Šķiedru optika un tā pielietojums

Optiskās šķiedras rāda piemēru par to, kāzinātniskās zināšanas tiek pārveidotas par tehnoloģisko progresu, kas galu galā veicina vienkāršas personas dzīvi. Ar optisko šķiedru optisko šķiedru komunikāciju līdzekļi elektrisko signālu pārraidei jau vairākus gadus ir saistīti. Plaša spektra signālus, kas nepieciešami tālruņa darbībai, interneta pieslēgumam, televizoram utt., Protams, var izmantot ar plānu vītni, bet, pateicoties augstajām operatīvajām spējām, fiber optika ir piemērota ne tikai vietējām vajadzībām.

optiskās šķiedras

Signāla pārraides pa šķiedrām tehnoloģija

Patiesībā optisko šķiedru izmantošana kāsignāla tulks ir tikai daļa no atklātām zināšanām, kas tiek izpētīta optisko šķiedru zinātnes nozarē. Šīs nozares speciālisti ir iesaistīti informācijas izplatīšanā un gaismas izplatīšanā, un vienā kontekstā tos apvieno ar gaismas vadīklām. Pēdējās tiek izmantotas gan kā vieglo izplatītāju, gan kā informācijas sniedzēji. Starp citu, gaismas diodes ir balstītas uz mūsdienu lāzera tehnoloģiju attīstības līnijām. Šajā gadījumā interesants ir vēl viens jautājums: kāda parādība ir šķiedru optikas pamats? Šī parādība (pilnīga) elektromagnētiskā starojuma iekšējai atspoguļošanai dielektriķu robežās, kam ir dažādi refrakcijas indeksi. Turklāt informācijas nesējs nav elektromagnētiska signāls, bet kodēta gaismas plūsma. Lai saprastu optisko šķiedru kabeļu pārākumu pirms tradicionālajiem metāla kabeļiem, ir vērts atkal vērsties pie joslas platuma. Iepriekš minētie šķiedru pavedieni, kuru biezums nav lielāks par 0,5 mm, spēj pārsūtīt informācijas daudzumu, ka parastā vara vadu kalpo tikai 50 mm biezumā.

Optisko šķiedru izgatavošanas metodes

Ir divas galvenās metodes, ar kurāmražo optisko šķiedru. Šī ir ekstrūzijas metode un kausēšana, izmantojot sagataves. Pirmā tehnoloģija ļauj iegūt zemas kvalitātes materiālu, pamatojoties uz plastmasu, tāpēc šodien to praktiski neizmanto. Otra metode tiek uzskatīta par galveno un visefektīvāko. Noformējums - tukša, kas atrodas konstrukcijā, kas paredzēta pavedienu iesiešanai. Saskaņā ar mūsdienu standartiem, sagatavēm var būt augstums līdz vairākiem desmitiem metru. No ārpuses tas ir stikla stienis ar diametru aptuveni 10 cm, no kura kvēldiega kodols ir izkusis. Ražošanas procesā kodols kopā ar šķiedru maisījumu tiek uzkarsēts līdz augstām temperatūrām, pēc tam diegi tiek veidoti. Izgatavotā materiāla garums var sasniegt vairākus kilometrus, lai gan diametrs paliek nemainīgs - to kontrolē automatizēti regulatori. Atkarībā no tā, kur tiks izmantotas optiskās šķiedras, materiālu var iepriekš apstrādāt ar pārklājumiem, kas nodrošina ķīmisku un fizisku aizsardzību. Attiecībā uz dziju maisījumiem tie parasti ietver materiālus, piemēram, poliimīdu, akrilātu un silikonu.

optiskās šķiedras un tās izmantošana medicīnā

Šķiedru dizaina elementi

Kvēldiega centrālā daļa ir kodolsšķiedrvielu pamats, kas izplatīs gaismu ekspluatācijas procesā. Kodols ir raksturīgs ar augstu gaismas atstarošanas indeksu, kas tiek sasniegts, izmantojot stikla dopingu ar modificēšanu ar īpašām piedevām. Piemēram, kvarca šķiedras izmanto tipiskas refrakcijas sastāvdaļas, piemēram, dopantu. Savukārt čaula izpilda vairākus uzdevumus, galvenais no kuriem ir kodola fiziskā aizsardzība. Šī daļa arī nodrošina refrakcijas efektu, bet ar minimālo koeficientu. Starp abiem materiāliem robeža veido gaismas ķermeņa struktūru, kas neļauj galvenajam gaismas tilpumam pārsniegt kodolu. Ir arī vērts atzīmēt, ka optiskās šķiedras pamatelements klasificē materiālu kā šķiedras veidu. Precīzāk, mēs runājam par dielektriskiem viļņvadiem, kas pārraida gaismas signālus.

