دوم نزدیک ۳/۱ میکرومتر قرار دارد که برای سیستم های موج نوری^[۲۰] نسل دوم از آن استفاده می شود.]۳[
تلفات فیبر برای طول موج های کوتاه تر بیشتر می شود تا جایی که به ۵ در ناحیه مرئی می رسد.
چندین عامل در ایجاد کل تلفات دخالت دارند که دو تا از مهم ترین آن ها جذب ماده و پراکندگی رایلی است.

شکل۱-۴ جذب بر حسب طول موج یک فیبر تک مد با قطر هسته ۴/۹ میکرومتر.]۳[
۱-۳-۱جذب ماده
جذب ماده به دو قسمت تقسیم می شود:
الف) جذب ذاتی که در نتیجه جذب توسط سیلیکای فیوز شده (ماده ای که در ساختن فیبرها از آن استفاده می شود) به وجود می آید.
ب) جذب خارجی که مربوط به تلفاتی است که در اثر ناخالصی های درون سیلیکا به وجود می آید.]۳[
هرماده ای در اثر ترازهای ارتعاشی و الکترونیکی که دارد طول موج های خاصی از امواج الکترومغناطیسی را جذب می کند. برای مولکول های سیلیکا، نوسانات الکترونیکی در ناحیه فرابنفش()، در حالیکه نوسانات ارتعاشی در ناحیه فرو سرخ() اتفاق می افتند. به خاطر طبیعت نامنظم سیلیکا، این نوسانات به صورت نوارهای جذبی تا ناحیه مرئی هم کشیده می شوند.]۳[
شکل ۱-۴ جذب ذاتی ماده را برای سیلیکا در ناحیه ۶/۱-۸/۰ میکرومتر که زیر۱ است، نشان می دهد.]۳[
جذب خارجی نتیجه حضور ناخالصی هاست. ناخالصی های انتقال فلزی^[۲۱] از قبیل Fe,Cu,CoNi,MnوCrبه طرز شدیدی در ناحیه طول موجی ۶/۱-۶/۰ میکرومتر جاذب هستند. البته مقدار این ناخالصی ها باید زیر یک در بیلیون باشد تا تلفاتی زیر۱ ایجاد کند. منبع اصلی جذب خارجی حضور بخار آب است.نوسانات ارتعاشی یون OHنزدیک ۷۳/۲ میکرومتر اتفاق می افتد که ترکیب آن با سیلیکا، جذبی در طول موج های۳۹/۱، ۲۴/۱ و ۹۵/۰ میکرومتر ایجاد می کند. سه قله طیفی در شکل۱-۴ نزدیک این طول موج ها اتفاق می افتند و در نتیجه حضور بخار آب ته نشین شده در سیلیکا هستند. حتی وجود یک در میلیون ناخالصی بخار آب می تواند باعث تلفاتی حدود ۵۰ در طول موج ۳۹/۱ میکرومتر شود. در فیبرهای مدرن میزان تمرکز یون OHتا زیر کاهش می یابد و تلفات را در طول موج ۳۹/۱ میکرو متر تا ۱کاهش می دهد. در یک نوع جدید فیبر که به عنوان فیبر خشک شناخته می شود، آنقدر میزان یون OHکاهش می یابد که تقریبا قله ۳۹/۱ میکرومتر ناپدید می شود. ]۳[

شکل۱-۵تلفات و پاشندگی فیبرها و فیبر خشک که میزان یون OHدر آن بسیار پایین است. ]۳[
تلفات در طول موج های کوتاه تر به شکل قابل ملاحظه ای بالا هستند. چندین عامل در طیف تلفات شرکت می کنند. شیشه سیلیکا در ناحیه فرابنفش دارای نوسانات الکترونیکی است و در ناحیه far-infraredیعنی بعد از ۲ میکرومتر دارای نوسانات ارتعاشی است. اما مقداری نور در ناحیه طول موجی ۲-۵/۰ میکرومتر جذب می کند. اگرچه حتی مقدار کمی ناخالصی می تواند منجر به جذب قابل توجه در آن ناحیه طول موجی شود.]۱[
از نقطه نظر کاربردی مهم ترین ناخالصی که روی تلفات فیبر تاثیر دارد یون OHاست که دارای یک قله جذب ارتعاشی اصلی در ۷۳/۲میکرومتر است.]۱[
۱-۳-۲ پراکندگی رایلی
پراکندگی رایلی یک مکانیزم اساسی در تلفات است که به خاطر افت و خیزهای محلی ماکروسکوپیک در چگالی به وجود می آید. مولکول های سیلیکا در حالت مذاب به صورت کاتوره ای حرکت می کنند و در زمان تولید فیبر در مکانی جامد می شوند. افت و خیز های به وجود آمده در چگالی منجر به افتو خیزهای کاتوره ای در ضریب شکست در مقیاسی کوچک تر از طول موج نور می شود. پراکندگی نور در چنین موادی به پراکندگی رایلی معروف است. بنابراین تلفات ذاتی فیبرهای سیلیکا از پراکندگی رایلی با رابطه زیر داده می شود که با توان چهارم طول موج نسبت عکس دارد.
(۱-۳)
که ثابت Cبسته به مواد تشکیل دهنده هسته فیبر در بازه ۹/۰-۷/۰ قرار دارد. این مقادیر Cدر طول موج ۵۵/۱ میکرومتر منجر به تلفات رایلی می شود که در شکل ۱-۴ قابل مشاهده است. ]۳[
۱-۴-نقص های موجبری
یک فیبر تک مد ایده آل با یک هندسی استوانه ای کامل، مدهای نوری را بدون هدر رفتن انرژی درون لایه غلاف هدایت می کند. در عمل ، نقصهای موجود در حدفاصل هسته-غلاف (تغییرات کاتوره ای شعاع هسته) می تواند منجر به تولید تلفات اضافی که تشکیل دهنده تلفات شبکه فیبری هستند، شود. فرایند فیزیکی که در چنین تلفاتی رخ می دهد پراکندگی مای^[۲۲] نام دارد که به دلیل ناهمگن بودن ضریب شکست در مقیاسی بیشتر از طول موج نوری اتفاق می افتد. با توجه با اینکه در حالت کلی در هنگام ساخت، شعاع هسته به طور قابل ملاحظه ای در طولفیبرتغییر نمی کند، تلفات حاصل ازاین پراکندگی زیر۰۳/۰است.]۳[
۱-۵ -غیر خطی بودن فیبرها
پاسخ هر نوع دی الکتریک به نور با شدت میدان الکترو مغناطیسی بالا غیر خطی است و فیبرها ازاین پدیده مستثنی نیستند.]۱[