Optiske fibre gir et eksempel på hvordan vitenskapelig kunnskap omsettes til teknologisk fremgang, og til slutt gjør livet enklere for den gjennomsnittlige person. I flere år har fiberoptikk vært knyttet til kommunikasjonsmidler for overføring av elektriske signaler. Tynne filamenter på størrelse med et menneskehår kan brukes til å overføre et bredt spekter av signaler som kreves for å betjene en telefon, Internett-tilkobling, TV, osv. Selvfølgelig, på grunn av sin høye ytelse, har fiberoptikk funnet bruk ikke bare i hjemlige behov.
Optisk signaloverføringsteknologi
I seg selv er bruken av optisk fiber som signaloversetter bare en del av den avslørte kunnskapen som utforskes i den vitenskapelige delen av fiberoptikk. Spesialister på dette området studerer overføring av informasjon og forplantning av lys, og i en sammenheng, forent av lysledere. Sistnevnte brukes både som distributører av lys og som sendere av informasjon. Forresten, moderne trender i utviklingen av laserteknologier er basert på lysdioder. I dette tilfellet er et annet spørsmål mer interessant - hvilket fenomen er grunnlaget for fiberoptikk? Dette fenomenetintern refleksjon av (total) elektromagnetisk stråling ved grensesnittet mellom dielektriske stoffer med forskjellige brytningsindekser. Dessuten er informasjonsbæreren ikke et elektromagnetisk signal i det hele tatt, men en kodet lysstrøm. For å forstå graden av overlegenhet til fiberoptiske kabler i forhold til tradisjonelle metallkabler, er det verdt nok en gang å referere til deres båndbredde. Den allerede nevnte fibertråden, hvis tykkelse ikke er mer enn 0,5 mm, er i stand til å overføre en mengde informasjon som vanlige kobberledninger kun vil tjene med en tykkelse på 50 mm.
fiberoptiske fremstillingsmetoder
Det er to hovedmetoder for fremstilling av optisk fiber. Det er en teknikk for ekstrudering og smelting ved bruk av preformer. Den første teknologien gjør det mulig å få materiale av lav kvalitet basert på plast, så i dag brukes det praktisk t alt ikke. Den andre metoden regnes som den viktigste og mest effektive. En preform er en preform som er i en struktur designet for å trekke tråder. Etter moderne standarder kan preformene være opptil flere titalls meter høye. Utad er dette en glassstang med en diameter på ca. 10 cm, hvorfra kjernen av tråden smeltes. Under produksjonsprosessen varmes kjernen sammen med blandingen til fibrene til høye temperaturer, hvoretter filamentene dannes. Lengden på det resulterende materialet kan nå flere kilometer, selv om diameteren forblir uendret - den kontrolleres av automatiserte regulatorer. Avhengig av hvor fiberoptikken skal brukes, materialet forDen kan forbehandles med belegg som gir kjemisk og fysisk beskyttelse. Når det gjelder selve filamentblandingene, inkluderer de vanligvis materialer som polyimid, akrylat og silikon.
Fiberdesignfunksjoner
Den sentrale delen av tråden er kjernen - selve kjernen i fiberen, som vil spre lys under drift. Kjernen er preget av økte lysbrytningsindekser, som oppnås ved bruk av glassdoping med modifikasjon av spesielle tilsetningsstoffer. For eksempel brukes typiske brytningskomponenter som et dopemiddel for silikafibre. På sin side utfører skallet flere oppgaver, hvorav den viktigste er direkte fysisk beskyttelse av kjernen. Denne delen gir også effekten av brytning, men med en minimumskoeffisient. Grensen mellom de to materialene danner en lyslederstruktur som ikke lar hoveddelen av lyset unnslippe fra kjernen. Det er også verdt å merke seg at det grunnleggende om fiberoptikk refererer materialet til varianter av lysledere. For å være mer presis snakker vi om dielektriske bølgeledere som sender lyssignaler.
varianter av optiske fibre
De vanligste er kvarts-, plast- og fluorfibre. Kvartsfilamenter er basert på oksidsmelter eller materialer med lignende struktur, inkludert dopet silisiumoksid. Denne basen gjør det mulig å produsere fleksible og lange fibre som er forskjellige iog høy mekanisk styrke. Plastfiberoptikk er laget av polymerer og kan, som allerede nevnt, ikke gi høy ytelse. Spesielt har slike tråder en høy prosentandel av datatap, noe som begrenser bruken i krevende områder. På den annen side holder rimeligheten til plastfibre etterspørselen etter dette materialet i retningene fokusert på husholdningssegmentet. Når det gjelder optiske fluormaterialer, er deres grunnlag basert på fluorozirkonat- og fluoroaluminatglass. Dette er ganske moderne og teknologiske løsninger for å gi optisk kommunikasjon, men innholdet av tungmetaller i strukturen tillater heller ikke bruk av dem, for eksempel i medisinsk industri.
Fibermåleutstyr
Det vanligste utstyret som brukes i optiske fibersett er sensorer og Bragg-gittere. Fiberoptiske sensorer er enheter designet for å fikse visse verdier som karakteriserer materialets tilstand for øyeblikket. For eksempel kan forskjellige sensorer oppdage mekanisk stress, temperatur, vibrasjon, trykk og andre mengder. Bragg-risten i sin funksjon er nærmere de optiske egenskapene. Den fikser en aperiodisk brytningsforstyrrelse i fiberkjernen. Denne målingen lar deg bestemme hvor effektiv fiberoptikk er i å overføre et signal under spesifikke forhold. Også eksperter bruker optiskreflektometer som registrerer spredning og motstand.
