Optická vlákna a její aplikace

Optická vlákna ukazují příklad toho, jak se vědecké poznatky promítají do technologického pokroku, a nakonec zmírňují život obyčejné osoby. U optických vláken jsou komunikační prostředky pro přenos elektrických signálů již několik let spojeny. Tenké nitě velikosti lidského vlasu mohou být použity k přemístění široké spektrum signálů,

Technologie přenosu signálu přes vlákno

Použití optického vlákna jako překladače signálu je samo o sobě jen částí znalostí, které jsou zkoumány ve vědecké části optických vláken. Odborníci z této oblasti se zabývají studiem přenosu informací a šíření světla a v jednom kontextu v kombinaci s lehkými průvodci. Ty se používají jak jako distributoři světla, tak jako vysílače informací. Mimochodem, diody LED jsou založeny na moderních liniích vývoje laserových technologií. V tomto případě je další otázka zajímavější: jaký jev je základem optických vláken? Tento fenomén vnitřního odrazu (plného) elektromagnetického záření v mezích dielektrik s různými indexy lomu. Navíc nosič informací není elektromagnetickým signálem, nýbrž kódovaným světelným tokem. Chcete-li pochopit stupeň nadřazenosti kabelů s optickými vlákny před tradičními kovovými kabely, znovu stojí za to obrátit se na jejich šířku pásma. Již zmíněná vlákenná vlákna, jejichž tloušťka nepřesahuje 0,5 mm, je schopna přenášet množství informací, které obyčejné měděné elektroinstalace bude sloužit pouze v tloušťce 50 mm.

Metody výroby optických vláken

Existují dvě hlavní metody, kterými lze vyrobit optické vlákno. Jedná se o vytlačovací techniku ​​a tavení za použití předlisek. První technologie umožňuje získávat materiál s nízkou kvalitou na bázi plastů, takže dnes se prakticky nepoužívá. Druhá metoda je považována za hlavní a nejúčinnější. Předloha - polotovar, umístěný ve struktuře navržené pro kreslení vláken. Podle moderních norem mohou mít předlisek výšku až několika desítek metrů. Venkovně se jedná o skleněnou tyč o průměru asi 10 cm, ze které se roztaví jádro vlákna. Během výrobního procesu se jádro společně se směsí vláken ohřívá na vysoké teploty, po které se vytvoří vlákna. Délka výsledného materiálu může dosáhnout několika kilometrů, i když průměr zůstává beze změny - řídí se automatizovanými regulátory. V závislosti na tom, kde bude použita optická vlákna, může být materiál předběžně ošetřen povlaky, které poskytují chemickou a fyzickou ochranu. Pokud jde o směsi pro příze, obvykle obsahují materiály jako polyimid, akrylát a silikon.

Designové prvky vlákna

Centrální část vlákna je jádro - jádro vlákna, které během provozu roztírá světlo. Jádro je charakterizováno vysokými indexy lomu světla, které se dosahuje použitím skleněného dopingu s modifikací se speciálními přísadami. Například křemenné vlákna používají typické refrakční složky jako dopant. Na druhé straně plášť provádí několik úkolů, z nichž hlavní je okamžitá fyzická ochrana jádra. Tato část také poskytuje efekt lomu, ale s minimálním koeficientem. Hranice mezi těmito dvěma materiály vytváří světelnou strukturu, která neumožňuje, aby hlavní objem světla přesahoval jádro. Je také třeba poznamenat, že základy optických vláken klasifikují materiál jako typ vlákna. Abychom byli přesnější, jednáme o dielektrické vlnovody, které přenášejí světelné signály.

Odrůdy optických vláken

Nejběžnější jsou křemenné, plastové a fluoridové vlákna. Křemenné filamenty jsou založeny na oxidových taveninách nebo strukturálně podobných materiálech, mezi něž patří dopovaný oxid křemíku. Tato základna umožňuje vyrábět pružná a dlouhá vlákna, která se vyznačují také vysokou mechanickou pevností. Optická vláknová optika je vyrobena z polymerů a, jak již bylo uvedeno, nemůže poskytnout vysoký výkon. Zejména takové vlákna mají vysoké procento ztráty dat, což omezuje jejich použití v náročných oblastech. Na druhou stranu cenová dostupnost plastových vláken udržuje poptávku po tomto materiálu ve směrech orientovaných na segment domácnosti. Pokud jde o fluoridové optické materiály, jejich základ je založen na fluorocyanátu a fluoroaluminátových sklech. Jedná se o poměrně moderní a technologická řešení pro poskytování optické komunikace, ale obsah těžkých kovů ve struktuře také neumožňuje jejich použití např. V lékařském průmyslu.

Měřící zařízení pro optická vlákna

Nejběžnějším zařízením, které se používá v sadách s optickými vlákny, jsou snímače a Braggova mřížka. Senzory optických vláken jsou zařízení určená k určení určitých hodnot, které charakterizují stav materiálu v daném okamžiku. Například různé snímače mohou detekovat mechanické namáhání, teplotu, vibrace, tlak a další veličiny. Braggova mřížka ve své funkci je blíže blízká optickým charakteristikám. Zajišťuje aperiodické narušení refrakce v jádře optického vlákna. Toto měření umožňuje zjistit, kolik optických vláken je efektivní při překladu signálu za určitých podmínek. Také odborníci používají optický reflektometr pro záznam rozptylu a odporu.

