Fibră optică și aplicarea acesteia

Fibrele optice arată un exemplu de modul în care cunoașterea științifică se traduce în progres tehnologic, relaxând în cele din urmă viața unei persoane obișnuite. Cu fibră optică, mijloacele de comunicare pentru transmiterea semnalelor electrice au fost asociate deja de mai mulți ani. Fire subțiri de dimensiunea unui păr uman pot fi folosite pentru a transfera un larg spectrul de semnale,

Tehnologia transmiterii semnalelor prin fibră

În sine, utilizarea fibrei optice ca traducător de semnal este doar o parte a cunoașterii explorate în secțiunea științifică a fibrei optice. Specialiștii din acest domeniu se angajează să studieze transmiterea informațiilor și propagarea luminii și, într-un singur context, combinate cu ghiduri ușoare. Acestea din urmă sunt utilizate atât ca distribuitori de lumină, cât și ca transmițători de informații. Apropo, LED-urile se bazează pe linii moderne de dezvoltare a tehnologiilor laser. În acest caz, o altă întrebare este mai interesantă: ce fenomen este baza fibrei optice? Acest fenomen de reflexie internă a radiației electromagnetice (complete) în limitele dielectricilor având indicatori de refracție diferiți. Mai mult, purtătorul de informații nu este un semnal electromagnetic, ci un flux de lumină codificat. Pentru a înțelege gradul de superioritate de cabluri de fibră optică la metalul tradițional trebuie să se întoarcă din nou la capacitatea lor. Menționat deja fire din fibre a căror grosime nu mai mare de 0,5 mm, este capabil să livreze cantitatea de informații care va servi cabluri convenționale din cupru, cu o grosime de doar 50 mm.

Metode de fabricare a fibrelor optice

Există două metode principale prin care se poate produce o fibră optică. Aceasta este o tehnică de extrudare și topire utilizând preforme. Prima tehnologie permite obtinerea unui material de calitate scazuta pe baza de materiale plastice, deci astazi practic nu este folosit. A doua metodă este considerată principala și cea mai eficientă. Preformă - un semifabricat, amplasat într-o structură concepută pentru desenarea firelor. Conform standardelor moderne, preformele pot avea o înălțime de până la câteva zeci de metri. În exterior este o tijă de sticlă cu un diametru de aproximativ 10 cm, din care se topește miezul filamentului. În timpul procesului de fabricație, miezul împreună cu amestecul de fibre este încălzit la temperaturi ridicate, după care se formează firele. Lungimea materialului rezultat poate ajunge la câțiva kilometri, deși diametrul rămâne neschimbat - este controlat de regulatoarele automate. În funcție de locul în care vor fi utilizate fibrele optice, materialul pentru acesta poate fi tratat preliminar cu acoperiri care asigură protecție chimică și fizică. În ceea ce privește amestecurile pentru fire, acestea includ, de obicei, materiale cum ar fi poliimida, acrilatul și siliconul.

Caracteristici de design ale fibrei

Partea centrală a filamentului este nucleul - chiar nucleul fibrei, care va răspândi lumină în timpul funcționării. Miezul este caracterizat prin indici de refracție de lumină, care se realizează prin utilizarea dopării de sticlă cu modificări cu aditivi speciali. De exemplu, fibrele de cuarț utilizează componente tipice de refracție cum ar fi dopant. La rândul său, carcasa îndeplinește mai multe sarcini, dintre care principala este protecția fizică imediată a nucleului. Această parte oferă, de asemenea, efectul de refracție, dar cu un coeficient minim. Limita dintre cele două materiale formează o structură de ghidare ușoară care nu permite ca volumul principal de lumină să depășească miezul. De asemenea, trebuie remarcat faptul că fundamentele fibrei optice clasifică materialul ca un tip de fibră. Pentru a fi mai precis, avem de-a face cu ghiduri de undă dielectrice care transmit semnale luminoase.

Soiuri de fibre optice

Cele mai frecvente sunt fibrele de cuarț, plastic și fluorură. Cuvele de cuarț se bazează pe topitură de oxid sau pe materiale structurale similare, printre care oxid de siliciu dopat. Această bază face posibilă producerea de fibre flexibile și lungi, care se disting, de asemenea, prin rezistență mecanică ridicată. Optica din fibră optică este fabricată din polimeri și, așa cum sa menționat deja, nu poate oferi performanțe ridicate. În special, aceste fire au un procent ridicat de pierderi de date, ceea ce le limitează utilizarea în zonele solicitante. Pe de altă parte, disponibilitatea de preț a fibrelor de plastic menține cererea pentru acest material în direcții orientate către segmentul de uz casnic. În ceea ce privește materialele optice fluorurate, baza lor se bazează pe sticle fluorocranat și fluoroaluminat. Acestea sunt soluții moderne și tehnologice pentru furnizarea de comunicații optice, dar conținutul de metale grele în structură nu le permite, de asemenea, să fie utilizate, de exemplu, în industria medicală.

Echipamente de masurare a fibrelor optice

Cel mai obișnuit echipament utilizat în seturi cu fibră optică sunt senzorii și grătarele Bragg. Senzorii cu fibră optică sunt dispozitive destinate să fixeze anumite valori care caracterizează starea materialului la un moment dat. De exemplu, diferiți senzori pot detecta stresul mecanic, temperatura, vibrațiile, presiunea și alte cantități. Grila Bragg în funcția sa este mai apropiată de caracteristicile optice. Fixează o perturbație aperiodică a refracției în miezul fibrei optice. Această măsurătoare vă permite să determinați cât de mult este opțiunea de fibră optică eficientă în traducerea semnalului în condiții specifice. De asemenea, specialiștii folosesc un reflectometru optic pentru a înregistra scatter și rezistență.

