Ang mga optical fiber ay nagbibigay ng halimbawa kung paano isinasalin ang siyentipikong kaalaman sa pag-unlad ng teknolohiya, na sa huli ay ginagawang mas madali ang buhay para sa karaniwang tao. Sa loob ng maraming taon, ang fiber optic ay nauugnay sa mga paraan ng komunikasyon para sa pagpapadala ng mga de-koryenteng signal. Ang mga manipis na filament na kasing laki ng buhok ng tao ay maaaring gamitin upang magpadala ng malawak na hanay ng mga signal na kinakailangan para magpatakbo ng telepono, koneksyon sa Internet, TV, atbp. Siyempre, dahil sa mataas na pagganap nito, ang fiber optics ay natagpuan ang paggamit hindi lamang sa mga pangangailangan sa tahanan.
Teknolohiya sa paghahatid ng optical signal
Sa sarili nito, ang paggamit ng optical fiber bilang tagasalin ng signal ay bahagi lamang ng ibinunyag na kaalaman na ginagalugad sa siyentipikong seksyon ng fiber optics. Pinag-aaralan ng mga espesyalista sa lugar na ito ang paghahatid ng impormasyon at pagpapalaganap ng liwanag, at sa isang konteksto, pinag-isa ng mga light guide. Ang huli ay ginagamit kapwa bilang mga tagapamahagi ng ilaw at bilang mga tagapaghatid ng impormasyon. Sa pamamagitan ng paraan, ang mga modernong uso sa pag-unlad ng mga teknolohiya ng laser ay batay sa mga LED. Sa kasong ito, ang isa pang tanong ay mas kawili-wili - anong kababalaghan ang batayan ng fiber optics? Itong kababalaghanpanloob na pagmuni-muni ng (kabuuang) electromagnetic radiation sa interface sa pagitan ng mga dielectric na may iba't ibang mga indeks ng repraktibo. Bukod dito, ang carrier ng impormasyon ay hindi isang electromagnetic signal sa lahat, ngunit isang coded light flux. Upang maunawaan ang antas ng higit na kahusayan ng mga fiber optic cable sa tradisyonal na mga metal cable, ito ay nagkakahalaga muli na tumutukoy sa kanilang bandwidth. Ang nabanggit na fiber thread, na ang kapal ay hindi hihigit sa 0.5 mm, ay may kakayahang magpadala ng dami ng impormasyon na ang ordinaryong tansong mga kable ay magsilbi lamang na may kapal na 50 mm.
Mga paraan ng paggawa ng fiber-optic
May dalawang pangunahing paraan kung saan maaaring gawin ang optical fiber. Ito ay isang pamamaraan ng pagpilit at pagtunaw gamit ang mga preform. Ginagawang posible ng unang teknolohiya na makakuha ng mababang kalidad na materyal batay sa mga plastik, kaya ngayon halos hindi ito ginagamit. Ang pangalawang paraan ay itinuturing na pangunahing at pinaka-epektibo. Ang preform ay isang preform na nasa isang istraktura na idinisenyo para sa pagguhit ng mga thread. Ayon sa modernong mga pamantayan, ang mga preform ay maaaring hanggang ilang sampu-sampung metro ang taas. Sa panlabas, ito ay isang glass rod na may diameter na mga 10 cm, kung saan ang core ng thread ay natunaw. Sa panahon ng proseso ng pagmamanupaktura, ang core, kasama ang pinaghalong para sa mga hibla, ay pinainit sa mataas na temperatura, pagkatapos kung saan ang mga filament ay nabuo. Ang haba ng nagresultang materyal ay maaaring umabot ng ilang kilometro, bagaman ang diameter ay nananatiling hindi nagbabago - ito ay kinokontrol ng mga awtomatikong regulator. Depende sa kung saan gagamitin ang fiber optics, ang materyal para saMaaari itong pre-treat na may mga coatings na nagbibigay ng kemikal at pisikal na proteksyon. Kung tungkol sa filament na pinaghahalo ang sarili, kadalasang kinabibilangan ng mga materyales gaya ng polyimide, acrylate, at silicone.
Fiber design features
Ang gitnang bahagi ng thread ay ang core - ang pinaka-ubod ng fiber, na magpapakalat ng liwanag sa panahon ng operasyon. Ang core ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagtaas ng mga light refractive index, na nakamit sa pamamagitan ng paggamit ng glass doping na may pagbabago ng mga espesyal na additives. Halimbawa, ang mga tipikal na bahagi ng repraktibo tulad ng dopant ay ginagamit para sa mga hibla ng silica. Sa turn, ang shell ay nagsasagawa ng ilang mga gawain, ang pangunahing kung saan ay ang direktang pisikal na proteksyon ng core. Ang bahaging ito ay nagbibigay din ng epekto ng repraksyon, ngunit may pinakamababang koepisyent. Ang hangganan sa pagitan ng dalawang materyales ay bumubuo ng isang magaan na istraktura ng gabay na hindi pinapayagan ang karamihan ng liwanag na makatakas mula sa core. Nararapat din na tandaan na ang mga pangunahing kaalaman ng fiber optics ay tumutukoy sa materyal sa mga uri ng mga light guide. Upang maging mas tumpak, pinag-uusapan natin ang tungkol sa mga dielectric waveguides na nagpapadala ng mga light signal.