Zesilovače a lasery z vláken

Jedná se o nejprogresivnější produkt, který je vyvinut na bázi technologie optických vláken. Na rozdíl od jiných typů laserů umožňuje použití optických vláken vytvářet kompaktní a zároveň účinné zařízení. Zejména technologie optických vláken umožnila nahradit klasická laserová zařízení díky následujícím výhodám:

• Účinnost tepelného čerpadla.
• Zvýšené výstupní záření.
• Efektivní čerpání.
• Vysoká spolehlivost a stabilita laserového provozu.
• Malá hmotnost zařízení.

Zesilovače v závislosti na typu mohou být použity v linkách domácí sítě, což zvyšuje výkon hlavního optického kabelu. Rozsah provozu optických vláken by však měl být zvažován podrobněji.

Na co se používá optická vlákna?

Existuje několik směrů, ve kterých jsou zahrnuty materiály z optických vláken. Tato oblast domácí spotřeby, telekomunikační zařízení a výpočetní technika, stejně jako výklenkové výklenky, mezi které patří oddělené oblasti medicíny. Pro každý z těchto segmentů se vyrábí speciální optická vlákna. Aplikace jako typický způsob přenosu televizního nebo internetového signálu je například omezena na levné plastové modely střední kvality. Vysoce kvalitní křemenné vlákna se však používají pro laserová zařízení a drahé lékařské přístroje, které jsou také vybaveny dalšími modifikátory.

Aplikace optických vláken v medicíně

Tato vlákna mohou být použita v lékařských zařízeních a nástrojích. Standardní technologie znamená možnost zavedení speciálního zařízení na lámavé světelná vlákna, která již v organismu může přenášet signál do externí kamery. Používají se vláknová optika v lékařství a jako světelný materiál. Zařízení vybavená moduly vláken umožňují bezbolestné osvětlení dutiny žaludku, nosohltanu atd.

Aplikace optických vláken v počítačových zařízeních

Možná je to nejčastější místo, ve kterém optická vlákna našla své místo. Bez ní nemohou být dnes komunikační linky mezi jednotlivými zařízeními, které přenášejí informace, zbaveny. Samozřejmě to platí pro ty oblasti, ve kterých není možné nebo nevhodné používat bezdrátové připojení, které také aktivně přemisťují kabely jako takové. Například největší telekomunikační společnosti založily interregionální páteřní sítě, které zahrnují optické vlákno. Použití takových kanálů pro komunikaci periferních zařízení a obyčejných spotřebitelů telekomunikačních služeb umožňuje optimalizovat finanční náklady na údržbu síťové infrastruktury a také zvyšuje účinnost samotného přenosu dat.

Nevýhody vlákna

Bohužel, optické vlákna nemohou bez slabých míst. Přestože obsah tohoto kabeláže je levnější, nemluvě o nedostatku potřeby častých aktualizací, cena samotného materiálu je mnohem vyšší než stejné kovové protějšky. Kromě toho je optická vlákna a její použití v medicíně extrémně omezené kvůli obsahu nečistot olova a zirkonu, které jsou toxické pro člověka, v jednotlivých slitinách. Obecně se to týká nejkvalitnějších skleněných modelů než plastových.

Výroba optických vláken v Rusku

V rámci programu dovozu náhrady v roce 2015 byla v Mordovii otevřena továrna "Optické vláknové systémy". Jedná se o jediný podnik v Ruské federaci, který se v současné době v co největší míře pokouší plnit potřeby domácích spotřebitelů v oblasti vlákna. Do roku 2015 se ruský průmysl zabýval také výrobou optických materiálů, ale pouze v rámci samostatných cílových projektů. Stejná situace je ještě dnes zčásti. Pokud určitá společnost potřebuje vláknovou optiku a její využití v medicíně nebo telekomunikacích je finančně opodstatněné, pak existuje mnoho továren, které jsou připraveny na tyto speciální zakázky individuálně pracovat. V blízké budoucnosti však pouze sériová výroba stejných vláken s optickými vlákny bude probíhat pouze v závodě v Mordovsku. Kromě toho zatím není schopen dodávat trh v souladu s objemem poptávky. Významná část produktu je stále zakoupena v USA a Japonsku. A dokonce i domácí výrobky jsou vyráběny na dovážené suroviny.

Závěr

Výrobky z optických vláken se tvoří jako segment trhu přibližně 15-20 let. Spotřebitelé v průběhu let dokázali ocenit výhody nových kabelů, ale pokrok stále nezůstal. Jak se zvyšují technické a fyzikální vlastnosti, rozšiřují se oblasti použití materiálu. Nejnovější vlákno založené zejména na nanotechnologii se aktivně využívá v ropném a plynárenském průmyslu a obranném komplexu. Nelineární optická vlákna naopak vyvíjejí pouze koncepční, ale velmi slibné technologie. Kompresní laserové impulsy, optické solitony, ultra krátké optické záření atd. Se mezi nimi mohou rozlišovat. Je zřejmé, že kromě teoretických studií s možnými objevy a v rámci přísně vědeckých poznatků umožní nový vývoj trhu nové návrhy pro spotřebitele na různých úrovních.