Optiska fibrer ger ett exempel på hur vetenskaplig kunskap översätts till tekniska framsteg, vilket i slutändan gör livet enklare för en vanlig människa. I flera år har fiberoptik förknippats med kommunikationsmedel för att överföra elektriska signaler. Tunna filament i storleken av ett människohår kan användas för att överföra ett brett spektrum av signaler som krävs för att driva en telefon, internetanslutning, TV, etc. Naturligtvis, på grund av dess höga prestanda, har fiberoptik inte bara funnits i inhemska behov.
Optisk signalöverföringsteknik
I sig själv är användningen av optisk fiber som signalöversättare bara en del av den avslöjade kunskapen som utforskas inom den vetenskapliga delen av fiberoptik. Specialister inom detta område studerar överföringen av information och spridningen av ljus, och i ett sammanhang, förenade av ljusledare. De senare används både som fördelare av ljus och som sändare av information. Förresten, moderna trender i utvecklingen av laserteknik är baserade på lysdioder. I det här fallet är en annan fråga mer intressant - vilket fenomen är grunden för fiberoptik? Detta fenomenintern reflektion av (total) elektromagnetisk strålning vid gränssnittet mellan dielektrika med olika brytningsindex. Dessutom är informationsbäraren inte alls en elektromagnetisk signal, utan ett kodat ljusflöde. För att förstå graden av överlägsenhet hos fiberoptiska kablar jämfört med traditionella metallkablar är det värt att återigen hänvisa till deras bandbredd. Den redan nämnda fibertråden, vars tjocklek inte är mer än 0,5 mm, kan överföra en mängd information som vanliga kopparledningar endast kommer att tjäna med en tjocklek på 50 mm.
Fiberoptiska tillverkningsmetoder
Det finns två huvudsakliga metoder för tillverkning av optisk fiber. Det är en teknik för extrudering och smältning med användning av förformar. Den första tekniken gör det möjligt att få material av låg kvalitet baserat på plast, så idag används det praktiskt taget inte. Den andra metoden anses vara den viktigaste och mest effektiva. En förform är en förform som är i en struktur utformad för att dra trådar. Med modern standard kan förformarna vara upp till flera tiotals meter höga. Utåt är detta en glasstav med en diameter på cirka 10 cm, från vilken kärnan av tråden smälts. Under tillverkningsprocessen värms kärnan, tillsammans med blandningen för fibrerna, till höga temperaturer, varefter filamenten bildas. Längden på det resulterande materialet kan nå flera kilometer, även om diametern förblir oförändrad - den styrs av automatiserade regulatorer. Beroende på var fiberoptiken kommer att användas, materialet förDen kan förbehandlas med beläggningar som ger kemiskt och fysiskt skydd. När det gäller själva filamentblandningarna innehåller de vanligtvis material som polyimid, akrylat och silikon.
Fiberdesignfunktioner
Den centrala delen av tråden är kärnan - själva kärnan i fibern, som kommer att sprida ljus under drift. Kärnan kännetecknas av ökade ljusbrytningsindex, vilket uppnås genom att använda glasdopning med modifiering av speciella tillsatser. Till exempel används typiska brytningskomponenter som ett dopningsmedel för kiseldioxidfibrer. I sin tur utför skalet flera uppgifter, vars huvudsakliga är det direkta fysiska skyddet av kärnan. Denna del ger också effekten av brytning, men med en minsta koefficient. Gränsen mellan de två materialen bildar en ljusledarstruktur som inte tillåter större delen av ljuset att fly från kärnan. Det är också värt att notera att grunderna för fiberoptik hänvisar materialet till olika ljusledare. För att vara mer exakt talar vi om dielektriska vågledare som sänder ljussignaler.
Sorter av optiska fibrer
De vanligaste är kvarts-, plast- och fluorfibrer. Kvartsfilament är baserade på oxidsmältor eller liknande struktur, inklusive dopad kiseloxid. Denna bas gör det möjligt att tillverka flexibla och långa fibrer som skiljer sig åtoch hög mekanisk hållfasthet. Plastfiberoptik är gjord av polymerer och kan, som redan nämnts, inte ge hög prestanda. I synnerhet har sådana trådar en hög procentandel av dataförlust, vilket begränsar deras användning i krävande områden. Å andra sidan håller priset på plastfibrer efterfrågan på detta material i riktningarna fokuserade på hushållssegmentet. När det gäller fluoridoptiska material är deras bas baserad på fluorozirkonat- och fluoroaluminatglas. Dessa är ganska moderna och tekniska lösningar för att tillhandahålla optisk kommunikation, men innehållet av tungmetaller i strukturen tillåter inte heller användning av dem, till exempel inom den medicinska industrin.
Fibermätutrustning
Den vanligaste utrustningen som används i optiska fibersatser är sensorer och Bragg-galler. Fiberoptiska sensorer är enheter utformade för att fixera vissa värden som kännetecknar materialets tillstånd för tillfället. Till exempel kan olika sensorer detektera mekanisk påfrestning, temperatur, vibrationer, tryck och andra mängder. Bragg-gallret i sin funktion är närmare de optiska egenskaperna. Den fixar en aperiodisk brytningsstörning i fiberkärnan. Denna mätning låter dig bestämma hur effektiv fiberoptik är för att överföra en signal under specifika förhållanden. Experter använder också optiskreflektometer som registrerar förlust och motstånd.