Mga uri ng optical fibers
Ang pinakakaraniwan ay quartz, plastic at fluoride fibers. Ang mga filament ng quartz ay batay sa mga natutunaw na oxide o mga materyales na katulad ng istraktura, kabilang ang doped silicon oxide. Ginagawang posible ng base na ito na makagawa ng nababaluktot at mahabang mga hibla na naiiba saat mataas na mekanikal na lakas. Ang mga plastic-fiber optics ay ginawa mula sa mga polimer at, tulad ng nabanggit na, ay hindi makapagbibigay ng mataas na pagganap. Sa partikular, ang mga naturang thread ay may mataas na porsyento ng pagkawala ng data, na naglilimita sa kanilang paggamit sa mga lugar na hinihingi. Sa kabilang banda, ang pagiging affordability ng mga plastic fiber ay nagpapanatili ng pangangailangan para sa materyal na ito sa mga direksyon na nakatuon sa segment ng sambahayan. Tulad ng para sa fluoride optical na materyales, ang kanilang batayan ay batay sa fluorozirconate at fluoroaluminate na baso. Ang mga ito ay medyo moderno at teknolohikal na mga solusyon para sa pagbibigay ng optical na komunikasyon, ngunit ang nilalaman ng mabibigat na metal sa istraktura ay hindi rin pinapayagan ang kanilang paggamit, halimbawa, sa industriya ng medikal.
Fiber Measuring Equipment
Ang pinakakaraniwang kagamitan na ginagamit sa mga optical fiber kit ay mga sensor at Bragg grating. Ang mga fiber optic sensor ay mga device na idinisenyo upang ayusin ang ilang partikular na halaga na nagpapakilala sa estado ng materyal sa ngayon. Halimbawa, maaaring makita ng iba't ibang sensor ang mechanical stress, temperatura, vibration, pressure, at iba pang dami. Ang Bragg grating sa function nito ay mas malapit sa mga optical na katangian. Inaayos nito ang isang aperiodic refraction disturbance sa fiber core. Nagbibigay-daan sa iyo ang pagsukat na ito na matukoy kung gaano kahusay ang fiber optic sa pagpapadala ng signal sa ilalim ng mga partikular na kundisyon. Gayundin, ang mga eksperto ay gumagamit ng opticalreflectometer na nagrerehistro ng dissipation at resistance.
Fiber-optic amplifier at laser
Ito ang pinaka-advanced na produkto na binuo batay sa teknolohiya ng fiber optics. Hindi tulad ng iba pang mga uri ng laser, ang paggamit ng mga optical filament ay ginagawang posible na lumikha ng mga compact at sa parehong oras na mahusay na mga aparato. Sa partikular, ginawang posible ng teknolohiya ng fiber optic na palitan ang mga classical na laser device ng mga sumusunod na pakinabang:
- Efficiency ng heat sink.
- Nadagdagang output radiation.
- Epektibong pumping.
- Mataas na pagiging maaasahan at katatagan ng laser.
- Mga kagamitan sa mababang timbang.
Sa turn, ang mga amplifier, depende sa uri, ay maaari ding gamitin sa mga linya ng home network, na nagpapataas ng pagganap ng pangunahing linya ng fiber. Gayunpaman, ang saklaw ng pagpapatakbo ng fiber ay dapat isaalang-alang nang mas detalyado.
Para saan ang fiber optics?
Mayroong ilang mga lugar kung saan ginagamit ang mga fiber optic na materyales. Ito ang saklaw ng paggamit sa tahanan, kagamitan sa telekomunikasyon at kagamitan sa kompyuter, pati na rin ang mga espesyal na lugar, kabilang ang ilang mga lugar ng medisina. Para sa bawat isa sa mga segment na ito, ang mga espesyal na fiber optic ay ginawa. Ang aplikasyon bilang isang tipikal na paraan ng pagpapadala ng signal ng TV o Internet, halimbawa, ay limitado sa murang mga modelong plastik na may katamtamang kalidad. Ngunit para sa mga kagamitan sa laser at mahalAng mga medikal na device ay gumagamit ng mataas na kalidad na quartz fibers, na binibigyan din ng mga karagdagang modifier.