Optiskās šķiedras šķirnes

Visizplatītākie ir kvarca, plastmasas unfluora šķiedras. Kvarca diega pamatā ir oksīda kūtsmēsli vai strukturāli līdzīgi materiāli, tostarp leģētais silīcija oksīds. Šī bāze ļauj veidot elastīgas un garas šķiedras, kuras atšķiras ar augstu mehānisko izturību. Fiber optic optika ir izgatavota no polimēriem un, kā jau minēts, nevar nodrošināt augstu veiktspēju. Jo īpaši šādiem pavedieniem ir liela datu zuduma procentuālā daļa, kas ierobežo to lietošanu prasīgajos apgabalos. No otras puses, plastmasas šķiedru cenu pieejamība saglabā pieprasījumu pēc šī materiāla mājsaimniecību segmentā orientētos virzienos. Attiecībā uz fluorīdu optiskajiem materiāliem to pamatā ir fluorociranāta un fluoralalumīnskābes glāzes. Šie ir diezgan mūsdienīgi un tehnoloģiski risinājumi optiskās komunikācijas nodrošināšanai, bet smago metālu saturs struktūrā arī neļauj tos izmantot, piemēram, medicīnas industrijā.

Mērīšanas iekārtas optiskajām šķiedrām

optisko šķiedru izmantošana

Visbiežāk sastopamā iekārtaIzmanto komplektiem ar optisko šķiedru, ir sensori un Bragg režģi. Šķiedru optiskie sensori ir ierīces, kas paredzētas noteiktu vērtību noteikšanai, kas konkrētajā brīdī raksturo materiāla stāvokli. Piemēram, dažādi sensori var noteikt mehānisko spriegumu, temperatūru, vibrāciju, spiedienu un citus daudzumus. Bragg režģis tās funkcijās ir ciešāk tuvināts optiskajiem parametriem. Tas nosaka aperiodisku pretestības traucējumus optiskās šķiedras kodolā. Šis mērījums ļauj noteikt, cik daudz optisko šķiedru ir efektīva signāla pārvēršanā īpašos apstākļos. Arī speciālisti izmanto optisko reflektometru, lai ierakstītu izkliedi un izturību.

Fiber pastiprinātāji un lāzeri

Tas ir visprogresīvākais produkts, kasIzstrādāt, pamatojoties uz optisko šķiedru tehnoloģiju. Atšķirībā no cita veida lāzeriem, optisko šķiedru izmantošana ļauj izveidot kompaktas un vienlaicīgi efektīvas ierīces. Jo īpaši šķiedru optikas tehnoloģija ļāva aizstāt klasiskās lāzera ierīces, pateicoties šādām priekšrocībām:

  • Siltuma pieskārienu efektivitāte.
  • Palielināts izejas starojums.
  • Efektīva sūknēšana.
  • Augsta uzticamība un lāzera darbības stabilitāte.
  • Neliela aprīkojuma masa.

Savukārt, pastiprinātāji atkarībā no veidavar izmantot mājas tīkla līnijās, palielinot galvenās šķiedras līnijas veiktspēju. Tomēr optisko šķiedru darbības joma jāapsver sīkāk.

Kas ir optiskā šķiedra?

fiber optics pieteikumu

Ir vairāki virzieniIzmanto šķiedru optikas materiālus. Šī iekšējā pielietojuma sfēra, telekomunikāciju iekārtas un datortehnika, kā arī nišas nišas, starp kurām ir atsevišķas medicīnas nozares. Katram segmentam tiek ražota īpaša optisko šķiedru optika. Piemēram, kā tipisks veids, kā pārsūtīt televīziju vai interneta signālu, piemēram, tiek izmantoti lēti, vidēja kvalitātes plastmasas modeļi. Bet augstas kvalitātes kvarca šķiedras tiek izmantotas lāzeriekārtām un dārgām medicīniskām ierīcēm, kurām ir arī papildu modifikatori.

