Optička vlakna i njena primjena

Optička vlakna pokazuju primjer kako znanstveno znanje prevodi u tehnološki napredak, u konačnici olakšavajući život obične osobe. S optičkim vlaknima, komunikacijska sredstva za prijenos električnih signala povezana su već nekoliko godina. Tanke niti veličine ljudske kose mogu se koristiti za prijenos širine spektar signala,

Tehnologija prijenosa signala kroz vlakna

Sam po sebi uporaba optičkih vlakana kao prevoditelja signala samo je dio znanja koje se istražuje u znanstvenom dijelu svjetlovodne optike. Stručnjaci ovog područja bave se proučavanjem prijenosa informacija i širenja svjetlosti, te u jednom kontekstu, u kombinaciji s svjetlosnim vodičima. Potonji se koriste kao svjetlosni distributeri i kao odašiljači informacija. Usput, LED-i se temelje na suvremenim linijama razvoja laserskih tehnologija. U ovom slučaju, jedno je drugo pitanje zanimljivije: kakav je fenomen temelj optike svjetlosti? Ova pojava unutarnjeg refleksije (punog) elektromagnetskog zračenja unutar granica dielektrici s različitim refraktivnim indeksima. Nadalje, prijenosnik informacija nije elektromagnetski signal, već kodirani svjetlosni tok. Da bismo razumjeli stupanj superiornosti svjetlovodnih kabela ispred tradicionalnih metalnih kabela, vrijedno je još jednom okrenuti njihovu širinu pojasa. Već spomenuti niti vlakana, čija je debljina ne više od 0,5 mm, mogu prenijeti količinu informacija da će obični bakreni ožičenje poslužiti samo u debljini od 50 mm.

Metode proizvodnje optičkih vlakana

Postoje dvije glavne metode pomoću kojih se može proizvesti optičko vlakno. Ovo je ekstruzijska tehnika i topljenje pomoću preformata. Prva tehnologija omogućuje dobivanje materijala niske kakvoće na osnovi plastike, pa se danas praktično ne koristi. Druga metoda se smatra glavnim i najučinkovitijim. Preform - prazan, smješten u strukturi dizajniranoj za crtanje niti. Prema modernim standardima, preformi mogu imati visinu do nekoliko desetaka metara. Izvana je staklena šipka promjera oko 10 cm, od koje se jezgra filamenta rastopi. Tijekom procesa proizvodnje, jezgra zajedno s mješavinom vlakana se zagrijava do visokih temperatura, nakon čega nastaju niti. Dužina dobivenog materijala može doseći nekoliko kilometara, iako promjer ostaje nepromijenjen - kontroliran je automatskim regulatorima. Ovisno o tome gdje će se koristiti svjetlovodni materijal, materijal za njega može se prethodno obraditi premazima koji pružaju kemijsku i fizičku zaštitu. Što se tiče mješavina za pređe, oni obično uključuju materijale poput poliimida, akrilata i silikona.

Značajke dizajna vlakana

Središnji dio niti je jezgra - sama jezgra vlakna koja će širiti svjetlost tijekom rada. Srž je karakteriziran visokim indeksima svjetlosti refrakcije, koji se postiže pomoću staklenog dopinga s modifikacijom s posebnim aditivima. Na primjer, kvarcna vlakna koriste tipične lomljive komponente poput dopaina. Zauzvrat, školjka obavlja nekoliko zadataka, od kojih je glavna neposredna fizička zaštita jezgre. Ovaj dio također daje učinak loma, ali s minimalnim koeficijentom. Granica između dva materijala čini svjetlosnu strukturu koja ne dopušta da glavni volumen svjetlosti prijeđe jezgru. Također je vrijedno napomenuti da osnove optičkih vlakana klasificiraju materijal kao vrstu vlakana. Da bismo bili precizniji, bavimo se dielektričnim valovim vodičima koji prenose svjetlosne signale.

Vrste optičkih vlakana

Najčešći su kvarcni, plastični i fluoridni vlakni. Kvarcne niti temelje se na oksidnim taljenjima ili strukturno sličnim materijalima, među njima i na dopiranom silicijevom oksidu. Ova baza omogućava izradu fleksibilnih i dugih vlakana, koja se također razlikuju po visokoj mehaničkoj čvrstoći. Svjetlovodna optika izrađena je od polimera i, kao što je već navedeno, ne može pružiti visoke performanse. Konkretno, takve niti imaju visok postotak gubitka podataka, što ograničava njihovu upotrebu u zahtjevnim područjima. S druge strane, raspoloživost plastičnih vlakana zadržava potražnju za ovim materijalom u smjerovima orijentiranim na segment domaćinstva. Što se tiče fluoridnih optičkih materijala, njihova se osnova temelji na fluorokromatskim i fluoralnim naočalama. To su prilično moderna i tehnološka rješenja za optičku komunikaciju, ali sadržaj teških metala u strukturi također ne dopušta njihovu upotrebu, na primjer, u medicinskoj industriji.

Mjerna oprema za optička vlakna

Najčešća oprema koja se koristi u kompletima s optičkim vlaknima su senzori i Bragg rešetke. Svjetlovodni senzori su uređaji namijenjeni za određivanje određenih vrijednosti koje karakteriziraju stanje materijala u određenom trenutku. Na primjer, različiti senzori mogu detektirati mehanički stres, temperaturu, vibracije, tlak i druge količine. Bragg rešetka u svojoj funkciji blisko je približna optičkim karakteristikama. Popravlja aperiodni poremećaj refrakcije u jezgri optičkog vlakna. Ovo mjerenje omogućuje određivanje količine svjetlovodne opreme koja je učinkovita u prevođenju signala u određenim uvjetima. Također, stručnjaci koriste optički reflektometar za snimanje raspršivanja i otpora.