Fiberoptiska förstärkare och lasrar
Detta är den mest avancerade produkten som utvecklats på basis av fiberoptikteknologi. Till skillnad från andra typer av lasrar gör användningen av optiska filament det möjligt att skapa kompakta och samtidigt effektiva enheter. Speciellt har fiberoptiktekniken gjort det möjligt att ersätta klassiska laserenheter med följande fördelar:
- Kylflänsens effektivitet.
- Ökad utstrålning.
- Effektiv pumpning.
- Hög tillförlitlighet och stabilitet hos lasern.
- Lågviktsutrustning.
I sin tur kan förstärkare, beroende på typ, även användas i hemnätslinjer, vilket ökar prestandan för huvudfiberlinjen. Omfattningen av fiberdrift är dock värd att överväga mer i detalj.
Vad används fiberoptik till?
Det finns flera områden där fiberoptiska material används. Detta är området för hushållsbruk, telekommunikationsutrustning och datorutrustning, såväl som högt specialiserade nischer, inklusive vissa områden av medicin. För vart och ett av dessa segment produceras speciell fiberoptik. Tillämpning som ett typiskt sätt att överföra en TV- eller internetsignal, till exempel, är begränsad till billiga plastmodeller av medelhög kvalitet. Men för laserutrustning och dyrtmedicinsk utrustning använder kvartsfibrer av hög kvalitet, även försedda med ytterligare modifierare.
Applicering av optisk fiber i medicin
Sådana fibrer kan användas i medicinsk utrustning och instrument. Standardteknik föreslår möjligheten att införa en speciell enhet baserad på bryta ljusfibrer, som kan överföra en signal till en extern tv-kamera redan i själva kroppsorganet. Fiberoptik används inom medicin och som belysningsmaterial. Enheter utrustade med fibermoduler gör det möjligt att smärtfritt belysa håligheterna i magen, nasofarynx, etc.
Användning av optisk fiber i datorutrustning
Det här är kanske den vanligaste nisch där optisk fiber har hittat sin plats. Idag kan kommunikationslinjer mellan enskilda enheter som överför information inte längre klara sig utan den. Detta gäller naturligtvis de områden där det är omöjligt eller opraktiskt att använda trådlösa anslutningar, som också aktivt ersätter kablar som sådana. Till exempel lägger de största teleföretagen interregionala stamnät som använder fiberoptik. Användningen av sådana kanaler för att ansluta kringutrustning och vanliga konsumenter av telekommunikationstjänster gör det möjligt för dig att optimera de ekonomiska kostnaderna för att underhålla nätverksinfrastrukturen och ökar också effektiviteten i själva dataöverföringen.
Nackdelar med fiber
Tyvärr är optiska trådar inte utan svagheter. Även om underhållet av sådana ledningar är billigare, för att inte tala om frånvaron av behovet av frekventa uppdateringar, är kostnaden för själva materialet mycket högre än samma metallmotsvarigheter. Dessutom är fiberoptik och dess användning inom medicin extremt begränsad på grund av innehållet av bly och zirkoniumföroreningar i vissa legeringar, som är giftiga för människor. Detta gäller främst glasmodeller av högsta kvalitet, inte plastmodeller.
Tillverkning av optisk fiber i Ryssland
Som en del av importsubstitutionsprogrammet 2015 öppnades Optical Fibre Systems fabrik i Mordovia. Detta är det enda företaget i Ryska federationen, som för närvarande försöker möta behoven hos inhemska konsumenter inom optisk fiber i den utsträckning det är möjligt. Fram till 2015 var den ryska industrin också engagerad i tillverkning av fiberoptiska material, men endast inom ramen för individuella riktade projekt. Samma situation kvarstår till viss del idag. Om ett visst företag behöver fiberoptik och dess användning inom medicin eller inom telekommunikationsområdet är ekonomiskt motiverad, så finns det många fabriker som är redo att arbeta på sådana specialbeställningar på individuell basis. Men inom en snar framtid kommer bara den mordovianska fabriken att producera serieproduktion av samma fiberoptiska kablar. Dessutom kan den ännu inte försörja marknaden i enlighet med efterfrågevolymen. En betydande del av produkterna köps fortfarande från USA och Japan. Och även inhemska produkter produceras på importeraderåvaror.
Slutsats
Fiberoptiska produkter har bildats som ett marknadssegment i cirka 15-20 år. Under årens lopp har konsumenten kunnat uppskatta fördelarna med nya kablar, men framstegen står inte stilla. Med förbättringen av tekniska och fysiska kvaliteter utökas också användningsområdena för materialet. Den senaste fibern baserad på nanoteknik, i synnerhet, används aktivt inom olje- och gasindustrin och försvarsindustrin. I sin tur utvecklar icke-linjär fiberoptik för närvarande bara konceptuella, men mycket lovande teknikområden. Bland dem finns kompressionslaserpulser, optiska solitoner, ultrakort optisk strålning, etc. Uppenbarligen kommer nya utvecklingar, förutom teoretisk forskning med möjliga upptäckter och inom ramen för rent vetenskaplig kunskap, även göra det möjligt att göra nya erbjudanden till konsumenter på olika nivåer på marknaden.
