Optična vlakna in njegova uporaba

Optična vlakna kažejo, kako se znanstveno znanje prevaja v tehnološki napredek, ki na koncu olajša življenje navadne osebe. Z optičnimi vlakni že več let povezujejo komunikacijska sredstva za prenos električnih signalov. Tanka niti, velikost človeškega lasja, se lahko uporablja za prenos širokega spekter signalov,

Tehnologija prenosa signala skozi vlakna

Sama po sebi je uporaba optičnih vlaken kot signalni prevajalec le del znanja, ki je raziskano v znanstvenem delu optičnih vlaken. Strokovnjaki na tem področju se ukvarjajo s preučevanjem prenosa informacij in širjenja svetlobe ter v enem kontekstu v kombinaciji s svetlobnimi vodili. Slednji se uporabljajo kot distributerji svetlobe in kot oddajniki informacij. Mimogrede LED diode temeljijo na sodobnih linijah razvoja laserskih tehnologij. V tem primeru je zanimivo še eno vprašanje: kakšen pojav je osnova optičnih vlaken? Ta pojav notranje refleksije (polnega) elektromagnetnega sevanja v mejah dielektrik z različnimi refrakcijskimi indeksi. Poleg tega nosilec informacij ni elektromagnetni signal, ampak kodiran svetlobni tok. Da bi razumeli stopnjo superiornosti kablov iz optičnih vlaken pred tradicionalnimi kovinskimi kabli, je še enkrat treba obrniti na njihovo pasovno širino. Že omenjeni vlakneni navoj, katerega debelina ne presega 0,5 mm, lahko prenese količino informacij, da bo navadno bakreno ožičenje služilo le pri debelini 50 mm.

Metode izdelave optičnih vlaken

Obstajata dve glavni metodi, s katerimi se lahko izdeluje optično vlakno. To je tehnika ekstrudiranja in taljenje z uporabo predoblik. Prva tehnologija omogoča pridobitev materiala nizke kakovosti na osnovi plastike, zato se danes praktično ne uporablja. Druga metoda je glavna in najučinkovitejša. Predoblik - prazen, ki se nahaja v strukturi za risanje niti. V skladu s sodobnimi standardi lahko predoblike do višine nekaj deset metrov. Zunaj je steklena palica s premerom približno 10 cm, iz katere se jedro žarilne nitke strije. V proizvodnem procesu se jedro skupaj z mešanico vlaken segreje na visoke temperature, po kateri se oblikujejo niti. Dolžina nastalega materiala lahko doseže več kilometrov, čeprav premer ostane nespremenjen - ga nadzirajo avtomatski regulatorji. Odvisno od tega, kje bo uporabljena optična vlakna, je material za to predhodno mogoče obdelati s premazi, ki zagotavljajo kemično in fizično zaščito. Kar se tiče mešanic za prejo, običajno vključujejo materiale, kot so poliimid, akrilat in silikon.

Značilnosti oblikovanja vlaken

Osrednji del žarilne nitke je jedro - jedro vlakna, ki med delovanjem razširi svetlobo. Za jedro so značilni visoki refrakcijski indeksi svetlobe, ki se doseže z uporabo dopinga s steklom z modifikacijo s posebnimi aditivi. Na primer, kvarčna vlakna uporabljajo tipične refrakcijske komponente, kot so dopant. Po drugi strani lupina opravi več nalog, od katerih je glavna fizična zaščita jedra. V tem delu je tudi učinek refrakcije, vendar z minimalnim koeficientom. Meja med obema materialoma tvori svetlobno strukturo, ki ne dovoljuje, da bi glavna svetloba presegla jedro. Prav tako je treba omeniti, da so osnove optičnih vlaken razvrstili material kot vrsto vlaken. Natančneje, imamo opravka z dielektričnimi valovodami, ki oddajajo svetlobne signale.

Sorte optičnih vlaken

Najpogostejša so kremena, plastika in fluoridna vlakna. Kvarčni filamenti temeljijo na oksidnih talinah ali strukturno podobnih materialih, med njimi dopiranega silicijevega oksida. Ta osnova omogoča izdelavo prožnih in dolgih vlaken, ki jih odlikuje tudi visoka mehanska trdnost. Optična optična optika je izdelana iz polimerov in, kot že rečeno, ne more zagotoviti visoke zmogljivosti. Zlasti takšne niti imajo velik odstotek izgube podatkov, kar omejuje njihovo uporabo na zahtevnih območjih. Po drugi strani pa cenovna dostopnost plastičnih vlaken ohranja povpraševanje po tem materialu v smernicah, usmerjenih v segment gospodinjstva. Kar se tiče fluoridnih optičnih materialov, njihova osnovnost temelji na fluorokiranatu in fluoroaluminatnih kozarcih. To so precej sodobne in tehnološke rešitve za zagotavljanje optične komunikacije, vendar vsebina težkih kovin v strukturi tudi ne dovoljuje, da se jih uporablja, na primer v medicinski industriji.

Merilna oprema za optična vlakna

Najpogostejša oprema, ki se uporablja v kompletih z optičnimi vlakni, so senzorji in Bragg rešetke. Senzorji optičnih vlaken so naprave, namenjene določanju določenih vrednosti, ki označujejo stanje materiala v danem trenutku. Na primer, različni senzorji lahko zaznajo mehanske napetosti, temperaturo, vibracije, tlak in druge količine. Braggova riba v svoji funkciji je bolj približana optičnim značilnostim. Določa aperiodno motnjo refrakcij v jedru optičnega vlakna. Ta meritev vam omogoča, da ugotovite, koliko optičnih vlaken je učinkovito pri prevajanju signala pod določenimi pogoji. Tudi strokovnjaki uporabljajo optični reflektorometer za zapisovanje razpršenosti in odpornosti.