Pojačala za vlakna i laseri

Ovo je najnapredniji proizvod koji se razvija na temelju tehnologije svjetlovodne optike. Za razliku od drugih vrsta lasera, uporaba optičkih vlakana omogućuje stvaranje kompaktnih i istovremeno učinkovitih uređaja. Posebno, tehnologija svjetlovodne opreme omogućila je zamjenu klasičnih laserskih uređaja zbog sljedećih prednosti:

• Učinkovitost termičke kapljice.
• Povećano izlazno zračenje.
• Učinkovito crpljenje.
• Visoka pouzdanost i stabilnost laserskog rada.
• Mala masa opreme.

S druge strane, pojačala, ovisno o tipu, mogu se koristiti u kućnim mrežama, povećavajući performanse glavne linije vlakana. Međutim, opseg rada optičkih vlakana treba detaljnije razmotriti.

Što se koristi za svjetlovodnu optiku?

Postoji nekoliko smjera u kojima su uključeni svjetlovodni materijali. Ova sfera kućne uporabe, telekomunikacijske opreme i računalne tehnologije, kao i niša niša, među kojima su i zasebna područja medicine. Za svaki od tih segmenata proizvodi se posebna svjetlovodna optika. Primjena kao tipično sredstvo prijenosa signala TV ili interneta, na primjer, ograničena je na jeftine plastične modele srednje kvalitete. Ali visoko kvalitetna kvarcna vlakna koriste se za lasersku opremu i skupe medicinske uređaje, koji također imaju dodatne modifikatore.

Primjena optičkih vlakana u medicini

Takva vlakna mogu se koristiti u medicinskoj opremi i instrumentima. Standardna tehnologija podrazumijeva mogućnost uvođenja posebnog uređaja na refraktabilna svjetlosna vlakna, koja već u tijelu tijela može prenijeti signal vanjskoj kameri. Koristi se svjetlovodna optika u medicini i kao svjetlosni materijal. Uređaji opremljeni modulima vlakana omogućuju bezbolno osvjetljenje trbušne šupljine, nazofarinksa itd.

Primjena optičkih vlakana u računalnoj opremi

Možda je to najčešća niša u kojoj svjetlovodni nalazi svoje mjesto. Bez toga komunikacijske linije između pojedinih uređaja koji odašilju informacije više se ne mogu osloboditi danas. Naravno, to se odnosi na ona područja u kojima je nemoguće ili neprikladno koristiti bežične veze, koje također aktivno mijenjaju kabele kao takve. Na primjer, najveće telekomunikacijske tvrtke postavljaju međuregionalne mreže okosnice, koje uključuju svjetlovodnu optiku. Korištenje takvih kanala za komunikaciju periferne opreme i običnih potrošača telekomunikacijskih usluga omogućuje optimizaciju financijskih troškova za servisiranje mrežne infrastrukture, a također poboljšava učinkovitost samog prijenosa podataka.

Nedostaci vlakana

Nažalost, optičke niti ne mogu bez slabih točaka. Iako je sadržaj ove ožičenje jeftiniji, a da ne spominjemo nedostatak potrebe za čestim ažuriranjima, troškovi samog materijala su znatno veći od istih metalnih kolumni. Osim toga, optička vlakna i njegova upotreba u medicini iznimno su ograničeni zbog sadržaja olova i cirkonijskih onečišćenja koje su otrovne za ljude u pojedinim legurama. Općenito, to se odnosi na najkvalitetnije staklene modele, a ne na plastične.

Proizvodnja optičkih vlakana u Rusiji

U okviru programa supstitucije uvoza 2015. godine otvorena je tvornica "Optički vlaknasti sustavi" u Mordoviji. To je jedino poduzeće u Rusiji, koji u ovom trenutku koliko je to moguće pokušava zadovoljiti potrebe domaćih potrošača u optičko vlakno. Do 2015. godine, ruska se industrija također bavila proizvodnjom svjetlovodnih materijala, ali samo u okviru zasebnih ciljanih projekata. Ista situacija je još uvijek djelomično danas. Ako određena tvrtka će zahtijevati optičkih vlakana i njegovu uporabu u medicini i na području telekomunikacijskih objekata će biti financijski opravdana, onda postoji puno tvornice su spremni raditi na takvim specijalnim narudžbama pojedinačno. Međutim, u bliskoj budućnosti, samo će mordovska postrojenja izvoditi serijsku proizvodnju istih kablova optičkih vlakana. Štoviše, do sada nije u mogućnosti opskrbiti tržište u skladu s volumenom potražnje. Značajan dio proizvoda još se uvijek kupuje u SAD-u i Japanu. Čak i domaći proizvodi proizvode se na uvoznim sirovinama.

zaključak

Svjetlovodni proizvodi se formiraju kao segment tržišta za oko 15-20 godina. Tijekom godina, potrošač je mogao cijeniti prednosti novih kabela, ali napredak ne prestaje. Kako se povećavaju tehničke i fizičke osobine, polja primjene materijala se šire. Najnovija vlakna temeljena na nanotehnologiji, posebice, aktivno se koriste u industriji nafte i plina i obrambenom kompleksu. S druge strane, nelinearna optička vlakna razvijaju samo konceptualne, ali vrlo obećavajuće smjerove tehnologije. Među njima se mogu razlikovati laserski impulsi kompresije, optički solitoni, ultraljubičasto optičko zračenje itd. Očito je, pored teorijskih istraživanja s mogućim otkrićima iu okviru strogo znanstvenog znanja, novi razvoj omogućit će tržištu da nove prijedloge donose potrošačima različitih razina.