Paglalapat ng optical fiber sa medisina
Ang ganitong mga hibla ay maaaring gamitin sa mga medikal na kagamitan at instrumento. Ang standard na teknolohiya ay nagmumungkahi ng posibilidad ng pagpapakilala ng isang espesyal na aparato batay sa mga refracted light fibers, na maaaring magpadala ng signal sa isang panlabas na camera ng telebisyon na nasa mismong organo ng katawan. Ang fiber optics ay ginagamit sa gamot at bilang isang materyal sa pag-iilaw. Ginagawang posible ng mga device na nilagyan ng fiber modules na maipaliwanag nang walang sakit ang mga cavity ng tiyan, nasopharynx, atbp.
Paggamit ng optical fiber sa mga kagamitan sa kompyuter
Marahil ito ang pinakakaraniwang angkop na lugar kung saan natagpuan ng optical fiber ang lugar nito. Ngayon, ang mga linya ng komunikasyon sa pagitan ng mga indibidwal na aparato na nagpapadala ng impormasyon ay hindi na magagawa kung wala ito. Siyempre, naaangkop ito sa mga lugar kung saan imposible o hindi praktikal na gumamit ng mga wireless na koneksyon, na aktibong pinapalitan ang mga cable tulad nito. Halimbawa, ang pinakamalaking kumpanya ng telekomunikasyon ay naglalagay ng mga interregional backbone network na gumagamit ng fiber optics. Ang paggamit ng mga naturang channel para sa pagkonekta ng mga peripheral na kagamitan at mga ordinaryong mamimili ng mga serbisyo ng telekomunikasyon ay nagbibigay-daan sa iyo na i-optimize ang mga gastos sa pananalapi sa pagpapanatili ng imprastraktura ng network, at pinapataas din ang kahusayan ng mismong paghahatid ng data.
Mga disadvantages ng fiber
Sa kasamaang palad, ang mga optical thread ay walang mga kahinaan. Kahit na ang pagpapanatili ng naturang mga kable ay mas mura, hindi sa banggitin ang kawalan ng pangangailangan para sa madalas na pag-update, ang halaga ng materyal mismo ay mas mataas kaysa sa parehong mga katapat na metal. Bilang karagdagan, ang fiber optics at ang paggamit nito sa gamot ay lubhang limitado dahil sa nilalaman ng mga impurities ng lead at zirconium sa ilang mga haluang metal, na nakakalason sa mga tao. Pangunahing naaangkop ito sa mga modelong salamin na may pinakamataas na kalidad, hindi sa mga plastik.
Produksyon ng optical fiber sa Russia
Bilang bahagi ng import substitution program noong 2015, binuksan ang Optical Fiber Systems plant sa Mordovia. Ito ang tanging negosyo sa Russian Federation, na kasalukuyang sinusubukan upang matugunan ang mga pangangailangan ng mga domestic consumer sa optical fiber hangga't maaari. Hanggang 2015, ang industriya ng Russia ay nakikibahagi din sa paggawa ng mga materyales sa fiber optic, ngunit sa loob lamang ng balangkas ng mga indibidwal na naka-target na proyekto. Ang parehong sitwasyon ay nagpapatuloy hanggang sa ilang lawak ngayon. Kung ang isang partikular na kumpanya ay nangangailangan ng fiber optics at ang paggamit nito sa medisina o sa larangan ng telekomunikasyon ay makatwiran sa pananalapi, kung gayon mayroong maraming mga pabrika na handang magtrabaho sa naturang mga espesyal na order sa isang indibidwal na batayan. Gayunpaman, sa malapit na hinaharap, tanging ang halaman ng Mordovian ang gagawa ng serial production ng parehong fiber optic cable. Bukod dito, hindi pa ito nakakapag-supply sa merkado alinsunod sa dami ng demand. Ang isang makabuluhang proporsyon ng mga produkto ay binili pa rin mula sa US at Japan. At maging ang mga domestic na produkto ay ginawa sa importedhilaw na materyales.
Konklusyon
Ang mga produktong fiber optic ay nabuo bilang isang market segment sa loob ng humigit-kumulang 15-20 taon. Sa paglipas ng mga taon, nagawang pahalagahan ng mamimili ang mga merito ng mga bagong cable, ngunit ang pag-unlad ay hindi tumigil. Sa pagpapabuti ng mga teknikal at pisikal na katangian, ang mga lugar ng aplikasyon ng materyal ay lumalawak din. Ang pinakabagong hibla batay sa nanotechnology, sa partikular, ay aktibong ginagamit sa industriya ng langis at gas at industriya ng depensa. Sa turn, ang nonlinear fiber optics ay kasalukuyang bumubuo lamang ng konseptwal, ngunit napaka-promising na mga lugar ng teknolohiya. Kabilang sa mga ito ang compression laser pulses, optical solitons, ultrashort optical radiation, atbp. Malinaw na, bilang karagdagan sa teoretikal na pananaliksik na may mga posibleng pagtuklas at sa loob ng balangkas ng purong siyentipikong kaalaman, ang mga bagong pag-unlad ay gagawing posible ring gumawa ng mga bagong alok sa mga mamimili ng iba't ibang antas sa merkado.