Fiber ojačevalniki in laserji

To je najnaprednejši izdelek, ki se razvija na osnovi tehnologije optičnih vlaken. Za razliko od drugih vrst laserjev, uporaba optičnih vlaken omogoča ustvarjanje kompaktnih in hkrati učinkovitih naprav. Zlasti tehnologija optičnih vlaken je omogočila zamenjavo klasičnih laserskih naprav zaradi naslednjih prednosti:

• Učinkovitost termične pipe.
• Povečano izhodno sevanje.
• Učinkovito črpanje.
• Visoka zanesljivost in stabilnost laserskega delovanja.
• Majhna masa opreme.

Po drugi strani pa se ojačevalniki, odvisno od vrste, lahko uporabljajo v domačih omrežnih linijah, kar povečuje učinkovitost glavne linije vlaken. Vendar pa je treba podrobneje obravnavati obseg delovanja optičnih vlaken.

Za kaj se uporablja optična vlakna?

Obstaja več smeri, v katerih so vključeni materiali iz optičnih vlaken. To področje uporabe v gospodinjstvu, telekomunikacijske opreme in računalniške tehnologije ter nišnih niš, med katerimi so ločena področja medicine. Za vsakega od teh segmentov se proizvaja posebna optična vlakna. Uporaba kot tipično sredstvo za prenos televizijskega ali internetnega signala, na primer, je omejena na poceni plastične modele srednje kakovosti. Toda visokokakovostna kvarčna vlakna se uporabljajo za lasersko opremo in dragi medicinski pripomočki, ki so opremljeni tudi z dodatnimi modifikatorji.

Uporaba optičnih vlaken v medicini

Takšna vlakna se lahko uporabljajo v medicinski opremi in instrumentih. Standardna tehnologija pomeni možnost uvedbe posebne naprave na lahka svetlobna vlakna, ki že v telesu lahko prenašajo signal na zunanjo kamero. Uporabljajo se optična vlakna v medicini in kot razsvetljava. Naprave, opremljene z optičnimi moduli, omogočajo nebolečo osvetlitev trebušne votline, nazofarinksa itd.

Uporaba optičnih vlaken v računalniški opremi

Morda je to najpogostejša niša, v kateri je optična vlakna našla svoje mesto. Brez nje komunikacijske linije med posameznimi napravami, ki prenašajo informacije, danes ni več mogoče odpraviti. Seveda to velja za tista področja, kjer je nemogoče ali neustrezno uporabljati brezžične povezave, ki prav tako aktivno premikajo kable kot take. Na primer, največja telekomunikacijska podjetja polagajo medregionalna hrbtenična omrežja, ki vključujejo optična vlakna. Uporaba takih kanalov za komunikacijo s periferno opremo in navadnimi uporabniki telekomunikacijskih storitev omogoča optimizacijo finančnih stroškov za servisiranje omrežne infrastrukture in tudi izboljša učinkovitost prenosa podatkov samega.

Slabosti vlaken

Na žalost optične niti ne morejo storiti brez šibkih točk. Čeprav je vsebina tega ožičenja cenejša, da ne omenjam pomanjkanja potrebe po pogostih posodobitvah, so stroški materiala veliko višji od istih kovinskih kolegov. Poleg tega je optična vlakna in njegova uporaba v medicini izredno omejena zaradi vsebnosti nečistoč svinca in cirkonija, ki so strupeni za človeka, v posameznih zlitinah. Na splošno se to nanaša na najbolj kakovostne steklene modele in ne na plastične.

Proizvodnja optičnih vlaken v Rusiji

V okviru programa nadomestne uvoza leta 2015 je v Mordoviji odprl tovarniško "optično vlakno". To je edino podjetje v Ruski federaciji, ki trenutno, kolikor je mogoče, poskuša zadostiti potrebam domačih porabnikov v vlaknah. Do leta 2015 se je ruska industrija ukvarjala tudi s proizvodnjo optičnih vlaken, vendar le v okviru ločenih ciljnih projektov. Enako stanje je še danes delno. Če je določeni družbi potrebna optična vlakna in je njegova uporaba v medicini ali telekomunikacijah finančno upravičena, je veliko tovarn pripravljenih za delo na takih posebnih naročilih posamično. Vendar pa bo v bližnji prihodnosti samo mordovska naprava vodila serijsko proizvodnjo istih optičnih kablov. Poleg tega doslej ni mogel ponuditi trga v skladu z obsegom povpraševanja. Pomemben del izdelka je še vedno kupljen v ZDA in na Japonskem. Tudi domači izdelki se proizvajajo na uvoženih surovinah.

Zaključek

Fiber-optični izdelki so oblikovani kot segment trga približno 15-20 let. V preteklih letih je potrošnik lahko cenil prednosti novih kablov, vendar napredek ne stoji. Ker se tehnične in fizične lastnosti povečajo, se področja uporabe materiala tudi razširijo. Najnovejša vlakna, ki temeljijo na nanotehnologiji, se še posebej aktivno uporabljajo v naftni in plinski industriji ter obrambnem kompleksu. Nelinearna optična vlakna pa nato razvija samo konceptualne, a zelo obetavne smeri tehnologije. Med njimi je mogoče razlikovati kompresijske laserske impulze, optične solitone, ultrashort optično sevanje itd. Očitno je, da poleg teoretičnih študij z morebitnimi odkritji in v okviru strogo znanstvenih spoznanj nov razvoj omogoča trgu, da pripravi nove predloge za potrošnike različnih stopenj.