Optisko šķiedru pielietojums medicīnā

Šādas šķiedras var lietot medicīnāiekārtas un instrumenti. Standarta tehnoloģija nozīmē iespēju ieviest īpašu ierīci uz attīrāmām gaismas šķiedrām, kuras jau ķermeņa orgāns var pārraidīt signālu ārējai kamerai. Izmanto šķiedru optiku medicīnā un kā apgaismes materiālu. Ierīces, kas aprīkotas ar šķiedru moduļiem, ļauj nesāpīgi izgaismot kuņģa dobumu, nazofarneks utt.

optiskās šķiedras medicīnā

Optisko šķiedru pielietošana datortehnikā

Varbūt šī ir visizplatītākā nišakas atrada šķiedras vietu. Bez tā saziņas līnijas starp atsevišķām ierīcēm, kas pārraida informāciju, šodien vairs nevar atbrīvoties. Protams, tas attiecas uz tām jomām, kurās nav iespējams vai nepiemērots bezvadu savienojumu izmantošana, kas arī aktīvi izslēdz kabeļus kā tādus. Piemēram, lielākie telekomunikāciju uzņēmumi veido starpreģionu mugurkaulu tīklus, kas ietver optisko šķiedru. No šiem kanāliem par to perifēro iekārtu un tradicionālo telekomunikāciju pakalpojumu izmantošana ļauj lietotājiem, lai optimizētu finanšu izmaksas uzturēšanas tīkla infrastruktūras, kā arī palielināt efektivitāti datu pārraidi.

Trūkumi šķiedras

Fiber Optics pamati

Diemžēl optiskās tēmas nevar iztikt beznepilnības. Kaut arī šīs vadu saturs ir lētāks, nemaz nerunājot par to, ka trūkst nepieciešamības pēc biežiem atjauninājumiem, pašas materiāla izmaksas ir daudz augstākas nekā tās pašas metāla kolēģi. Turklāt šķiedru optika un tās izmantošana medicīnā ir ārkārtīgi ierobežota, jo svina un cirkonija piemaisījumu saturs, kas ir toksisks cilvēkiem, atsevišķos sakausējumos. Parasti tas attiecas uz viskvalitatīvākajiem stikla modeļiem, nevis plastmasas modeļiem.

Optisko šķiedru ražošana Krievijā

Saskaņā ar importa aizstāšanas programmu 2015. gadā Mordovijā tika atvērts uzņēmums "Optiskās šķiedras sistēmas". Šis ir vienīgais uzņēmums Krievijas Federācijā, kas šobrīd, cik vien iespējams, cenšas apmierināt vietējo patērētāju vajadzības šķiedrvielās. Līdz 2015. gadam Krievijas rūpniecība bija iesaistījusies optisko šķiedru materiālu ražošanā, bet tikai atsevišķu mērķa projektu ietvaros. Tāda pati situācija vēl joprojām ir daļēji aktuāla. Ja kādam uzņēmumam vajadzīgas optiskās šķiedras, un tā izmantošana medicīnā vai telekomunikācijās ir finansiāli pamatota, tad ir daudzas rūpnīcas, kas ir gatavas strādāt pie šādiem īpašiem pasūtījumiem atsevišķi. Taču tuvākajā nākotnē vienīgi optisko šķiedru kabeļu sērijveida ražošanai darbosies tikai Mordovijas rūpnīca. Turklāt līdz šim tas nevar piedāvāt tirgu atbilstoši pieprasījuma apjomam. Lielu daļu produkta joprojām iegādājas ASV un Japānā. Un pat vietējie produkti tiek ražoti uz importētajām izejvielām.

Secinājums

kāda parādība ir šķiedru optikas pamats

Fiber optic produkti tiek veidoti kā segmentatirgus jau ir aptuveni 15-20 gadus. Gadu gaitā patērētājs ir spējis novērtēt jauno kabeļu priekšrocības, taču progress nepaliek. Palielinoties tehniskajām un fiziskajām īpašībām, materiāla pielietošanas jomas arī paplašinās. Jo īpaši jaunākās šķiedras, kuru pamatā ir nanotehnoloģijas, aktīvi izmanto naftas un gāzes rūpniecībā un aizsardzības kompleksā. Savukārt nelineārās optiskās šķiedras attīsta tikai konceptuālus, bet ļoti daudzsološus tehnoloģiju virzienus. Starp tiem var izšķirt kompresijas lāzera impulsus, optiskos solitonus, ultrashort optisko starojumu utt. Acīmredzot, papildus teorētiskiem pētījumiem ar iespējamiem atklājumiem un stingri zinātnisku atziņu ietvaros, jauni sasniegumi ļaus tirgum iesniegt jaunus priekšlikumus dažāda līmeņa patērētājiem.