Технологія передачі сигналу через оптоволокно
Саме по собі використання оптоволокна як транслятора сигналів - лише частина розкритого знання, які досліджуються в науковому розділі волоконної оптики. Фахівці цього напрямку займаються вивченням передачі інформації і поширення світла, причому в одному контексті, об'єднаному световодами. Останні використовуються і в якості розповсюджувачів світла, і як передавачі інформації. До слова, на світлодіодах ж грунтуються сучасні напрямки розвитку лазерних технологій. В даному ж випадку цікавіше інше питання - яке явище закладено в основу волоконної оптики? Це явище внутрішнього відображення (повного) електромагнітного випромінювання в межах розділу діелектриків, що мають різні показники заломлення. Причому носієм інформації виступає зовсім не електромагнітний сигнал, а закодований світловий потік. Для розуміння ступеня переваги оптоволоконних кабелів перед традиційними металевими варто ще раз звернутися до їх пропускної здатності. Вже згадана волоконна нитка, товщина якої становить не більше 0,5 мм, здатна передавати обсяг інформації, який звичайна мідна проводка обслужить тільки при товщині в 50 мм.
Методи виготовлення оптоволокна
Існує два основні методи, за якими може виготовлятися оптичне волокно. Це техніка екструзії і плавлення з використанням преформ. Перша технологія дозволяє отримувати матеріал низької якості на основі пластиків, тому сьогодні її практично не використовують. Другий метод вважається основним і найбільш ефективним. Преформа - це заготовка, яка перебуває в конструкції, призначеної для витяжки ниток. За сучасними стандартами преформи можуть мати висоту до декількох десятків метрів. Зовні це скляний стрижень діаметром близько 10 см, з якого виплавляється серцевина нитки. В процесі виготовлення стрижень разом з сумішшю для волокон нагрівається до високих температур, після чого відбувається формування ниток. Довжина одержуваного матеріалу може досягати декількох кілометрів, хоча діаметр при цьому залишається незмінним - його контролюють автоматизовані регулятори. Залежно від того, де буде застосовуватися волоконна оптика, матеріал для неї попередньо може оброблятися покриттями, що забезпечують хімічну та фізичний захист. Що стосується самих сумішей для ниток, то в їх склад зазвичай входять такі матеріали, як полиимид, акрілат і силікон.
Конструкційні особливості оптоволокна
Центральну частину нитки представляє ядро - та сама серцевина волокна, яка і буде поширювати світло в процесі експлуатації. Ядро характеризується підвищеними показниками заломлення світла, що досягається при використанні легування скла з модифікацією спеціальними добавками. Наприклад, для кварцових волокон використовують типові преломляющие компоненти на зразок допанта. У свою чергу, оболонка виконує кілька завдань, головною з яких є безпосередня фізичний захист серцевини. Дана частина також забезпечує ефект заломлення, але з мінімальним коефіцієнтом. Кордон між двома матеріалами формує световодного структуру, яка не дозволяє основного об'єму світла виходити за межі ядра. Також варто відзначити, що основи волоконної оптики відносять матеріал до різновидів світловодів. Якщо бути точніше, то мова йде про діелектричних хвилеводах, що передають світлові сигнали.
Різновиди оптичних волокон
Вимірювальне обладнання для оптоволокна
Найпоширенішим обладнанням, яке використовується в комплектах з оптичним волокном, є датчики і бреггівськими решітки. Оптоволоконні датчики - це пристрої, призначені для фіксації деяких значень, що характеризують стан матеріалу в даний момент. Наприклад, різні датчики можуть визначати механічне напруження, температуру, вібрації, тиск і інші величини. Бреггівськими решітка за своєю функцією більш наближена саме до оптичних характеристик. Вона фіксує в серцевині оптоволокна апериодическое обурення заломлення. Дане вимір дозволяє визначати, наскільки волоконна оптика ефективна при трансляції сигналу в конкретних умовах. Також фахівці застосовують оптичний рефлектометр, реєструючий показники розсіювання і опору.
Оптоволоконні підсилювачі і лазери
Це найбільш прогресивна продукція, яку розробляють на базі технології волоконної оптики. На відміну від лазерів інших типів, використання оптичних ниток дозволяє створювати компактні і в той же час ефективні апарати. Зокрема, технологія волоконної оптики дозволила замінити класичні лазерні прилади завдяки наступним перевагам:
- Ефективність теплового відводу.
- Підвищені показники вихідного випромінювання.
- Ефективна накачування.
- Висока надійність і стабільність роботи лазера.
- Невелика маса обладнання.
У свою чергу, підсилювачі в залежності від типу можуть застосовуватися і в домашніх мережевих лініях, підвищуючи робочі показники основної волоконної лінії. Втім, сфери експлуатації оптоволокна варто розглянути докладніше.
Для чого використовується волоконна оптика?
Можна виділити кілька напрямків, в яких задіяні оптоволоконні матеріали. Це сфера побутового застосування, телекомунікаційне обладнання та комп'ютерну техніку, а також вузькоспеціалізовані ніші, серед яких окремі напрямки медицини. Для кожного з цих сегментів проводиться спеціальна волоконна оптика. Застосування в якості типового кошти передачі ТВ або інтернет-сигналу, наприклад, обмежується дешевими пластиковими моделями середньої якості. Але для лазерного обладнання та дорогих медичних апаратів використовують високоякісні кварцові волокна, забезпечені також додатковими модифікаторами.
Застосування оптоволокна в медицині
Такі волокна можуть використовуватися в медичному обладнанні та інструментах. Стандартна технологія передбачає можливість введення спеціального апарату на переломлюються світлових волокнах, які вже в самому органі тіла можуть передавати сигнал на зовнішню телекамеру. Застосовується волоконна оптика в медицині і як освітлювальний матеріал. Апарати, забезпечені волоконними модулями, дозволяють безболісно підсвічувати порожнини шлунка, носоглотки і т.д.
Застосування оптоволокна в комп'ютерному обладнанні
Мабуть, це найбільш поширена ніша, в якій знайшло своє місце оптоволокно. Без нього сьогодні вже не обходяться лінії зв'язку між окремими пристроями, що передають інформацію. Зрозуміло, це стосується тих областей, в яких неможливо або недоцільно застосування бездротових з'єднань, які також активно витісняють кабелі як такі. Наприклад, найбільші телекомунікаційні компанії прокладають міжрегіональні магістральні мережі, в яких задіюється волоконна оптика. Використання таких каналів для зв'язку периферійного обладнання і звичайних споживачів телекомунікаційних послуг дозволяє оптимізувати фінансові витрати на обслуговування мережевої інфраструктури, а також підвищує ефективність самої передачі даних.
недоліки оптоволокна
Виробництво оптоволокна в Росії
висновок
Оптоволоконная продукція формується як сегмент ринку вже близько 15-20 років. За ці роки споживач зміг високо оцінити достоїнства нових кабелів, однак прогрес не стоїть на місці. У міру підвищення техніко-фізичних якостей розширюються і сфери застосування матеріалу. Новітнє оптоволокно на основі нанотехнологій, зокрема, активно використовують в нафтогазовидобувній промисловості та оборонному комплексі. У свою чергу, нелінійна волоконна оптика розвиває поки тільки концептуальні, але дуже перспективні напрямки технології. Серед них можна виділити компресійні лазерні імпульси, оптичні солітони, ультракороткі оптичні випромінювання і т.д. Очевидно, що крім теоретичних досліджень з можливими відкриттями і в рамках суто наукового знання, нові розробки дозволять і на ринку зробити нові пропозиції споживачам різного рівня.