Fiberoptiske forsterkere og lasere
Dette er det mest avanserte produktet utviklet på basis av fiberoptikkteknologi. I motsetning til andre typer lasere, gjør bruken av optiske filamenter det mulig å lage kompakte og samtidig effektive enheter. Spesielt har fiberoptikkteknologi gjort det mulig å erstatte klassiske laserenheter med følgende fordeler:
- Køleribbens effektivitet.
- Økt utgangsstråling.
- Effektiv pumping.
- Høy pålitelighet og stabilitet for laseren.
- Lavvektsutstyr.
I sin tur kan forsterkere, avhengig av type, også brukes i hjemmenettverkslinjer, noe som øker ytelsen til hovedfiberlinjen. Omfanget av fiberdrift er imidlertid verdt å vurdere nærmere.
Hva brukes fiberoptikk til?
Det er flere områder hvor fiberoptiske materialer brukes. Dette er sfæren for husholdningsbruk, telekommunikasjonsutstyr og datautstyr, så vel som høyt spesialiserte nisjer, inkludert visse områder innen medisin. For hvert av disse segmentene produseres spesiell fiberoptikk. Anvendelse som et typisk middel for å overføre et TV- eller Internett-signal, for eksempel, er begrenset til billige plastmodeller av middels kvalitet. Men for laserutstyr og dyrtmedisinsk utstyr bruker kvartsfibre av høy kvalitet, også utstyrt med ekstra modifikatorer.
Anvendelse av optisk fiber i medisin
Slike fibre kan brukes i medisinsk utstyr og instrumenter. Standardteknologi antyder muligheten for å introdusere en spesiell enhet basert på refrakterte lysfibre, som kan overføre et signal til et eksternt fjernsynskamera allerede i selve kroppsorganet. Fiberoptikk brukes i medisin og som lysmateriale. Enheter utstyrt med fibermoduler gjør det mulig å smertefritt belyse hulrommene i magesekken, nasofarynx, etc.
Bruk av optisk fiber i datautstyr
Kanskje dette er den vanligste nisjen der optisk fiber har funnet sin plass. I dag kan kommunikasjonslinjer mellom individuelle enheter som overfører informasjon ikke lenger klare seg uten. Dette gjelder selvfølgelig de områdene der det er umulig eller upraktisk å bruke trådløse forbindelser, som også aktivt erstatter kabler som sådan. For eksempel legger de største teleselskapene interregionale stamnett som bruker fiberoptikk. Bruken av slike kanaler for å koble til eksternt utstyr og vanlige forbrukere av telekommunikasjonstjenester lar deg optimere de økonomiske kostnadene ved vedlikehold av nettverksinfrastrukturen, og øker også effektiviteten av selve dataoverføringen.
Ulemper med fiber
Optiske tråder er dessverre ikke uten svakheter. Selv om vedlikeholdet av slike ledninger er billigere, for ikke å nevne fraværet av behovet for hyppige oppdateringer, er kostnadene for selve materialet mye høyere enn de samme metallkollegene. I tillegg er fiberoptikk og dens bruk i medisin ekstremt begrenset på grunn av innholdet av bly- og zirkoniumurenheter i enkelte legeringer, som er giftige for mennesker. Dette gjelder hovedsakelig glassmodeller av høyeste kvalitet, ikke plastmodeller.
Produksjon av optisk fiber i Russland
Som en del av importsubstitusjonsprogrammet i 2015 ble Optical Fibre Systems-anlegget åpnet i Mordovia. Dette er den eneste bedriften i den russiske føderasjonen, som for tiden prøver å møte behovene til innenlandske forbrukere innen optisk fiber i den grad det er mulig. Frem til 2015 var den russiske industrien også engasjert i produksjon av fiberoptiske materialer, men kun innenfor rammen av individuelle målrettede prosjekter. Den samme situasjonen vedvarer til en viss grad i dag. Hvis et bestemt selskap trenger fiberoptikk og bruken av det innen medisin eller innen telekommunikasjon er økonomisk forsvarlig, så er det mange fabrikker som er klare til å jobbe med slike spesialbestillinger på individuell basis. I nær fremtid vil imidlertid bare det mordoviske anlegget produsere serieproduksjon av de samme fiberoptiske kablene. Dessuten er den ennå ikke i stand til å forsyne markedet i samsvar med etterspørselsvolumet. En betydelig andel av produktene kjøpes fortsatt fra USA og Japan. Og til og med innenlandske produkter produseres på importertråvarer.
Konklusjon
Fiberoptiske produkter har dannet seg som et markedssegment i omtrent 15-20 år. Gjennom årene har forbrukeren vært i stand til å sette pris på fordelene ved nye kabler, men fremgangen står ikke stille. Med forbedring av tekniske og fysiske kvaliteter utvides også bruksområdene for materialet. Spesielt den nyeste fiberen basert på nanoteknologi brukes aktivt i olje- og gassindustrien og forsvarsindustrien. På sin side utvikler ikke-lineær fiberoptikk for tiden bare konseptuelle, men svært lovende teknologiområder. Blant dem er kompresjonslaserpulser, optiske solitoner, ultrakort optisk stråling, etc. Det er klart at i tillegg til teoretisk forskning med mulige funn og innenfor rammen av ren vitenskapelig kunnskap, vil ny utvikling også gjøre det mulig å gi nye tilbud til forbrukere på ulike nivåer på markedet.