Amplificatoare și lasere din fibre

Acesta este cel mai progresist produs, care este dezvoltat pe baza tehnologiei fibra optica. Spre deosebire de alte tipuri de lasere, utilizarea fibrelor optice face posibilă crearea unor dispozitive compacte și în același timp eficiente. În special, tehnologia fibrei optice a făcut posibilă înlocuirea dispozitivelor clasice cu laser datorită următoarelor avantaje:

• Eficacitatea robinetului termic.
• Creșterea radiației de ieșire.
• Pompare efectivă.
• Fiabilitate ridicată și stabilitatea funcționării cu laser.
• O mică masă de echipament.

La rândul său, amplificatoarele, în funcție de tipul acestora, pot fi utilizate în liniile de rețea de origine, crescând performanța liniei principale de fibră optică. Cu toate acestea, domeniul de aplicare al fibrelor optice ar trebui să fie luat în considerare în detaliu.

Pentru ce este folosit fibra optica?

Există mai multe direcții în care sunt implicate materiale cu fibră optică. Această sferă de uz casnic, echipamente de telecomunicații și tehnologie informatică, precum și nișe de nișă, printre care se numără zone separate de medicină. Pentru fiecare dintre aceste segmente se produc fibre optice speciale. Aplicația ca mijloc tipic de transmitere a unui semnal TV sau de Internet, de exemplu, este limitată la modele ieftine din plastic de calitate medie. Dar fibrele de cuarț de înaltă calitate sunt utilizate pentru echipamente laser și dispozitive medicale scumpe, care sunt, de asemenea, prevăzute cu modificatori suplimentari.

Aplicarea fibrelor optice în medicină

Astfel de fibre pot fi folosite în echipamente și instrumente medicale. Tehnologia standard implică posibilitatea introducerii unui dispozitiv special pe fibrele luminoase refractabile, care deja în organul corpului pot transmite un semnal unei camere externe. Se folosesc fibra optica în medicină și ca material de iluminat. Dispozitivele echipate cu module de fibre permit iluminarea nedureroasă a cavității abdominale, nasofaringiene etc.

Aplicarea fibrelor optice în echipamente informatice

Poate că aceasta este cea mai comună nișă în care fibra optică și-a găsit locul. Fără ea, liniile de comunicare dintre dispozitivele individuale care transmit informații nu mai pot fi excluse de astăzi. Bineînțeles, acest lucru se aplică acelor zone în care este imposibil sau necorespunzător să utilizați conexiuni wireless, care, de asemenea, înlocuiesc în mod activ cablurile ca atare. De exemplu, cele mai mari companii de telecomunicații se situează pe rețele inter-regionale de bază, care implică fibră optică. Utilizarea unor astfel de canale pentru comunicarea echipamentelor periferice și a consumatorilor obișnuiți de servicii de telecomunicații permite optimizarea cheltuielilor financiare pentru întreținerea infrastructurii rețelei și, de asemenea, îmbunătățește eficiența transmiterii datelor în sine.

Dezavantajele fibrei

Din păcate, firele optice nu pot face fără puncte slabe. Deși conținutul acestui cablu este mai ieftin, fără a menționa lipsa nevoii de actualizări frecvente, costul materialului în sine este mult mai mare decât aceleași metale. În plus, fibrele optice și utilizarea lor în medicină este extrem de limitată datorită conținutului de impurități de plumb și zirconiu, care sunt toxice pentru oameni, în aliaje individuale. În general, aceasta se aplică modelelor de sticlă de cea mai bună calitate, mai degrabă decât cele din plastic.

Fabricarea fibrelor optice în Rusia

În cadrul programului de substituire a importurilor în 2015, fabrica "Sistemele cu fibră optică" a fost deschisă în Mordovia. Aceasta este singura întreprindere din Federația Rusă, care în prezent, pe cât posibil, încearcă să satisfacă nevoile consumatorilor casnici în fibră. Până în 2015, industria rusă sa implicat și în fabricarea de materiale din fibră optică, dar numai în cadrul unor proiecte țintă separate. Aceeași situație este și astăzi în prezent. În cazul în care o anumită companie va necesita fibra optica si utilizarea sa în medicină și în domeniul instalațiilor de telecomunicații vor fi justificate punct de vedere financiar, atunci există o mulțime de fabrici sunt gata să lucreze la astfel de ordine speciale în mod individual. Cu toate acestea, în viitorul apropiat, numai uzina din Mordovia va executa producția în serie a acelorași cabluri cu fibră optică. Mai mult, până acum nu este în măsură să furnizeze piața în funcție de volumul cererii. O parte semnificativă a produsului este încă achiziționată în SUA și Japonia. Și chiar produsele interne sunt produse pe materii prime importate.

concluzie

Produsele din fibră optică sunt formate ca un segment al pieței timp de aproximativ 15-20 de ani. De-a lungul anilor, consumatorul a reușit să aprecieze avantajele noilor cabluri, însă progresul nu se oprește. Pe măsură ce calitățile tehnice și fizice cresc, se extind și domeniile de aplicare ale materialului. Cele mai noi fibre bazate pe nanotehnologie, în special, sunt utilizate în mod activ în industria de petrol și gaze și complexul de apărare. La rândul său, fibrele optice neliniare dezvoltă doar direcții tehnologice conceptuale, dar foarte promițătoare. Impulsuri laser de compresie, solitone optice, radiații optice ultrascurte etc. pot fi distinse între ele. Evident, pe lângă studiile teoretice cu posibile descoperiri și în cadrul unor cunoștințe strict științifice, noile evoluții vor permite pieței să facă noi propuneri consumatorilor de la diferite niveluri.